На основании многолетней практики я пришла к выводу, что лучшей для односезонного использования является нестабилизированная полиэтиленовая пленка. При грамотном креплении и эксплуатации пленка надежных крупных производителей служит с апреля по сентябрь – октябрь. Наличие различных стабилизаторов в пленке может негативно отразиться на людях, работающих в теплице.
Поливинилхлоридная пленка по сравнению с полиэтиленовой имеет более длительный срок службы и меньшую проницаемость в инфракрасной области спектра, что обеспечивает более высокие температуры в ночные часы и в период заморозков. Недостатком ее является низкая проницаемость для ультрафиолетовых лучей – 20 %. По-ливинилхлоридная пленка имеет значительно меньшие в сравнении с полиэтиленовой масштабы применения.
Армированная полиэтиленовая и поливинилхлорид-ная пленка. Стабилизированная армированная стекловолокном пленка с ячейками 20 × 30, 60 × 30 мм и др. Срок эксплуатации полиэтиленовой армированной пленки – до 6 лет, поливинилхлоридной – до 8 лет. Светопрозрач-ность пленки в видимой части солнечного спектра – 75 %.
Пузырчатые пленки отличаются повышенной тепло-удерживающей способностью, прочностью. Недостатком их является значительное снижение освещенности. Хотя на верхней части кровли, особенно в южных районах, их можно применять.
Жесткие и полужесткие полимерные материалы выпускаются в виде листов, полотнищ, плит из полиэфирного стеклопластика, поливинилхлорида или оргстекла, сотового поликарбоната.
Сотовый поликарбонат – очень прочный и легкий материал, хорошо сберегающий тепло. Он состоит из двух или более слоев пластика с воздушными прослойками между ними. По коэффициенту теплопередачи он близок к стеклопакету, а свет пропускает не хуже стекла. Материал не ломается, не бьется, не горит, выдерживает жару и мороз, долговечен. Листы поликарбоната гибкие, что позволяет одним листом накрыть стену и крышу. Очень удобен в арочных конструкциях. Обеспечивает герметичность сооружения.
Поликарбонат не пропускает тепловые лучи, то есть удерживает тепло внутри теплицы, а в жаркое время защищает от избытка тепла.
Агроволокно. Для кратковременного укрытия растения рынок предлагает широкий выбор агроволокна.
Нетканый полипропиленовый термокрепленый материал спанбонд очень легкий, его можно без каркаса набрасывать на землю, на растения. Он хорошо водопроницаем, и если прошел дождь, то нет необходимости поливать укрытый участок. В жаркую погоду, при длительной засухе под ним сохраняется влага. Из-за низкой теплопроводности материал в определенной степени защищает от заморозков. Материал практичен и долговечен благодаря высокой прочности и стойкости к разрыву. Добавление ультрафиолетового стабилизатора предотвращает разрушение структуры под воздействием солнечных лучей.
Спанбонд выпускается различных модификаций. Белого цвета "спанбонд-17" защищает от заморозков до –3 ℃, более плотный "спанбонд-30" – до –7 ℃ и "спанбонд-60" – до –9 ℃. Черный спанбонд используют в качестве мульчи для борьбы с сорняками. Нетканый материал "пегас-агро", лутрасил и его модификации ("термоселект-17", "фотоселект-60") обладает аналогичными свойствами. Легкие агроволокна используются для укрытия посадок, можно укладывать их непосредственно на растения, однако для больших растений лучше изготовить невысокие дуги из проволоки. Материал укладывают свободно, без натяжения. При использовании более плотных агрово-локон необходимы несущие конструкции. Края укрывного материала закрепляют почвой. При хорошем уходе аг-роволокно может служить несколько сезонов. Хранить его нужно в сухом, защищенном от света месте.
Микроклимат в культивационных сооружениях
Различные конструкции культивационных сооружений, способы обогрева, светопрозрачные материалы оказывают определенное влияние на микроклимат сооружений, который во многом определяет продуктивность и качество урожая.
Световой режим и методы его регулирования
Все основные факторы фито– и микроклимата в культивационных сооружениях, кроме освещенности, можно создать искусственно. Освещенность растений экономически выгодно обеспечивать солнечной радиацией, и только в отдельных случаях прибегают к дополнительному электрооблучению. Для понимания характера формирования микроклимата в теплицах надо освоить понятие солнечной радиации и значение ее составляющих.
Солнечная радиация – основной климатический фактор в каждой природно-климатической зоне, который определяет периоды выращивания и набор культур в культивационных сооружениях. Различают прямую, рассеянную и суммарную радиацию. Радиация, поступающая на поверхность земли в виде пучка параллельных лучей, определяется как прямая. Часть солнечной радиации, которая поступает на земную поверхность в результате рассеивания прямой радиации взвешенными в воздухе твердыми частицами, молекулами газов воздуха, называется рассеянной. Общее количество прямой и рассеянной радиации составляет суммарную радиацию.
Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение с волнами различной длины. Область солнечного спектра, на которую приходится практически вся лучистая энергия Солнца с длиной волны 280– 3000 нм, называется коротковолновой, свыше 3000 нм – длинноволновой радиацией. Видимая часть спектра – это промежуток спектра с длиной волны 400–750 нм. Глаз человека воспринимает волны этой длины только как разные световые ощущения. Излучение с длиной волны более 750 нм составляет инфракрасную область спектра. Она подразделяется на ближнюю (750–2000 нм) и дальнюю (свыше 2000 нм). Тепловое, или длинноволновое, излучение приходится на область спектра с волнами длиной 5000–15 000 нм. Для нормального роста и развития растений имеет значение главным образом коротковолновое излучение (380–710 нм), поглощаемое пигментами пластид. Это физиологическая, или фотосинтетическая активная радиация (ФАР). Рассеянная радиация содержит 50–60 % ФАР, прямая – 35–40 %.
Многих интересует вопрос, полезны или вредны ультрафиолетовые лучи. Ультрафиолетовое излучение представляет собой мощный фактор воздействия на растения. Оно стимулирует накопление пигментов, вырабатывает устойчивость к неблагоприятным условиям, фотосинтез, увеличивает продуктивность, предотвращает чрезмерное вытягивание, снижает заболеваемость растений, повышает качество плодов. Важную роль это излучение играет в закаливании рассады. Выросшая без доступа ультрафиолетовых лучей рассада в открытом грунте получает ожоги, теряет листья и может погибнуть.
Ультрафиолетовое излучение делят на коротковолновое (менее 280 нм), средневолновое (280–315 нм) и длинноволновое (315–380 нм).
Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, нарушая структуру хлоропластов, угнетает рост и развитие растений, подавляет биосинтез пигментов, вызывает денатурацию белков.
Средневолновая ультрафиолетовая радиация исключительно важна для формирования нормальных растений, повышения содержания белков и витаминов в тканях. Продолжительное воздействие этих лучей малыми дозами благоприятно воздействует на ряд физиологических процессов в растении, в то время как от больших доз растения могут погибнуть.
Длинноволновое ультрафиолетовое облучение способствует увеличению содержания хлорофилла, интенсивности фотосинтеза, задерживает рост растений.
Поскольку в солнечном спектре отсутствуют лучи короче 295 нм, а приток ультрафиолетовой радиации не превышает 5 %, необходимо наибольшее проникновение этих лучей к растениям.
Понять закономерности формирования температурного режима в сооружениях защищенного грунта позволяет знание характера инфракрасной радиации. Инфракрасная радиация с волнами длиной свыше 1000 нм способствует правильному формированию растений и более интенсивному накоплению в них сухого вещества. Она в основном поглощается водой тканей растений и определяет температурный режим тканей листьев. Роль этих лучей положительна при температуре ниже 20 ℃ и отрицательна при температуре свыше 30 ℃.
Ночью длинноволновое излучение 5000–25 000 нм является единственным источником энергии, поступающей из атмосферы к поверхности почвы. Кривая спектрального излучения имеет минимальное значение при 10 000 нм. В этой области находится максимум излучения почвы и растительного покрова. В ясные ночи излучение почвы и растительного покрова преобладает над поступлением радиации, поэтому для сохранения тепла, накопившегося за день в культивационном сооружении, необходимо, чтобы материалы укрытия имели в области 5000–12 000 нм коэффициент прозрачности, близкий к 0.
Интенсивность освещения. Высотой стояния солнца над горизонтом определяется интенсивность солнечной радиации. Чем ниже солнце над горизонтом, тем меньше солнечной радиации доходит к поверхности земли. Зимой интенсивность освещенности в теплицах составляет 1–2 % интенсивности радиации в ясный летний день и бывает ниже пороговой величины. Излучение, проникающее через светопрозрачное ограждение, определяет естественную освещенность.
У огурца фотосинтез превышает дыхание начиная при интенсивности освещения 0,0132 кал/см² в минуту (2000 лк). Нормальный рост вегетативных органов обеспечивается при 0,0396 кал/см² в минуту (6000 лк), нормальное развитие и плодоношение возможно при 0,066 кал/см² в минуту (10 000 лк). Помидор требует большей интенсивности освещения. Выгоночные культуры – луки, петрушка и т. д. мирятся с освещенностью 1000 лк.
Свет является основным источником энергии для фотосинтеза. С увеличением интенсивности освещения улучшается качество продукции, увеличивается содержание в ней витаминов, снижается количество вредных для организма нитратов и нитритов, пропорционально возрастает интенсивность фотосинтеза. Повышение освещенности на 1 % в зимний период дает 1 % прибавки урожая. Для большинства растений эта закономерность сохраняется в пределах интенсивности освещения 0,132–0,264 кал/см² в минуту (20 000–40 000 лк). При дальнейшем увеличении интенсивности света интенсивность фотосинтеза начинает снижаться, а затем останавливается на определенном уровне.
Обеспечение оптимальной освещенности очень важно для получения высококачественной продукции с минимальным содержанием нитратов. В зимний период при низкой освещенности накопление нитратов в тепличных овощах в 2–4 раза выше, чем летом. Интенсивное освещение (свыше 60 000–70 000 лк) может задерживать рост растений, вызывать ожоги в результате повышения температуры листьев до губительных пределов.
Сроки высадки рассады огурца, помидора в зимние теплицы при естественной освещенности, необходимость электродосвечивания поставлены на научную основу.
Исходя из притока естественной фотосинтетической активной радиации (ФАР) в наиболее критические месяцы (декабрь, январь) территория бывшего СССР делится на световые зоны. К первой отнесены районы, где суммы ФАР, проникающей в теплицы в декабре – январе, составляют 110–220 кал/см² горизонтальной поверхности; ко второй – 410–560, к третьей – 670–970, к четвертой – 1000–1380, к пятой – 1420–1660, к шестой – 1740–2280, к седьмой – 2730–3600 кал/см². Территория Украины в основном размещена в четвертой световой зоне (46°40′ – 56°52′ с. ш.). Южная часть размещена в пятой световой зоне (45°40′–52°11′ с. ш.). Только средняя и южная части Автономной Республики Крым области входят в шестую световую зону.
Для определения сроков выращивания и посадки рассады, начала плодоношения используют среднедневные и среднемесячные суммы ФАР, интенсивность ФАР, требования растений к ФАР.
По условиям естественной освещенности высадка огурца в теплицы в первой и второй зонах целесообразна в феврале, в третьей и четвертой – в январе, а в пятой– седьмой – в любое время года. Высадка помидора в первой зоне – в середине марта, в четвертой – в январе, а в седьмой – в любое время года.
При естественной освещенности рассаду огурца можно вырастить в пятой – седьмой световых зонах, рассаду помидора – в седьмой зоне. В остальных районах необходимо искусственное досвечиванне рассады.
Способы улучшения светового режима
В сооружениях закрытого грунта световой режим улучшают, уменьшая светонепроницаемые элементы кровли.
Световой режим в пленочных сооружениях лучше, чем в остекленных, вследствие меньшего количества светонепроницаемых элементов кровли. Освещенность составляет 70–80 % наружной, что на 15–25 % выше, чем в парниках, и на 10 % выше, чем в остекленных теплицах. Однако в результате запыляемости пленки освещенность под ней может снижаться на 18–20 % и более, а вследствие загрязненности стекол освещенность внутри теплиц может снижаться до 55 % по сравнению с наружной. В связи с этим теплицы необходимо размещать вдали от источников интенсивного запыления. В остекленных теплицах рекомендуется не реже двух раз в год очищать остекление. Для этого рекомендуется применять раствор, приготовленный на основе фторида аммония концентрацией 2–5 % и минеральной кислоты (азотной, фосфорной, соляной, серной) концентрацией 0,5–1 %.
Наивысшая освещенность в теплицах в зимний период бывает при ориентации их конька с запада на восток, весной – с севера на юг. Повышению продуктивности растений способствует меридиональное размещение рядов растений в весенних теплицах.
Для улучшения освещенности в зимних теплицах можно насыпать на поверхность почвы чистые сосновые опилки или соломенную сечку из расчета 150–200 г опилок или 300 т сечки на 1 м². Эффективность использования растениями света можно увеличить, повышая концентрацию СО2 в воздухе до 0,15–0,25 %, улучшая калийное питание. Применение второго слоя пленки дает высокий тепловой эффект, однако освещенность в сооружениях при этом снижается на 20 %.
Досвечивание рассады. Электросветокультура целесообразна только при выращивании рассады. При выращивании овощей она, как правило, неэкономична.
Затраты электроэнергии при этом на 1 кг продукции достигают 150–200 кВт × ч.
В промышленном овощеводстве нашли применение лампы высокого давления ДРЛФ-400 (дуговая ртутно-люминесцентная лампа), вмонтированные в тепличный облучатель ОТ-400, и ДРФ-1000 с осветителем ОТ-1000.
В первый период выращивания рассады осветители ОТ-400 размещают в 2 ряда с расстоянием между ними 1 м и на высоте 0,9–1 м от растений. Их установочная мощность в этот период составляет 240 Вт/м². После расстановки рассады (20–25 растений на 1 м²) лампы размещают в четыре ряда по схеме 1,6 × 2 м и поднимают на высоту 1,2–1,3 м. Установочная мощность при этом составляет 120 Вт/м². Длительность досвечивания до расстановки рассады – 14–16 часов, после расстановки – 12 часов в сутки.
Осветители ОТ-1000 подвешивают на высоте 1,6–2,5 м с расстоянием между лампами 2,5–3 м.
Созданы и внедряются в производство новые светотехнические установки с использованием натриевых ламп высокого давления ДНАТ-400, металлогалогенных ламп ДРИ-400-5, имеющих более высокую светоотдачу, мощность лучистого потока и коэффициент полезного действия.
При выращивании рассады в квартире в январе – феврале обязательно надо применять досвечивание. Как правило, для этого используют люминесцентные лампы.
Тепловой режим и методы его регулирования
Источниками тепловой энергии являются:
– солнечная радиация, основанная на "тепличном эффекте" (тепличным, или парниковым, эффектом называется повышение температуры воздуха и почвы в культивационных сооружениях вследствие превращения попадающей сквозь стекло или пленку коротковолновой солнечной энергии в тепловую (инфракрасную), не проходящую обратно сквозь светопрозрачное ограждение);
– биохимические реакции при разложении органических материалов микроорганизмами (биологический обогрев);
– подогрев воды и воздуха при сжигании топлива (водяное, калориферное отопление, прямое сжигание газа в теплицах);
– геотермальные воды (водяное и калориферное отопление);
– электрическая энергия (электрический обогрев).
Характеристика различных источников тепла. Наиболее экономичными источниками тепла являются тепловые отходы промышленных предприятий и геотермальные воды.
Экономическая эффективность систем отопления определяется не только стоимостью источников тепловой энергии, но и местом их расположения, периодом использования и другими факторами. С понижением температуры теплоносителя и удалением его от теплиц экономическая эффективность отопления теплиц снижается.
В зимних теплицах, где 30–50 % всех эксплуатационных расходов на выращивание овощей приходится на обогрев, экономическая эффективность систем отопления в основном определяется стоимостью теплоносителя. В весенних пленочных теплицах затраты на обогрев значительно меньше, а основной их составляющей являются затраты на амортизацию, обслуживание, текущий ремонт систем обогрева. В этих условиях электрический обогрев не менее эффективен, чем другие способы.
Солнечный обогрев необходимо максимально использовать в дополнение к другим способам обогрева. При этом в результате "тепличного эффекта" температура воздуха в теплицах повышается на 10–30 ℃. Это позволяет эксплуатировать некоторые сооружения закрытого грунта только на солнечном обогреве. Надо помнить, что при солнечном обогреве без применения дополнительных приемов невозможно гарантировать защиту растений от заморозков, особенно под полимерными пленками с высокой проницаемостью для инфракрасных лучей.
Во многих странах проводятся исследования по использованию солнечной энергии для отопления теплиц путем ее накопления и хранения в специальных аккумуляторах, расположенных в самой теплице, и расхода этой энергии в нужное время. При этом экономия тепловой энергии составляет 40–50 %. Накопление солнечной энергии на практике быстрее всего можно реализовать при кратковременном ее хранении.
Биологический обогрев наиболее доступен, но требует значительных затрат. В качестве биотоплива используются органические материалы (навоз, городские отходы, древесные опилки, древесная кора, солома), выделяющие тепло в процессе сбраживания микроорганизмами.
Лучше всего для этих целей использовать навоз или солому. В 1 см³ навоза содержится более 100 млрд бактерий, масса которых достигает 10–15 % массы сухого вещества навоза. Наиболее интенсивно разогревается конский навоз. Его температура после разогрева в первое время повышается до 60–70 ℃. Затем сначала быстро, потом медленно она снижается и лишь через 2 месяца достигает 27–30 ℃. Такой навоз можно применять в качестве биотоплива с января – февраля в ранних парниках и теплицах.
Навоз крупного рогатого скота нагревается медленно. Максимальная температура его не выше 53 ℃ и быстро снижается (через 7–15 дней до 28 ℃). При добавлении к этому навозу опилок, соломы интенсивность его саморазогрева усиливается. Его используют для средних парников.
Условия эффективного "горения" биотоплива – аэрация, наличие легкоусвояемых азотистых соединений, влажность в пределах 65–70 %, нейтральная или слабощелочная реакция, начальная положительная температура не ниже 5–8 ℃.