Обоснование эффективности многоярусной узкостеллажной гидропоники

Обоснование эффективности многоярусной узкостеллажной гидропоники

На Российском рынке реализуется ряд конкурирующих технологий. Какой из них отдать предпочтение? Нашими специалистами выполнено сравнение технологических процессов выращивания расте­ний, которые в разное время служили и продолжают слу­жить образцом интенсификации продукционного процесса и энергоресурсосбережения.

Анализ выполнен на основании теоретических исследований, результатов многолетнего проектирования, строительства и производственной эксплуатации.

В качестве теоретической базы использованы:

• теория пространственно-временного накопления и использования опыта;
• общая теория пространственно-временного выбора частных решений.

 

Общую и частную оценку получили пять независимых технологий (рис. 1.2):   

1)  интенсивная технология выращивания культуры томата при светокультуре (АФИ, Россия)

2) традиционная почвенная технология выращивания культуры томата (НИИОХ, ТСХА, Россия) 

3) технология интенсивного выращивания культуры то­мата методом капельного полива (Деройтер Сидс, Голландия) 

4) интенсивная энергосберегающая технология выра­щивания культуры томата методом многоярусной узкостел­лажной гидропоники МУГ-2, второе поколение.

5) интенсивная энергосберегающая технология выра­щивания культуры томата методом многоярусной узко стел­лажной гидропоники МУГ-3, третье поколение.

Анализ современных промышленных технологий за­щищенного грунта (рис. 1.2.2, 1.2.3) свидетельствует о том, что активная плодоносящая зона растения составляет 40-50 см. В течение вегетации происходит смена репродуктивных ярусов растения снизу вверх.

На растении томата в блочных теплицах с высотой за­тяжки 2,4 м, до высоты 2,2 м в течение 3-4 месяцев формируется в среднем 8-9 кистей, в течение 6-9 месячного культурооборота 16-26 кистей. Индивидуальная продуктив­ность растения составляет от 6 до 13 кг при традиционной густоте посадки.

Имеется три группы факторов интенсификации про­дукционного процесса в теплице: это интенсивные сорта, энергосжатые инженерные и технологические системы бо­лее высокого класса, гидропонные системы питания.

Применив новые интенсивные скороспелые гибриды, высокую культуру производства, оптимальную систему питания, можно ожидать выхода томатов в среднем до 50 кг/м и максимального выхода на отдельных тепличных комбина­тах до 70 кг/м2, т.е. достичь уровня тепличного производст­ва Голландии.

В современных культивационных сооружениях Голландии (см. рис. 1.2.3, 1.3) применяются шпалера высотой 4,5-5,0 м и одностебельная схема формирования растений. Репродуктивная зона в процессе культурооборота непре­рывно перемещается вверх, в наиболее освещенную часть шатра теплицы, сохраняя постоянную скорость репродукции на единицу длины стебля, урожайность при этом может достигать 60-70 кг/м2.

 

 

Рис. 1.2 Организационно-структурные схемы технологического процесса облучения и интенсификации продукционного процесса растительного ценоза (см. пояснения в тексте).

 

За весь период вегетации на растении формируется 25-35 кистей в зависимости от сорта, на крупноплодных сортах количество кистей меньше. В репродуктивный ярус, как правило, попадают 3 кисти в разной фенологической фазе: в стадии плодоношения, налива плодов, цветения. Индивидуальная продуктивность одного растения составляет от 15 до 30 кг, при среднем весе одной кисти 1,0-1,5 кг, общая высота растений достигает 4,8-5,0 м.

В теплицах 60-х годов с высотой шпалеры 2,4 м приме­нится формирование растений с боковыми побегами, что приводит к увеличению общей длины стебля до тех же 4,5 м. Однако в этом случае образуются менее эффективные схемы, часть синтезных ресурсов теряется, скорость роста плодов замедляется и урожай составляет 30-40 кг/м2.

В основе всех известных технологий, широко приме­няющихся в практике защищенного грунта России и за рубежом, лежит один и тот же технологический принцип - один плодоносящий ярус растения в объеме теплицы.

Поэтому считать, что применяющаяся в теплицах технология выращивания растений на шпалере высотой 4,5-5,0 м, является перспективной для тепличного овощеводства, нет оснований, т.к. потенциал данной технологии уже достигнут.

Анализ современных промышленных технологий защищен­ного грунта свидетельствует о том, что технология на высокой шпалере не может обеспечить урожайность овощей выше 70 кг/м томатов в год.

Это вызвано тем, что для получения данного урожая за культурооборот продолжительностью 10 месяцев при густоте посадки 2,5 раст./м2, урожай одного растения составляет 24 кг. При среднем весе одной кисти 1 кг, их количество равно 24. При расстоянии междоузлий 20 см, общая высота растений составляет до 4,8 м.

Опыт эксплуатации показывает, что теплицы с высотой шпалеры 4,0-5,0 м связаны с дополнительными затратами материальных и энергетических ресурсов.

 

Дальнейшее увеличение продуктивности связанно с интенсификацией питания, дополнительным внесением химических удобрений, что вызывает нежелательное экологическое изменение пищевых показателей продукции.

 

 

Таким образом, технология с высотой шпалеры 4,0-5,0 м исчерпала свои возможности. На смену ей уверенно приходит новая технология.

Принципиальное изменение технологии выращивания растений в теплице достигается изменением основного структурообразующего принципа технологии: количество одновременно плодоносящих ярусов растений, в одном и том же объеме теплицы, увеличивается с одного до пяти.

Закон единства и борьбы противоположностей

Принципиальная оценка технологий (рис. 1.2) показы­вает, что они обладают едиными и, в то же время, противоположными свойствами.

Рис.1.3. Зависимость продуктивности ценоза и энергетических затрат на производство единицы продукции от организации технологического процесса облучения растений в теплицах.

 

Продуктивность кг/м2

 

Затраты энергоресурсов, Мкал/кг

 

Рис.1.4. Диаграмма продуктивности и энергозатрат по типам технологий.

 

 

Таблица 1.1. Зависимость продуктивности ценоза и энергетических затрат на производство единицы продукции от организации технологического процесса облучения растений в теплицах.

 

Этот показатель принят в качестве критерия един­ства технологий. Независимо от времени и места разработ­ки, технологи стремятся к единой цели - максимальной продуктивности и минимуму затрат энергоресурсов при со­блюдении единой внутренней основы (единого количества) приведенном количестве традиционных супердетерми­нантных растений высотой 0,4 м. Разница состоит лишь в формах самовыражения авторов технологий.

 

В связи с этим существует единое, для всех техно­логий, приведенное количество растений на единицу площади, равное 24.

 

В то же время данные технологии обладают рядом противоположных свойств, что заставляет их резко конку­рировать на рынке.

 

Так, у Голландской технологии по сравнению с много­ярусной узкостеллажной гидропоникой:

• более высокая биомасса растений на единицу объ­ема сооружения;
• низкая линейная скорость продукционного про­цесса на единицу длины стебля в единицу времени, месяц;
• многократная разница в высоте отдельных растений;
• выше затраты энергии, материалов, труда на еди­ницу продукции.

 

На тепличные технологии в достаточной мере рас­пространим закон единства и борьбы противоположностей. Наиболее выраженными из них являются показатели про­дуктивности, энергетических затрат, организации ценоза, линейной скорости продукционного процесса.

В технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники (рис. 1.5 - рис. 1.9), растения размещены в 5 ярусов в объеме теплицы с расстоянием между ярусами 40 см, при 25-30 взрослых растениях на 1 м2, рассады 80 штук.

Контрольная урожай­ность, томата и перца с одного куста составляет 1,5-6 кг (в зависимости от сорта) за оборот 105-110 дней (каждое растение формируется на три кисти), с 1 м2 получается 38-45 кг за один оборот. Количество оборотов составляет от 3 до 9, в зависимости от обеспечения радиационнольного режима, что позволяет получать урожай различных культур от 120 до 1500 кг/м2.

 

В теплице предусмотренно 4 отделения:

 

Отделение проращивания семян (1-3 суток) 1 % от площади теплицы.

Отделение сеянцев (20 суток) - 4% от площади теплицы.

Отделение рассады (20 суток) - 15 % от площади теплицы.

Овощное отделение (40-60 суток) 80 % от площади теплицы.

Что позволяет произвести в овощном отделении (360 дней / 40 дней) до 9 культоборотов растений в год! 

При минимальной урожайности - 1,5 кг с одного куста, при предусмотренной густоте посадки - 24 шт. на кв. метр. Получаем 24х1,5 = 36 кг с кв. метра за 1 оборот. При максимальной загрузке теплицы в 9 культоборотов, не трудно вычислить, что возможное достижение урожайности в 324 кг. с кв. метра в год. При условии что с 1 куста урожайность 1,5 кг. Что является усредненым показателем, с запасом прочности до 6 кг, в зависимости от сорта.

 

В разрабатываемые нами бизнес планы вкладывается производительность - 120 кг. с кв. метра. Оставляется еще запас прочности на 4-ех кратный рост.

 

 

 

Рис.1.5 Блочная теплица второго поколения Т-100А-S-СП.

 

Потенциал технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники по раннему урожаю в 5-6 раз превышает голландскую технологию за счет того, что при сборе урожая с первой кисти в голландской технологии возможно получение 3,75-5,0 кг/м2 при густоте посадки 2,5 раст./м2, в технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники 25-30 кг/м2.

 

Рис.1.6 Блочная теплица второго поколения Т-100А-S-СП для совмещенного выращивания рассады,зеленных,грибов по технологии "Сэндвич".

При этом, начало плодоношения в технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники ускоряется на 2-3 недели за счет коротких путей транспорта ассимилятов в растении, равного 15-20 см, максимальной интенсификации продукционного процесса за счет малой нагрузки на растение, уменьшения ценотического влияния, улучшения освещенности растений, возможности проведения от 3 до 9 культурооборотов на одном площади в течение года.

 

 

Рис. 1.7. Общий вид многоярусных узкостеллажных гидропонных установок строящегося комбината.

Технология многоярусной узкостеллажной гидропоники представляет собой растительный ценоз, имеющий пять, одновременно плодоносящих ярусов. При этом каждый ярус авто­номно получает световую, тепловую энергию, минеральное и углекислотное питание, что обуславливает его высокие продук­ционные показатели. В технологии используется принцип водной питательной пленки (тонкой струи, протекающей между корнями растений). Раствор подается тонким слоем (струей) в корневую зону растений.

 

 

Рис.1.8. Фрагменты многоярусных узкостеллажных гидропонных установок (проекты)

 

Рис.1.9. Технология многоярусной узкостеллажной гидропонники. Рассада томата при естественном облучении.

Рис.1.10. Технология многоярусной узкостеллажной гидропонники. Рассада томата при искусственном облучении.

В качестве корнеобитаемой среды используется торф в пластиковом горшочке объемом 0,7 л. Выращивание культур производится в специализированных отделениях в четыре стадии: всходы, сеянцы, рассада, культура.

Биометрические показатели сеянцев и рассады приводятся к параметрам нормативной модели и должны быть статистически однородны. Это обеспечивает одновременное прохождение фенофаз всеми растениями.

Энергетические затраты.

Технология АФИ (Россия) при горизонтальной светокультуре имеет затраты 70-90 Мкал/кг продукции. Традиционная почвенная технология в России 45-50 Мкал/кг. В голландской технологии эта величина составляет 25-30 Мкал/кг, в технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники второго покаления (МУГУ-2) 8-12 Мкал/кг, в технологии третьего поколения (МУГУ-3) - 1,5-2,0 Мкал/кг.

Популярные статьи