CC BY
115
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Получено 18.06.2007.
УДК 631.8.234
В.Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; А.Е. МАРКОВА, канд. с.-х. наук; А.В. ЖЕБРАКОВ; ИИ. ИВАНОВА; ТВ. КОЛЯНОВА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧИСТОГО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ПОДКОРМКУ РАСТЕНИЙ САЛАТА В ОСЕННЕ-ЗИМНЕЙ СВЕТОКУЛЬТУРЕ
Представлены результаты исследований по использованию различных концентраций чистого СО2 в подкормку салата сорта «азарт», на разных фазах развития растений в светокультуре.
Поставщиком свежих овощей населению во внесезонное время года становится защищенный грунт. Вода, свет и СО2 являются основными факторами, определяющими продуктивность растений. Свет -источник энергии, с помощью которого углекислый газ и вода образуют сахара, которые, в свою очередь, через дыхание используются растениями для роста и формирования урожая.
Любая культура в культивационном сооружении может сильно снижать содержание СО2 в воздухе в течение дня - до 0,02% и ниже. Образующихся фотоассимилянтов хватает только на поддержание жизнеспособности растения. Восполнить дефицит СО2 в воздухе теплицы за счет притока атмосферного воздуха можно лишь до уровня в 0,035%, но этого количества СО2 для формирования полноценного урожая недостаточно в связи с усиленными биохимическими процессами тепличных растений. Подкормка растений технической углекислотой является единственным способом преодоления дефицита фото-ассимилянтов на малообъемной культуре на искусственном субстрате.
Наиболее совершенная на сегодня технология - подача растениям чистого углекислого газа. При применении чистого СО2 образуется меньше тепла, суточная температура в солнечные дни в теплице может быть снижена на 1оС, что повышает усваивание СО2 растениями. В зависимости от освещенности дозировать чистый СО2 можно в разных объемах.
Цель настоящих исследований - повышение эффективности выращивания салата в культивационном сооружении путем обоснова-
48
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
ния рациональных режимов подкормки растений углекислым газом. В задачу исследований входила разработка способа подачи и режима подкормки растений углекислым газом при досвечивании.
Исследования проводили в условиях вегетационной камеры полунатурной физической модели культивационного сооружения. Функциональная схема оборудования вегетационной камеры представлена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема вегетационной камеры:
1 - ЭВМ; 2 - контроллер ROBO-3140; 3 - 8-канальный модуль аналогового ввода I-7017; 4 - газоанализатор ИГМ-017; 5 - модуль дискретного 4-канального ввода и 5-канального вывода (с твердотельным реле переменного тока); 6 - магнитный пускатель; 7 - суточное реле времени; 8 - магнитный пускатель; 9 - электродвигатель вентилятора; 10 - вентилятор; 11 - электромагнитный клапан; 12 - баллон с СО2; 13 - расходомер; 14 - лампа освещения; 15 - термометр; 16 - психрометр
49
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Управление системой подкормки углекислым газом создавалось на основе распределенной системы сбора данных серии I-7000 фирмы ICP-CON. Концентрация углекислого газа измерялась газоанализатором 4, аналоговый сигнал с которого поступал на АЦП 3, где оцифровывался. Значение концентрации поступало в контроллер 2, где по программе, заданной исследователем, вырабатывались сигналы включения-выключения реле блока 5. Результаты измерений передавались на ЭВМ для их архивации. Блок реле 5, замыкая цепь катушки магнитного пускателя 6, включал в работу вентилятор 10 и клапан подачи СО2 11. Освещение в камере осуществлялось внешними источниками освещения типа ДнаЗ-400, управляемыми суточным реле времени 7. Уровень освещенности в камере составлял 12 клк.
В опыте использовали салат сорта «азарт», наиболее близкий по биологическим признакам к иностранному сортотипу салата «афи-цион», выращиваемого на салатных линиях. Сорт «азарт» среднеспелый, техническая спелость наступает на 64-е сутки после появления массовых всходов.
Посев салата был произведен 22 августа и 25 декабря 2006 г., полные всходы появились 24 августа и 28 декабря.
Выращивали салат в пластмассовых контейнерах объемом 300 см3 на чистом верховом торфе, подготовленном для использования в соответствии с агротехническими требованиями культуры салата. На 1 м3 торфа вносили 3,6 кг доломитовой муки для достижения рН 6,6.
В качестве основного удобрения верхового торфа вносили питательный раствор минеральных удобрений, г/10 л воды на 100 кг торфа: калий фосфорнокислый однозамещенный 50 г; аммиачная селитра 30 г; калийная селитра 40 г; калимаг 30 г; молибденовокислый аммоний, сульфат меди, сульфат марганца по 0,01 г.
В подкормку вносили питательный раствор Э. Абеле, дифференцированный по фазам роста и развития растений, г на 10 л воды: аммиачная селитра 1,8 г; магний сернокислый 2,5 г; калийная селитра 2,9 г; калий фосфорнокислый однозамещенный 1,6 г.
В течение всего периода выращивания растения поливали водой с температурой 22-24°С, подкормки проводили 1 раз в 10 дней растворами минеральных удобрений концентрацией ЕС 1,08-1,23 мСм/см.
Источником СО2 для подкормки растений служил баллон со сжиженным углекислым газом.
50
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
В связи с особенностью углекислого газа при переходе из сжиженной фазы в газообразную - охлаждаться, на падающем трубопроводе был установлен радиатор подогрева, проходя через который, углекислый газ подогревался до комнатной температуры. В опытах изучали вариант импульсной подачи СО2 с использованием двухпозиционного регулятора уровня концентрации. Заданный уровень СО2 в ценозе растений поддерживали за счет автоматического управления.
В опыте 1 (от 22 августа) изучали эффективность кратковременной подкормки салата СО2 (в течение 2 дней по 12 час) концентрацией 0,085% при круглосуточном досвечивании.
Температура воздуха в вегетационной камере в течение всего периода выращивания находилась в пределах 20-24оС, при углекислотной подкормке растений повышалась на 1,5-2,0оС. Относительная влажность воздуха составила 72-90%.
В опыте 2 (от 25 декабря) изучали эффективность углекислотной подкормки салата концентрацией 0,035 и 0,055% по фазам роста и развития растений, начиная с 7, 12 и 16 листьев на растении. Продолжительность подкормки по 4 часа в день (в течение 6 дней каждая). Изучали также варианты подкормки салата СО2 с 7 листьев до конца уборки (в возрасте растений с 21 до 44 дней) при досвечивании по 14 часов в сутки (с 7 ч утра до 21 ч вечера). Температура воздуха в вегетационной камере составила около 16-21,5оС, при подкормке СО2 повышалась на 1,5-2,0оС, относительная влажность воздуха составила 64-90%.
Перемешивание воздуха в камере осуществлялось вентилятором в автоматическом режиме с целью приблизить СО2 к листу растения в ценозе, разрушить барьер для СО2 и снизить сопротивление диффузии СО2 в лист.
Методы исследований - физическое моделирование режимов подачи и питания растений салата чистым углекислым газом.
В опыте 1 отмечали высокую эффективность подкормки салата СО2 в концентрации 0,085% в фазе 8 листьев.
Количество листьев на одном растении на третий день после подкормки составило 10,1 штук, на шестой день 13,9 штук по сравнению с контрольным вариантом - 8,6 и 12,5 штук. Выравненность признаков по количеству листьев (6,96-12,5%) и массе растения (6,75-11,46%) была высокой. Содержание сухого вещества повысилось
51
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
с 6,05% на контроле до 6,9% на варианте с подкормкой СО2. Выход сухого вещества составил 135,2 г/м2 или 22,8% к контролю (табл. 1).
В опыте 2 подкормка СО2 концентрацией 0,055% в фазе от 7 до 12 листьев оказывала положительное влияние на урожайность зеленой массы (1,63 кг/м2 по сравнению с контролем 1,53 кг/м2). Выход сухого вещества составил 61,6 г/м2 или 29,1% к контролю.
Фотосинтетическая активность листьев салата в онтогенезе зависит от интенсивности света, концентрации СО2 и возраста листа и растения.
Таблица 1
Влияние подкормки СО2 на урожайность салата сорта «азарт»
Показатели Контроль Подкормка СО2, 0,085%
Количество листьев, шт./растение 23.09 8,6 10,1
26.09 12,5 13,9
Масса одного растения, г 65,7 71,1
Урожайность, кг/м2 1,82 1,96
Содержание сухого вещества,% 6,05 6,90
Урожайность сухого вещества, г/м2 110,1 135,2
Прибавка, % - 22,8
В опытах отмечали низкую интенсивность фотосинтеза (ИФ) у растений при концентрации СО2 в 0,035% на протяжении всего периода выращивания (0,15-0,27 мг/м2/с). В варианте с концентрацией СО2 в 0,055% ИФ заметно возрастала до 0,25-0, 32 мг/м2/с.
Подкормка салата СО2 во вторую половину вегетации (фаза 16 листьев) была высокоэффективной, что позволяет ответить на важный вопрос - какой период вегетации у растений салата высоко отзывчив на углекислотные подкормки.
Выход сухого вещества составил 150,0 г/м2 или 53,1% к контролю (табл. 2).
На рис. 2 показаны режимы подачи и поглощения СО2 растениями салата.
52
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
53
Ui
Таблица 2
Влияние подкормки СО2 салата сорта «азарт» на получение единицы сухого вещества
Варианты Количество листьев на растении, штук Всего потребили растения С02, г/м2 Скорость потребления СОг растениями, мг/м2/с Урожайно сть салата, кг/м2 Содержан ие сухого вещества, % Урожайно сть сухого вещества, г/м2 Прибавка сухого вещества
г/м2 % г/1 г усвоенного С02
Подкормка СО2,0,035% (контроль) от 7 до 11,5 7,64 0,15 1,53 3,12 47,7
Подкормка СОг. 0,055% от 7 до 12,1 11,20 0,25 1,63 3,72 61,6 13,9 29,1 1,24
Подкормка СОг, 0,035 (контроль) от 11,5 до 16,6 10,80 0,23 2,09 3,86 80,6
ПодкормкаСОг. 0,055% от 12,1 до 16,6 13,85 0,32 2,08 4,65 96,7 16,1 19,9 1,16
Подкормка СОг, 0,035 (контроль) от 16,6 до 19,5 11,50 0,27 2,40 4,04 96,9
Подкормка СОг, 0,055% от 16,6 до 20,2 17,89 0,32 2,86 5,25 150,0 53,1 54,8 3,0
Подкормка СОг, 0,035% (контроль) от 7 до 21,6 29,94 0,22 2,75 4,79 131,7
Подкормка СОг, 0,055% от 7 до 21,6 42,94 0,31 2,84 4,95 140,5 8,8 6,7 0,2
*
I
о
СЪ
Si
at
at
о
Й
^з
0
1
О
О/
гь
оь
а
J5
^3
0
1
St
St
растениеводства и животноводства.
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
Рис. 2. График поглощения растениями салата углекислого газа:
1 - изменение содержания СО2 в камере при поддержании концентрации 0,085-0,1%; 2 - изменение содержания СО2 в камере при поддержании концентрации 0,4-0,5%
Характер полученной кривой импульсной подачи с последующим поглощением СО2 растениями в течение 29 минут сохранялся независимо от концентрации СО2 0,085 и 0,04%.
ВЫВОДЫ
1. В осенне-зимнем обороте выращивания салата в светокультуре подкормка углекислым газом растений концентрацией 0,085 и 0,055% по фазам роста и развития растений высокоэффективна. Растения не испытывали угнетения, урожайность сухого вещества повышалась на 19,9-54,8% к контролю.
2. Наиболее высокая эффективность подкормки СО2 была отмечена в фазе 7-8 листьев и во второй половине вегетации салата (фаза 16 листьев). Урожайность салата составила 2,86 кг/м2, выход сухого вещества - 150 г/м2.
55
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
3. Высокий эффект в опыте 2 получен при подкормке в течение всей вегетации растений (с 7 до 21 листа), выход сухого вещества составил 140,5 г/м2.
4. Подкормка растений салата СО2 ускоряет созревание на 15 дней.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Литвинов С.С. Овощеводство России: состояние и перспективы развития //Картофель и овощи. - 2006.- № 2. - С. 4.
2. Сертификация и овощи //Мир теплиц. - М.: Альт-консул. -2006.- № 6. - С. 15.
Получено 18.06.2007.
УДК 662.63 Д.Г. ИВАНОВ
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ
Создан перечень известных технологий получения энергии из растительной биомассы. На основе проведенного анализа энергоэффективности выбрано наиболее перспективное направление генерирования энергии из растительной биомассы.
Если сравнивать биомассу животного и растительного происхождения с точки зрения получения энергии, то наиболее эффективно применение растительной биомассы.
Растительная биомасса является первичным источником энергии на Земле. Она образуется при фотосинтезе из диоксида углерода и воды с выделением кислорода. При образовании 1 кг сухой биомассы поглощается около 1,83 кг углекислого газа и столько же выделяется при ее разложении (окислении, горении). В результате содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Кроме того, растительная биомасса как топливо имеет ряд достоинств. Использование биомассы для получения энергии более экологически безопасно, чем,
56
