7.2. Характеристики сооружений защищенного грунта
Для сравнительной оценки сооружений защищенного грунта используют ряд показателей, характеризующих световой, тепловой, водный, воздушно-газовый и питательный режимы.
Световой режим определяется степенью использования солнечной энергии, которая характеризуется интегральным коэффициентом проницаемости световой и инфракрасной солнечной энергии через светопроницаемые ограждения защищенного грунта.
Коэффициент проницаемости kП равен отношению потока солнечной энергии Фт, прошедшего через ограждения, к потоку энергии Фп, поступившему от солнца: kп=ФТ/ФП.
Значение kП зависит от коэффициентов пропускания kM, затенения k3 и загрязнения kГ светопроницаемого материала, а также от коэффициента ky, зависящего от угла падения светового потока на плоскость светопроницаемого материала:
KП = kM(l-k3)(l-kГ)ky.
Коэффициент пропускания kM харакгеризует светопроницаемость материала. Например, для стекла он равен 0,8...0,85, для синтетических пленок — 0,85...0,9, для стеклопластика — 0,75... 0,85.
Коэффициент затенения характеризует площадь светонепроницаемых ограждений. Он равен отношению площади тени от светонепроницаемых ограждений SH, закрывающей защищенный грунт, к общей площади защищенного грунта SТ: k3 — SH/ST. Коэффициент затенения для современных теплиц составляет 0,03...0,1, а для воздухонаполненных приближается к нулю.
В процессе эксплуатации поверхность ограждения может загрязняться, вследствие чего светопроницаемость снижается до 50 % (kГ<0,5). Для уменьшения значения проникающего потока солнечной энергии на летний период остекленные ограждения забеливают 10%-м раствором мела.
В теплицах на Севере овощи выращивают при искусственном свете (электросветокультура). Для этого применяют электрические лампы накаливания и люминесцентные лампы с установочной мощностью для огурцов до 700 Вт и для томатов до 900 Вт на 1 м2, стремясь создать освещенность растений не менее 5...8 тыс. лк.
В центральной климатической зоне электродосвечивание применяют только в рассадном отделении с удельной мощностью до 200 Вт/м2.
Тепловой режим сооружений дслжен обеспечивать оптимальные температуры воздуха и почвы в соответствии с фазами роста и типом растений, способом выращивания и освещенности. Оптимальная температура воздуха для теплолюбивых культур (томат, огурец, баклажан, перец) при солнечной погоде равна 24 + 4 оС, в пасмурную погоду 22 °С, ночью 15...20°С, для умеренно требовательных к теплоте культур (редис, салат, сельдерей, укроп и т. п.) 16 ± 4 °С. Оптимальное значение среднесуточной температуры почвы для первых культур должно быть 22...26 оС, для вторых —на 3...4°С ниже. При прорастании семян всех культур температуру почвы поддерживают на уровне 20...25 °С, а после появления всходов снижают до 18...20 оС для теплолюбивых и до 6...8 оС для умеренно требовательных к теплоте растений.
Тепловой режим культивационных сооружений поддерживают при помощи технических средств обогрева и вентиляции. Он определяется коэффициентами теплопроводности и теплопередачи ограждений, а также конструктивными особенностями сооружений.
Коэффициент теплопроводности зависит от материала ограждения: для стекла он равен 0,34 Вт/(м • К), для синтетических пленок — 0,26...0,29, для стеклопластика —0,24 Вт/(м • К).
Коэффициент теплопередачи зависит не только от материала ограждения, но и от условий теплообмена. В существующей практике для теплиц с ограждением из стекла толщиной 4 мм его принимают равным 6,38 Вт/(м2 • К), для однослойных пленочных ограждений — 9,1... 11,6, для двухслойных пленочных ограждений —
4,72...6,94Вт/(м2К).
Конструктивные особенности сооружений характеризуются коэффициентами ограждения kQ и объема kV. Коэффициент ограждения k0 равен отношению площади светопроницаемого ограждения Sc к инвентарной площади SП теплиц:
.
Для ангарных теплиц k0 = 2...2,5, а для блочных теплиц — 1,15.
Коэффициент объема определяют как отношение объема теплицы к инвентарной ее площади. Этот коэффициент численно равен средней высоте сооружения. При вычислении коэффициента объема исходят из возможности создания оптимальных условий для роста растений и механизации технологических процессов.
Однако с увеличением высоты теплицы повышаются коэффициент ограждения и соответственно затраты на обогрев.
Водный режим. Урожайность в культивационных сооружениях существенно зависит от влажности почвы и относительной влажности воздуха. Влажность почвы необходимо поддерживать на уровне 75...90 % полной полевой влажности (ППВ), а относительную влажность воздуха для рассады огурцов и баклажанов -65...75 %, томата и перца — 55...65, салата и капусты — 60...70 %. В послерассадный период относительная влажность воздуха для огурцов и баклажанов должна быть 85...95 %, томата и перца-55...65, салата и капусты — 75...85 %.
Влажностью почвы и воздуха управляют при помощи различных устройств орошения (дождевание, полив из шлангов, подпочвенный полив, капельный полив). Температура воды для полива должна быть на уровне температуры почвы и воздуха в теплице (20...25 °С).
Воздушно-газовый режим в значительной мере определяет продуктивность фотосинтеза и конечную урожайность овощных культур. Растениям необходим кислород для дыхания и диоксид углерода (углекислый газ) для фотосинтеза. Наибольшее значение имеет диоксид углерода (СС2), оптимальное значение которого в воздухе для огурцов должно составлять 0,25...0,35 %, для томата —0,1...0,15 %, т. е. в 3...12 раз больше, чем в открытой воздушной среде.
Содержание СО2 в теплицах повышают, сжигая природный газ в специальных горелках или используя газы из котельных.
Для нормального роста растений и предохранения их от заболеваний необходима постепенная смена воздуха в надземной части растений. Оптимальный воздушно-газовый режим обеспечивает повышение урожая до 20 %.
Режим питания. Интенсивное использование почвы в теплицах под две-три культуры за сезон предъявляет повышенные требования к составу субстратов и минеральному питанию.
Почвенные смеси для теплиц и парников приготавливают легкими, плодородными, структурными. Для приготовления таких смесей используют дерновую и полевую землю, перегной, торф, песок, древесные опилки, навоз, соломенную резку и т. п. с оптимальным содержанием азота, фосфора, калия, магния и других минеральных удобрений. На основе агрохимических анализов почвенных смесей применяют корневые и внекорневые подкормки растворами минеральных макро- и микроэлементов.
Большую роль в жизнедеятельности растений играет реакция среды, которая определяется значением рН. Необходимость управления величиной рН возникает при подготовке и внесении в почву жидких минеральных удобрений.
Выращивание овощей без почвы на питательных растворах называется гидропонным методом (гидропоника в переводе с греческого означает «работа водой»).
При использовании гидропонного метода в качестве заменителя почвы используют твердые инертные субстраты (щебень, гравий, керамзит), органические субстраты (древесные опилки, мох, верховой торф) и ионитные смолы. Заменители почвы засыпают в стеллажи, в которые затем высаживают рассаду и по соединительным каналам из резервуара подают специальный питательный раствор.
Стоимость таких теплиц в два раза выше, чем почвенных, из-за необходимости оснащения гидропонных теплиц стеллажами для размещения субстрата, растворным узлом с резервуарами для хранения отдельных видов жидких концентрированных удобрений и приготовления растворов минерального удобрения, системой распределительных трубопроводов питательного раствора. Технология использования раствора предусматривает периодическое (через два-три дня) регулирование значения рН, проведение еженедельного агрохимического анализа на содержание основных элементов питания и через месяц — полную замену питательного раствора.
В связи с уменьшением затрат из-за отсутствия обработки почвы удельные затраты труда в них в два раза ниже, а урожайность, по многолетним наблюдениям, выше на 20...50 %. Кроме того, сокращается период от посева до плодоношения овощей.
Гидропонный способ незаменим там, где невозможно использовать грунтовые теплицы.