Учените работят върху разработването на технология за отглеждане на зеленчуци, News of Siberian Science
През годините на бързо водно строителство в Източен Сибир възникна интересен проект за отглеждане на домати в неизползваните помещения на Иркутската водноелектрическа централа.
Слънцето трябваше да бъде заменено от лампи с нажежаема жичка - способността на растенията да фотосинтезират при изкуствено осветление е открита още през 19 век. В станцията идеята не беше реализирана поради технически ограничения, но в съветско време бяха създадени оранжерийни съоръжения в много енергийни съоръжения в Иркутска област. С появата на пазарна икономика възникна въпросът за тяхната целесъобразност - традиционните енергоемки технологии изискват значителни финансови разходи. С навлизането на светодиодите обаче отглеждането на зеленчуци и билки на закрито при изкуствена светлина отново изглежда много изкусително. Толкова е съблазнително, че на него залагат при решаването на въпроса за автономното съществуване в космоса.
Спомени на един очевидец
Работата му е продължена - например Климент Тимирязев пише за използването на изкуствена светлина за отглеждане на растения в оранжерии, а през 50-те години на миналия век, още по време на Съветския съюз, е публикувана съответна книга от ръководителя на лабораторията по физиология на светлината и светлинна култура на Агрофизичния изследователски институт Борис Мошков, препечатана поне веднъж. "Опитите на проф. Мошков показаха, че от квадратен метър оранжерийни рафтове за 60 дни могат да се получат 15-18 кг първокласни плодове от домати - продължи Раймерс. - Това прави 900-1000 кг годишно. Разходът на електроенергия за 1 кг зрели домати е 250-270 kWh."
Хидропоника в хидростанция
Всъщност ставаше въпрос за хидропоника, тоест отглеждане на растения без почва, но върху изкуствени среди.Технологията, ако влезете в подробности, е доста проста. Като почва се използва чакълна основа с разтвор на хранителни соли: вместо разширената глина, позната по това време, трябваше да се използва перлит. Разширеното вулканично стъкло се оказа по-добро по отношение на основните си характеристики от продукта, получен чрез изпичане на топими глини - обемното му тегло е 2-2,5 пъти по-малко, а порьозността му е много по-голяма. "Растенията върху перлит се чувстват страхотно", подчерта Раймерс. "В лабораторията по физиология на растенията на Източносибирския биологичен институт бяха направени многократни трансплантации на домати. Растенията просто бяха извадени "за главата" от един съд с перлит и прехвърлени в малка дупка в перлита на друг съд. В същото време растението се чувства така, сякаш не е било трансплантирано."
Предвижда се да се отглеждат домати в Иркутската водноелектрическа централа в корита, изработени от лиственица, устойчива на гниене дървесина, монтирани на многоетажни стелажи. Отвътре бяха покрити с двумилиметров слой винилова паста и 30 см покрити с перлит. В същото време всички корита са свързани с резервоари, пълни с концентриран разтвор на минерални торове, и контейнери с вода - за разреждането му. Източник на осветление са лампи с нажежаема жичка 30 W, обединени в групи от 20 броя. За предпазване от топлинно излъчване е предвиден филтър - желязна рамка с дъно от стъкло с дебелина 6 мм, през което водата тече на непрекъсната струя. Долната част на всяка лампа се потапя в течност, чиято температура не надвишава 35-40 градуса по Целзий. Източникът на изкуствено осветление, заедно с екрана, е окачен на тавана. Светлината се включва за 14 часа на ден, останалите 10 часа са разпределени за "почивката" на растенията. „Този лек ритъм осигурява най-бърз растеж и развитие на доматите“, обясни Раймерс.Светлината се включва и изключва автоматично от устройството за програмиране. Едновременно с това протича циркулация на хранителни разтвори. Благодарение на механизацията и автоматизацията на процесите на отглеждане, в цялото помещение ще работи само дежурният.
Избор между синьо и червено
На практика проектът, който изглеждаше примамлив на теория, се оказа невъзможен за изпълнение. Независимо от това, самата идея за поставяне на оранжерии в енергийни съоръжения в района на Иркутск беше приложена на практика. "Имаше спомагателна ферма в Novo -Irkutsk CHPP, в южните електрически мрежи, в Ангарск имаше много такива съоръжения", казва Александър Рудиковски IES. " Напредъкът през последните четиридесет и петдесет години е напреднал далеч, но променената икономическа среда изигра ключова роля в изоставянето на такива неосновни активи: докато в съветско време енергетиците можеха да използват електроенергия на цена, поради реформата в индустрията, разходите за собствени нужди на електроцентралите се плащат по пазарни цени. Поради тази причина, между другото, оранжерийните стопанства от време на време се появяват в списъците на потребителите-длъжници.
Съвременните енергоспестяващи технологии обаче отново ни позволяват да говорим за икономическата осъществимост на подобни проекти. Говорим не само за нагреватели, но и за LED осветление, което дава светлинен поток, сравним с лампите с нажежаема жичка при десет пъти по-малко потребление на електроенергия. „Това е революционна технология, защото с помощта на светодиодите може да се постигне тесен спектър на излъчване, малък диапазон на светлинаВълни ", отбелязва ученият. Законите на биологията са неизменни: специални пигменти са отговорни за абсорбцията на светлина в растенията - хлорофилите a и b, както и каротеноидите. Хлорофилите от своя страна поглъщат радиацията на сините и червените части на спектъра. Пиковете на поглъщане в първите са ленените вълни в диапазоните 428,5-430 и 452,5-4 55 Нм, вторият е 660-662 и 642-649 Нм.
Използването на светодиоди, чиито емисионни максимуми съвпадат с тези на хлорофилите и каротеноидите, усилва фотосинтетичните процеси. Икономията на енергия в този случай се постига поради факта, че тя не се изразходва за излъчване на светлина, която не се използва в процеса на фотосинтеза - ултравиолетова, жълто-оранжева, далечна червена и инфрачервена. От друга страна, растенията са напълно зависими от фотосинтезата, така че за да регулират процесите на развитие, те трябва правилно да преценят количеството и качеството на светлината. За това е отговорен специален пигмент - фитохром, който абсорбира червената област на падащата светлина. Въз основа на сигналите, идващи от фитохромната система, растението взема глобални решения: да се подготви за фотосинтеза или да използва всички запаси от органични вещества за растеж, дали да започне цъфтеж или листопад, дали да промени стратегията на растеж, да покълне семената или да изчака по-благоприятни условия на осветление.
Ултравиолетовата и синята светлина се абсорбират и оценяват от друг пигмент, криптохром, който също има голямо влияние върху развитието на растенията и техните физиологични функции. По-специално, увеличаването на дела на синята светлина намалява растежа на стъблото и може да потисне цъфтежа. Имайки такъв прекрасен и фин инструмент като светодиоди с различни спектри, вече е възможно да повлияете на фитохрома и криптохрома и да регулирате развитието на растенията, да намалите или засилите растежа, да ги увеличите.производителност.
Експериментите от времето на Тимирязев показват, че следното съотношение е оптимално: половината от енергията в спектъра пада върху червената област, 30% - върху синята, 20% - върху зелената. В този случай можете да получите по-високи добиви, отколкото при обикновено осветление, и ще отнеме един и половина до два пъти по-малко време. "Но за всеки тип растение трябва да разработите своя собствена технология, - добавя Александър Викторович. - Общото мнение се свежда до съотношение "три към едно": трябва да има един син светодиод за три червени светодиода. Може да е различно за различните видове растения: един за краставици, друг за домати." Освен това това съотношение е различно дори при младо или плододаващо растение.
Говорейки за това, ученият демонстрира LED лампа, която въпреки масивността си консумира само 140 вата. Светлинният поток от него може да бъде оценен само на око, но дори и такава оценка е впечатляваща: когато, след като е изключил контролера, програмиран за определено време на работа и ограничена яркост, той разгъва лампата, има чувството, че сте били заслепени от кола, движеща се в насрещната лента. Само ако присвиете очи и изчакате няколко минути, можете да различите, че мощните диоди светят в синьо, червено и бяло. "С помощта на контролер можете да промените количеството на един или друг цвят", обяснява Рудиковски. "Ние също така ще контролираме условията на температурата и влажността, продължителността на периода на осветяване. Това също е много важно: има растения с дълъг ден, които цъфтят с дълга дневна светлина, и има растения с къс ден. Ако например засадите репичка или дайкон през пролетта, няма да получите нищо през есента - ще премине в така наречения цъфтеж. Това се случва с мнозинарастения."
Само интервал
В чужбина, и не толкова далеч от границите на България, те стигнаха още по-далеч: в началото на 2012 г. в Украйна беше пусната първата в света промишлена оранжерия с LED осветление. 1230 диодни модула и 870 натриеви лампи Philips бяха инсталирани в оранжерийния комплекс в Уман, разположен на площ от 60 акра. Това беше предшествано от пилотни проекти в Холандия и Украйна, които показаха, че при използване на светодиоди като допълнително осветление е възможно да се постигнат добиви от домати до 73 кг на квадратен метър годишно. И проучванията, проведени в оранжерийния комплекс в Уман, показаха, че е възможно да се постигне увеличение на добива с 15% годишно. Подобни технологии се разработват например в Япония и други страни с не най-топъл климат.