Экологически безопасная технология подготовки воды и питательных растворов в интенсивной светокультуре

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.

V.A. BOLSHUNOV, Cand. Sc (Agriculture); O.V. BELOV

SUBSTANTIATION OF HAND AND MACHINE HARVESTING DATES OF WHITE HEAD CABBAGE

The papers presents investigation results aimed at determining the optimal dates for manual and machine harvesting of white head cabbage.

УДК 635.5:631.234

A. П. МИШАНОВ; А.Е. МАРКОВА, канд. с.-х. наук;

B. Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; ТВ. КОЛЯНОВА

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ И ПИТАТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ В ИНТЕНСИВНОЙ СВЕТОКУЛЬТУРЕ

Приведены результаты исследования применения активированных питательных растворов в интенсивной светокультуре. Установлено, что продуктивность салата «Афицион» повышалась по сравнению с вариантом на водопроводной воде, снижались затраты основных элементов питания и воды на создание единицы продукции.

Вопросы подготовки воды, подаваемой в систему полива и приготовления питательных растворов, особенно актуальны при выращивании овощей в интенсивной светокультуре. Для поддержания системы полива и подкормки в чистом состоянии разработаны различные методы очистки воды и грунтов с помощью процессов фильтрации, тепловой пастеризации, ультрафиолетового облучения, обработки системы полива рециклином W1 и W2, периодическим добавлением в раствор 0,0005 - 0,001% перекиси водорода и др. [1, 2].

Однако, в большинстве случаев, многочисленные методы обработки имеют недостатки, связанные с техникой безопасности, с уничтожением полезной микрофлоры в питательном растворе и т.д.

В отличие от известных методов, сущность очистки воды и водных растворов с применением электрохимической активации (ЭХА) состоит в использовании способности избыточной энергии во-

67

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

ды после завершения электрохимической активации транспортироваться в направленное физико-химическое воздействие на устранение (уничтожение, разрушение, удаление, преобразование, необратимое физико-химическое связывание) вредных примесей [3].

Биологическая активность воды и питательных растворов обусловлена активностью электронов, характеризующихся показателем окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Цель исследований - выявить влияние питательных растворов, приготовленных с использованием технологии электрохимической активации на продуктивность и качество салата в интенсивной светокультуре.

В опытах 2009 г. использовали метод водной культуры. Сущность метода водной культуры состояла в следующем: стеклянные сосуды емкостью 1 л закрывали деревянными пробками с отверстиями -одно для горшочка с растениями, другое - для периодического продувания воздуха. На сосуды надевали двойные чехлы из черной и белой ткани с целью не допустить проникновение света в питательный раствор.

Семена салата «Афицион» высевали в пластмассовые горшочки объемом 75,7 см3 (по три семечка в каждый горшочек), заполненные торфяным грунтом. Горшочки с сеянцами в возрасте 10 дней от полных всходов переносили с рассадного стола в стеклянные сосуды с питательными растворами в соответствии с вариантами опыта и в течение трех недель выращивания проводили корректировку питательных растворов по показателям рН, ЕС и ОВП.

Торфогрунт был заправлен минеральным удобрением с микроэлементами, рН грунта 6,5. Температуру в модели культивационного сооружения поддерживали на уровне 18-20оС, относительную влажность воздуха 40-60% приточно-вытяжной вентиляцией, освещенность 10 кЛк лампами ДнаЗсупер/Reflux S400 круглосуточно.

Приготовление активированной воды осуществляли в проточной диафрагменной ячейке на базе элемента ПЭМ-3 (Проточный Электрохимический Модульный), выпускаемый серийно в ОАО НПО «Экран».

Оборудование по электрохимической активации воды и питательных растворов устанавливается самостоятельно и может переключаться как для приготовления питательных растворов в смесительную емкость, так и для полива растений. При этом возможны варианты использования чистого католита, смеси католита с анолитом и чистого

68

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.

анолита в целях дезинфекции трубопроводов, емкостей для питательных растворов, тары и в борьбе с вредителями и болезнями овощных культур.

Техническая характеристика электротехнологического процес-

са подготовки воды для проведения опыта приведена ниже.

Характеристика воды, подаваемой в электроактиватор

- кислотность, рН 6,4-7,0

- температура, оС 19-20

- удельная электрическая проводимость, мСм/см 0,11-0,13

- ОВП, мВ +270,0

Общая жесткость воды, мг-экв/л 1,1-1,4

Температура окружающей среды, оС 15-25

Относительная влажность воздуха, % 40-60

Напряжение, В 80

Ток, А 0,9-1,2

Потребляемая мощность, кВт 0,072-0,096

Производительность одной ячейки:

- общая, л/час 8-10

- по католиту, л/час 5-6

- по анолиту, л/час 4-5

Характеристика активированной воды, используемой для приготовления питательных растворов а) католита:

- кислотность, рН 11,0

- удельная электрическая проводимость, мСм/см 0,30

- ОВП, мВ -450,0

б) анолита:

- кислотность, рН 3,0

- удельная электрическая проводимость, мСм/см 0,55

- ОВП, мВ +800,0

Для приготовления маточных питательных растворов использовали комплексные удобрения: кемиру тепличную с микроэлементами, кальцевую селитру и калимаг.

Состав рабочих питательных растворов, приготовленных на основе активированных вод (католита с анолитом) и водопроводной воды, показан в табл. 1.

НСР 05, составила 0,196 кг/м2, точность опыта ^х) - 1,97%. Содержание основных питательных веществ в рабочем растворе составило (мг/л): N183 Р80 K356 Ca79 Mg47 S63 Feo,1 Bo,2 Zno,1 CUo,1 MOo,2

Mno,1

69

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Таблица 1

Влияние активированных питательных растворов на урожайность и качество салата «Афицион»

Показатель Питательный раствор на водопроводной воде (контроль ВВ) Питательный раствор на смеси КВ:АВ 1:1 Питательный раствор на смеси КВ:АВ 1:0,5

Биомасса растений салата, х(1*)±Sх (2*), г 86,04±5,81 88,96±3,87 106,77±5,65

V(3*),% 11,69 7,53 9,15

Урожайность салата, кг/м2 2,32 2,40 2,88

Содержание сухого вещества, % 5,40 5,53 6,73

Выход сухого вещества, кг/га 1252,8 1327,2 1938,2

Содержание нитратного азота, мг/кг 1529,3 1110,0 13,23,6

Примечания: (1 )х - среднее арифметическое, (2 )Sx - ошибка среднего арифметического, (3 )V - коэффициент варьирования.

Схема опыта включала три варианта:

1. Питательный раствор на водопроводной воде

2. Питательный раствор на смеси католита с анолитом (КВ:АВ

1:1)

3. Питательный раствор на смеси католита с анолитом (КВ:АВ

1:0,5).

Повторность в опыте трехкратная.

В процессе роста и развития растений салата содержание элементов минерального питания в рабочем питательном растворе корректировали добавлением маточных растворов, показатели величины рН контрольного варианта - растворами 10% HNO3 или 10% NaOH, опытных вариантов - смесью активированных вод (при необходимости использовали кислоту или щелочь), показатели окислительновосстановительного потенциала (ОВП) - добавлением свежеприготов-70

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.

ленной смеси католита с анолитом в соответствии с вариантами опытов. рН рабочего питательного раствора поддерживали на уровне 6,0, ЕС-1,6 мСм/см.

Установлено, что в питательном растворе, приготовленном на смеси католита с анолитом в соотношении 1:0,5, скорость релаксации -постепенного перехода водного раствора из неравновесного состояния, вызванного внешним воздействием (в данном случае под влиянием электростатического поля у поверхности электродов) в состояние равновесия - замедляется, и ОВП питательного раствора в среднем составил от +88,9 до -19,5 мВ в момент корректировки до 216,4 мВ по истечении 1 -2 суток, что снижает затраты на воду и удобрения.

Скорость релаксационных процессов в варианте КВ:АВ 1:1 проходила быстрее и ОВП составил от +75,1 до -23,0 мВ в начале опыта и 259,6 мВ через 1-2 суток.

Показатели окислительно-восстановительного потенциала питательного раствора на водопроводной воде в течение периода роста и развития, при прочих равных условиях (ЕС 1,6 мСм/см), составили 288-318,3 мВ (рис.1, 2).

раствор на ВВ

D раствор на смеси КВ:АВ=1:1

раствор на смеси КВ:АВ=1:0,5

Дата проведения измерения

Рис.1. Показатели величины ОВП питательного раствора до корректировки

71

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

раствор на В В

D раствор на смеси КВ:АВ=1:1

раствор на смеси КВ:АВ=1:0,5

Дата проведения измерения

Рис.2. Показатели величины ОВП питательного раствора после корректировки

Питательные растворы на смеси католита с анолитом обладали повышенной биологической активностью, и в результате их использования происходило увеличение сырой биомассы растений в варианте КВ:АВ 1:0,5 до 106,7 (±5,65) г/горшочек, что составило 24,1% к контролю (86,04±5,81 г на ВВ), биомасса растений с горшочком составила

175.6 г (контроль) и 194,0 г (опытный вариант).

В салате отмечали увеличение сухого вещества до 5,53 и 6,73% на смеси КВ:АВ 1:1 и 1:0,5 по сравнению с контрольным вариантом, где показатель составил 5,4%.

В продукции салата содержание нитратного азота заметно снижалось с 1529,3 мг/кг сока (контрольный вариант) до 1110,0 и

1323.6 мг/кг сока на смеси активированных вод, что связано с улучшением азотного обмена в растениях при использовании питательных растворов на активированной воде (см. табл.1).

На основании агрохимического анализа питательного раствора нами проведены расчеты потребления и затрат основных элементов питания на формирование единицы продукции по вариантам опыта.

72

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

_________ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.________

Из табл. 2 видно, что потребление растениями основных элементов питания существенных различий по вариантам опыта не имело, однако, за счет повышения биологической активности питательного раствора на смеси КВ:АВ 1:0,5 урожайность салата повышалась, а затраты азота на единицу продукции снижались с 3,09 на контроле до 2,46 г.д.в/кг. Аналогичную закономерность по снижению затрат основных элементов питания отмечали по фосфору, калию и кальцию. Экономия элементов питания на создание единицы сухого вещества в варианте КВ:АВ 1:0,5 составила 35,49-36,12% к контролю на ВВ.

Таблица 2

Затраты и экономия основных элементов питания на создание единицы продукции салата «Афицион»

Показатели Питательный раствор

на ВВ (контроль) на смеси КВ:АВ 1:1 на смеси КВ:АВ 1:0,5

Урожайность салата, кг/м2 2,32 2,40 2,88

Затраты и экономия элементов питания на единицу продук-ции(г.д.в./кг )/%: N (N- NO3+ N- NH4) 3,09/- 3,07/0,64 2,46/20,4

Р2О5 1,56/- 1,58/- 1,24/20,5

К2О 6,68/- 6,69/- 5,31/20,5

СаО 3,32/- 3,36/- 2,67/19,5

Выход сухого вещества, кг/м2 0,125 0,132 0,193

73

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Продолжение табл. 2

Показатели Питательный раствор

на ВВ (контроль) на смеси КВ:АВ 1:1 на смеси КВ:АВ 1:0,5

Затраты и экономия элементов питания на единицу сухого вещества, (г.д.в./кг )/%: N (N- NO3+ N- NH4) 57,86/- 55,98/2,54 36,78/35,96

Р2О5 29,12/- 28,78/- 18,60/36,12

К2О 124,0/- 121,2/2,41 79,27/36,07

СаО 61,76/- 61,13/- 39,84/35,49

*г.д.в./кг - затраты, % - экономия.

Коэффициент водопотребления у растений салата заметно снижался в варианте на смеси КВ:АВ 1:0,5 с 13,61 кг продукции по сравнению с 15,86 л/кг в варианте на ВВ. Экономия питательного раствора составила 2,25 л/м2 (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициент водопотребления у салата «Афицион» в зависимости от качества питательного раствора

Показатели Питательный раствор на ВВ (контроль) Питательный раствор на смеси КВ:АВ 1:0,5

Подано питательного раствора, л/растение 1,74 1,83

Потреблено питательного раствора, л/растение 1,36 1,45

Потреблено питательного раствора, л/м2 36,8 39,2

Урожайность салата, кг/м2 2,32 2,88

Коэффициент водопотребления, л/кг 15,86 13,61

Экономия воды, л/м2 - 2,25

74

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.

В результате проведенных исследований установлено, что использование технологии электрохимической активации для приготовления рабочих питательных растворов в интенсивной светокультуре позволяет повысить урожайность салата на 8,17-24,1%; снизить содержание нитратного азота в продукции на 13,4-27,4%; сократить расход удобрений на создание единицы продукции на 19,5-20,5%, на создание единицы сухого вещества на 35-36,1%; снизить нагрузку на окружающую среду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проблемы системы полива //Мир теплиц. - М.: IIIIII «Типография Наука». - 2009. - № 5. - С 23-24.

2. Пестициды и альтернативы //Мир теплиц. - М.: ШШ «Типография Наука». - 2008. - № 8. - С 18-19.

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

Шлучено 24.05.2010.

A.P. MISHANOV; A. E. MARKOVA, Cand. Sc (Agriculture);

V.N. SUDACHENKO, Cand. Sc (Engineering); T V. KOLIANOVA

ENVIRONMENTALLY SAFE TECHNIQUE OF WATER AND NUTRIENT SOLUTION PREPARATION UNDER INTENSIVE PHOTOCULTURE CONDITIONS

The paper presents the investigation outcomes of activated nutrient solution application under intensive photoculture conditions. The yield of «Afitsion» salad was found to be higher than the reference grown on the tap water; the inputs of basic nutrients and water per unit of grown product were lower.

75