автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:АДАПТАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ КАПЕЛЬНОГО ПОЛИВА К УСЛОВИЯМ ЗИМНИХ ТЕПЛИЦ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

/'ЗШ

На правах рукописи

ПФАНЕНШТИЛЬ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

АДАПТАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ КАПЕЛЬНОГО ПОЛИВА К УСЛОВИЯМ ЗИМНИХ ТЕПЛИЦ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул 2004

Работа выполнена на кафедре механизации животноводства Алтайского государственного аграрного университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Фсдоренко Иван Ярославович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Беляев Владимир Иванович

доктор биологических наук, кандидат технических наук, профессор Горяев Владимир Егорович

Ведущая организация — Федеральное государственное научное

учреждение «Алтайский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Сибирского отделения РАСХН (ГНУ «АНИИСХ» СО РАСХН)

Защита состоится 24 декабря 2004 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.002.04 при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» (656049 г. Барнаул, пр-т Красноармейский, 98, АГАУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «¿3 » ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

А.К. Бец

Актуальность "темы. В агропромышленном комплексе защищенный грунт должен решать важную народнохозяйственную проблему снабжения населения свежими* овощами и зеленными, культурами в поздие-осеиний, зимний и весенне-летний периоды.

Сейчас в России ежегодно производится 500-600 тыс. т. овощей во внесезонный период, однако это составляет лишь около 20% медицинской нормы потребления.

В настоящее время во многих странах защищенный грунт лидирует в производстве овощей, в то время как в нашей стране площади культивационных сооружений продолжают сокращаться. Поэтому необходима прочная связь науки с производством, организация научных исследований для разработки энергосберегающих технологий и получения-экологически безопасной продукции.

На прошедшей в 2004 г. в Москве Международной-научной конференции «Состояние и проблемы научного обеспечения овощеводства защищенного грунта» отмечалось, что овощеводство закрытого грунта является наукоемкой отраслью, однако ее научное обеспечение вызывает трезогу, В недостаточном объеме ведутся исследования по минеральному питанию растений, случается, что различные технологические системы внедряются без предварительного изучения и адаптации к местным условиям.

Данная работа и призвана решить в некоторой степени эти проблемы для климатической зоны Западной Сибири. Она выполнялась в соответствии с «Отраслевой целевой программой по развитию и повышению эффективности овощеводства и грибоводства в 1998-2005 гг.», утвержденной Министром сельского хозяйства России 11 августа 1998 г.

Важнейшим направлением тепличного производства овощей в России и за рубежом является совместное применение капельного полива и малообъемной гидропоники: Адаптация этих технологи йк местным условиям позволяет резко ■ повысить урожайность овощных культур и качество овощей, улучшить условия труда, механизировать и автоматизировать производственные процессы, сократить затраты ручного труда. Поэтому исследования в этой области представляются весьма важными и своевременными.

Цель исследований — повышение урожайности овощных культур, сокращение материальных и энергетических затрат на их производство в зимних те ил шах путем адаптации технологии капельного полива к местным* условиям;

Объект исследований - биотехническая система, включающая оборудование капельного полива, овощные культуры и среду их произрастания.

Предмет исследований - закономерности функционирования системы капельного полива и факторы повышения урожайности овощных культур.

математическое модем структурный анализ и синтез, натурный эксп

о —

Научную новизну составляют:

- математические модели для обоснования способов повышения/точности дозирования маточных растворов и равномерности распределения поливного раствора по площади теплицы;

■ - теоретический метод определения числа капельниц, необходимых для полива одного растения;

- методический подход к оценке факторов повышения урожайности с помощью планов Плакетта - Бермана; ■ ,

- агрономическое обоснование использования и адаптации оборудования капельного полива.

Практическая'значимость. Ее представляю? функциональные и конструктивные схемы элементов системы капельного полива, а также агротехнические приемы повышения урожайности овощных культур.

Разработанные технические решения и адаптационные мероприятия могут быть использованы при внедрении систем капельного полива в тепличных комбинатах Западной Сибири.

Предложенные^ работе математические модели, методические подходы и полученные результаты являются основой совершенствования оборудования капельного полива и его адаптации к различным климатическим зонам страны.

Разработанные инженерные методы анализа и расчетаузлов оборудования капельного полива могут быть использованы и.используются в про-ектно-конструкторскнх,- научно-исследовательских м учебных учреждениях и организациях. . • . -

Реализация результатов исследований. На основе проведенных исследований осуществлена адаптация систем капельного полива на ллошадн 15 га зимних теплиц в КГУП «Индустриальный» (г. Барнаул).

Предложения по совершенствованию оборудования капельного полива приняты к рассмотрению и реализации научно-производственной фирмой «ФИТО» (г. Москва) - основным производителем этого оборудования в России.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Алтайского ГАУ {2003-2004 г.г.), на научно-практической конференции «Молодежь - Барнаулу» (2003 г.), на совещании заведующих кафедрами аграрных вузов Сибирского.федерально-го округа (г. Барнаул, 2004 г.), а также многочисленных семинарах по обмену опытом, проходивших в КГУП «Индустриальный» (2003,2004 г.г.).

Публикации. Основное содержание диссертации, ее результаты и рекомендации отражены в 4 статьях, из которых две опубликованы в центральной печати.

Структура и объем диссертации; Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на

160 страницах машинописного текста, содержит 26 страниц приложений, иллюстрирована 24 таблицами и 18 рисунками. Список использованной литера* туры включает 70 наименований, к том числе 2 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена' краткая характеристика изучаемого вопроса, его актуальность и основные положения работы.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований» проведен анализ современного состояния в отрасли защищенного груша. Подробно рассмотрены способы выращивания овощных культур в теплицах, требования к'субстратам, технология капельного полива и се преимущества по сравнению с традиционными технологиями.

Проанализированы научные рабош предшественников, а также опытно-конструкторские" работы в области разработки оборудования капельного полива. Было отмечено, что применяемое оборудование далеко от совершенства: не соблюдаются условия точного дозировашш исходных элементов шггания растений, соотношение этих элементов п питательных растворах и т. д. Монтажные схемы распределительных полипных сетей таковы, что возможна неравномерность в шгганин растений но Iпощади теплицы. Неравномерность пытаются устранить с помощью компенсаторов давления, а это резко увеличивает вероятность закупорки капельниц.

Проведенный анализ дает основание полагать, что генеральным направлением перевооружения зимних тенлнц является перевод их на мало-обьемную гидропонную технологию и капельный полив. Эти же исследовав ния показывают, что применение вила субстрата, норм и режимов полива, применяемых сортов овощей, типои культурооборотоа и сроки возделыва-иия овощей значительно зависят от климатических условий местности, состава исходной поливной воды, особенностей конструкций теплиц, применяемых систем микроклимата и т. л. Для каждой почвенно-клкматической зоны нужна глубокая адаптация малооСьемной технологии.

С учетом тложенного была сформулирована цель исследований н поставлены следующие задачи:

1. На основе знатна мировых и российских тенденций развития отрасли зашншенпого грунта отобрать наиболее прогрессивные н перспективные технологии для модернизации и адаптации;

2. Провести математическое моделирование процессов функционирования оборудования капельного полива и предложить меры по его совершенствованию;

3. Опытным путем выявить факторы, имеющие существенное значение в изучаемой биотехнической системе и разработать агротехнические мероприятия, повышающие урожайность овощных культур; *

4. В недр шъ адаптированную технологию капельного полива в производство и лать ее технико-экономическую оценку.

Во второй главе «Математическое моделирование системы капельного полива и ее элементов» с системных позиций рассматривается функционирование оборудования капельного полива.

Первым этаном такого »пучения явилось выделение переменных, определяющих состояние данной биотехнической системы (рис. I).

В работе использовали метод выделения главного критерия оптимизации, В качестве такового выбран У — урожайность овощных культур, а два других: С - себестоимость овощной продукции и П - прибыль от реализации этой продукции — переведены в разряд ограничений.

Обобщенная математическая модель функционирования системы капельного полива была записана » виде:

- функции цели

У =дх1,...,хв;у1,"-.ут;2и...,2к)-»тах, (1)

где X), у,, гп - факторы системы;

- и ограничений:

С £[С]; 11 ^П]; (2)

6, й[5,]; . $ ]-Гм, (3)

где [С], [П1 - допустимые значения себестоимости овощной продукции и прибыли, значения которых устанавливаются исходя !□ экономической сн-туашш в тепличном хозяйстве и конъюнктуры рынка;

¿1 — полученные и допустимые значения показателей вкусовых качеств овошей;

£ - реальное п допустимое по медико-биологическим нормхч содержание вредных веществ в овощах (пестицидов, нитратов и т. д.).

Все шаги по адаптации системы капельного полива к местным условиям были проведены в соответствии с моделью (1),..(3).

Современное оборудование для приготовления поливных растворов содержит эжекционные насосы, которые выполняют функции дозаторов маточных растворов (рис. 2).' Эжекционные насосы просты по устройству, легко управляются и обслуживаются. С их помощью, а также электромагнитных клапанов, более или менее точно поддерживается ЕС - электропроводность (т. е, концентрация) и рН — кислотность рабочего раствора. К сожалению, современным оборудованием не контрожфуется и не поддерживается содержание и соотношение питательных веществ в рабочем растворе. Эти отклонения от норм можно выявить лишь в результате лабораторного аналша поливного раствора, отбираемого из капельниц. Практика КГУП «Индустриальный» показывает, что отклонение отдельных питательных веществ от заданной нормы может достигать 12-16%.

Агротнпичмкж факторы

Рис. 1. Схематическое представление системы капельного полива

В связи с этим в работе анализировали причины появления таких отклонений, Работу эжекционных дозаторов рассматривали на основе уравнения Бериулли. Условие равенства давлений для маточного и рабочего раствора в наименьшем сечении эжекционного дозатора было записано в виде

-О+^-С^-п!—+ <4>

* <1 БЛ*

где ОГР, Сур - весовые расходы рабочего и маточного растворов через эжек-ционный дозатор, Н/с;

Б, с! - диаметры сечений трубопроводов рабочего и маточного растворов, м;

7ГР, 7„р.— объемный вес рабочего н маточного растворов, Н/м3;

g —ускорение свободного падения, м/с2;

- коэффициенты потерь на внешнее и внутреннее трение растворов;

2Л - разность геодезических высот установки дозатора и поверхности маточного раствора в баке, м,

Проаналтируем нолучеиное выражешю. Левая часть его в процессе работы эжекционного насоса является постоянной, поскольку работа поливочного насоса 8 (см. рис. 2) является стабильной, не меняются диаметры подводящих трубопроводов и потери на гренке. Поэтому постоянной должна быть н правая часть. Однако отдельные члены правой части могут существенно меняться. Например, но мере отбора маточных растворов меняется геодезический напор'2А, по мере формирования осадка на фильтре 9 меняется коэффициент . Чтобы правая часть сохраняла постоянное значение, нужно компенсирующее изменение других величин. Такой величиной может быть только - весовой расход маточного раствора. Это означает, что типовой схеме растворного узла изначально присущ недостаток — нестабильность потока маточного раствора. Следовательно, рабочий раствор также имеет непостоянный состав элементов питания. При этом является переменным и соотношение основных элементов питания в рабочем растворе.

Для устранения этого недостатка было предложено техническое решение — устаношггь эжекнионные дозаторы на плавающих платформах в баках маточных растворов (ы существующей схеме дозаторы установлены неподвижно за пределами баков). В этом случае разность геодезических высот установки дозатора н поверхности маточного раствора остается неизменной по мере опорожнения бака, что и стабилизирует работу дозатора.

Распределительная оросительная сеть предназначена для подачи в кор необитаемую зону дозирован них объемов воды или растворов минеральных удобрений. Она представляет собой комплекс трубопроводов и капельниц.

Рис. 2. * Схема растворного узла с эжскциониыми дозаторами: 1,2-баки маточных растворов А н Б; 3 - бак рабочего (поливного) раствора; 4,5,9- фильтры;

6,7 -эясешюнные дозаторы меточных растворов; 1

8 - поливочный насос

Изучение и анализ монтажных схем этих сетей показывают, что возможно неравномерное распределение поливочных растворов по площади теплицы.

Рассмотрим один трубопровод с капельницами (рис. 3). Капельницы обычно располагают равномерно по длине трубопровода на расстоянии нескольких десятков сантиметров друг от друга. Расстояние зависит от вида овощной культуры и принятой технологии ее выращивания.

Поэтому будем считать, что через капельницы идет непрерывный сброс расхода из трубы так, что расход Qa в начальном сечении трубопровода постепенно уменьшается в точке В до величины Qb - 0.

Расход, выходящий через капельницы, будем называть сбросным. Поскольку трубопровод глухой, то в точке В нет транзитного расхода.

Движение жидкости в трубе будет с переменной скоростью. Для равномерного питания растений в ряду капельниц необходимо, чтобы расход, приходящийся на единицу длины трубы, был постоянным вдоль трубопровода, т. е.

q = = const

Величину q называют удельным расходом.

Рис. 3. Расчетная схема трубопровода с капельницами: 1 - раздаточный трубопровод; 2 - капельницы

Допустим, что местные сопротивления малы, а потерн но длине можно определить по известной из гидравлики формуле

. , 1»0*/К?, (6)

где К — расходная характеристика трубы.

При таких исходных предположениях приходим к щвестной зависимости уменьшения напора вдоль трубы с продольной щелью

Н » НА <7>

В точке В напор составит

и =Н -5*1.1 (S)

Г1В МА

На рисунке 3 дана графическая интерпретация уравнения (7) Как видно, напор является величиной, переменной по длине трубопровода с капельницами. Это и является причиной неравномерности распределения поливного раствора по площади теплицы.

Из формулы для расхода поливного раствора через капельницу

qk = nS^2gH(x) (9)

следует, что выравнивание расхода через капельницы можно достичь тремя способами:

- стабилизацией напора Н (по этому пути цдут израильские фирмы, применяя компенсаторы дзвлеЕшя);

- изменением вдоль трубопровода определяющих сечений S капельник;

- изменением вдоль трубопровода коэффициента расхода ц.

К практической реализации предлагается третий путь. Действительно, если в формуле расхода через капельницу (9) положить, что qL » const, S const, то юмененнс напора Н'вдоль трубопровода должно быть компенсировано вменением ft — коэффицнешп расхода через кшелытцу. Иначе говоря, изменение этого коэффициента должно соответствовать выражетпо

ц(х)= (10)

S^lgll® где Н(х) определяется формул о П (7).

Примерный график зависимости ¡1 ц(х) представлен на рис. 3. Встает вопрос, как технически осуществить изменение коэффициента расхода ji. Капельница типа "эмиттер" имеет лабиринтный ход, на который надевается подводящая трубка (рис. 4). Именно этог лабиринт может быть использован для изменения ft. Дело в том, что лабиринт представляет собой дополнительное гидравлическое сопротивление, изменяющее (I.

Для доказательства этого был проделан опыт по определению расхода чер^з капельницу в зависимости от числа задействованных поворотов ш в лабиринте. (По-иному, варьируя расстояние А, па которое надета подводящая трубка, мы изменяем (О-

Результаты представлены на рис. 5. Обозначения на рисунке таковы: ~ коэффициент расхода капельницы при отсутствии лабиринта, ^-коэффициент расхода при ш задействованных поворотах лабиринта.

Рис, 4. Устройство капельницы типа "эмиттер": • I - тело капельницы; 2 ~ лабиринтный ход; 3 - подводящая трубочка

о о

ео О*

г» о"

че о*

с"

гм

о*

с? , о

т

1-1-1-1-\-1 г

I

8

Рис. 5. Относительное изменение коэффициента расхода через капельницу от числа задействованных поворотов в ее лабиринте

Как видно из рисунка, уже при использовании лабиринта с девятью поворотами коэффициент расхода уменьшается более, чем в 3 раза. Таким образом, этот способ компенсации изменения давления очень эффективен, и в то же время легко технически осуществляется. Поэтому именно он рекомендуется к практическому применению.

Несмотря на предпринимаемые меры но очистке рабочего раствора; капельницы иногда забиваются. Причиной этого могут быть механические включения самого трубопроводного транспорта, а также то, что при смешении маточных растворов А и В в процессе составления рабочего раствора образуются вещества, выпадающие в осадок.

Определим число капельниц, необходимых для питания одного растения, исходя из экономического критерия.

Пусть ущерб от гибели растення составляет Y. Чем больше капельниц питает растение, тем меньше вероятность получить этот ущерб, т. е. вероятный ущерб обратно пропорционален числу капельниц п.

С другой стороны, с увеличением числа капельниц возрастают затраты на их приобретение. В результате этих рассуждений целевую функцию общих затрат I, приходящихся на одно растение, можно записать в виде

Y

1=—+c,n->min, (11)

n

где C| — стоимость одной капельницы.

Для определения минимума этой функции диффере нпируем ее по п и нолученное выражение для первой производной приравняем нулю:

■т--yÍ—"Í +с, =с, —у- = 0, (.2)

dn LnJ n1*

где nx - число капельниц, доставляющее минимум функции (11) (п, " 1, 2,

Из полученного уравнения получим окончательное выражение для

определения л _

n> (13)

Расчеты по этой формуле показывают, что для безлюдного автоматизированного выращивания овошей необходимо две капельницы на одно растение, при наличии ежедневных осмотров растений людьми — достаточно одной капельницы.

В третьей главе «Методика агротехнических исследований» представлена программа и основные методические подходы но агрономическому обоснованию и адаптации системы капельного полива.

Все агротехнические опыты были проведены в КГУП «Индустриальный» (г. Барнаул).

Применяемый в наших исследованиях метод можно назвать производственно-вегетационным. С одной стороны, он имеет все 1грнзнаки веге-

тационного метода, поскольку проводился в условиях зимних теплиц, т.е. в искусственной (с возможностью' регулирования) среде. С другой стороны, все проведенные опыты не прерывали производственный процесс выращивания овощей, более того, они были встроены в него.

Проведению основных опытов предшествовали рекогносцировочные, целью которых ставилось предварительное выяснение продуктивности того пли иного сорта и отбраковка заведомо неконкурентоспособных вариантов.

Исследования были проведены на двух важнейших овощных культу- * pax: томате и огурце. В качестве субстратов использовали: почву, опилки, минеральную вату. Такой выбор; субстратов обусловлен распространенностью использования минеральной ваты в мировом тепличном хозяйстве, а опилок - их доступностью и дешевизной в условиях Сибири. ,1, - Программой работ 6umt намечены следующие эксперименты, целью -которых было установить: .; - . , t. ■.

1. Влияние различных субстратов на рост, развитие и отдачу урожая в течение вегетации;

. 2. Рост if развитие растений огурца и томата при капельном лапше, включая рассадный период; . ■ ■ ■.. - •

3. Динамику поступления урожая огурца и томата в зпмие-весением и летне-осеннем оборотах; ; ;

4. Отбор наиболее урожайных сортов;

5. Сравнение существующего и предлагаемого способа присоединения капельниц; ' .г'

6. Проверка эффективности биологических методов защиты овощных культур, оценка вкусовых качеств овошей.

Методы исследований включали регрессионный анализ, методы выделения существенных факторов, по плану Плакетта — Бермана, статистические метода планирования 'и обработки эксперимента, метод экспертных оценок. , ...

В четвертой главе «Л нал га агротехнических опытов» представлены результаты опытов по агрономическому обоснованию системы капельного полива, их анализ и оценка. Рекогносцировочные опыты были проведены в 2003 г. с началом внедрения систем капельного полива. '

1 Сравнивая два способа выращивания огурца — на грунтах и по малообъемной технологии с капельным поливом, можно отметить преимущества последнего, поскольку получили существенную прибавку урожая в зимне' весеннем обороте - по гибриду FI Сапфир - 5,4 кг/м2, по гибриду Fj Стелла, -2,8 кг/м2. В летне-осеннем обороте выращивали только гибрид огурца Ft Стелла, прибавка урожая в малообъемной культуре составила 0,8 кг/м*. ■

• - Культуру, томата по новой технологии вели в блоке Jft 7. Прибавка урожая колебалась от 3,8 до 4;4 кг/м2 в сравнении с выращиванием на грунтах. - ■ - * . ■ ■

Внедрение первой о черед] I малообъемной технологии для выращивания огурца и томата позволило не только повысить урожайность, но и снизить производственные затраты на 49%. У тепличных мастеров освободилась часть времени, которая уходила на полив и подкормку, что позволило улучшить уход за растениями.

Таким образом, рекогносцировочные опыты позволили подтверди!ь и для условий Западной Сибири эффективность малообъемной технологии и капельного полива в сравнении с традиционно применяемой грунтовой технологией и поливом разбрызгиванием.

После этих опытов была поставлена дальнейшая задача - полное внедрение всех элементов малообьемной технологии на первых 6 га и проведение реконструкции на следующих 4,5 га тепличных площадей.

Параллельно с внедрением этой новой технологии проводились экспериментальные исследования по ее адаптации к условиям Западной Сибири.

В частности были отработаны элементы технологии выращивания рассады огурна и томата с установлением оптимальных доз досвечицания, норм температуры, субстратов и т.д.

Эти мероприятия позволили сократить сроки вырашивания рассады с 28-30 дней до IЯ дней.

В 2004 г. был заложен опыт но оценке ряда важнейших факторов технологии капельного полива: типа субстрата, сорта культуры, срока посадки, способа присоединения капельниц к подводящей трубке. Опыты проводили по плану отсеивающего экспериметаПлакетта-Вермана (табл. I), который мы использовали для сравнения двух вариантов (уровней) каждого фактора.

Дисперсия ошибок наблюдений Б1 в этих опытах оказалась равной 0,79; дисперсия оценок Ь, параметров - 0,099; дисперсия Зь = 0,31.

Значимость факторов проверили по формуле:

Ь^ПрБь,-, .(14)

где - критическое значение распределения Стьюденга.

Для уровня значимости а " 0,05 (доверительная вероятность Р - 0,95) и числа степеней свободы V ~ 4к - Ь - 1 - 4x2 - 4 - 1 ~ 3 по таблицам находим ^ « 3,182.

Тогда (^Бь" 3,182x0,31 =1,0.

Из всех представленных факторов значим лишь Ь;, поскольку его оценка 2,24 > 1,0.

Таблица 1. План и результаты отсеивающего эксперимента ■ Плакетта - Берманадпя.культуры огурца

г ■4 Тип субстрата г I г-1 и ., г.. о - 1 ,1 35-и Б- • а : ■■ *• • в. с » £ . о. ' 3 X . 1 а. а 3 !■ | а © 3 т 2 ' 3 ¡1 £ 3 Ан "я й '1 а.-в 1 10 О

№ опыта X» Хб' хт Ур У»

.1 , + мим. вата' стсяла 'декабрь существующий + 6.5 25.6

"2 + мин. вата + сшпа шпарь + предлагаемый + ЗА 26.2

■ 3 + ынн.вата сапфир + декабрь ■ Ч " " существующий + 4- 6,1 27,2

' 4-, опилки + сгелла январь существующий + 1 + + 2,7 21,3

5/ ынн.вата сапфир январь + 1 . предлагаемый ■ + . + 4,1 26.9

б опилки" сапфир декабрь предлагаемый + _ + ад 21.4

,7 ОПИЛКИ стелла ■1 . декабрь + ' предлагаемый 4* V 22.5

8 ОСШАКИ сапфир январь существующий - - 3,7 22,8

Таким образом, единственный фактор, который существенно влияет на урожайность культуры огурца, является тип субстрата. Независимо от сорта культуры и срока посадки субстрат из минеральной ваты дает лучшие результаты по урожайности, чем-субстрат из древесных опилок. Например, гибрид р1 Сапфир дал на опилках при ранней посадке (опыт б) всего 21,4кг/м2, в то же время на минеральной вате при прочих равных условиях (опыт 3) — 27,2 кг/м . Разница составила 5,8 кг/м, т.е. минеральная вата дала прибавку урожая по сравнению с субстратом из опилок 27,1%. Сорт Г! Стелла дал прибавку урожая (опыты 1 и7)3,1 кг/м2 или 13,7%.

Минеральная вата благодаря очень тонкому диаметру волокон (5 мкм) отличается оптимальными для выращивания растений физическими свойствами, что благотворно сказывается на урожайности.

В процессе экспериментов не выявлено преимущество какого-либо из изучаемых сортов культуры огурца. Срок посадки (декабрь или январь)

также несущественно влияет на урожайность данных сортов, что, очевидно, связано с применением мощного искусственного досвечивания.

Не выявлено разницы влияния на урожайность существующего и предлагаемого нами способа подсоединения капельниц к питающему трубопроводу. Но так как наш способ ведет к уменьшению вероятности закупорки капельниц (за счет уменьшения ходов в самой капельнице и компенсаторах давления), то ему следует отдать предпочтение.

По культуре томата опыты были проведены по отбору высокоурожайных сортов, в числе которых испытывали» Р| Буффало, Р, Кунеро, Р( Фуенсанта (табл. 2). Эти сорта были эмпирически отобраны на протяжении ряда лет, и теперь предстояло дать точную статистическую опенку их урожайности. Для этого использовали критерий Стыадеита оценки разности средннх значений урожайности.

Наибольшую урожайность дал сорт Р| Кунеро, однако нам не удалось статистически достоверно доказать это, поскольку отличие его урожайности от урожайности других культур соизмеримо с ошибками опытов.

Таким образом, по урожайности сорта Р] Буффало, Кунеро и Фуенсанта примерно одинаковы. Для того, чтобы отдать предпочтение какому-то из них, нужны дополнительные критерии, к примеру, товарный вил, устойчивость к болезням п т.д.

Для целей прогнозирования сбора урожая большое значение имеет установление аналитических выражений, описывающих поступление урожая по месяцам. Нами выявлено, что интегральные характеристики поступления урожая могут быть описаны уравнениями регрессии в виде полинома 3-й степени.

Обработка экспериментального материала при помощи программы 5ТАТ1БТ1СЛ позволила определить коэффициенты полинома и получить уравнения регрессии в виде:

Р, Сапфир у V - 5,23 - 8,911 + 3.95Г - 0,321*;

Кунеро 6,27 - 7,191 + 2,1012-0,13 Р.

Ограничение для обоих уравнений таково: йО.

Эти уравнения адекватно описывают экспериментальные данные с доверительной вероятностью 99% и, таким образом, могут быть использованы для прогнозирования поступления урожая но месяцам года.

В рыночных условиях большое значение приобретает качество продукции, ее конкурентоспособность на рынке, поэтому в процессе адаптации технологии капельного полива была разработана целая система биологической защиты овоншых культур от болезней и вредителей. Основу этой системы сосгавлшот био пре парат тр нхо де р м и н, хищные клеши. Эффективность этой системы такова, что 100% овощей, производимых в КГУП «Индустриальный», не имеют замечаний по качеству и концентрации иеществ, подпадающих под действие медико-биологических норм.

Таблица 2. Урожайность гибридов томата по повторениям в зимне-весенней культуре 2004 г, (суб<прат-лревесныеопилки,срокпосадки-декабрь). - "

Сорт - Повторение ' 1 Урожайность но месяцам, кг/м'1 Итого за -оборот, кг/м1

март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь

Буффало 1 - 1,9 5,8 .4,6 5,5 3,0 1,5 0,9 23,2

2 0,1 1,6 5,9 4,8 5,9 3,2 1,3 0,9 23,7, .

з. 2,0 5,7 5,6 4,6 3,0 1(5 1,2 23,6

■ -4- ' ; - 3,0 5,6 4,9 , . 3,9. , 2,9 . и 1,2 . .22,8

. ; -I - 0,05 : 8,5 23,0 , ; 19,9 19,9 12,1 - 5,6 4,2, - ■ 93,3

■ 1 * д у* - 0,02 2,1 5,8 г . 4,9 ■ 5,0 3,0 1,4 ' .1,1 233 -

Куперо 1 " 0,2 3,8 5,0. 6,3 4.2' 3,5 :2,3 ... и. 7 26,4 :

2. ■ ; о.« . 3,6 4,4 ■5,8 4,6 2,7 1,7 - 0,7 ' ' 23,6 *

.3 V 0,2 3,8 4,9 ;■ 6,0 4,3 • 3,0 2,1 0,9 25,2

' 4 0,1 3,5 5,0 5,8 4,4 2,9 2,0 . 24,4

■ I 0,6 • 14,7 19,3 - 23,9 17,5 12,1 3,4 щ ■

- УГ ■ 0,15 3,7. 4,8 6,0 4,4 3,0 2,0 . 0,8 ■ 24,8

Фуенсанта. 1 ' 2,4 5,5 .4,7 5,3 2,6 1.1 ■ 0,7 22,3 ,

2 2,2 5,0 . 4,8 5,4 2,8 и „ 0,9 22,4 '

■ 3 ■ 2,0 4,8 4,3 4,8 2,5 1,2 0,8 20,4

4 1,5 4,9 3,8 5,0 , 2,5 1,0 0,5 19,2

I 8,1 20,2 17,6 20,5 10,4 4,6 2,9 84,3

Ч у>. 2,0 5,0 4,4 5,2 2,6 1,2. .. 0,7 21,1 .

В пятой главе «Внедрение и экономическая эффективность результатов исследования» указывается, что успешное внедрение и адаптация системы капельного полива позволили распространить ее в КГУП «Индустриальный» на плошали 10,5 га. Для этого потребовалось 51,2 млн. руб. капиталовложений. Расчеты показывают, что они окупятся в течение ближайших 3-х лег. Уровень рентабельности производства овощей с использованием системы капельного полива составит не менее 1594. К концу 2004 г, капельным поливом будет охвачено 15 га теплиц этого предприятия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ возможных направлений развития отрасли овощеводства защищенного груша показал, что наибольшие перспективы имеет малообь-емная гидропоника при использовании систем капельного полива. Однако внедрение этой прогрессивной технологии сдерживается слабым научным обеспечением и отсутствием исследований по ее адатацнн к местным условиям.

2. Система капельного полива субстратов малого объема является типично биотехнической системой, включающей человека, оборудование, растение, среду. Предложена обобщенная математическая модель функционирования этой системы, в которой в качестве целевой величины принята урожайность овощной культуры с I м* полезной площади теплицы, а ограничениями - себестоимость производства овощей, прибыль от пх реализации, показатели качества овошной продукции и содержания в ней веществ, подпадающих под действие медико-биологических норм.

3. В результате математического моделирования установлено, что причиной неравномерной (отклонение от заданной нормы до 12-16%) подачи маточных растпорон эжекииониыми дозаторами (» процессе приготовления рабочего раствора) является изменение гидравлического уровня, обусловленное периодическим опорожнением и наполнением баков маточных растворов. В связи с этим предложено эжекционные дозаторы установить на плавающий платформе непосредственно в баках маточных растворов.

4. Неравномерность подачи поливных растворов по площади теплиц объясняется гидравлическими потерями по длине трубопроводов с капельницами. Теорелгчески установлено и экспериментально подтверждено, "по эффективным способом устранения эгого явления является настройка капельниц на требуемую производительность ¡вменением коэффицнеща расхода.

5. Прехтожепа технология выращивания рассады овощных культур, ориентированная на использование в дальнейшем системы капельного полива. Технология позволяет сократить срок ог посева до посадки с 28-30 дней до 18 дней.

• . 6: Использование субстратов из'минеральной ваты по сравнению с применением древесных опияок дает прибавку урожая по огурцу в 2,3 кг/м1.

7. По результатам рекогносцировочных и производственных испытаний установлено, что для зоны Западной Сибири наиболее урожайными сортами являются: по культуре огурца — Р, Сапфир и Р1 Стелла, по культуре томата - Р1 Буффало, К| Кунеро, Р) Фуенсанта. В результате адаптационных действий в КГУП «Индустриальный» достигнута урожайность: по огурцу -27,2 кг/ма,томату — 24,8 кг/м2. "'■ ' ' * *

8. Разработана эффективная система биологической борьбы с вредителями и болезнями тепличных овощных культур, основу которой составляют биопрепарат триходермин и энтомофагн: амблисейус, фитосейлюс, опиус, энкарзия. ■ ■

•9. Экономические расчеты показывают,'что внедрение адаптированной системы капельного полива гарантирует уровень рентабельности производства овощей не менее 15,3%, а срок окупаемости капиталовложений — не • более 3,3 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пфаненщтиль В. И. Особенности возделывания огурца и томата в КГУП «Индустриальный» (г. Барнаул) п связи с внедрением мапообьемной технологии//Гавриш. 2003: №1:С. 9-10,

' * 2. Лесин Л. М., Пфанепштиль В. И. Совершенствование технологии выращивания овощей в КГУП «Индустриальный» // Материалы научно-практической конференшш'«Молодежь - Барнаулу» (20-21 ноября 2003 г., г Барнаул), С. 271-272, ' '

3. Пфаненштиль В; И.,' Банщикова Т. П. Биологическая система борьбы с врешгтелями и болезнями в зимних теплицах Алтайского края // Гавриш, 2004. №3. С. 17-19. •

4. Пфанснштиль В. И. Адаптация систем капельного полива к условиям зимних теплиц КГУП «Индустриальный» Ц Вестник ЛГЛУ. — Барнаул: 2004. №2 (14). С. 192-193;

_ЛР Jfs 020648 от 16 декабря 1997 г._

Подписано в печать 10.11.2004 г. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать риэографная. Гаршпура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №4?.

Издательство Л ГА У 656099, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98 62-84-26

«24187