СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ЗЕЛЕННЫХ КУЛЬТУР В ИНТЕНСИВНОЙ СВЕТОКУЛЬТУРЕ
METHOD TO GROW LEAF VEGETABLES IN INTENSIVE PHOTOCULTURE

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к растениеводству защищенного грунта.
Известно выращивание салата «Афицион» на линии проточной гидропоники на питательном растворе, приготовленном из комплексных и простых удобрений на простой воде с электропроводностью питательного раствора 1,6-2,2 мСм/см и продолжительным периодом выращивания 38-39 дней. Лесин С.А. "Салат на линии проточной гидропоники", РГАУ - МСХА, ж. Картофель и овощи, №5, 2007, с.22.
Недостаток данной технологии выращивания - высокая энергоемкость производства салата.
Известно выращивание салата в защищенном грунте на грунтах с использованием простых минеральных удобрений. Главное условие при подборе состава удобрений - сбалансированность по элементному составу питательного раствора. Повысить биологическую ценность питательного раствора, продлить его срок действия, снизить токсичность можно внесением цеолита в грунт. Глушков Н.М., Плющиков В.Г., Синютин А.Г. ЦИНАО, ж.Картофель и овощи, №7, 2002, с.26.
Недостатком данного способа выращивания зеленных культур, в т.ч. и салата на грунтах, является трудоемкость процесса и стоит большого труда сохранить биологическую ценность продукции в течение нескольких дней.
2
3
2
Наиболее близкий к заявленному способ выращивания растений в условиях гидропоники, заключающийся в воздействии на семена или растения в зоне, прилегающей к корням или к нижней части семян, а именно в зоне питательного раствора, ультразвуком, интенсивность которого в среднем составляет от 10 до 10 Вт/м. Для увеличения эффективности ультразвука семена или растения стимулируют постоянным и/или переменным магнитным полем. Дополнительное воздействие на клеточные структуры семян и растений в виде низкоинтенсивного ионизирующего электромагнитного излучения (СВЧ-излучение) или лазерного (RU №2048058, A01G 9/26, 1995 г.).
3
2
Недостатком известного изобретения является высокая энергоемкость процесса стимулирования питательного раствора ультразвуком (до 10 Вт/м).
Задача изобретения - выращивание зеленных культур в интенсивной светокультуре на питательном растворе, приготовленном с использованием технологии электрохимической активации (ЭХА) для снижения удельных показателей энергоемкости производства зеленных культур.
Поставленная задача решается тем, что способ выращивания зеленных культур в интенсивной светокультуре, содержащий выращивание растений на торфогрунте в питательном растворе с постоянной его рециркуляцией и поддержанием концентрации питательных элементов в рабочем растворе в зависимости от времени года и его кислотности; питательный раствор готовят на основе смеси католита и анолита в соотношении 1:0,5, производят деактивацию питательного раствора в процессе выращивания растений, добавляя смесь свежеприготовленных католита с анолитом и поддерживая окислительно-восстановительный потенциал питательного раствора от +100 до -40 мВ, при этом первые 10-12 дней растения выдерживают на рассадном столе и поливают смесью активированной воды католита с анолитом 1:0,5, pH 9,1.
Новые существенные признаки:
1. Питательный раствор готовят на основе смеси католита с анолитом в соотношении 1:0,5;
2. Производят деактивацию питательного раствора в процессе выращивания растений, добавляя смесь свежеприготовленных католита с анолитом и поддерживая окислительно-восстановительный потенциал питательного раствора от +100 до -40 мВ.
3 Первые 10-12 дней растения выдерживают на рассадном столе и поливают смесью католита с анолитом 1:0,5, pH 9,1.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые запрашивается испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат заключается в том, что выращивание салата на питательном растворе, приготовленном на основе смеси католита с анолитом в соотношении 1:0,5 (ОВП от +100 до -40 мВ), позволяет повысить урожайность по сравнению с контролем (на водопроводной воде) на 24,1%, повысить качество салата за счет повышения сухого вещества на 21,3-54,4% и снизить содержание нитратного азота в продукции на 13,4%.
Многократное использование питательного раствора, обладающего повышенной биологической активностью на основе феномена электрохимической активации (ЭХА), существенно влияет на удельные расходные показатели энергетических ресурсов.
Повышенные биологические свойства питательного раствора, приготовленного на основе католита с анолитом 1: 0,5, характеризуются увеличением активности электронов, обусловленных уменьшением показателя ОВП от +100 до -40 мВ.
Экономия основных элементов минерального питания (азота, фосфора, калия, кальция) на формирование урожая 1 кг салата составила 19,5-20,5% и на создание 1 кг сухого вещества - 19,4-20,6% (рециркуляция) и 35,4-36,1% (водная культура), было получено опытным путем при использовании заявленного способа (см. табл.1, 2, 3, 4).
2
Экономия воды на 1 кг сырой биомассы составила 0,70-2,25 л/м в зависимости от метода выращивания культуры (водная и проточная гидропоника), табл.7.
На чертеже схематично изображено устройство по приготовлению питательного раствора на основе ЭХА и подачи в лотки в системе его рециркуляции.
Устройство состоит из электромагнитного клапана 1, емкости для воды 2, датчика уровня жидкости 3, модуля управления 4. Насосом подачи 5 вода подается в электрохимический активатор 6. Напряжение на активатор 6 подается через выпрямительный блок 7. Через вентиль 8 активированная вода (католит) поступает в емкость 9 до заданного уровня, поддерживаемого датчиком уровня 10. Анолит через вентиль 11 поступает в емкость 12. Контроль уровня активированной воды в емкости 12 поддерживается через сливное отверстие 13. Насосами перекачивания 14 и 15 смесь активированных вод поступает в смесительную емкость 16. Датчик уровня жидкости 17 в емкости 16 контролирует работу насоса 18, клапанов 19 и 20, подает сигнал на измерительную ячейку 21, содержащую датчики pH и ЕС питательного раствора. Команда от датчика 17 подается на закрытие клапана 20 и открытие насосов-дозаторов 22, 23, 24 для дозированной подачи маточных растворов и кислоты из емкостей 25, 26 и 27 через насос 18 и измерительную ячейку 21 и откорректированный питательный раствор через клапан 20 поступает на лотки 28 к растениям и рециркулирует по замкнутому кругу с возвратом в смесительную емкость 16 и работа всех узлов устройства повторяется вновь.
В экспериментах, проведенных в 2008-2009 годах, в качестве исследуемой культуры использовали салат сорта "Афицион" голландской фирмы "Рейк Зваан", как наиболее приспособленного к условиям удлиняющегося светового дня.
Выращивали салат посевом в специальные пластмассовые контейнеры (горшочки), разработанные для используемых в салатных линиях лотков 28. Горшочки заполняли верховым торфом, увлажняли, всходы появлялись на 3-й день, и растения оставались на рассадном столе 10-12 дней. Увлажняли горшочки с растениями активированной водой.
Освещенность 10 кЛк (круглосуточно) в сооружении создавали лампами Дна3-400, подвешенными по высоте на расстоянии 1,8 м от поверхности лотка.
Температурно-влажностный режим поддерживали с использованием приточно-вытяжной вентиляции. В осенне-зимний период температуру поддерживали на уровне 18±2°С круглосуточно.
Управление системой освещенности и работой вентилятора осуществлялось в автоматическом режиме (не показано).
В возрасте 10-12 дней от полных всходов горшочки с растениями выставляли на лотки 28, по которым рециркулировал питательный раствор, приготовленный с использованием технологии электрохимической активации.
Пластиковые лотки 28 размещали на расстоянии 18 см друг от друга.
Нами также были проведены исследования по изучению влияния активированных питательных растворов на урожайность и качество в строго контролируемых условиях методом водной культуры, где каждое растение салата выращивали в отдельном стеклянном сосуде в соответствии с методикой водной культуры.
Для электроактивации воды использовали устройство на базе элемента ПЭМ-3 (проточный электрохимический модульный), выпускаемое серийно в ОАО НПО «Экран».
Принцип работы технологического оборудования по подготовке и подаче питательного раствора в лотки к растениям, представленного схематично на чертеже, следующий: подогретая до температуры +23°С водопроводная вода через электромагнитный клапан 1 поступает в емкость 2 до заданного уровня, контролируемого датчиком уровня 3, управляемым модулем управления 4. После достижения заданного уровня воды в емкости 2 поступает сигнал с модуля управления 4 на закрытие клапана 1 и включение насоса подачи воды 5 в электрохимический активатор 6, на который подается напряжение 80 В с выпрямительного блока 7, управляемого модулем управления 4. Активированная вода (католит) поступает через вентиль 8 в емкость 9 до достижения заданного уровня жидкости, контролируемого датчиком уровня 10, управляющим насосом 5 и электрохимическим активатором 6 через модуль управления 4. Активированная вода (анолит) поступает через вентиль 11 в емкость 12. Датчик уровня 10 настроен так, чтобы при отключении насоса 5 соотношение объемов католита с анолитом в емкостях 9 и 12 составило 1:0,5. Необходимый объем анолита поддерживается за счет сливного отверстия 13 в емкости 12. Излишки анолита идут на технологические нужды. После достижения заданного соотношения католита к анолиту 1:0,5 с модуля управления 4 поступает сигнал на последовательное включение насоса перекачивания 14 католита и насоса перекачивания 15 анолита в смесительную емкость 16. Продолжительность работы насосов перекачивания 14 и 15 контролируется в автоматическом режиме с модуля управления 4. Операции подготовки активированных вод (католита и анолита) повторяются циклически и перекачиваются в смесительную емкость 16 для достижения заданного уровня жидкости, контролируемого датчиком уровня 17, который подает команду на включение насоса 18, открытие клапана 19 и закрытие клапана 20.
Смесь католита с анолитом в смесительной емкости 16 начинает циркулировать по замкнутому контуру через измерительную ячейку 21: смесительная емкость 16 → насос 18 → измерительная ячейка 21 → клапан 19 → смесительная емкость 16 с одновременным включением насосов-дозаторов 22, 23, 24 для подачи маточных растворов А из емкости 25, Б из емкости 26 и кислоты из емкости 27 в смесительную емкость 16.
После достижения заданных величин pH и ЕС питательного раствора, определяемых с помощью датчиков измерительной ячейки 21, закрывается клапан 19 с одновременным открытием клапана 20 через модуль управления 4 и питательный раствор подается на лотки 28 с растениями с последующим возвратом в смесительную емкость 16.
Дальнейшее поддержание заданных величин pH и ЕС питательного раствора осуществляется с помощью измерительной ячейки 21 и работой соответствующих насосов-дозаторов 14, 15 без закрытия клапана 20.
Следующая порция активированной воды попадет в смесительную емкость 16 только после получения модулем управления 4 сигнала от датчика уровня питательного раствора 17, означающего снижение уровня в смесительной емкости 16 на определенную величину. Затем цикл повторяется.
Результаты проведенных экспериментов представлены в таблицах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Таблица 1
Затраты основных элементов питания на выращивание салата "Афицион", водная культура, ЕС 1,6 мСм/см
Варианты
Урожай сырой биомассы, г/растен.
Потреблено элементов питания, г.д.в. /растение
Затраты элементов питания, г.д.в. /м<sup>2</sup>
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
Питательный раствор на ВВ (контроль)*
86,04
0,266
0,135
0,577
0,286
7,17
3,64
15,50
7,71
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)**
106,77
0,263
0,133
0,568
0,285
7,09
3,58
15,30
7,69
• - ВВ (водопроводная вода)** - КВ+АВ (католит+анолит)
Таблица 2
Экономия основных элементов питания на создание единицы продукции салата "Афицион", водная культура, ЕС 1,6 мСм/см
Варианты
Урожай сырой биомассы, г/растен.
Затраты элементов питания на 1 кг сырой биомассы, г.д.в /кг
Экономия элементов питания, %
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
Питательный раствор на ВВ (контроль)
2,32
3,09
1,56
6,68
3,32
-
-
-
-
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)
2,88
2,46
1,24
5,31
2,67
20,4
20,5
20,5
19,5
Таблица 3
Затраты основных элементов питания на выход 1 кг сухого вещества салата «Афицион», водная культура, ЕС 1,6 мСм/см
Варианты
Урожай сухого вещества, кг/м<sup>2</sup>
Затраты элементов питания на создание 1 кг сухого вещества, г.д.в.
Экономия элементов питания, %
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
Питательный раствор на ВВ (контроль)
0,125
57,44
29,12
124,0
61,76
-
-
-
-
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)
0,193
36,78
18,60
79,27
39,84
35,96
36,12
36,07
35,49
Таблица 4
Затраты основных элементов питания на выход 1 кг сухого вещества салата «Афицион», рециркуляция, ЕС 1,3 мСм/см
Варианты
Урожай сухого вещества, кг/м<sup>2</sup>
Затраты элементов питания на 1 кг сухого вещества, г.д.в.
Экономия элементов питания, %
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
N(N-NO<sub>3</sub>+N-NH<sub>4</sub>)
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
CaO
Питательный раствор на ВВ (контроль)
0,150
47,86
25,66
108,00
49,13
-
-
-
-
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)
0,182
37,96
20,43
85,71
39,56
20,68
20,38
20,63
19,47
Таблица 5
Изменение величины ОВП питательного раствора в зависимости от степени его активированности, рециркуляция, ЕС 1,3 мСм/см
Варианты
Показатели
ОВП, мВ
16.05
19.05
21.05
23.05
24.05
25.05
Среднее за оборот
Питательный раствор на ВВ (контроль)
до корректировки
160,0
268,4
241,0
270,0
250,0
237,0
237,7
после корректировки
240,0
220,0
250,0
256,0
270,0
220,0
242,6
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)
до корректировки
222,0
238,1
238,0
270,0
235,0
230,0
238,8
после корректировки
60,1
-67,0
23,0
2,0
20,0
20,0
+47…-67
Таблица 7
Коэффициент водопотребления у салата «Афицион» в зависимости от качества питательного раствора
Варианты
Методы выращивания
Подано питательного раствора, л/растение
Потреблено питательного раствора
Урожай сырой биомассы, кг/м<sup>2</sup>
Коэффициент водопотребления, л/кг
Экономия воды, л/м<sup>2</sup>
л/растение
л/м<sup>2</sup>
Питательный раствор на ВВ (контроль)
Рециркуляция
2,75
1,87
50,5
4,07
12,40
-
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)
-“-
2,77
1,94
52,3
4,47
11,70
0,7
Питательный раствор на ВВ (контроль)
Водная культура
1,74
1,36
36,8
2,32
15,86
-
Питательный раствор на смеси (КВ+АВ)
-“-
1,83
1,45
39,2
2,88
13,61
2,25