GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И ОЗДОРОВИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ В ИНТЕНСИВНОЙ СВЕТОКУЛЬТУРЕ.

О.В.Ильин, академик, д-р с/х наук, профессор; Т.О.Ильина; С.П.Волошин.
НИ НПЦ "Олимп", ВИЭСХ, г Москва

Интенсивная светокультура растений является отдельным направлением сельскохозяйственной деятельности человека после открытого и защищённого грунтов и не зависит от климатических и экологических условий местности, требуя лишь закрытых помещений. В докладе в краткой форме приводятся основные параметры энергосбережения при эксплуатации установок интенсивной светокультуры ГОУВРИ, пути автоматизации производственных процессов на них и возможности производственного получения экологически чистой диетической и лечебной растительной продукции.

Одним из главнейших условий полноценного развития растений является свет. Человек не имеет возможности в должной мере управлять солнечным светом и здесь ему на помощь пришло искусственное освещение.

Искусственное освещение - это не только физический заменитель солнечного света, это совершенно новый фактор физиологического воздействия на растения. Фактор, помогающий открыть глубоко спрятанные в генетическом механизме растения его потенциальные возможности роста, развития и продуктивности. Сочетание этого фактора во всём его многообразии с прочими условиями выращивания растений и составляют основу интенсивной светокультуры (ИС).

Искусственное освещение в интенсивной светоустановке по глубине физиологического воздействия на растения принципиально отличается от досвечивания растений в защищённом грунте. Это совершенно самостоятельный фактор развития растений, обуславливающий все актиноритмические закономерности их физиологии, весь онтогенез - их ростовые процессы, развитие, анатомическую структуру и внешний облик, формирование и величину урожая, его качество, передачу наследственных признаков потомству.

Интенсивная светокультура является третьим направлением сельскохозяйственной деятельности человека после открытого и защищённого грунтов и не зависит от климатических и экологических условий местности, требуя лишь закрытых помещений, каковыми служат шахты, пещеры, ангары, бараки, брошенные жилые и производственные помещения, запасные и защитные тоннели метро, подвалы и т.д. Производственные помещения для интенсивной светоустановке, в отличие от теплиц, теплоизолированы от внешних условий и дополнительного обогрева помещений не требуется.

Многолетние испытания всевозможных имеющихся в мировой практике источников света для целей интенсивной светоустановке позволили ещё в начале 70-х годов практически сразу остановиться на применении для этих целей натриевых ламп высокого давления ДнаТ, как только их сконструировали во ВНИИСе в г. Саранске. Они позволили отказаться от использования в качестве источников облучения растений зеркальных ламп накаливания ЗН-7-300, которые применялись тогда на установках Агрофизического НИИ (г. Ленинград) с водяным экраном в количестве 16 шт./м2. Вся эта громоздкая конструкция, потреблявшая 4,8 квт/час и расходовавшая при этом за час около 100 л водопроводной воды для охлаждения, погружённых в неё ламп, в авторской светоустановке ГОУВРИ была заменена одной лампой ДнаТ-400-1, снизив энергопотребление сразу в 12 раз. При этом средний срок службы ламп ЗН-7 был около 3 месяцев, и за год требовалось сменить на одном квадратном метре светоустановки АФИ более 60 ламп, а ДнаТ-400 служит почти 4 года без потери эмиссии, т.е. она одна за это время заменяет почти 250 ламп ЗН-7. И при этом экономит за это же время почти 3 тысячи кубометров чистой питьевой воды.

Применяемые в интенсивной светоустановке источники света экологически чистые, не содержат солей ртути и не дают жёсткого ультрафиолетового облучения, как лампы ДРЛ или ДРЛФ, применяемые до сих пор в защищённом грунте для подсветки растений. Их выход из строя не опасен для обслуживающего персонала и не нарушает экологию среды при утилизации.

Разработанные для интенсивной светоустановки отражатели позволяют облучать растения бестеневым, диффузным, объёмным, частично поляризованным светом, с преобразованным в соответствии с потребностями растений спектральным составом и в оптимальных световых потоках, необходимых той или другой группе растений в их агрофитоценозе на интенсивной светоустановке. Эти отражатели безопасны в эксплуатации и одновременно их конструкция равномерно распределяет тепло ламп для обогрева производственных помещений, что позволяет на порядки снизить энергозатраты на обогрев их зимой, а также на вентиляцию и охлаждение в летнее время, по сравнению с защищённым грунтом.

Вентиляция в помещениях с интенсивной светоустановке требуется минимальная. Она должна лишь способствовать лёгкому перемещению потоков воздуха относительно листовой поверхности растений. Такое перемещение способствует стабильности температурного режима на различных уровнях растений, а главное, позволяет полностью обеспечить растения необходимым для интенсивного фотосинтетического процесса количеством СО2 без увеличения его концентрации в воздухе. Проведённые расчёты показали, что искусственное обогащение воздуха углекислым газом в производственных помещениях с интенсивной светоустановкой не только затратно и неэффективно, но и вредно для обслуживающего персонала.

Лёгкая вентиляция при естественном составе воздуха требует не более 10 ватт/час на 1м2 эксплуатируемых установок, но позволяет растениям осуществлять нужную им эффективность поглощения СО2 из постоянно обновляемых в прилистовой поверхности порций воздуха, что оказалось более эффективным, чем искусственные подкормки СО2, применяемые в защищённом грунте.

Уже эти перечисленные особенности говорят о высоком уровне энергосбережения в интенсивной светоустановке с использованием установок типа ГОУВРИ.

С первых шагов своего развития в интенсивной светоустановке делались попытки автоматизировать основные производственные процессы - включение и выключение света, подачу питательного раствора и т.д. Первоначально для этого применялись КЭПы. По мере развития электроники входили в практику командные приборы-таймеры "Сигнал-201" (г. Орел), "Электроника" (г. Лида), УТ-23, УТ-24 ("Овен", г. Москва) и другие. Сегодня рынок наводнён различными конструкциями таймеров, как одно , так и многолинейных, позволяющих надёжно автоматизировать основные производственные процессы в интенсивной светоустановке, такие как поддержание заданного актиноритма, длительность и периодичность подачи питательного раствора, поддержание его уровня и заданной температуры, а также температуры и влажности в помещении с интенсивной светоустановкой.

Переход на компьютерные технологии позволил ещё более расширить и упростить возможности автоматизации различных производственных процессов, строго соблюдать заданные параметры микроклимата при выращивании растений, практически одновременно контролируя множество исполнительных механизмов и отдавая процесс выращивания на "откуп" технике.

Применение современных материалов для изготовления светоустановок ГОУВРИ снизило и трудозатраты. Ранее для изготовления бака-растильни и бака для питательного раствора применялась оцинкованная сталь, и приходилось ежегодно освобождать их от субстрата, красить битумным лаком, засыпать субстрат обратно. Теперь применение пищевой нержавеющей стали для этих целей позволило освободить производственный процесс от этих операций, субстрат - дроблёный керамзит определённых фракций - стал практически несменяемым, его регенерация занимает всего несколько ночных часов, а процесс выращивания растений может длиться годами. Отказ от использования битумных красителей также улучшил экологичность производства, упростил и удешевил эксплуатацию установок.

Многочисленные анализы состава и состояния питательного раствора в процессе вегетации растений позволили сделать вывод о более рациональной замене его по мере расходования питательных элементов на новый, не прибегая к приборному контролю содержания отдельных ионов и восстановлению их концентрации в рабочем растворе, как это принято делать в тепличных комбинатах. Это дало возможность уменьшить затраты на оборудование и его эксплуатацию, снизить уровень заболеваний растений и отказаться от применения пестицидов, а значит избежать наличия их остаточных количеств в продукции, гарантированно подняв этим её экологическую чистоту.

Конструкция осветительных установок ГОУВРИ позволяет монтировать их в поточные производственные линии для выращивания различных растений в хозяйствах фермеров или в специализированных агрофитотерапевтических комплексах, при этом полностью прекращается какое либо загрязнение окружающей среды.

Климатические условия России таковы, что значительную часть светлого времени солнце закрыто облаками. В это время нормальный ход фотосинтеза нарушен, растения накапливают нитриты и нитраты в качестве питательных веществ и только при появлении солнечного света их уровень падает. При выращивании продукции в почвенных условиях открытого и защищённого грунтов постоянное воздействие почвенно-поглощающего комплекса с идущими в нём процессами нитрификации делает практически невозможным регулирование уровня нитратов без снижения урожайности, никакие технологии не могут полностью избавить растительную продукцию от нитритов и нитратов при недостатке солнечного света. Применяемое для этого в теплицах досвечивание энергозатратно и малоэффективно.

В интенсивной светоустановке пасмурной погоды нет, при нейтральности субстрата и отсутствии органических составляющих в питательном растворе действие почвенно-поглощающего комплекса ничтожно. Катионы и анионы, поступающие в растения из питательного раствора, идут на формирование урожая, ничего не откладывается "в запас". Установленные в технологиях выращивания параметры актиноритмов и величины облученности растений обеспечивают увеличение урожаев растений с показателями уровня нитритов и нитратов значительно ниже ПДК.

Контроль качества применяемой воды и чистоты химических препаратов для приготовления питательных растворов гарантирует в интенсивной светоустановке отсутствие в растительной продукции солей тяжёлых металлов и радионуклидов.

Растения обладают огромным генетическим потенциалом продуктивности, который не реализуется полностью в условиях сельскохозяйственного производства открытого или защищённого грунтов. Реализация этого потенциала зависит от множества внешних факторов жизнедеятельности растений, которые порой просто невозможно реализовать на практике или они могут быть реализованы с огромными затратами, не окупаемыми приростом урожая. При ухудшении среды обитания человека они перестают благоприятно развиваться, падает их продуктивность, ухудшается биохимический состав, всё большие площади сельскохозяйственных угодий требуются для получения необходимого количества продукции.

Разработанные технологии выращивания в интенсивной светоустановке различных сельскохозяйственных культур - овощных, декоративных, лекарственных и т.д. - показали свою значительную, на порядки большую, урожайность и экономию энергоресурсов по сравнению с открытым и, тем более, защищённым грунтом. Так, томаты и огурцы для производства 1 кг продукции требуют всего 14 - 16 квтч. электроэнергии. Урожайность карликового сорта томатов "Танюшка", выведенного Т.О.Ильиной в 1994 - 1995 г.г. специально для условий ИС, составляет 18-20 кг/м2 при периоде вегетации всего 47 дней, или за год 8 урожаев дают 150-160 кг спелых плодов с одного квадратного метра. Биохимический состав плодов томатов с установки ИС по сравнению с продукцией из грунтовой стеклянной теплицы, по данным лаборатории биохимии ВИРа, превышал её по сухому веществу в 2-2,4 раза, по содержанию витамина С в 2-2,2 раза, сахаров в 3-3,2 раза, а кислотность была ниже в 1,5-2,1 раза. Такие томаты становятся диетическими и пригодны в пищу детям и пожилым людям.

Огурцы авторского сорта "Подлунный", период плодоношения которого растягивается на срок более года с применением приёма омоложения растений, дают годовую урожайность более 150 кг/м2 при полном отсутствии отходов по экологическим показателям. Расход электроэнергии не более 18 квтч на килограмм.

Зеленные овощные культуры при ежедекадной срезке, а также салаты при разовой уборке, дают за месяц урожай от 4 до 10 кг/м2 диетической продукции с повышенным также содержанием эфирных масел (укроп, базилик, петрушка, кинза, сельдерей и т.д.). Расход электроэнергии при этом составляет 18 - 20 квтч/кг.

Выгонка зеленого лука всегда была нерентабельна для тепличных комбинатов, находилась на дотации государства. В интенсивной светоустановке производство зеленого лука из дотационной стало самой рентабельной отраслью. При расходе выборка 16-20 кг/м2 выход зеленого лука за 15 дней составляет более 22 кг/м2 при товарности до 98%, расход электроэнергии всего 0,2 квтч/кг, а окупаемость всех затрат менее месяца. Содержание нитратов в таком луке менее 0,5 ПДК, по остальным показателям он диетический.

Весьма эффективно выращивание на интенсивной светоустановке рассады различных культур. Растения, выросшие из рассады, полученной на ИС, отличаются более дружной, ранней и повышенной урожайностью. Рассада томатов любых сортов на интенсивной светоустановке успевает заложить первую цветочную кисть уже к концу второй недели от всходов, весной это гарантирует пересадку растений в открытом грунте взамен погибших от заморозков при увеличении их урожайности. На получение такой рассады требуется всего 0,3 квтч/шт электроэнергии, что на порядок меньше затрат в защищённом грунте. Применение такой рассады в тепличных комбинатах позволяет получать продукцию томатов на месяц раньше.

При переводе животноводства на промышленную основу, когда требуется получение больших количеств витаминного зеленого корма, применение методов интенсивной светоустановки позволяет получать его на 2-3 дня раньше при затратах электроэнергии всего 0,2 квтч на килограмм зеленого фуража, причём со значительно лучшими биохимическими показателями, что важно для получения привесов у животных.

Клубни стахиса (рекомендуются при лечении диабета) при урожайности около 5 кг/м2 стало возможным выращивать 6 раз за год. Содержание полисахаридов в них, по данным НИИ питания АМН РФ, в два раза превышало показатели открытого грунта, причём даже после годового хранения их при пониженной температуре полисахаридов всё равно было больше на 60%.

Технология круглогодового выращивания стевии (растение-сахарозаменитель для лечения диабета) позволяет ежемесячно получать около 4 кг/м2 зеленой массы с содержанием дитерпеновых гликозидов около 19%, или 12 раз за год, что по данным ВНИИСС им. Мазлумова (г. Рамонь Воронежской обл.) более чем в 650 раз больше её годового урожая на Воронежских черноземах.

Общеизвестно значительное количество болезней человека называемых микроэлементозами. Они вызываются неполноценным питанием, недостатком или избытком определённых элементов в пище, отсутствием их усвоения в организме человека из-за несоответствия усвояемым формам соединений, и т.д. Неблагоприятные климатические условия открытого грунта на значительных территориях ограничивают ассортимент выращиваемых культур, что при избирательности накопления в них определённых элементов способствует их дефициту в основных растительных продуктах этих регионов. Миллиарды микроорганизмов почвенно-поглощающего комплекса при дефиците в почве тех или иных элементов в первую очередь используют их для своего развития и только потом их получают растения. При сравнительной стерильности субстратов в ИС растения усваивают те элементы и в тех формах, которые им даются в питательном растворе, что позволяет человеку регулировать накапливаемые растениями химические элементы в различных их соединениях.

Такие элементы, как йод, селен, цинк, железо и другие, находящиеся в растительной пище в виде различных минеральных солей, попадая в организм человека, по-разному усваиваются и влияют на его здоровье, чем эти же элементы, но в соответствующих органических соединениях. Минеральные формы йода быстро выводятся из организма человека, оказывая мимолётный лечебный эффект, в то время как его органически связанные формы задерживаются в щитовидной железе на длительное время, оздоравливая организм.

Минеральные формы селена способствуют растворению изнутри стенок кровеносных сосудов головного мозга, приводя к инфарктам, а его органически связанные формы поднимают иммунитет и способствуют значительному оздоровлению человека.

Ряд солей тяжёлых металлов в минеральных соединениях могут вызвать тяжёлое отравление человека, а в органически связанных формах они же оказывают лечебный эффект, как например, соли кадмия, которые при нахождении их в определённых количествах в почечной ткани способствуют излечению раковых опухолей у человека.

В наших исследованиях при разработке элементного состава питательных растворов для использования их в интенсивной светоустановке было установлено, что при определённых условиях некоторые соединения необходимых человеку элементов могут усваиваться теми или иными растениями с образованием в них органически связанных форм этих элементов.

Употребление таких растений в пищу человека действует с сильным лечебным эффектом, полностью и за короткое время, вылечивая его болезни - струму при йод дефиците, анемию крови при железо дефиците, простатит при цинк дефиците (что было испытано автором на себе и своих родных), и ряд других. Это весьма перспективное направление в исследовательских работах с использованием возможностей интенсивной светоустановки. Широкое внедрение интенсивной светоустановки в практику сельскохозяйственного производства обеспечивает продовольственную безопасность регионов, открывает дальнейшие пути безмедикаментозного лечения многих болезней, значительного улучшения экологической обстановки в мире, перспективно для человеческого выживания и прогресса.

GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU GOUVRI.RU