автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:ОПТИМИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ И ДРУГИХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕПЛИЧНЫХ ОВОЩЕЙ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

/-¿жг -

На правах рукописи. КЛИРИНГ Ханс-Петер

УДК 632.6 ; 631.234 ; 621.472

ОПТИМИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ И ДРУГИХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕПЛИЧНЫХ ОВОЩЕЙ

(Специальности — 06.01.06— овощеводство, 05.20.02 — электрификация сельскохозяйственного производства)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1982

Работа выполнена на кафедре овощеводства и высшей математики Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научные руководители — доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент ВАСХНИЛ, профессор Г. И. Тараканов, доктор физтко-математнчеоких наук, профессор А, М. Файкзильбер.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, академик ВАСХНИЛ, профессор И. А. Будзко, кандидат сельскохозяйственных наук М, Л. Гайлитнс.

Ведущее учреждение.— Научно-исследовательский институт овощного хозяйства. л

Защита диссертации состоится * 22» МША. . . 1982 г. -в « Вр> час на заседании Специализированного совета К 120;Э5.02тг Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева. , Г

Адрес: 127й50, Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49: Сектор защиты диссертаций ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться^« ЦНБ ТСХА,

Автореферат разослан . . 1982 г.

Ученый секретарь /л / ^

Специализированного совета —

кандидат сельскохозяйственных наук Н. В. АГАФОНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследуемой проблемы

В постановлении XXVI съезда КПСС «Основные направления экономического н социального развития СССР на 1981— 1985 годы п на период до 1990 года» и в Продовольственной программе СССР до 1990 года предусматривается расширение тепличного хозяйства, значительное увеличение производства овощей в защищенном грунте.

Существенное внимание уделено снижению затрат энергии на обогрев культивационных сооружений за счет расширения использования тепловых отходов промышленных предприятий и термальных вод.

Одной из важнейших задач, -поставленных XXVI съездом КПСС и X съездом СЕПГ, является экономия энергии. Это касается и овощеводства защищенного грунта, на долю которого приходится значительное количество потребляемых в сельском хозяйстве топлива и электроэнергии. В СССР затраты на отопление теллиц составляют примерно 30% всех затрат на выращивание овощей, а овощеводство защищенного грунта ГДР, занимающего только 0,02% сельскохозяйственной площади, потребляет 11% всех расходов топлпвно-энергетнческнх ресурсов сельскохозяйственного производства страны.

Экономия энергии, снижение энергозатрат на производство овощей являются в настоящее время одним из основных направлений .интенсификации и дальнейшего развития овощеводства защищенного грунта. Для решения этой задачи прежде всего необходимо изучение всех составляющих энергозатрат при производстве различных видов овощной продукции в различных климатических зонах, разработка нормативных показателей расхода топлива, строгий учет его и разработка организационно-технических мероприятий, обеспечивающих повышение эффективности использования энергии.

Решающим фактором, определяющим урожайность, сроки выращивания, поступления урожая, является приток солнечной радиации. Свег — это единственный фактор роста, который в настоящее время нельзя поддерживать на оптимальном

14/.?. СкЗЙ гл-а

V. сд. сшгз.

'••• тшчг

для растений уровне экономически оправданными затратами. Знание .потенциала растений прп конкретных условиях естественной освещенности н условий его использования определяет резервы и пути повышения продуктивности овощеводства защищенного грунта. Вместе с тем влияние естественной освещенности для различных фаз разшгтня растений изучено еще недостаточно,

С развитием и концентрацией промышленности в отдельных регионах существенно ухудшаются условия для овощеводства защищенного грунта, так как промышленная пыль загрязняет ограждения теплин, что значительно 'снижает их светопроницаемость, урожайность овощных культур и экономическую эффективность.

Разработка методов снижения вредн-ого влияния загрязнения ограждений особенно актуальна при переводе отопления теплиц на бурый угол]., что в настоящее время предпринимается в ГДР, н при использовании вторичной энергии промышленных предприятий.

Цель и задач» исследования

Целью диссертационной работы является изучение использования солнечной радиации и повышения эффективности применения энергии при выращивании овощей в зимних теплицах. В свя(зи -с этим в программу исследований были включены следующие вопросы:

1. Изучение влияния освещенности на урожайность огурца и томата в знмнечвесенпей культуре.

2. Изучение влияния загрязнения воздушного бассейна промышленной пылью на светопроницаемость ограждений теплиц и урожайность овощных культур.

3. Анализ составляющих расхода энергии при производстве овощей 'Н защищенном грунте.

4. Оценка жультурооборогон по затратам энергии в целях оптнмалнзацнн нспользовашм солнечной радиации и тепловой энергии.

Объекты и методы исследования

Для изучения зависимости процесса формирования урожая огурца и томата в теплице от режима естественной радиации в работе использованы результаты опытов 'по влиянию освещения на фотосинтез и урожайность этих культур, выполненных в Институте овошеподства в Гроссберене (ГДР), н данные по урожайности огурца и томата в подмосковных совхозах_«Мо-ствскнй», «Матвеевский», «Тепличный» и «Заречье» за 1970— 1981 годы, различающиеся по приходу солнечной радиации.

Изучение влияния загрязнения ограждения теплиц было проведено в пяти местах в ГДР с наличием типичных загряз-

о

»птелен, С помощью специальных стендов в указанных точках с углом наклона 27°экспонировались в течение 1,3,6,9 м 12 месяцев листы (пластины) стекла и стеклопластика. С помощью шара Ульбрихта в 'конце экспозиции определялись коэффициенты светопроницаемости до очистки н после очистки осадкой загрязнителей. Одновременно по »методу Бергерхоффа определялись (количество осадочной пыли.

Методические исследования по -применению энергии в защищенном грунте были выполнены расчетным методом на примере Московской области {совхоз «Московский») и семнадцати городов СССР, расположенных в разных световых зонах.

Определение затрат тепловой энергии осуществлялось по разработанной нами методике с помощью'программ для ЭВМ и номограмм. При расчетах в качестпе исходного материала были использованы данные Справочника по климату СССР (Гидрометеонздат, Л., 1966—1974), технические и агротехнические стандарты (ОНТП-СХ. 10-31) и материалы кафедры организации социалистических сельскохозяйственных предприятий ТСХА,

В работе были применены методы регрессионного и дисперсионного анализов, анализа Фурье, линейного программирования и имнтаннонного моделирования. Для расчетов использованы стандартные программы LIRE ц LHNO для.ЭВМ KRS 4200 и составленные нами специальные программы на алгоритмических языках DIWA 4000 н FORTRAN 4000 для ЭВМ PR 4000.

Научная новизна и практическая ценность результатов исследований

В работе проанализировано влияние естественного освещения на урожайность культур огурца и томата в тепличной культуре. Получены корреляционные зависимости между притоком -солнечной радиации и урожайностью, в том числе по периодам онтогенеза растеш[й. Полученные результаты имеют значение для прогнозирования »^жая и планирования развития защищенного грунта. Выявлено большое значение оптимального управления другими факторами роста (¡микроклимат теплицы, минеральное питание и водообеспечеипе, мероприятия по улучшению плодообразования у томата) для максимального «использования ФАР,

Подробно .исследован процесс загрязнения остекленных и стекло пластиковых теплиц в зависимости от вида загрязнителя, его влияния на урожайность культур огурца н томата и экономическую эффективность их выращивания. Разработана методика, позволяющая прогнозировать эти показатели до строительства теплиц. Установлена оптимальная перноднч-

кость необходимых регулярных очисток кровли теплиц в районах со значительным загрязнением воздушного бассейна.

Дана оценка составляющих энергозатрат в овощеводстве защищенного грунта. Разработана методика определения расходов тепловой энергии для отопления теплиц, которая может быть использована как в экономических исследованиях, так н в хозяйствах для калькуляции и нормирования расходов тепловой энергии. Разработаны схемы культурооборотов, учитывающие возможные ограничения в снабжении энергией. Проведены расчеты расхода энергии при 'выращивании огурца и томата для 18 городов СССР, относящихся 'К различным климатическим зонам.

Апробирование работы

Диссертация рассмотрена на объединенном заседании кафедр овощеводства н высшей математики 'Московской сельскохозяйственной академии им. К. Л, Тимирязева.

Структура диссертации

Работа объемом ^^ страниц машинописного текста, состоит из ^введения, четырех глав, выводов, рекомендаций, списка литературы (221 наименование, в т. ч. 113 на русском и 108 на иностранных языках) и четырех приложений. Она содержит 33 таблицы н 27 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Зависимость урожайности тепличного огурца и томата от притока солнечной радиации

Урожайность тепличных культур огурца и томата в условиях защищенного грунта линейно -зависит от интенсивности освещенности. Е-слн освещенность в топлкце меняется на 1%, то, по данным А. Хейсснера и iЧ. Древса (1979), н урожайность огурца и томата изменяется в "среднем на 1%. Поэтому надо добиваться 'высокой светопроницаемости ограждения теплиц. Однако ьлияипе освещенности на продуктивность овощных культур ноент сложный характер и зависит от фазы онтогенеза растений. Вследствие этого детальное изучение влияния освещенности и определение наиболее чувствительных к освещенности, ее колебаниям периодов в развитии огурца н томата имеет большое значение.

В связи с быстрыми темпами формирования урожая у огурца влияние изменений освещенностн сказывается на выходе продукции почти незамедлительно. Примерно 40% колебаний урожайности недельных сборов можно отнести только за счет суммарной солнечной радиации в течение данной недели. Чет-

ко выявляется значение солнечной радиации на примере помесячного выхода продукшш б 1974—1981 годах в совхозе «■Московский» в условиях индустриальной технологии производства. Приток солнечной радиации здесь в основном определяет колебания урожайности и выхода продукции по месяцам.

Зависимость общей урожайности зимне-весенней культуры огурца (У0 <в кт/м5) от общей суммы ФЛ.Р за первую половину года (Х0 в МДж/м2) выражена нами в виде:

У0= 16,22 + 0,0169X0, Т2 - 45,9%,

где Т2 — коэффициент детерминации.

Причиной слабой зависимости урожайности является смещение эффектов влияния различных значений ФАР в различные месяцы. Относительно высокий приход ФАР в июне значительно повышает общую сумму ФАР, но » меньшей степени сказывается на урожайность, а в марте, наоборот, относительно высокий приход ФАР значительно 'повышает урожайность, но слабо отражается в общей сумме ФАР.

Тесная связь наблюдается между урожайностью до 1 апреля (У1 в ът/м2) и суммой ФАР в теплице в первые три месяца года (Хт в МДж/м2):

У] — —1,82+0,0605Х|, Т- - 89,3%.

Значительное колебание урожайности до 1 апреля (89,3%) можно объяснить только колебанием в приходе ФАР. Если сумма ФАР в первые 3 месяца увеличивается па 1%, то урожайность до 1 апреля повышается на 75 г/м% что составляет 1,18%.

Урожайностыв апреле {У2 в кг/м2) зависит от суммы ФАР в апреле (X; и МДж/м2) и суммы ФАР в марте (Ха1 в МДж/м2), которая определяет в большей мере состояние растений. Эта зависимость имеет вид;

У2= (2,29 + 0,0339Ха) - (0,73 + 0,00358 Х21), I?2 = 51,5%,

где — коэффициент множественной детерминации. Первый множитель выражает зависимость урожая от прихода ФАР в апреле, а второй потенциал растений — от прихода ФАР в марте. Итак, при повышении прихода ФАР в апреле на 1% урожайность в апреле повышается на 40 г/мг,

г

нлп на 0,64%, а при повышении суммы ФАР и марте на 1% она увеличивается на 17 г/м2, или иа 0,27%.

В мае растения огурца при других благоприятных условиях всегда хорошо развиты и их состояние уже почти не зависит ог освещенности в предыдущее время. Поэтому можно рассматривать урожайность -в мае (У3 в кг/.м2) в зависимости от прихода радиации только в мае (Х3 в МДж/м2). Однако, начиная с мая, очень высокая интенсивность радиации часто связана с высокой температурой воздуха в теплице (допускаемый максимум для огурца + 35°С) н вызывает перегрев листьев. Если исключить годы со слишком высокой температурой, получаем зависимость урожайности от суммы ФАР в следующем виде:

Уз - 2,24+0,0336 Х3, — 78,6%,

Тогда при увеличении прихода ФАР в мае на 1% урожайность в мае повышается на оО г/м2, или на 0,69%,

Для зависимости урожайности в июне {.У+ в кг/м2) от суммы ФАР в июне (Х^ п МДж/м2) справедливо то же уравнение, что н для мая и регрессионный анализ дает следующий результат:

У4 - 1,78 + 0,0251 Х4, т2 = 33,8 %.

Увеличение прихода радиации в шопе на 1% повышает урожайность в этом месяце па 46 г/м2, или иа 0,72%.

Полученные зависимости показывают, что степень использования солнечной радиации в течение вегетационного периода постепенно уменьшается. Это можно объяснить следующими (причинами:

—■ растения стареют, их биологический потенциал понижается;

— с апреля уменьшается индекс листовой поверхности;

— интенсивность фотосинтеза летом часто достигает области насыщения светом;

— необходимость вентиляции теплии в связи с перегревами снижает возможности применения подкормок С02;

— высокая освещенность н перегревы листьев приводят к снижению чистой продуктивности фотосинтеза.

Вместе с тем высокая интенсивность солнечной радиации н направленная агротехника в этот период противодействуют снижению потенциала растений .и позволяют и в нюне иметь высокую урожайность.

Такие же результаты зависимости урожайности огурца от режима освещения получены прн изучении помесячных выхо-

дов продукции огурца за 1975—1980 годы в совхозах «Матвеевский», «Тепличный» и «Заречье». Однако урожайность в ранневесеннлй период в совхозе «-Московский» значительно выше. Более высокий выход зеленка до 1 апреля (на 60%) в совхозе «Московский» по сравнению с другими совхоза мл четко показывает эффективность и необходимость оптимального управления другими факторами роста, такими, как под-держанле оптимального микроклимата в теплице, строгий контроль поливов и минерального питания, которое в совхозе «Московский» обеспечивают современные оборудование и технология выращивания.

В огл-нчие от огурца при культуре томата освещенность влияет на формирование урожая значительно медленнее. Это можно объяснить тем, что томат отличается от огурца Солее медленными темпами роста и формирования урожая; для роста плодов от завязывания до технической зрелости в зависимости от температуры, и интенсивности освещенности требуется 30— 50 дней.

Большое влияние па урожай оказывает световой режим в начальный период вырашивания. Если интенсивность освещенности ухудшается на 1%, то урожайность до 1 мая снижается на 1,5%, а общая урожайность—на 1 %. Это связано с тем, что при недостаточной освещенности не только значительно уменьшается росг растений и образование биомассы, но л ухудшается образование цветков и плодообразование,

Томат очень сильно реагирует на нарушение 'светового и теплового режима ослаблением энергии плодообразовання, что в связи с особенностями атграгирующей системы этого растения приводит к резкому снижению хозяйственной эффективности фотосинтеза и урожайности. В годы с относительно низкой освещенностью в ичарте—апреле обычно наблюдается енльное ослабление плодообразовання на первых соцветиях и сильное снижение выхода продукции в ранние сроки.

В связи с этим 85% колебаний урожайности томата по годам в зимне-весенней (культуре в совхозе «Московский» можно объяснить только за счет колебаний прихода ФАР в марте— апреле (табл, 1).

При увеличении прихода ФАР и марте—апреле иа 1% урожайность до 1 августа повышается на 137 г/м2, или на 1,3%. При низком приходе ФАР в эти месяцы высокая освещенность в последующие месяцы уже не может компенсировать .потерь урожая вследствие слабого плодообразовання на первых кистях. Об этом свидетельствуют данные 1973 года, когда сумма радиации в мае—нюне соответствовала средней многолетней, и 1979 года, когда она была даже выше на 15%, Освещенность в мае—июне (и в июле—августе) в условиях Московской области всегда достаточна для нормального роста, раз-

Таблица 1

Зависимость урожайности зимне-весенней культуры томата от режима солнечной радиации (совхоз «.Московский»)

Год

Сумма ФАР МДж/м1

уз рт—апрель

ЧЗГ(—(ГЮНЬ

Урожайность tia i августа, кг/м5

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978 .1979 1980

Среднее за 1971—1980 гг.

202,0 210.1 175ц8 192,6

193.4 195Л

177.5 191,4

172.6 1?09, t

192,3

36Г>,0 371,5

356.5 208,4

379.8 306.3 339,1

339.6

397.9

302,0

345.7

9.8 11,1

8.9 11,9 11,8 1L0

9,3

10.5 9,7

11,8

10.6

вития, завязывания плодов п получения высокого урожая, как показывают данные 1974 и 1980 годов, когда сумма радиации за май—июнь была на 13—14% ниже средней "многолетней.

Более важными факторами, чем приход солнечной радиации, для томата в летнее время являются—оптимальное снабжение растений водой, минеральное питание, хороший уход за растениями и фнтосанитарное обеспечение. Однако слитком высокая интенсивность освещенности в июне—июле часто не позволяет поддерживать температуру воздуха на оптимальном для растений уронне. При температуре выше 30°С наблюдается перегрев листьев и ухудшается оплодотворение.

С начала сентября освещенность в теплице снова становится ограничивающим фактором. При завязывании плодов и сентябре—октябре наблюдаются такие же трудности, как н в марте—апреле. Это обнаруживается в осенней культуре, где урожайность о основном зависит от суммы ФЛР и сентябре — октябре, если другие факторы роста поддерживаются на оптимальном уровне (табл. 2). Однако и здесь можно заметить отрицательное влияние слишком высокой температуры в летнее время. Среднемесячная температура воздуха была в 1972 году в июле на 4,2 К и в августе на 4,5 К выше средней многолетней, что привело к снижению урожайности, хотя сумма ФАР за сентябрь — октябрь была высокой, а за июль — август очень высокой.

Чтобы улучшить использование солнечной энергии и повысить урожайность, необходимо повысить энергию плодообра-зования, особенно при недостатке освещенности и неблагоприятных температурах. Кроме механических методов (встряхивание) ц использования пчел, в последнее время все боль-

Ч

Т а б л н к а 2

Зависимость урожайности осенней культуры томата от суммы ФАР в теплмие за сентябрь—октябрь н температуры воздуха в июле—августе

(■совхоз «Московский»)

Год Среднемесячная теч-пература по з л ух а, 5С Сумма ФАР за сентябрь— ОКТЯбфЬ, МЛж/м2 Урожайность tta 10 декабря, кг/м5

июль август

1971 17,0 17,2 пи 6,1

1972 23.0 21.0 136,1 5,9

1973 18,3 16,1 114,2 6.2

1974 18,3 16,2 136,7 8,5

1975 18,9 15.3 141,2 6.7

1976 16,3 14,7 144,0 7.6

1977, 18,8 16,0 116,5 7,2

'1978 16,1 1о,8 122,9 6,7

1979' 16,7 17,0 118,9 5,8

1980 17,2 127,4 7,1

Среднее за

1971—1980 гг. 18.2 16,5 128,9 6,8

шее значение приобретает применение ргулнторов роста. Однако и нрн этом необходимой предпосылкой остается оптимальное управление другими факторами роста.

Влияние загрязнения воздушного бассейна на продуктивность овощных культур в теплицах

Выпадение промышленной пыли значительно снижает светопроницаемость ограждения теплиц и урожайность овощных культур. Наши исследования годового хода выпадения осадочной пыли в ГДР обнаружили значительные его колебания во времени. Например, осадки пыли около брикетной фабрики составляли в марте 1978 года 119 г/м2, а в декабре того же года 12,4 г/м2. Это обусловливалось влиянием целого ряда факторов (метеорологические факторы, рельеф поверхности земли, технология промышленных предприятий и др.). В среднем наибольшие количества осадочной пыли наблюдаются весной (март—май), а 'минимум приходится на зиму (декабрь—январь).

Для топ), чтобы изучить влияние загрязнения воздуха на световой режим теплин, мы провели измерения загрязнения стекла и стеклопластика в пяти пунктах ГДР:

А—контроль, без источника загрязнения;

В— на расстоянии 5 км от цементного завода;

В—тепличной комплекс с котельной, работающей на буром угле;

Д — на расстоянии 1,5 км от электростанции, работающей на буром угле;

Е — между двумя брикетными фабриками.

Наибольшее загрязнение наблюдалось в пункте Е, где в течение года коэффициент проницаемости стекла и стеклопластика снижался примерно на 20%. В местах Б, В и Д его снижение составляло соответственно около 10,5, 13,0 и 11,5%, а в пункте Л процесс загрязнения стекла Ьущестаенно отличался от 'процесса загрязнения стеклопластика (табл. 3). Потери

Таблица 3

Загрязнение стекла и стеклопластика в зависимости от места и экспозиции

Место Материал Сниженне коэффициента проницаемости а % в завис имеют от- экспозншш (чесяиы)

1 3 6 9 12

Л Стекло 2,3 2,4 . 3,6 3,2 3,5

Сгек.ктллсиш 2.5 • 4,1 5,9 4,1 6,2

5 Стекло 3,4 4,1 6,0 5,8 ю,а

Стеклопластик 3,5 5.0 7,0 6,1 10,4

В Стекло 3,5 4,8 7,8 _

Стеклопластик 3.8 4,0 9,0 — —

д Стекло 5,4 7,2 8,6 11,3

Стеклопластик 4,0 5,9 6,5 9,5 11,4

Е Стекло 6,8 9,1 13.8 16,3 20.8

Стеклопластик 6,2 9,9 13,8 14,2 18,6

светопрозрачностн стекла здесь остаются на уровне 3—4%, а коэффициент проницаемости стеклопластика постоянно снижается и за год уменьшается за счет загрязнения пылью на 7% (кроме того, он еще значительно снижается за счет старения стеклопластика). Причиной этого можно считать то обстоятельство, что пыль электростатически прилипает к стеклопластику, а на стекле ее смывают дожди.

Влияние загрязнения ограждения на микроклимат теплнц н урожайность носит двойственный характер. Возникают потери тепла, поступающего с радиацией в теплицу. Эти потерн незначительны— расход тепловой энергии в условиях ГДР повышается на 0,1%, если коэффициент освещенности теплицы снижается на 1 %. Намного значительнее потери урожайности за счет уменьшения освещенности в теплице — если учесть адаптацию растений к изменению освещенности, а также закупочные цены, то получим экономический ущерб за период времени (О, Т) в -виде: 10

/ u(t) • a(t) • y(t) .[1-(|-о,олк^-у1-).

где Пэ — экономически» ущерб в период (О, T) il марках/м2; ц(t) —функция закупочных цен в марках/кг; a (t) —множитель для выражения .влияния освещения п различные периоды для томата до 31 мая, он равен 1,5; затем 1,0; для огурца постоянно 1,0; y(t) —функция прироста урожайности в кг/м2; Лк (t) — функция снижения коэффициента освещенности

теплицы в % (исходный 60%); Т] — время адаптации листа к изменению условий освещенности (для огурца 3—1 недели, для томата 10—15 -недель) ; v —время запаздывания влияния солнечной радиации на урожай (для огурца 0, для томата 5—7 недель);

fï(s) — функция плотности влияния освещенности -предыдущего времени на потенциал растений.

Множитель в первых скобках выражает непосредственное влияние освещенности, а во вторых скобках — потенциал растений, зависящий от освещения предыдущего времени. Для упрощения практических расчетов мы применили разложение подынтегрального выражения п недельные суммы.

Чтобы восстановить нормальные для производства овощей условия в районах с наличием загрязнения воздушного бассейна, надо регулярно очищать ограждение теплпц. Расчеты, проведенные по вышеуказан?>й формуле для условий ГДР, показали наибольшую эффективность проведения очисток в начале марта, а оптимальное количество » год зависит ог степени загрязнения в данном районе.

Оптимизация применения энергии в овощеводстве защищенного грунта

Приход солнечной радиации в средних широтах недостаточен для обеспечения оптимальных условий произрастания растений в течение всего года. Для этого необходимо использование дополнительной энергии. В то же время необходимость экономии энергии в тепличном овощеводстве требует подробного 'изучения всех составляющих расхода энергии в теплице. Основным является расход топлива -па обогрев теплпц.

При определении часового расхода тепловой энергии мы учитывали четыре компонента. Первый компонент \У[ описывает тепловой поток через ограждение тенлицы; он зависит от температур воздуха внутри н вне теплицы, коэффициента ограждения теплицы и удельного коэффициента теплоотдачи, который является функцией скорости ветра. Второй компонент УУг выражает влияние солнечной радиации. Он зависит от интенсивности радиации и коэффициента освещенности теплицы. Третий компонент учитывает тепло, необходимое для эвапо-транспирации растений н почвы, зависящей в основном от интенсивности радиации в теплице и индекса листовой поверхности. Четвертый компонент учитывает тепло для таяния снега на кровле теплицы и зависит от .количества снегонакопления. Часовой 'расход тепловой энергии V/ равен нулю, если второй компонент выше остальных, в других случаях он составляет:

= "IV1 — \У2 4- + \У4,

Для определения расхода тепловой энергии теплицы в течение года нами была составлена программа на алгоритмическом языке ФОРТРАН. На основании расчетов построены графики для практического применения, из которых можно непосредственно получить необходимые затраты тепловой энергии для конкретных метеорологических и агротехнических условий.

При выращивании рассады рассмотрены две наиболее важных составляющих энергии: тепловая энергия и электрическая энергия для дополнительного облучения рассады. Рассчитанные на 1 м2 площади товарного производства расходы электроэнергии составляют для огурца -1,6—2,9 кВтч, а для томата — (5,5—11,1 кВтч и .расходы тепловой энергии в условиях Московской области для знмне-весенней .культуры огурца—в8— 87 МДж/м2, а томата — 191—200 МДж/мг. На выращивание рассады потребляется для огурца 5%, а для томата 11% от общего расхода энергии на выращивание этих культур.

Большое количество тепловой энергии затрачивается на пропаривание почвы (около 340 МДж/м2). Существенен расход энергии для подкормки углекислым газом, но его можно включить в расходы на отопление теплицы, так как для получения углекислого газа используют специальные генераторы, работающие на органическом топливе, или отходящие газы котельных.

Нами проведено сравнение энергоемкости конструкций пленочной, остекленной и стеклопластнковой теплиц. Рассчитанные на срок эксплуатации энергоемкости отличаются незначительно. В зависимости от расхода стали для отопительной системы энергоемкость теплиц составляет 76—172 МДж/м2 за год эксплуатации, 12

Кроме названных статей расхода, значение имеет расход энергии на подогрев поливочной воды, а остальными статьями расхода можно пренебречь (табл. 4).

Таблица 1

Распределение расхода различных форм энергии при выращивании зммке-весенних культур огурца (1/1 —00/Л/1, урожаПность 23 кг/и3) м томата (16У1—31/\Ч1, урожайность 12 кг/м1) в остекленных блочных теплицах в условиях Московской области

Расход энергии

огурец точат

Статьи расхода энергии t. .и п Z* и itf

* 3 % £ 3

л*

1. Обогрев теллниы

а) лри выраишванпн овощей 410(1 110,4 83,1 3119 259,9 "4.2

б) при обработке почвы , . . ill 8,7 4,9 284 23.7

в) для выращивании рассады 7П 2,7 1,6 IS2 10,(1 4,0

2. Пропарквэиие почвы , , . . 310 6,0 340 28,3 ■8.1

3. Подача к обогрел полипной води И I,» 1.0 50 4,2 1.-

4. Дополнительное освещение рас-

сады ........... 30 1.1 0,6 ,120 10,0 2.8

5. Энергоемкость сооружения н

отопительной системы . . . 61 3,0 1.6 89 7,1 2,0

6, Семеноводство...... г» 0,2 0,1 4 (\3 0.1

7, Удобрение........ .1 0,2 0,1 3 0,3 0,1

8. Дизельное топливо . , , 1 0,1 0,1 3 0,2 0,1

Всего , . 4Э32 176,1 100,0 -1201 550,0 100,0

В -связи с этим расход энергии при выращивании овощей в теплицах в основном зависит от 'климатических условий. Однако в конкретных климатических условиях он весьма неравнозначен для различных овощных культур (табл. 5). Применительно к Московской области методом линейного программирования была проведена оптимизация производствен ной программы при ограничении расхода энергии в целях обеспечения .максимального валового производства овощей. В оптимальные программы входит зимне-весенняя культура зеленных (выгоночных и посевных) и огурпа, продленная культура огурца и томата и осенняя культура посевных зеленных и томата.

Выращивание огурца и томата в теплицах в южных районах СССР требует значительно меньших расходов энергии, чем на севере. Например, общий расход -энергии при выращивании томата в переходной культуре составляет в Баку, Тбилиси или Самарканде примерно 1У0 'МДж/кг при урожайности 14 кг/м2, Это 73% расходов энергни от выращивания томата в зимне-весеннем обороте в Москве и 60% расходов в Новоси-

'Таблица 5

Энергоемкость овощных культур в зимних блочных остекленных теплицах для Московской области

(только тепловая энергия при вырашипанил кулі,тур)

Сроки культуры Урожай- Энергоем-

Культура ность *, к< їсть,

кг/м2 МДж/кг

Выгоночные зеленные:

сельдерей ....... I 8 124

XII » 101

I 10 109

XII 10 93

салатный цикорнії . . , I 25 -10

XII 23 33

Посевные зеленные:

пекинская капуста . . , 10/1—ю/ш 10 171

салат кочанный . „ . . 1/ІХ—Э1/Х 3 125

редис ........ 10/1Х—31/Х 3 33

Плодовые овощные культу-

ры: огурец ....... І/І-ЗО/УІ' 28 146

ЇДІ—ЗО/У І 25 М5

1/11—ЗІ/УІП 33 93

1/\ГШ—10/ХІ в 217

томат ....... 16/1—ЗІ/УН 12 2(Ю

13/11—ЗІ/УП 10 220

15/111—31/Х 15 150

Ш/У1І—10/ХП 7 262

* Принятые показатели урожайности соответствуют данным совхоза «Московский» в последние годы (салатный цикорий — по данным передовых овощеводческих хозяйств ГДР),

бнрске соответственно. Кроме того, на юге вся продукция поступает п несезонное время—с декабря по июнь, а на севере только с конца ашреля.

Транспортировка (кроме авиатранспорта) требует относительно незначительного количества энергин. Расходы на железнодорожном транспорте составляют примерно 0,4 МДж/кг на 1000 км, а автотранспортом — 4,0 МДж/кг, но для авиации они весьма велики (26—50 МДж/кг на 1000 км). Так как томат устойчив при транспортировке и относительно хорошо хранится (расход энергин на охлаждение при транспортировке примерно 0,007 МДж/кг в день), его выращивание в южных районах для снабжения северных районов перспективно.

Резко повышающиеся в последние годы затраты на добычу угля, ■нефти н газа требуют -более экономического подхода к расходованию энергии. Основным« путями решений этой задачи в овощеводстве защищенного грунта можно считать:

1. Понижение температуры .при выращивании и изменение сроков выращивания. Улучшение управления тепловым режимом, в том числе понижение температуры воздуха, что весьма

эффективно при наличии подпочвенного обогрева. Снижение температуры в среднем на 1 К дает в условиях Московской области экономию энергии 5%. При более поздних сроках посадки огурца її томата необходимо повышать эффективность эксплуатации сооружений за счет более плотного использования выгоночных и посевных зеленных культур.

2. Улучшение теплозащитных свойств, теплиц. Для СССР имеет значение применение теплозащитных экранов н теплоизоляции фронтальных и боковых стен, что дает экономию энергии в размере І5—25,%. Двойное остекление затрудняет таянпе снега на кровле теплиц и в условиях холодных зим не оправдано. Применение микропроцессоров для управления климатом теплицы позволяет сократить затраты энергии па 10-15,%.

3. Использование дешевых источников энергии. В СССР для этой цели используются геотермальные воды, отходящее тепло газокомпрессорных станций и теплоэлектростанций, в ГДР в основном используется вторнчная энергия брикетных фабрик и ТЭЦ,

Выводы

1. Установлены корреляционные зависимости между приходом ФАР и урожайностью огурца и томата в знлше-весен-ней культуре применительно <к условиям ГДР и Московской области.

2. Влияние колебаний в приходе ФЛР по годам на урожайность огурца наиболее сильно проявляется в период с января по март с постепенным снижением в последующие месяцы. Для культуры томата решающее значение имеет приход ФЛР в период массового плодообразовапня март—апрель. Существенное влияние колебания прихода ФАР в мае—июне па урожайность томата не отмечено.

3. В условиях низкой освещенности в знмне-весеннне месяцы особенно важное значение дли получения устойчивых урожаев имеет оптимальное управление другими факторами роста и развития растений,

4. Загрязнение воздушного бассейна промышленными предприятиями значительно -снижает поступление ФАР в теплицы и урожайность овощных культур. Снижение коэффициента освещенности теплиц за счет загрязнения ограждений осадочной пылью'в отдельных микрорайонах ГДР достигает 17% за год, а снижение урожайности—25%. Это следует учитывать при выборе площадок для строительства теплиц и при планировании урожайности,

5. Разработана методика, позволяющая определить уровень загрязнения ограждения теплиц и его влияния на урожайность огурца и томата до начала строительства теплиц.

6. Эффективным средством снижения потерь поступления 3 теплицы ФЛР »следствие загрязнения являются регулярный очистки ограждения теплиц. Сформулированы методические основы для определения периодичности очистки тепличных ограждений.

7. Необходимость экономии энергии требует снижения энергозатрат и их учета по культурам и культурооборотам.

Разработана методика для определения л нормирования расхода тепловой энергии в теплицах, которая учитывает комплекс метеофакторов, технические параметры сооружений и технологию выращивания культур. Разработана программа для ЭВМ и номограммы, позволяющие определить расход энергии на выращивание овощных культур в конкретных климатических условиях.

8. Потребление тепловой энергии наряду с освещенностью . следует учитывать при разработке культурооборотов применительно к" культивационным сооружениям ц географическим зонам.

Рекомендации

1. При выборе площадок для строительства тепличных комбинатов рекомендуется использовать разработанную методику для прогнозирования возможного загрязнения ограждений сооружений и снижения урожайности.

2. В районах 'ГДР с сильным загрязнением воздушного бассейна рекомендуется проведение очистки ограждений в начале зимне-весенних культурооборотов с последующим смывом рыхлых осадков путем дождевания. -

3. При анализе хозяйственной деятельности тепличных комбинатов и планировании 'производства овощей в теплицах следует учитывать энергоемкость культур и культурооборотов.

4. Рекомендуется методика для определения расхода тепловой энергии при производстве овощей в теплицах.

Заказ 2367.

Объем 1 п. л.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва 1-1-550, Тимирязевская ул., 44