ТЕПЛИЧНЫЙ ПРОЦЕСС
GREENHOUSE PROCESS

Настоящее изобретение относится к технологии выращивания растительной продукции в промышленных теплицах и может быть использовано в фитотронах для получения высококачественных растительных продуктов с выраженными жизнестимулирующими свойствами и способностью замедлять процесс старения человека.
Известны способы выращивания сельхозпродукции в теплицах с предпосевной обработкой семян, с использованием гидропонного полива, искусственных сред, освещения и вентиляции, а также тепличных транспортных модулей, передвигающихся по трубам регистра надпочвенного обогрева, разнесенных горизонтально.
Наиболее совершенным считается тепличный процесс с капельным поливом, при котором питательный раствор удобрений подается к растению по тонкой трубочке в виде капель (см. "Рекомендации: технология приготовления и подачи питательного раствора в теплицах на малообъемной гидропонике" М.: Росагропромиздат, 1988; и "Система капельного орошения для защищенного грунта" ВНИИводполимер, Латв. ССР, Елгава, 1987. ВДНХ).
Недостатками этих и других существующих тепличных процессов являются:
- забивание тонких трубочек осадком солей, что увеличивает объем трудозатрат в теплице;
- абсолютная зависимость производительности растений от качественных и количественных характеристик естественного освещения;
- большие расходы электроэнергии на стационарное освещение и вентилирование растений;
- почти полная невозможность влиять на фотосинтетические процессы и функцию корневой системы в процессе выращивания растений;
- недостаточно высокая автоматизация процесса и низкая производительность труда с большим количеством ручных операций.
Цели настоящего изобретения состоят в том, чтобы разработать более экономичный и производительный способ выращивания растений в физиологически обоснованном режиме, допускающий более высокую степень автоматизации и механизации работ при стандартных системах регулирования микроклимата и небольших изменениях существующих систем приготовления и подачи питательных растворов.
Поставленные цели достигаются следующими путями:
1. Засорение тонких трубочек осадком солей предотвращают тем, что в существующую систему растворения и подачи удобрений, например суперфосфата, вводятся следующие дополнения:
а) маточные насыщенные растворы получают с применением ультразвуковых колебаний, а затем разделяют микрофильтрацией на загрязненный и чистый потоки, причем загрязненный поток далее центрифугируют с выделением плотного грязевого осадка, а чистый насыщенный фильтрат выдерживают в охлаждаемых отстойниках для отделения избытка солей кристаллизацией, после чего маточный раствор используют для приготовления рецептуры рабочего поливочного раствора после достижения им температуры, которая имеется по регламенту культивирования в теплице;
б) при подаче рабочих растворов удобрений в систему полива через ряд фильтров их не смешивают как обычно, а подают раздельно по своим собственным системам к растению через свою индивидуальную трубочку или форсунку;
в) осадок растворенного прежде удобрения (осадок после кристаллизации) заливают в емкости отстоя таким же или меньшим, по отношению к объему раствора, количеством подогретой воды, и после полного растворения перекачивают слабый раствор в емкость для подогрева до регламентной температуры с последующей подачей в систему приготовления рабочего раствора для полива.
Этими дополнениями достигается более полная утилизация удобрений, так как отстой и охлаждение раствора проводят в специальной емкости, из которой можно использовать осадок растворимого удобрения, а не там, где готовят маточный раствор, осадок от которого выбрасывается вместе с нерастворимыми частицами. Кроме того, некоторое удорожание системы полива за счет дублирования ее для разных видов удобрений быстро окупается снижением ручных операций по замене засорившихся трубочек и постоянному поиску их на больших площадях теплиц, а также их замене. Трубочки и форсунки при индивидуальных системах подачи удобрений могут работать без замены несколько лет.
В конкретном примере общая схема приготовления питательного (рабочего) раствора для полива имеет следующий вид (фиг. 1):
- засыпка удобрения в маточную емкость 1 для растворения,
- заливка горячей воды и получение грязного маточного раствора,
- перекачка раствора после оседания мути из маточной емкости в отстойную емкость 2 для охлаждения до температуры воздуха в теплице и выпадения избытка растворенного удобрения,
- центрифугирование охлажденного маточного раствора на аппарате 3 с отбросом грязной фракции в канализацию и выделением чистого маточного раствора в емкости 4,
- перекачка (дозирование, согласно рецептуре) остывшего раствора без осадка с попутным определением параметров устройством 5 из емкости 4 в емкость 6 для приготовления рабочего раствора, контроля основных ингредиентов раствора (датчики не показаны) и для достижения температуры поливочной жидкости,
- подача готового рабочего раствора в систему полива через магистраль 7,
- закачка в отстойную емкость 2 воды в таком же или меньшем по отношению к объему прежнего раствора количестве для растворения выпавшего осадка и получения слабого раствора удобрения,
- микроочистка на центрифуге 3,
- перекачка очищенного слабого раствора удобрения в термостатируемую емкость 4 для выравнивания температуры и контроля исходных параметров раствора (датчики не показаны),
- подача слабого раствора удобрения в систему (емкость 6) приготовления рабочего питательного раствора,
- перекачка готового рабочего раствора для полива через магистраль 7.
Осадок твердых нерастворимых частиц из маточной емкости удаляют через нижнее выпускное отверстие в канализацию (система удаления не показана).
Все стадии данного процесса легко автоматизируются имеющимися в настоящее время средствами.
2. Зависимость растения от интенсивности и качества естественного освещения устраняется следующими мерами:
а) естественное освещение в наиболее важные периоды жизни растения заменяется усовершенствованным искусственным с необходимыми параметрами;
б) спектральный состав искусственного освещения подбирается согласно спектру поглощения хлорофилла для данного вида растения и особенностям пропускания световых волн разной длинны поверхностным слоем листовой пластинки;
в) правильность подбора спектра излучения ламп проверяется, например, по синтезирующей функции листа.
Общая схема работ по организации требуемого освещения в конкретном примере принимает следующий вид:
- определение критических и полукритических, с точки зрения необходимого освещения, периодов развития растения,
- получение спектров поглощения хлорофилла и поверхностной пластинки листа,
- создание на осветительных приборах соответствующих цветопокрытий для коррекции спектра излучения ламп,
- проверка правильности подбора параметров искусственного освещения, например, по крахмалообразующей функции листа.
Эта схема справедлива и в случаях применения активаторов или ингибиторов фотосинтеза, например ванадия, для томатов и т.д.
3. Экономия электроэнергии при искусственном освещении и вентилировании растений достигается тем, что осветительные блоки и вентиляторы выполнены в транспортабельном виде и размещены на тележках, передвигаемых вдоль рядов растений по разнесенным монорельсам или трубам, что обеспечивает периодическое мощное освещение и вентилирование растений в рядах.
Такие тележки или модули могут быть сгруппированы по нескольку штук, неся на себе различные функциональные приспособления и агрегаты.
Конкретный пример тележки со светоблоком изображен на фиг. 2.
Контактные и опорные монорельсы или трубы 8 разнесены. По ним скользят контактные щетки 9 и катятся подпружиненные колеса 10. Электромоторы 11 работают синхронно. Рама 12 несет на себе фотоблок с лампами 13 и вентиляторами 14.
4. Экономия места теплиц с возможностью высева большего количества растений достигается тем, что привычные центральные дороги в теплице могут быть значительно уменьшены по ширине, поскольку передвижные тележки могут свободно передвигаться с людьми и оборудованием между стандартно расположенными рядами растений. Тележек может быть несколько типов: для людей и оборудования, для фотоблоков, для вентиляционных агрегатов, для вывоза готовых овощей и др.
В этом случае ряды (гряды) растений лучше располагать не поперек, а вдоль теплицы или же, в случае организации теплицы в круглом здании, по спирали, что облегчает систему автоматизации процессов освещения, вентилирования, опрыскивания растений. Гряды (ряды) по своей длине могут иметь несколько разрывов, формирующих поперечные дорожки, облегчающих вывоз плодов и другие операции.
5. Облегчение трудовых операций и повышение производительности труда достигается тем, что рабочие в основном передвигаются по теплице на тележках вместе с ящиками и технологическим оборудованием.
6. Возможность влиять на процессы фотосинтеза, роста и развития растений достигают также и специализацией отдельных участков корневой системы при зонном питании.
Зонным питанием мы называем подачу разных питательных компонентов, в том числе и воздуха (газо-воздушных смесей), в разные участки грунта или субстрата, охваченного корневой системой. При этом участок субстрата с будущей корневой системой заключают в изолированный объем, например в торфоперегнойный горшочек с быстро разрушаемой стенкой.
Конкретный пример изображен на фиг. 3.
Сетчатый цилиндр 15, выполнен с возможностью внесения в него растения 16 с куском 17 рассадного грунта. Цилиндр размещают в слое субстрата 18, который может демпфировать и рассредоточивать излишки питательных растворов и воздушных смесей, накапливающихся во вспомогательном субстрате 19 внутри сетчатого цилиндра. Зонное питание растения представлено трубками 20 для веществ, наиболее склонных к образованию осадка и для газо-воздушных смесей, трубками 21 для растворов веществ, выполняющих роль физиологических стабилизаторов процесса роста и развития растений, и трубками 22 для других растворов питательных веществ.
По всем трубкам возможна подача чистой воды или растворов для восстановления функций субстратов.
7. Оптимизация условий для физиологически полноценного прорастания семян растений достигается тем, что на семени создают некоторый избыток микроэлементов с добавками веществ, влияющих на качество фотосинтеза в будущих листьях.
В конкретном примере для семян томата сбалансированный раствор микроэлементов может пополняться растворимым соединением ванадия, улучшающего усвоение световой энергии растением. Удерживание повышенного количества микроэлементов на растении, в данном случае, в стадии семени, достигается применением безвредных пленкообразователей, например слабых растворов желатина, полиэтиленоксида и др., причем обработка семян может быть повторной.
Эта операция может применяться не только в тепличном процессе, но и в открытом грунте, где ее значение даже возрастает.
Использование предлагаемого тепличного процесса с описанными особенностями обеспечивает по сравнению с существующими процессами следующие преимущества:
- возможность управлять синтетическими способностями растений в промышленном масштабе и получать от растений максимальную сортовую и видовую продуктивность, что достигается идентификацией спектров поглощения растения и спектра излучения осветительных устройств, зонным питанием растений и подбором режимов фотопериодичности;
- снижение объема ручных операций, что достигается применением систем полива, исключающих засорение форсунок и тонких трубочек осадком солей удобрений, а также применением подвижных фотоблоков, позволяющих освещать рассаду на больших площадях при высаживании ее сразу на постоянное место или в соответствующие питательные горшочки, исключающих последующую пикировку рассады при ее пересадке;
- повышение производительности и культуры труда, что достигается использованием передвижных тележек для транспортировки людей и технического оборудования, а также способами работы с семенным материалом, что исключает некоторые побочные ручные операции. Этому способствует также система зонной поливки растений, предотвращающая засорение трубочек для полива, а также высокий уровень автоматизации при приготовлении и дозировании питательных растворов.