Методика выбора технологического оборудования для производства рассады овощных культур в интенсивной светокультуре Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

УДК 631.635.044

В.Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; А.П. МИШАНОВ; А.Е.МАРКОВА, канд. с.-х. наук; ТВ. КОЛЯНОВА

МЕТОДИКА ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РАССАДЫ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР В ИНТЕНСИВНОЙ СВЕТОКУЛЬТУРЕ

Приведена методика выбора технологического оборудования, позволяющего снизить удельный расход электроэнергии на производство рассады, повысить экологическую безопасность производства рассады в теплицах.

Совершенствование технологии выращивания рассады овощных культур в теплицах особенно актуально в условиях круглогодичного производства овощей при досвечивании.

Современная технология выращивания рассады на стеллажах с поливом способом периодического подтопления по методу «прилив-отлив» в замкнутом цикле позволяет максимально эффективно использовать производственные площади, многократно использовать питательный раствор и создать оптимальные параметры воздушногазовой среды и удобства для работы, повысить выход продукции со снижением экологической нагрузки на окружающую среду [1].

Себестоимость выращивания рассады овощных культур томата и огурца в современных рассадных комплексах снижается в 2,0-2,5 раза, что обеспечивает в пересчете на 6 га теплиц снижение прямых затрат на 1,5-2,0 млн руб. [2]. Технологические процессы подготовки воды, подачи, полива растений, слива неиспользованного питательного раствора в специальные емкости, их обеззараживание и повторное использование полностью автоматизированы. Тем не менее, по технологии «светокультура» в себестоимости продукции доля затрат на электроэнергию составляет около 50%, на тепловую энергию около 13%. Поиски путей снижения энергозатрат при производстве тепличной продукции остаются актуальными.

Эффективность технологии производства тепличной продукции во многом зависит от качества выращиваемой рассады, которое обеспечивается интенсификацией фотосинтеза в рассадном периоде за счет облучения растений, подкормки углекислотой и минерального

52

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2012. Вып. 83.

питания. Производство рассады является трудо- и энергозатратным процессом. Целью настоящей работы является выбор технологического оборудования для производства рассады овощных культур, позволяющего:

- снизить энергозатраты на производство рассады овощных культур;

- повысить экологическую безопасность технологического процесса производства рассады.

Нами предложена методика выбора технологического оборудования для производства рассады в интенсивной светокультуре на основе критериев эффективности оборудования, обеспечивающего:

- максимально полезное использование площади рассадного отделения (коэффициент использования площади рассадного отделения Ки > 0,8);

- экологическую чистоту водных сред (минерализация очищенной воды 0,1-0,9 г/л);

- экологическую чистоту воздушной среды (полное отсутствие оксида углерода, оксидов азота, диоксида серы и этилена, вредных для растений и человека);

- минимальный удельный расход электроэнергии на облучение рассады (< 40 кВтч/м2 за 1 цикл выращивания).

На основе показателей критериев эффективности технологического оборудования нами разработана методика выбора и расчета технологического оборудования рассадного отделения теплицы площадью 1500 м2.

Для производства рассады овощных культур на стеллажах в промышленном производстве используют стандартные стеллажные установки длиной 9,6 м, шириной 1,82 м с перекатывающейся платформой. Критерием оценки стеллажной установки является эффективное использование площади рассадного отделения. При плотности посадки огурца 1,5 шт. на м2 на постоянное место потребуется на 1 га 15000 шт. рассады. На одной стеллажной установке площадью 17,4 м2 можно расставить 435 шт. рассады (окончательная расстановка 20-25 шт. на 1 м2). Для выращивания необходимого количества рассады на площади 1 га потребуется 35 стеллажных установок.

Количество стеллажей, применение которых позволит достичь максимально полезного использования площади теплицы (Ки > 0,8), определяется:

53

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

П

стел

(S -SA )/S

v инв дор стел

(1)

где Псотел - количество стеллажей, шт., SHm - инвентарная площадь теплиц, м2; Sw - площадь дорожек, м2; 8стел - площадь стеллажа,

2

м .

На стеллажи подают воду (подтопление горшочков, заполненных грунтом) за 2 дня до посева или пикировки овощных культур и от 5 до 12 раз (по 20 мин.) в течение рассадного периода различных овощных культур.

Норма расхода воды или питательного раствора на стеллажную установку определяется:

H = abh, (2)

где Н - норма полива на один стеллаж, м3; а - ширина стеллажа, м; b - длина стеллажа, м; h - высота подтопления, м.

Расход водного раствора на один стеллаж площадью 17,4 м2 с высотой подтопления 0,02 м составит от 0,35 до 0,5 м3. Высота подтопления зависит от вида субстрата, освещенности и вегетационной фазы развития растения.

На полное насыщение горшочков требуется 20-25% объема водного раствора на стеллажную установку, остальной раствор стекает в сборный резервуар и после очистки и корректировки рН и ЕС раствора повторно используется в технологическом процессе в теплице. В периоды между подтоплением стеллажей проводят доувлажнение подсохшего слоя грунта стандартной системой дождевания.

В технологическом процессе выращивания рассады овощных культур рекомендуем использовать электрохимически активированные водные растворы, приготовление которых можно осуществить при помощи электрохимических активаторов типа установки «Изумруд», серийно выпускаемой отечественной промышленностью.

Критериями оценки эффективности технических средств по безреагентной, более «глубокой» очистке воды с усилением ее биологической и каталитической активности в установке типа «Изумруд» являются производительность оборудования, удельный расход электроэнергии на объем воды, прошедшей активацию, и степень очистки.

При сохранении в воде необходимых человеку и растению ионов кальция, магния, калия, фтора и насыщении ее кислородом она

54

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2012. Вып. 83.

освобождается от микроорганизмов всех видов и форм, токсических органических соединений и ионов тяжелых металлов. Степень очистки воды в среднем составляет 70%. Появляется возможность регулирования окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), сущность которого состоит в усилении активности электронов.

Электрохимическая активация воды позволяет снизить минерализацию воды до 0,1-0,9 г/л при небольших затратах удельного количества электричества до 1,1 кВтч/м3 [3].

Удельное количество электричества, затраченное на электрохимическое преобразование воды, определяется:

q =

Q ’

(3)

где q - удельное количество электричества, А-ч/л; I - сила тока, А; Q - объемный расход воды через электродную камеру электрохимического активатора, л.

Количество установок электрохимической активации определяется суточной потребностью в очищенной воде, деленной на суточную производительность электроактиватора:

П

уст

H.

воды

W

э.а.

(4)

где n - количество установок, шт.; Hводы- суточная потребность в очищенной воде, м3; W3a - производительность электроактиватора, м3/ч.

Производительность установки «Изумруд» составляет 500 л/ч. За 10 часов непрерывной работы установка может обеспечить подтопление на 12 стеллажах. Всего за период выращивания рассады огурца производят 5-6 поливов за 22-25 дней выращивания с интервалом от 3 до 6 дней. Одна установка «Изумруд» обеспечит потребность обеззараженной структурно улучшенной водой рассадное отделение площадью 1500 м2.

Для технологического процесса подготовки и подачи водного раствора на стеллажные установки рекомендуем использовать выпускаемые серийно автоматизированные растворные узлы серии FD-326, разработанные для различных технологий выращивания овощных и

55

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

цветочных культур в защищенном грунте. Технические характеристики растворного узла FD-326-R производительностью до 60 м3/ч и объемом смесительного бака 500 л позволяют рекомендовать его при разработке проекта рассадного отделения с включением в систему технологического оборудования электроактиватора «Изумруд».

Растворный узел FD-326-R для рассадных комплексов обеспечивает качественное приготовление питательного раствора, планирование и проведение полива подтоплением «прилив-отлив» на гидропонных стеллажных установках. Устройство растворного узла FD-326-R обеспечивает индивидуальную подачу водного раствора на стеллажи с контролем времени и расхода раствора [4].

Управляемая компьютером система дозирования жидких минеральных удобрений (маточных растворов) обеспечивает приготовление подкормочных растворов с точно выдержанной концентрацией питательных веществ. Производительность и тип растворного узла определяются:

Q

ру

■1/4(п S h ),

v стел стел зап

(5)

где Qpy - производительность растворного узла, м3/ч; псотел -

количество стеллажей, шт.; Scm(M- площадь стеллажа, м2; h3an- высота

подтопления стеллажа, 1/4 - доля площади подтопления за одну подачу с учетом производительности электроактиватора.

Одним из важных элементов в технологическом процессе выращивания рассады овощных культур является подкормка растений углекислотой. На сегодняшний день самым эффективным и экологически чистым способом углекислотной подкормки является подкормка очищенной от примесей пищевой углекислотой.

Для автоматической подачи и регулирования концентрации чистого СО2 в тепличное сооружение предлагается система «САSKAD», разработанная ООО «СИТЕК Сервис».

Комплексом осуществляется подкормка растений чистым углекислым газом и поддержание заданного уровня СО2 от 0,03 до 0,10% в зависимости от освещенности, температуры воздуха и времени суток. В структуре построения системы имеются три основных узла: интеллектуальный датчик СО2, блок управления теплицей и ПЭВМ с

56

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2012. Вып. 83.

программой управления системой. Критерием эффективности системы «CASCAD» является ее экономичность, составляющая 30-40% по сравнению с аналогичными комплексами [5].

Расчет потребности чистого углекислого газа производиться по зависимостям:

П =100S/К(Ф+У) или (6)

П = S^ +У), (7)

где П - потребность в углекислоте, кг/га; 100 - потери СО2 кг/гач на улетучивание в солнечную погоду, в пасмурную в 2-4 раза меньше; S - площадь теплицы, м2; К - концентрация СО2 в газах, %; Ф - интенсивность фотосинтеза для исследуемой культуры, кг СО2/м2ч; У - потери СО2 с инфильтрацией, кг СО2/м2ч.

У = С/R, (8)

где С - разница концентраций СО2 между заданным значением и атмосферным; R - герметичность теплицы (для арочных теплиц R=0,13-0,45; при открытых фрамугах R = 0,04).

Концентрация СО2 в атмосферном воздухе 0,03% соответствует 0,57-10-3 кг СО2/м2ч [6].

Успешное выращивание рассады овощных культур в теплицах в большой степени зависит от условий освещенности, особенно в осенне-зимнем культурообороте. Применение светотехнического оборудования с высокой светоотдачей (до 130-150 лм/Вт) и улучшенными спектральными характеристиками от 400 до 700 нм позволяет получать рассаду с высокими характеристиками качества и сокращать сроки выращивания рассады.

В качестве источников излучения применяются стандартные лампы мощностью 400 и 600 Вт зарубежных фирм (Planta Star, Son-T PIA «Green Power») с адаптированными для растений спектральными характеристиками, а также зеркальные лампы высокого давления типа ДнаЗ Reflux S400(600) Вт отечественной фирмы «Рефлако>.

В рассадном отделении наибольшую эффективность получил способ облучения рассады циклический с временем включения в зависимости от продолжительности светового дня и уровня солнечной радиации.

57

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

лУ:

Для расчета мощности ламп досвечивания используют форму-

P = S°E , (9)

■' ЛфК„т

где Ру - мощность светильника, Вт; Sa - площадь досвечивания, м2; Еф - уровень фотосинтезной облученности, Дж; - светоотдача источника, лм/Вт; Кп - коэффициент использования светового

потока (можно принять ~ к.п.д. облученности) [7].

Светоотдача источника определяется:

Р

n

ф

лампы

ф Р Рл

где Т7ф - светоотдача источника, лм/Вт; Рф

вого потока, лм; Р - мощность лампы, Вт.

(10)

- мощность свето-

Количество ламп на площадь досветки определяется:

Р,

n

у

ламп

Р,

(11)

где n ламп - количество ламп, шт/м2; Ру - установочная мощность досвечивания, Вт/м2; Р - мощность лампы, Вт.

В результате реализации предлагаемой методики выбора и расчета потребности оборудования для производства рассады овощных культур в интенсивной светокультуре обеспечивается:

- конвейерное производство овощей при высоком коэффициенте использования площади рассадного отделения (Кп > 0,8);

- снижение удельного расхода электроэнергии на производство рассады до 30% за счет применения метода стимулирования роста и развития растений электроактивированными водными растворами, облучения растений лампами ДнаЗ Reflux S400 интенсивностью 10 клк, подкормкой рассады чистым углекислым газом;

58

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

_________ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2012. Вып. 83._________

- экологическая безопасность производства рассады за счет многократного использования питательного раствора в замкнутом цикле производства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент РФ № 88508. Кассета-вкладыш для стеллажной установки гидропонного типа / Сибиряков А.А. - Опубл. 20.11.2009.

2. Муравьев А.Ю. Защищенный грунт Российской Федерации:

состояние, проблемы, перспективы / А.Ю. Муравьев -

http: //www.agrotip. ru/literature//literature/8.

3. Бахир В.М. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов / В.М.Бахир - М.: Маркетинг Саппорт Сервисиз. - 2001.- С. 41, 57-68. - ISBN 5-901681-01-0.

4. Растворные узлы. Технологическое оборудование. Теплицы и парники. Агрономия и консультация. - www. kaztechprom. kz/3tech/teplica-parnik.

5. Система автоматической подачи газа СО2 в тепличные помещения «CASCAD». - Йошкар-Ола: ООО «Ситек Сервис», - 2007. -С. 2, 11; - 2008 - С. 6.

6. Методика расчета потребности углекислого газа для теплиц. -Киев: Укр.НИИ Гипропроект, 1985.

7 Волков В.Н. Искусственное облучение растений. Методические рекомендации. Биофотометрия и экологическая биоэнергетика / В.Н. Волков, И.И. Свентицкий, А.Б. Сторожев, Л.А. Царева. - М: Пущино, - 1982 - С.15-39.

V.N. SUDACHENKO, Cand Sc (Engineering); A.P. MISHANOV;

A.E. MARKOVA Cand Sc (Agriculture); T V. KOLIANOVA

SELECTION PROCEDURE OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT FOR GROWING VEGETABLE TRANSPLANTS UNDER INTENSIVE PHOTOCULTURE CONDITIONS

The paper describes the procedure of choosing the technological equipment, which would reduce the specific electric power consumption and improve the environmental safety of growing transplants in greenhouses.

59