Технологии 20 Марта 2020

Овощной конвейер: опыт по выращиванию рассады в закрытых помещениях

Овощной конвейер: опыт по выращиванию рассады в закрытых помещениях

Текст: В. Н. Сельмен, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр., Мещерский филиал ФГБНУ «ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова»

Подходящими для ведения сельского хозяйства по показателям светового и теплового режимов в нашей стране могут считаться лишь некоторые территории. В связи с этим актуальным является развитие специализированных технологий растениеводства, в частности, конвейерного выращивания культур в закрытых помещениях под искусственным освещением.

В России сейчас проживают 147 млн человек, а по среднемировой плотности территория нашего государства может вместить один миллиард граждан, или в 7 раз больше. В последнее время численность стабилизировалась, однако стране необходимы значительный прирост населения, равномерное размещение его по северо-восточным регионам и освоение Арктики. При этом прибывающим жителям потребуется надежная продовольственная база.

В СУРОВЫХ УСЛОВИЯХ

Для растениеводства по количеству поступающего света и тепла благоприятна лишь четверть земель России, в частности, районы вокруг города Москвы и к югу от него, а также полоса вдоль границ с Казахстаном, Монголией и Китаем. В северо-восточной части располагаются территории, малопригодные для ведения сельского хозяйства, — тайга, тундра, болота, горы и вечная мерзлота. Традиционные виды агропроизводства в этих районах в большинстве случаев невозможны. В обозначенных обстоятельствах необходимо разрабатывать принципиально новые способы получения продовольственных товаров, например технологию возделывания растений на светокультуре, то есть под искусственным освещением. Нужно научиться в условиях вечной мерзлоты и полярной ночи круглогодично выпускать растениеводческую продукцию в помещении, где человек живет и работает. При этом следует обеспечить сохранность хрупкой северной экологии. Кроме того, необходимо учитывать, что сельскохозяйственное производство в юго-западных регионах может понести серьезный ущерб либо быть полностью уничтожено в результате тех или иных природных и техногенных катастроф, последствий военных конфликтов, радиоактивного загрязнения окружающей среды. Следует заранее готовиться к таким явлениям и знать, что традиционное поле не всегда сможет обеспечить достаточную продовольственную базу.

Идеи выращивания растений под искусственным освещением появились в конце XIX века, вскоре после изобретения ламп накаливания. Однако такой светильник на выработку света использует только 7% электроэнергии, а 93% — на образование тепла, поэтому первые опыты в данной области были неудачными, поскольку при достижении оптимального излучения культуры перегревались. Кроме того, спектр таких ламп плохо подходит для большинства растений. Появление в середине XX века люминесцентных светильников, использовавших на освещение 21% от израсходованного электричества, возродило интерес к данному направлению и принесло первые положительные результаты. В начале XXI века появились светодиодные лампы, в которых на выработку света направляется 60% электроэнергии. Такие светильники заставляют заняться искусственным освещением растений с новыми силами.

В ЗАКРЫТОМ ПОМЕЩЕНИИ

Производство аграрной продукции по данной методике требует создания принципиально новых технологий. Так, нельзя, как в теплице, разместить сельскохозяйственные культуры на полу, а под потолком повесить светильники. В условиях экстремального климата урожай нужно получать с единицы не площади помещения, а его объема, поэтому первое решение — расположение растений на стеллажах с системой искусственного освещения, причем высота каждой секции должна соответствовать росту культур. Однако такое оборудование также имеет ряд недостатков. В частности, на полки следует ставить емкости с побегами для выращивания и снимать их для уборки урожая. За период вегетации к ним необходимо многократно подходить для поливов, внесения удобрений, ухода, регулировок интенсивности и продолжительности искусственного освещения. Все эти задачи можно решить с помощью механизации и компьютеризации. Следует отметить, что такие работы ведутся, но в целом производственный процесс получается слишком сложным.

Упростить процедуру и собрать максимальное количество продукции с единицы объема помещения можно посредством возделывания сельскохозяйственных культур на многоярусном движущемся конвейере. На перемещающуюся площадку с заданным интервалом устанавливаются емкости, заполненные почвой или субстратом с посеянным или посаженным растительным материалом. Продолжительность прохождения лотков по конвейеру должна соответствовать длительности периода вегетации возделываемых культур. В заданных точках проводятся поливы, осуществляется внесение питательного раствора с макро- и микроэлементами, для каждой фазы развития подбираются оптимальные протяженность светового дня и интенсивность искусственного освещения, а в случае необходимости добавляются препараты для борьбы с болезнями и вредителями. После прохода по конвейеру емкости с выросшим урожаем снимаются, растительная продукция используется в пищу, а почва или субстрат стерилизуются и применяются для повторных процедур.Как известно, для развития растениям требуется углекислый газ, а в процессе фотосинтеза они выделяют кислород. При этом для находящихся в помещении людей важным является именно последнее вещество, а от первого они избавляются. Расположив конвейер с культурами в здании, где человек живет и работает, можно добиться снижения затрат на вентиляцию и отопление. Такое технологическое решение при условии поступления достаточного количества электроэнергии, минеральных питательных элементов, воды и CO2 позволяет осуществлять работу круглогодично, в отличие от получения урожая один раз в год при традиционном земледелии.

РАБОЧАЯ МОДЕЛЬ

Обычно дискуссии о целесообразности и перспективах выращивания растений на светокультуре завершаются доводами о бесплатной энергии солнца. Однако необходимо отметить, что введение на предприятии дорогостоящей операции искусственного освещения позволит получить лучший экономический эффект за счет снижения расходов на всех прочих технологических процессах, а также посредством получения продукции в течение всего года. В итоге затраты труда и денежных средств на единицу товара могут оказаться меньшими, чем при традиционном земледелии.

Идея растительного конвейера воплотилась в более чем 20 патентах и изобретениях, однако все они требуют использования разнообразных моторов и трансмиссий для приведения механизма в движение. В этом направлении одним из лучших можно считать технологическое решение, обладающее патентом № 2258352 и заключающееся в том, чтобы устанавливать емкости с вегетирующими культурами на наклонные направляющие, по которым они скатываются под действием силы тяжести. В данном случае никакие движущие устройства не требуются, а технологический процесс упрощается и становится более надежным, ведь любой механический привод грозит опасностью поломки и остановки производства. В Мещерском филиале ФГБНУ «ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова» в соответствии с этим патентом была изготовлена рабочая модель конвейерной многоярусной установки, на которой выращивались пробирочные растения картофеля для меристемного размножения и полученная впоследствии рассада. Культура была представлена семью сортами: ранними — Жуковский ранний и Пушкинец, среднеранним — Юбилей Жукова, среднеспелыми — Бронницкий и Луговской, среднепоздними — Лорх и Никулинский. Из других овощей были выбраны зеленый лук и новые перспективные салатные культуры — руккола и листовая горчица. На рассаду в стаканчиках также размещались томат Розовый фламинго, сладкий перец Зерто F1, огурцы Клавдия F1 и Герман F1, выращиваемый через рассаду в однолетней культуре репчатый лук сорта Эксибишен. Помимо этого, из саженцев на светоустановке были доведены до стадии укоренения и начала интенсивного роста в стаканчиках черенки винограда сортов Изабелла и Белый жемчуг. Испытания показали хорошие результаты.

ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ

В 2019 году специалисты Мещерского филиала ФГБНУ «ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова» для подтверждения экономической эффективности возделывания растений на конвейере под искусственным светодиодным освещением поставили опыт с рассадой капусты, томатов и перца. Первые две культуры выращивались по схеме 6×6 см, а третья — 7×7 см, при этом на одном квадратном метре помещалось 256 штук саженцев капусты и томатов и 196 единиц — перца. На контроле рассада содержалась традиционным способом — на окне. Установочная мощность светодиодных ламп составляла 80 Вт/кв. м. Развившиеся под светодиодным освещением растения обладали лучшим товарным видом, оказались коренастее, имели увеличенную площадь листьев и более интенсивную их окраску, чем при стандартной методике. Более того, на контрольном варианте розетки листовых пластин всех ростков вытянулись и стали однобокими, а при досвечивании — равномерно распределились по сторонам. В апреле текущего года в городе Рязани стоимость одного киловатт-часа электроэнергии составляла 4,45 рубля. Данные о расходах на искусственное светодиодное освещение рассады овощных культур показали, что цена электричества при выращивании одного растения капусты составляла 0,88 рубля, томата — 1,17 рубля, перца — 1,91 рубля. При этом средняя стоимость одной рассады в мае 2019 года для первой культуры достигала 15 рублей, второй — 25 рублей, третьей — 30 рублей. При сопоставлении данных значений можно сделать вывод, что возделывание рассады овощей под искусственным светодиодным освещением экономически оправданно и весьма выгодно.

1. Стоимость искусственного светодиодного освещения для рассады овощных культур.png

Таким образом, конвейерное выращивание сельхозкультур в закрытых помещениях под искусственным светом является перспективным растениеводческим направлением, которое позволит нашей стране решить продовольственные проблемы при освоении перспективных северо-восточных регионов и Арктики. Предлагаемое решение также даст возможность обеспечить население свежими продуктами питания в случае критических ситуаций с традиционным сельскохозяйственным производством. В связи с этим представителям аграрного бизнеса целесообразно отслеживать ход научных исследований и практических работ в этой отрасли, поскольку открываются перспективы освоения нового большого рынка.

Популярные статьи