CC BY
267
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Определим усилие на 1 м2. Так как площадь поперечного сечения клубня Sj=0,0064 м2 (принят средний диаметр клубня продовольственной фракции Бсрк=0,08 м2), то минимальное усилие составит 93,75 Н/м2, максимальное - 187,5 Н/м2.
Полученные значения усилия прижима проверили в производственных условиях Ленинградской ПООС. Проверка показала целесообразность его применения по эффективности очистки, которая составила 88%. На выходе с блока сухой очистки продовольственный картофель по содержанию почвы соответствовал первому класса качества по ГОСТ Р 51808-2001 [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ Р 51808-2001. Картофель свежий продовольственный, реализуемый в розничной торговой сети. - М.: Изд-во стандартов, 2001.
2. Машины для сортировки и послеуборочной обработки картофеля. / Н.Н. Колчин, В.П. Трусов - М.: Машиностроение, 1966. -256 с.
3. Левитский Н.И. Курс теории механизмов и маши. / Н.И. Ле-витский - М.: Выс. шк., 1985. —279 с.
УДК 631.635.044
С.А. РАКУТЬКО, д-р техн. наук; А.Е. МАРКОВА, канд. с.-х. наук;
В.Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; ТВ. КОЛЯНОВА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ РАССАДЫ ТОМАТА И ОГУРЦА
Приведены результаты экспериментальных исследований досвечива-ния светодиодными светильниками рассады томата F1 Благовест и огурца F1 Кураж, получена более ранняя высококачественная рассада с наименьшими затратами электроэнергии на единицу сухого вещества по сравнению с досве-чиванием растений натриевыми лампами высокого давления ДНаЗ супер/ Reflux S 400.
Ключевые слова: энергоэффективность, светодиоды, светокультура
82
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84.
S.A. RAKUTKO, DSc (Eng); A.E. MARKOVA, Cand Sc (AGR);
V.N. SUDACHENKO, Cand Sc (Eng); T V. KOLIANOVA
DETERMINATION OF LED SOURCES EFFICIENCY
FOR THE LIGHTING OF TOMATO AND CUCUMBER SEEDLINGS
The paper presents experiment results of supplementary lighting of tomato hybrid F1 Blagovest and cucumber hybrid F1 Courage with LED lamps, which provided earlier and higher quality seedlings under the lowest electric energy inputs per a dry matter unit as compared to the plant lighting with high-pressure sodium lamps ДНаЗ Super/Reflux S 400.
Key words: power efficiency, light-emitting diods, in-door cultivation
У применяемых в защищенном грунте для досвечивания рассады натриевых ламп высокого давления спектральный состав оптического излучения (ОИ) в области физиологически активной радиации (ФАР) отличается от оптимального для растений и имеет максимум плотности в области длин волн 570 и 620 нм, что недостаточно для продуктивного развития овощных культур. Величина максимумов плотности ОИ в красном и синем диапазонах у натриевых ламп составляет около 1/8 от оптимального значения для растений. Только благодаря высокой мощности светового потока (130-150 лм/Вт) и теплового излучения (до 35%) натриевые лампы успешно применяются в защищенном грунте [1, 2].
Изменить спектральный состав оптического излучения натриевой лампы можно только, изменив газовый состав источника излучения на стадии разработки лампы.
Широко обсуждаемые в последнее время светодиодные светильники являются перспективными источниками света для растений, они позволяют менять цвет излучения в разные фазы развития растений, имеют более высокую светоотдачу, дают возможность дополнительного досвечивания внутри ценоза и потребляют меньше энергии (в 1,4-1,7 раза) по сравнению с натриевыми лампами высокого давления, но пока они очень дорогие и имеют монохромный свет [3]. Вопросы влияния монохромного света и режимов досвечивания светодиодных светильников пока изучены не достаточно.
83
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
В условиях лаборатории института были проведены исследования по влиянию светодиодных светильников (СД) на рост и развитие рассады томата и огурца. В задачу исследований входило выявление эффективности облучения светодиодными светильниками рассады томата и огурца. Для проведения исследований были изготовлены установки, оборудованные лампами ДНaЗ/Reflux S 400 и светодиодными светильниками с одинаковой установленной мощностью. Светодиодный светильник включает блоки светодиодов различного цвета света: синие с длиной волны 450 нм, красные - 650 нм и белые 550 нм в процентном соотношении 30 : 60 : 10. Спектры излучения светильников измерялись прибором ТКА-ПКМ ВД/04 и оценивались по разработанной нами методике [4].
Освещенность рассады в течение периода досвечивания поддерживали на нормативном уровне для рассады томата и огурца путём изменения высоты подвеса светильников.
Продолжительность досвечивания рассады проводили в соответствии с общепринятыми нормами по 12 часов в сутки: рассаду томата - до расстановки 10 дней и после расстановки 21 день; рассаду огурца - до расстановки 8 дней и после расстановки 10 дней [5]. Рассаду томата выращивали в контейнерах объемом 663 см3, огурца -объемом 412 см3. Количество контейнеров с рассадой томата и огурца под каждым типом облучателя составило по 75 штук каждой культуры.
Для эксперимента были выбраны партенокарпический гибрид огурца F1 Кураж и детерминантный гибрид томата F1 Благовест, предназначенные для выращивания в остекленных и пленочных теплицах. Гибриды предъявляют высокие требования к освещенности. В качестве субстрата использовали верховой торф, нейтрализованный мелом до рН 6,0 и заправленный удобрениями до уровней элементов питания, мг/л: NO3 - 240; NH4 - 12; P2O5 - 60; K2O - 300; Ca - 180; Mg - 80; Mn - 0,50; Mo - 0,05; Cu - 0,05.
Посев семян томата и огурца производили в ящики, заполненные торфогрунтом. Всходы появились на 3-й день после посева. Пикировали сеянцы томата с двумя настоящими листочками, сеянцы огурца с одним настоящим листочком. Расстановку рассады огурца проводили через 14 дней после появления всходов (25 растений на 1 м2), расстановку рассады томата проводили дважды: после смыкания рядков и за 2 недели до окончания опыта в возрасте 40 дней
84
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
_________ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84._______
от посева (25 растений на 1 м2). Подкормку рассады проводили растворами удобрений: K2SO4; MgSO4; KH2PO4 и и Ca(NO3)2. Концентрацию питательного раствора удобрений поддерживали в пределах ЕС 1,8 - 2,5 мСм/см.
Наблюдения и учеты проводили на растениях, отобранных случайным (рендомезированным) методом на каждом варианте (по 20 штук) от начала опыта и до конца через каждые 3-4 дня. Влажность субстрата в контейнерах 75-80% НВ поддерживали дозированным расходованием воды температурой 24-25оС. Температуру воздуха в лаборатории поддерживали на уровне 23-25оС с помощью принудительной системы вентилирования воздуха. Величина ФАР под лампами ДНаЗ/Reflux S400 составила 12 - 14 Вт/м2, под светодиодными светильниками - 40 Вт/м2.
Удельные затраты электроэнергии на выращивание определяли расчетным путем [6].
У растений томата под лампами ДНаЗ/Reflux в течение вегетационного периода роста и развития рассады отмечали усиление ростовых процессов: высота растения в среднем составила 79,35 см, количество листьев 12,45 шт./растение. Диаметр стебля в среднем составил 6,92 мм, сырая масса одного растения - 53,8 г, содержание сухого вещества в зеленой массе составило 5,69%. Формирование цветочной кисти отмечали лишь на 48-й день после посева, и только на 53-й день у 100% растений была сформирована 1-я цветочная кисть.
Под светодиодными светильниками формировались компактные растения томата с мощным, сильно опушенным стеблем, темными с фиолетовыми прожилками листьями. Высота растений 55-дневной рассады в среднем составляла 43,5 см, количество листьев на растении 11,3 штук, диаметр стебля 8,57 мм, содержание сухого вещества в зеленой массе растения - 8,8%. На 43-й день от посева у томатов была сформирована 1-я цветочная кисть и на 55-й день у растений были сформированы две цветущие кисти. На листьях отмечали единичные бурые пятна, однако, в целом это не вызывало инфекционного фона у рассады.
Коэффициенты варьирования признаков качества рассады по вариантам опыта были незначительные (по количеству листьев 5,51 и 6,48 %, по диаметру стебля 7,08 и 12,60 %, по сырой массе растения 9,33 и 5,92%) и средние (по сухому веществу - 10,2 и 10,14%). Относительная ошибка средней (точность опыта) по вариантам опыта была
85
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
хорошая (1,23-2,60%) и удовлетворительная (3,53-5,89%). Характеристика рассады томата представлена в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика 55-дневной рассады томата при досвечивании лампами ДНаЗ/Reflux и светодиодными светильниками (конец опыта)
Показатели Среднее арифмети- ческое, х+8х Среднее квадратическое отклонение, а Коэффициент вариации, % Относительная ошибка средней, %
ДНаЗ/Reflux
Высота растения, см 79,35±1,21 5,39 6,80 1,52
Количество листьев, шт. 12,45±0,15 0,69 5,51 1,23
Диаметр стебля, мм 6,92±0,18 0,49 7,08 2,60
Сырая масса растения, г 53,80± 1,9 5,02 9,33 3,53
Сухое вещество, % 5,69±0,34 0,58 10,2 5,89
Светодиодные светильники
Высота растения, см 43,50±0,84 3,73 8,59 1,92
Количество листьев, шт. 11,30±0,16 0,73 6,48 1,45
Диаметр стебля, мм 8,57±0,38 1,02 12,60 4,43
Сырая масса растения, г 51,20±1,15 3,05 5,92 2,24
Сухое вещество, % 8,80±0,52 0,89 10,14 5,85
Развитие растений огурца под лампами ДНаЗ/Reflux имело вегетативную направленность. Высота растений на 25-й день в среднем составила 27,85 см, количество листьев - 5,75 штук, диаметр стебля -6,28 мм. Образование боковых побегов у рассады отмечали на 22-й день от посева.
Рост и развитие рассады огурца под светодиодными светильниками имели генеративную направленность, проявляющуюся в приобретении темно-зеленой окраски листьев, утолщении корневой шейки и укороченными междуузлиями. Показатели сырой массы растения -30,25 г и сухого вещества-7,97 % были выше по сравнению с показа-
86
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84.
телями у растений под натриевыми лампами ДНаЗ/Reflux (24,7 и 6,0 %) соответственно. Боковые побеги у 98% растений под СД появились на 18-й день после всходов.
Коэффициенты варьирования признаков качества рассады огурца под лампами ДНаз/Reflux были незначительные (по количеству листьев 9,57% и диаметру стебля 7,76%) и средние (по высоте растений 13,3%, сырой массе растения 10,8% и сухому веществу 14,36%). Под светодиодными светильниками коэффициенты варьирования признаков по всем показателям качества рассады огурца были незначительные (6,59-8,52%) и средние (по высоте растения 17,68%). Относительная ошибка средней по вариантам опыта была хорошая (от 1,73 до 2,97%) и удовлетворительная (от 3,2 до 4,08 %). Характеристика рассады огурца представлена в табл. 2.
Таблица 2
Характеристика 25-дневной рассады огурца при досвечивании лампами ДНаЗ/Reflux и светодиодными светильниками (конец опыта)
Показатели Среднее арифмети- ческое, х+8х Среднее квадратическое отклонение, а Коэффициент вариации, % Относи- тельная ошибка средней, %
ДНаЗ/Reflux
Высота растения, см 27,85±0,83 3,70 13,3 2,97
Количество листьев, шт. 5,75±0,12 0,55 9,57 2,14
Диаметр стебля, мм 6,28±0,18 0,49 7,76 2,93
Сырая масса растения, г 24,70±1,01 2,69 10,80 4,08
Сухое вещество, % 6,00±0,39 0,68 14,36 6,56
Светодиодные светильники
Высота растения, см 15,40±0,61 2,72 17,68 3,95
Количество листьев, шт. 5,75±0,10 0,44 7,73 1,73
Диаметр стебля, мм 8,40±0,30 0,80 9,52 3,57
Сырая масса растения, г 30,25±0,97 2,58 8,52 3,20
Сухое вещество, % 7,97±0,30 0,53 6,59 3,80
87
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Под светодиодными светильниками интенсивность физиологически активной облученности достигала 40,05 и 40,72 Вт/м2, в результате отмечали активное появление боковых побегов у растений огурца и пасынков у растений томата, что связано, вероятно, и с цветом света светодиодных светильников (красным и синим). Интенсивность ФАР под лампами ДНаЗ/Reflux 12,82 и 14,85 Вт/м2 была недостаточна и интенсивный рост растений томата и огурца проходил за счет излишнего тепла от ламп и температурного режима помещения в целом. При выращивании овощной рассады физиологически активная облученность должна быть не менее 25 Вт/м2 [7]. Энергетическая оценка досвечива-ния рассады представлена в табл. 3.
Таблица 3
Энергетическая оценка досвечивания рассады овощных культур различными светильниками
Показатели Огурцы Томаты
СД ДНаЗ/Reflux СД ДНаЗ/Reflux
Удельная мощность под лампами на уровне верхушек растений, Вт/м2 58,0 58,0 70,0 80,0
Продолжительность досве-чивания, час/сутки 12,0 12,0 12,0 12,0
Общая продолжительность досвечивания, дней 18,0 18,0 31,0 31,0
Интенсивность физиологически активной облученности растений, Вт/м2 40,05 12,82 40,72 14,85
Выход сухого вещества, г/м2 60,27 37,05 112,64 77,04
Удельные затраты электроэнергии:
кВтч/м2 12,5 12,5 26,04 29,76
МДж/м2 45, 0 4 5 , 0 93 ,70 107,1 3
МДж/1 г сухого вещества 0,74 1,21 0,83 1,39
Экономия электроэнергии, % 38,8 - 40,3 -
88
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2013. Вып. 84.
В результате проведенных исследований выявлено положительное влияние света светодиодов на рост и формирование растений рассады томата и огурца в интенсивной светокультуре: рассада под светодиодными светильниками была готова к посадке на постоянное место на 5-9 дней раньше, чем под лампами ДНaЗ/Reflux. Экономия электроэнергии под СД на 1 г сухого вещества массы растения составила 38,8-40,3% по сравнению с натриевыми лампами высокого давления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прокофьев, А., Туркин, А., Яковлев, А. - Перспективы применения светодиодов в растениеводстве. /А. Прокофьев, А. Туркин, А.Яковлев // Полупроводниковая светотехника. - 2010. - № 5. - С. 21.
2. Лампы и светильники для теплиц. Компания ЭХО Люмен. www. есо - lumen. ru - 2010.
3. Светокультура сегодня // Мир теплиц. - 2009. - № 6. - С. 27.
4. Ракутько, С.А., Судаченко, В.Н., Маркова, А.Е. Оценка эффективности применения оптического излучения в светокультуре по величине энергоемкости / С.А. Ракутько, В.Н. Судаченко, А.Е. Маркова // Плодоводство и ягодоводство России. - 2012. - №33. - С. 270-278.
5. Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады НТП 10-95 МСХ и П РФ - 23.08.2006.
6. Свентицкий, И.И - Методика измерения оптического излучения при выращивании растений / И.И Свентицкий // М.: ВИЭСХ, 1985.
7. Леман, В.М. - Курс светокультуры растений / В.М Леман // М.: Высшая школа, 1976. - 270 с.
89
