автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Улучшение качества регулирования кислотности почвы на основе электроактиватора воды при выращивании томатов в условиях закрытого грунта

На правах рукописи §2.

ЦОКУР ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ

НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАКТИВАТОРА ВОДЫ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ТОМАТОВ В УСЛОВИЯХ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА

Специальность: 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

28 НОЯ 2013

005541518

Краснодар -2013

005541518

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: Овсянников Дмитрий Алексеевич

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Курзин Николай Николаевич

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», заведующий кафедрой «Физики»

Чёба Борис Павлович

кандидат технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия», профессор кафедры «Энергетика»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ставропольский

государственный аграрный университет» (г. Ставрополь)

Защита состоится 25 декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. №4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 23 ноября 2013 года и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak2.ed.gov.ru/ и на сайте ФГБОУ ВПО Кубанского ГАУ http://kubsau.ru/

Ученый секретарь диссертационного совета, л

доктор технических наук //^^/а С- Курасов

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. На сегодняшний день выращивание овощей в теплицах актуально в связи с круглогодичным циклом получения продуктов питания. Однако в результате совершенствования технологий выращивания растений в закрытом грунте нарушаются физико-химические свойства почв, что приводит к ухудшению условий роста и развития овощных культур, в частности томатов.

Питательные вещества становятся недоступными для растений томатов, если кислотность почвы (водородный показатель) отклоняется от оптимальной в результате внесения удобрений или известкования почв. Поэтому целесообразно поддержание значения водородного показателя на необходимом уровне.

Существующие способы регулирования кислотности почвы имеют низкие показатели качества, затруднено их использование в процессе выращивания томатов в условиях закрытого грунта, что приводит к потери урожайности. Наиболее перспективным является полив почвы электроактивированными растворами с заданными параметрами, но в данном способе не учитывается факт изменения водородного показателя почвы под действием электроактивированной воды. К тому же существующие электроактиваторы не подходят с позиции элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы, что не позволяет в настоящее время эффективно применять перспективный метод коррекции рН почвы электроактивированными растворами при выращивании томатов в условиях закрытого грунта. Таким образом, улучшение качества регулирования водородного показателя почвы на основе электроактиватора воды является актуальной задачей для дальнейшего развития систем орошения овощных культур.

Диссертационная работа выполнена в рамках плана НИР Кубанского ГАУ по госбюджетной тематике 2011-2015 гг. (ГР 01201153641, подраздел 1.3).

Научная гипотеза - улучшить качество регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта можно путем обоснования параметров обработки почвы электроактивированными растворами и

системы регулирования кислотности почвы, включающей в себя электроактиватор воды.

Цель работы — улучшение показателей качества регулирования кислотности почвы на основе электроактиватора воды при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Объект исследования - электроактиватор воды, кислотность почвы.

Предмет исследования — показатели качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Задачи исследования:

1. Разработать функциональную схему системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта.

2. Разработать математическую модель, обосновывающую электрические, термодинамические, и конструкционные параметры электроактиватора воды в качестве элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

3. Экспериментально установить зависимости влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами и их количества (в соответствии с нормами полива) на кислотность почвы во времени при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

4. Провести исследование качества регулирования и определить оптимальные параметры обработки почвы электроактивированными растворами с целью регулирования ее кислотности в зависимости от нормы полива и внесения кислых удобрений.

5. Произвести технико-экономическое обоснование применения системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Методы исследований. В работе использованы основные положения теории электротехники, теплотехники, автоматического управления, методика планирования многофакторного эксперимента, математическая обработка ре-

зультатов теоретических и экспериментальных исследований проводилась на ПЭВМ с использованием прикладных программ МВТУ 3.7, MathCAD 2014, Microsoft Excel, STATISTIC А 6.0.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработана функциональная схема системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта, обеспечивающая заданное качество регулирования, снижение обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения кислотности почвы на 90%.

2. Разработана математическая модель, обосновывающая электрические, термодинамические и конструкционные параметры электроактиватора воды в качестве элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы.

3. Получена регрессионная модель влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами на кислотность почвы и ее изменение во времени после полива, обосновывающая необходимое управляющее воздействие для регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Праетическая значимость результатов исследования.

1. Выявлены закономерности влияния электроактивированных растворов на кислотность почвы и ее изменение во времени после полива, обосновывающие необходимое управляющее воздействие для регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого фунта.

2. Установлены зависимости кислотности и температуры воды от электрических параметров электроактиватора при различной геометрии канала, обосновывающие получение раствора с необходимыми параметрами для создания управляющего воздействия.

3. Разработана конструкция электроактиватора воды, отличающаяся от традиционной, тем, что канал электроактиватора разделен на шесть ячеек, отношение сечения каждой ячейки к последующей в котором составляет 0,85,

что приводит к снижению температуры на выходе на 8% в сравнении с электроактиватором с одинаковыми сечениями ячеек.

4. Рассчитаны оптимальные параметры электроактивированного раствора для регулирования кислотности почвы в зависимости от нормы полива и внесения кислых удобрений по критерию минимального значения обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения.

5. Получены результаты исследования качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- функциональная схема системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта;

- математическая модель электроактиватора воды, как элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы;

- регрессионная модель влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами на кислотность почвы во времени после полива;

- закономерности влияния электрических параметров электроактиватора на кислотность и температуру воды при различной геометрии канала;

- оптимальные параметры электроактивированного раствора для регулирования кислотности почвы;

- результаты исследования качества регулирования кислотности почвы.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования внедрены в крестьянском (фермерском) хозяйстве «Болотов A.B.» (Краснодарский край), а также в учебный процесс кафедры электрических машин и электропривода Кубанского ГАУ (г. Краснодар).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях КубГАУ: на IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (г. Краснодар, 2010 г.), на научно-практических конференциях преподавателей по итогам НИР (г. Краснодар, 2011 и 2012 гг.), на 67-й итоговой научной конференции студентов (г. Краснодар, 2012 г.); на открытом конкурсе на лучшую работу студентов

по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ (г. Краснодар, 2009 г.); на V Международной научно-практической конференции «Электротехнологии. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» (г. Волгоград, 2010 г.); на краевом конкурсе на лучшую научную и творческую работу среди студентов высших учебных заведений «Олимп науки Кубани», (г. Краснодар, 2010 г.); на открытом конкурсе на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Процессы и машины агроинженерных систем» (г. Краснодар, 2010 г.); на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза России (работа заняла П место в номинации «Технические науки»), г. Саратов, 2013.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 научных работах, в том числе 2 статьи - в издании, рекомендуемом ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 119 страниц основного текста, 66 рисунков, 22 таблицы. Список использованных источников содержит 105 наименований, в том числе 2 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введение обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы, научная новизна, практическая значимость и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан краткий анализ отрицательного влияния кислых удобрений на питание растений, вследствие отклонения показателя кислотности почвы от оптимального значения.

Установлено что наиболее перспективным способом коррекции кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта является ее полив электроактивированными растворами с заданными параметрами.

Работы в этой области проводились в Ставропольском ГАУ, Азово-Черноморской агроинженерной академии, Волгоградском ГАУ, Удмуртском государственном университете и в Кубанском ГАУ. Такими учеными, как В.И. Пындак, В.В. Лагутин, В.Г. Широносов, Э.А. Александрова отмечается положительное влияние электроактивированных растворов, как на сами выращиваемые растения, так и на физико-химические параметры почв. Однако до сих пор вопрос регулирования кислотности почвы с помощью электроактивированных растворов при выращивании растений томатов в закрытом грунте практически не разработан, применяемые методы имеют относительно низкие показатели качества и не могут быть использованы в процессе выращивания томатов в условиях закрытого фунта.

Известные промышленные электроактиваторы имеют недостатки: высокие значения тока при низком напряжении питания, что не позволяет управлять процессом электролиза средствами автоматики, необходимость водоподготов-ки, высокая стоимость, сложность в эксплуатации, необходимость добавления солей, что запрещено условиями технологического процесса.

Наиболее близкими к рассматриваемой тематике являются электроактиваторы для сельскохозяйственных нужд, разработанные такими учеными, как Б .П. Чёба, H.A. Сюсюра, Н.М. Симонов, О.П. Болтрик, A.C. Оськин и А.Н. Лагутин. Однако эти электроактиваторы не подходят для регулирования кислотности почвы ввиду их направленности на другие технологические процессы (повышение всхожести семян, консервация кормов и т. д.), необходимости применения хлорсодержащих веществ, а также из-за невозможности их использования как элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы.

Во второй главе описаны теоретические исследования по разработке системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами, включающей электроактиватор воды (рисунок 1). Система позволяет производить внутрипочвенное орошение растений томатов католитом для ком-

пенсации отрицательного воздействия вносимых удобрений, а также дополнительно производить профилактику заболеваний растений раствором анолита.

1 - насос; 2 - фильтр песчаный; 3 - фильтр сетчатый; 4 - электроактиватор воды; 5 - датчик расхода воды; 6 - рН метр; 7 - датчик температуры воды; 8 - емкость для католита; 9 - датчик уровня; 10 - емкость для анолита; 11 - регулятор давления; 12 - трубопровод для подачи анолита, 13 - трубопровод для подачи католита; 14 - распылитель.

Рисунок 1 - Технологическая схема регулирования кислотности почвы

Разработана функциональная схема системы регулирования кислотности почвы (рисунок 2).

\ЛЛ(р) - передаточная функция программного регулятора ПР; \¥2(р) - передаточная функция усилительного органа УО; \¥3(р) и \У4(р) - передаточные функции регулирующего органа (электроактиватора) РО; \У5(р) - передаточная функция корректирующего органа КО; ^6(р) - передаточная функция измерительного органа ИО; Ш8(р) - передаточная функция по возмущающему воздействию; Щ&ХУ/^р), \У10(р),\У„(р),'М12(р) - передаточные функции по управляющему воздействию на почву.

Рисунок 2 - Функциональная схема системы регулирования кислотности почвы

Определить показатели качества регулирования кислотности почвы можно путем получения передаточных функций всех элементов функциональной схемы.

Передаточные функции \У1(р), '№2(р) представляют собой коэффициенты усиления кПР, куо программного регулятора и усилительного органа соответственно.

Регулирующий орган (РО) - электроактиватор воды, согласно функциональной схеме описывается двумя передаточными функциями \У3(р) и \У4(р). Для их определения была разработана математическая модель проточного электроактиватора воды.

Канал электроактиватора был условно разбит на 6 ячеек (рисунок 3).

Рисунок 3 - Канал электроактиватора (а) и геометрические параметры его ячейки (б)

Разработанная математическая модель учитывает электрические, тепловые и геометрические параметры электролита, электродов и диафрагмы, а также влияние газонаполнения электролита. Модель реализована в программной среде МаЛСАО.

Установлено, что сужение канала электроактиватора по направлению течения воды в нем, приводит к снижению температуры. Так, при одинаковых условиях, температура воды на выходе из канала с коэффициентом сужения К = 0,85 снижается на 8% по сравнению с традиционной геометрией канала.

Полученная математическая модель позволяет обосновать необходимые параметры электроактиватора воды как регулирующего органа системы регулирования кислотности почвы.

Математическая модель канала электроактиватора представляет из себя систему из 12 дифференциальных уравнений:

1

тэ£Рэ Лэ ( = №з, с1т 31

—---+/ =

. ~'в 2

и., <1т

ДА, 1

1>в\^в\Рв\Ср 1

р +/

1 эп 1 ^ 'вг

-Р +1

1 Э01

т^с¿Л

——+ / =—-—Р +/ п с 33 л с эпг в

Ь & В <

—---+/

с1т т:»сРэ Л»

1

Дэ<?эз ^

1Л,, ¿Г

ит$В1Рв2С, 1

Р + /

1 эо! т 'гз

А^э 1

, с//

34 рЭ И'э , ^ _

ивъ$въРвъсРв 1

Р +*

-1 ЭЛЗ

р +1

-* ЭОЗ В5

ДА„ ¿Т

К

—--- + / =

^Т 88 ив^в,1рв1с1

1

д^4 1

р

1 ЭЛЛ ^ 1В

-Р +(

1 Э04 В

тЭ5СрЭ (II, + / =

ДА, /. л.

ив5 йт

тэьсгэ Лэ

-+1 --

ДА, 1

ивь^в'>РвьСрИ 1

р +/

* эяз ^ 'гю

-Р +/

Э05

Д5Э6 ¿г

+ 'эи =

ДА* 1

р +/ ЭЛ6 ~'в!2

/, лп

—--- + / =-

¿Т 812 ЧАА.С

р +/

-1 306

(1)

где тэ - масса электродов, кг; срЭ- удельная теплоемкость электродов, Дж/(кг °С); <э - температура электродов, °С; Гв - температура электролита, °С; Рэп ч Рэо - тепловая мощность, подводимая и отводимая от электродов соот-

ветственно, Вт; /?-коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °С); - площадь поверхности электродов, м2; / - длина канала, м; г>ц - расчетная скорость движения воды в канале, м/с; Л"в - площадь сечения канала, м2; рв - плотность воды, кг/м3; срВ - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг °С).

По результатам моделирования построена номограмма (рисунок 4), позволяющая определить выходные параметры раствора в зависимости от потребляемой мощности электроактиватора и геометрии канала.

Рисунок 4 - Номограмма, определяющая выходные параметры раствора в зависимости от потребляемой мощности электроактиватора и геометрии канала

На основании теоретического исследования электроактиватор воды как регулирующий орган системы регулирования кислотности почвы можно представить как произведение звена чистого запаздывания и апериодического звена 1-го порядка:

wp0(^>)=wз(^>)•w4(^>)=e (2)

Время чистого запаздывания х определяется по формуле

12

Н-У,

— почвы

(3)

где И - расстояние от электроактиватора, до точки измерения кислотности воды, м; VПочвы ~ объем поливаемой почвы, м3; Ь - длина капельного трубопровода, м; Ов - производительность электроактиватора, м3/с.

Коэффициент усиления РО к4 можно определить по формуле:

2,1341-

к,=-

I2-

2-

1

1 + а,(1,- 20)_

Ь-К.

Ргов

1

1 + ав(1е-20)

а

(4)

где Р2оэ- удельное сопротивление электродов при температуре 20°С, Ом м; аэ -температурный коэффициент электрического сопротивления электродов, К"1; Ьэ - длина электрода, м; р2ов - удельное сопротивление электролита при температуре 20°С, Ом м; о.в - температурный коэффициент электрического сопротивления электролита, К"1; Ь - расстояние между работающими поверхностями электродов, м; Кв - коэффициент увеличения удельного сопротивления электролита; 1д - толщина диафрагмы, м; Кд - коэффициент учитывающий пористость диафрагмы и характер ее пор; I - действующее значение постоянного тока, А.

Передаточные функции \¥5(р), \У6(р) представляют собой коэффициенты усиления: к\Ю и кко измерительного и корректирующего органов соответственно.

Передаточная функция по возмущающему воздействию на почву \¥?(р) описывается апериодическим звеном 1-го порядка.

Передаточная функция почвы по управляющему воздействию определена со следующими допущениями:

• толщина почвы (20 см) имеет 4 участка по 5 см (рисунок 5);

• каждый участок описывается апериодическим звеном первого порядка.

Капельная лента

Участки почвы

Рисунок 5 - Поперечное сечение грунта в теплице.

С точки зрения автоматики каждый участок почвы выглядит как апериодическое звено 1-го порядка, а время полива - как интегрирующее звено. Таким образом, передаточная функция объекта регулирования имеет вид:

ЧЛр) = ™Лр) + Щ(р) + Ы9(р) + + Щ,(р) + Ч/и(р) =

(5)

Т7р+\ Т,р+1 Т9р +1 Тшр + \ Тпр+1 р

В соответствии с функциональной схемой (см. рисунок 2) получена передаточная функция всей системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта:

^пр ' к0у 'е

Щр) =

Т,р + 1

1 -к к

т,р+1

■К

(6)

Т,р + \ Т%р + \ Т9р + 1 Тюр + \ р Тпр + \

Определены показатели качества, предъявляемые к системе регулирования: динамическая ошибка е, коэффициент перерегулирования О, запас устойчивости по амплитуде Я и обобщенный интегральный среднеквадратичный показатель J.

Функциональная схема адаптирована к программному комплексу «МВТУ» (рисунок 6).

|

Т-з*1 I

"ТГ т.з«1 Г

\

е

Т-з*1

Т-а »1 Г

ЧЗаг

:е

-МШИ

Рисунок 6 - Функциональная схема системы регулирования кислотности почвы в программном комплексе «МВТУ»

По результатам моделирования построен график переходного процесса регулирования кислотности почвы (рисунок 7).

Рисунок 7 - График переходного процесса регулирования кислотности почвы в программном комплексе «МВТУ»

Из анализа полученного графика следует, что при моделировании переходной процесс составил пять суток. Определена устойчивость системы по го-

дографу Найквиста. Запас устойчивости по амплитуде составил 0,25, обобщенный интегральный показатель - 15,6%.

В третьей главе изложен процесс планирования эксперимента. В качестве независимых переменных приняты: х1 - водородный показатель электроактивированной воды (3 уровня - 10, 11, 12); х2 - количество воды, л/м2 (3 уровня - 10, 20, 30). В качестве зависимых переменных были приняты: у1 - значение рН почвы через время 1 = 1 ч после полива; у2 - рН почвы через ( = 1 сут; у3 - рН почвы через 1 = 2 сут; у4 - рН почвы 1 = 4 сут; у5 - рН почвы через I = 8 сут. Начальное значение рН почвы - 6,5. В результате проведенного экспериментального исследования получены регрессионные модели (7), описывающие влияние кислотности электроактивированного раствора (х/) и его количества (х2) на кислотность почвы (у¡-¡) во времени при выращивании томатов в условиях закрытого грунта. Коэффициент детерминации составил 0,88, что говорит о высоком качестве построенной модели. Частный случай влияния электроактивированного раствора на кислотность почвы через время 1 = 8 сут представлен на рисунке 8.

у1 = 27,738889 - 4,ЗОООООх, + 0,032500х2 +0,002500х,х2 + 0,216667х,2 -0,000333х22

у, =14,527778-1,бЗЗЗЗЗх,-0,005833х, + 0,002500х.х, + 0,0833333х.г-0,000167х 2

" ' 1 1 1 - (7)

• у3 =13,755556-1,40000х, -0,028333хг +0,005000х,хг +0,066667х1г -0,000333х22

у4 = 13,505556-1,383333х, -0,004167хг + 0,002500х,х2+0,066667х,2-0,000333х22

у5 = 8,495556- 0,470000х, + 0,000833 х2 + 0,026667х,2 + 0,000117х22

а) б)

Рисунок 8 - Диаграмма влияния (а) и поверхность проекций (б) водородного показателя электроактивированного раствора (х;) и его количества (х?) на водородный показатель почвы (уз) через время 1=8 сут

Из анализа рисунка 8 следует, что через 8 сут, при поливе почвы электроактивированными растворами с рН (х/) от 9,8 до 10,5 и норме полива (х2) в диапазоне от 8 до 20 л/м2 кислотность почвы О^-) останется неизменной - 6,5.

С целью определения оптимального управляющего воздействия для точного и качественного регулирования кислотности почвы оптимизированы параметры обработки по критерию минимального значения обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения выражение для которого имеет вид: 168

J = {((8,495556- 0,470000х, + 0,000833х2 + 0,026667х,2 + 0,000117хг2-Кр) + ^ + (аГ'~Мр)У

где Ыр - рациональный для растений уровень кислотности почвы (для томатов N¡1 = 6,5); аз, а4 - коэффициенты, определяемые экспериментально и зависящие от количества и вида вносимых удобрений; I - время, ч.

Определены значения J (ув) для каждого из вариантов параметров обработки почвы при ее удобрении суперфосфатом. Получена регрессионная модель, которая описывает влияние электроактивированных растворов и их количества на значение обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения показателя рН почвы от заданного уровня:

у6 =997,802944-171,187833х. -9,3216083х, +0,8296750 х.х,+

/ 2 9

+ 7,3283333х, +0,0173283х2 В соответствии с данной моделью получены графические поверхности, связывающие обобщенный интегральный среднеквадратичный показатель отклонения кислотности почвы 3 (у6) от величины водородного показателя воды (х7) и ее количества (х2) (рисунок 9).

Методом поиска экстремума были получены оптимальные интервалы рН раствора и норм полива при выращивании томатов в закрытом грунте по критерию минимального обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения кислотности почвы от заданного уровня (рисунок 9 б).

30 n/M2 20 л/м

10n/li

а) б)

Рисунок 9 - Диаграмма зависимости (а) и поверхность проекций (б) обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения кислотности почвы (ув) от величины водородного показателя воды (хг) и ее количества (х2)

Так для нормы полива О = 28 - 31,5 л/м2 определены оптимальные интервалы водородного показателя воды - рН = 9,8 - 10,11. Так же получены данные для остальных норм полива (таблица 1).

Таблица 1 - Оптимальные параметры электроактивированного раствора для нормализации кислотности почвы

Норма полива, л/м2 Оптимальное значение pH раствора Обобщенный интегральный среднеквадратичный показатель отклонения кислотности ПОЧВЫ (Уб) Оптимальные интервалы

30 9,983 7 0 = 31,5-28,3 рН = 9,8- 10,11

20 10,5 6,5 Q = 22,7 - 17,3 рН= 10,27 — 10,7

10 11 6 Q = 12,5-8 pH = 10,8- 11,15

Проведены испытания в двух теплицах крестьянского (фермерского) хозяйства «Болотов A.B.» В первой проводилось выращивание томатов по традиционной технологии, во второй - с регулированием кислотности почвы. Изображение теплицы и макета электроактиватора представлены на рисунке 10.

а) б)

Рисунок 10 - Электроактиватор воды (а) и изображение исследуемой теплицы

Графическая интерпретация полученных экспериментальных данных представлена на рисунке 11. На данном рисунке показаны: нормируемый уровень рН - 6,5, изменение водородного показателя почвы при внесении кислых удобрений и при использовании системы регулирования. Из графика следует, что при использовании предлагаемой системы регулирования кислотность почвы поддерживается в диапазоне от 6,2 до 7, а без ее использования рН почвы изменяется от 6,2 до 5,6.

О 200 400 600 800 1000 1200 1400

Время, час

рН=6,5 —Стабилизация —Возмущающее воздействие

Рисунок 11 - Графики изменения кислотности почвы при внесении удобрений и регулирования электроактивированными растворами с заданными параметрами

Основные показатели качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта перечислены в таблице 2.

Таблица 2 — Показатели качества регулирования кислотности почвы

Показатель Моделирование Экспериментальные значения

Динамическая ошибка 0,5 -0,3 0,5 -0,27

Коэффициент перерегулирования, % 10 -10 7 -5

Запас устойчивости по амплитуде 0,25 0,37

Обобщенный интегральный среднеквадратичный показатель, % 15,6 9,8

Достигнутое качество регулирования позволяет эффективно применять разработанную систему.

Проведенные нами производственные испытания показали увеличение по сравнению с контролем урожайности томатов на 16% и крупности плодов — на 30% при использовании системы регулирования кислотности почвы. Это объясняется созданием наилучших условий для роста и развития, так как при поддержании оптимального для растения уровня рН почвы ему доступно большее количество необходимых для его жизнедеятельности минеральных веществ.

В четвертой главе приведена экономическая оценка эффективности внедрения системы регулирования рН почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта. Установлено, что срок окупаемости от внедрения разработанной системы для теплицы площадью 1000 м2 составит 7 мес.

ВЫВОДЫ

1. Разработана функциональная схема системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта, которая реализована и исследована в программном комплексе «МВТУ». Получены передаточные функции элементов системы, обеспечивающей заданное качество регулирования, снижение обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения рН почвы на 90%.

20

2. Разработана математическая модель, обосновывающая электрические, термодинамические и конструкционные параметры электроактиватора воды как регулирующего органа системы регулирования кислотности почвы. С ее помощью установлено, что температура воды в канале с коэффициентом сужения К = 0,85 ниже на 8% по сравнению со стандартной конструкцией при одинаковых значениях рН. Математическая модель подтверждена экспериментально, относительные погрешности экспериментальных значений от теоретических составляют 4%.

3. Получена регрессионная модель, описывающая влияние рН электроактивированного раствора и его количества, на кислотность почвы во времени. Модель обосновывает управляющее воздействие, которое необходимо сформировать для точного регулирования кислотности почвы. Адекватность модели доказана расчетом критерия Фишера, который составил Р(5,3) = 24,3 и коэффициента детерминации Я2 = 0,88.

4. Определены оптимальные значения кислотности раствора по критерию минимального обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения кислотности почвы от заданного уровня при различных технологически допустимых нормах полива для выращивании томатов в закрытом грунте: 1) при норме полива <2 = 30 л/м2 оптимальные интервалы водородного показателя воды рН = 9,86 - 10,11; 2) при £> = 20 л/м2 - рН = 10,27 - 10,7; 3) при б = 10 л/м2- рН = 10,8 - 11,15.

5. В результате производственных испытаний определены показатели качества регулирования кислотности почвы в теплице: коэффициент перерегулирования - 7%, интегральный среднеквадратичный показатель - 9,8%, запас устойчивости по амплитуде — 0,25. Установлено, что при внедрении системы регулирования кислотности почвы в процесс капельного орошения теплицы площадью 200 м2 урожайность томатов повысилась на 16%, а крупность плодов — на 30%.

6. Экономическая эффективность от внедрения системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в теплице площадью 1000 м2, выраженная через чистый дисконтированный доход, составила: за счет компен-

21

сации отрицательного воздействия вносимых кислых удобрений - 757 тыс.

руб.; за счет профилактических поливов растений томатов анолитом - 225 тыс.

руб.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

- в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Цокур Д.С. Математическая модель электроактиватора воды для системы стабилизации кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого фунта. // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - № 08 (092). - IDA [article ID]: 0921308043. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/08/pdf/43.pdf, 1,125 у.п.л.

2. Цокур Д.С. Система стабилизации кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого фунта / Д.С. Цокур // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - № 09 (093). -IDA [article ID]: 0931309002. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/09/pd6m.pdf; 1,063 у.п.л.

- в прочих изданиях:

3. База данных «Основные характеристики, методы профаммирования контроллеров, панелей оператора, применяемых для автоматизации технологических процессов в сельском хозяйстве» / Д.А. Овсянников, С.А. Николаен-ко, Д.С. Цокур // свид. №2010620175 - М. РОСПАТЕНТ, 2010.

4. База данных «Классификация, основные характеристики датчиков, применяемых для автоматизации технологических процессов в АПК». / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, В.А. Дидыч, Д.П. Харченко, Д.С. Цокур // свид. № 2010620096 - М. РОСПАТЕНТ, 2010.

5. База данных «Классификация, основные характеристики, методы настройки автоматических регуляторов, используемых для автоматизации технологических процессов в АПК» / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, В.А. Дидыч, А.П. Волошин, Д.С. Цокур //свид. №2010620111-М. РОСПАТЕНТ, 2010.

6. База данных «Элементы теории автоматического управления, применяемые в сельском хозяйстве» / Д.А. Овсянников, С.А. Николаенко, В.А. Дидыч, А.П. Волошин, Д.С. Цокур // свид. № 2010620112. - М. РОСПАТЕНТ, 2010.

7. Цокур Д.С. Перспективы применения электротехнологии в процессе выращивания овощей в малых теплицах / Д.С. Цокур // Материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Краснодар: КубГАУ, 2010. -С. 436-438.

8. Цокур Д.С. Особенности использования электроактиваторов в теплицах / Д.С. Цокур, А.П. Волошин // Материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - С. 466-468.

9. Программа для ЭВМ для расчета зависимостей напряжения, сопротивления и мощности электроактиватора от температуры электролита / А.П. Волошин, Д.С. Цокур // свид. № 2012611984 - М. РОСПАТЕНТ, 2012.

10. Цокур Д.С. Система повышения урожайности томатов в условиях закрытого грунта электроактивированными растворами на базе программируемого микроконтроллера ATMEGA 16 / Д.С. Цокур, Р.Н. Савчук // Студенчество и наука: сб. науч. тр. Вып. 9. Т. 1. - Краснодар, КубГАУ, 2013. - С. 539-542.

11. Цокур Д.С. Стабилизация кислотности почвы электроактивированными растворами для повышения урожайности томатов / Д.С. Цокур // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Ставрополь, 14-17 мая 2013 г. -Ставрополь, 2013. С. 178-180.

12. Цокур Д.С. Анализ направлений совершенствования источников оптического излучения применяемых в сооружениях закрытого грунта / Д.С. Цокур, Е.В. Овсиенко // Материалы IV Междунар. науч.-практ конф. -Саратов: СГАУ, 2013. - С. 244-245.

Подписано к печати 18.11.2013 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 Офсетная печать Заказ №781

Отпечатано в типографии Кубанского ГАУ 350044, Краснодар, ул. Калинина, 13.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201454075

Цокур Дмитрий Сергеевич

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОАКТИВАТОРА ВОДЫ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ТОМАТОВ В УСЛОВИЯХ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА

Специальность: 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Овсянников Д.А.

Краснодар - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.............10

1.1 Анализ современного состояния выращивания овощей в условиях закрытого грунта................................................................. 10

1.2 Виды удобрений и их влияние на изменение физико-химических свойств почвы.....................................................................13

1.3 Способы регулирования рН почвы........................................... 19

1.4 Способы получения электроактивированных растворов и конструктивные проблемы электроактиваторов воды.................. 25

1.5 Цель работы и задачи исследования......................................... 31

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ТОМАТОВ В УСЛОВИЯХ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА............................................................................. 33

2.1 Разработка функциональной схемы системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами.............. 33

2.2 Математическое моделирование проточного электроактиватора воды...................................................................................... 38

2.3 Исследование разработанной математической модели проточного электроактиватора воды.......................................................... 52

2.4 Определение показателей качества регулирования кислотности почвы на основе электроактиватора воды........................................... 55

2.5 Выводы по главе...................................................................59

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ РАСТОВРОВ НА КИСЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ И КАЧЕСТВА ЕЁ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ТОМАТОВ В УСЛОВИЯХ ЗАКРЫТОГО

ГРУНТА

60

3.1 Методика планирования и проведения экспериментальных исследований..................................................................... 60

3.2 Исследование влияния электрических и физических параметров электроактиватора на температуру воды....................................... 63

3.3 Исследование влияния параметров обработки почвы электроактивированными растворами на её кислотность.....................64

3.4 Экспериментальные исследования качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта................................................................. 86

3.5 Выводы по главе..................................................................93

4 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ

РЕГУЛИРОВАНИЯ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ............................95

4.1 Расчет экономической эффективности от внедрения системы регулирования кислотности почвы...........................................95

4.2 Выводы по главе..................................................................105

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ...............................................................106

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................108

Приложение 1....................................................................... 120

Приложение 2......................................................................................... 122

Приложение 3......................................................................................... 124

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день выращивание овощей в теплицах приобретает все более важное значение в связи с круглогодичным циклом получения продуктов питания.

По количеству занимаемых площадей закрытого грунта Российская Федерация уступает многим странам. В странах с весьма благоприятным климатом, площади занимаемые теплицами в десятки раз больше, чем в России. Например, в Японии - 42 тыс. га, в Турции - 41 тыс. га, в Италии - 20 тыс. га, а в небольшой по территории Голландии - около 10 тыс. га.

По прогнозам Минсельхоза, площадь российских теплиц составит к 2020 году 4,7 тысяч га, а производство тепличных овощей должно вырасти до 1,7 млн. тонн в год. Таким образом, государство считает реальным за этот срок увеличить площади теплиц и валовой сбор овощей закрытого грунта более чем в 3 раза.

Но на производительность теплиц влияет не только занимаемая ими площадь, но и технологии выращивания растений, к сожалению, в результате совершенствования которых, изменяются физико-химические параметры почв, что приводит к нарушению оптимальных условий роста и развития овощных культур, в частности томатов. Зачастую, также бывает, что недобросовестные производители заботятся о количестве выращенных продуктов, а не об их потребительских качествах. Если растения выращивались на почве, богатой всевозможными нитратами (более привычное для многих название - селитра), которые повсеместно используют для «удобрения» почвы, то их потребительские качества заметно снижаются.

Любые питательные растворы и удобрения не сделают растение сильным, если они будут для него плохо усвояемыми. Главным условием в определении доступности для растения питательных веществ, является кислотность почвенного раствора (рН). Для каждого растения существуют оптимальный уровень рН. Некоторые питательные вещества становятся

4

недоступными для растения, если рН отклоняется от оптимального в результате внесения удобрений или известкования почв.

Представляется целесообразным поддержание необходимого значения рН почвы для сельскохозяйственных растений, выращиваемых в условиях закрытого грунта, с целью создания оптимальных условий для их роста и развития. По нашему мнению, этого можно достичь путем полива почвы электроактивированными растворами с заданными параметрами.

Исследования по влиянию электроактивированных растворов на изменения рН почвы проводились в «Удмуртском государственном университете», в «Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии», а также в «Кубанском государственном аграрном университете» [42, 51, 72, 73, 98]. Но, несмотря на это, в настоящее время, приемы достижения и поддержания в почвах оптимальных уровней рН с помощью электроактивированных растворов практически не разработаны, имеют относительно не высокую точность и быстродействие.

Существующие исследования в области электроактивации проведённые Сюсюрой Н.А., Симоновым Е.Н., Болтрик О.П., Чеба Б.П., Бахиром В.М. и Лагутиным А.Н. не могут быть использованы для регулирования кислотности почвы, так как не учитывают факт её изменения под действием электроактивированных растворов [20, 24, 65, 75, 97], что не допустимо. Поэтому необходимо обосновать параметры электроактиватора воды, как регулирующего органа системы регулирования кислотности почвы при выращивании сельскохозяйственных растений в закрытом грунте.

Диссертационная работа выполнена в рамках плана НИР Кубанского ГАУ по госбюджетной тематике 2011-2015 гг. (ГР 01201153641, подраздел 1.3).

Научная гипотеза - улучшить качество регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта можно путем обоснования параметров обработки почвы электроактивированными

растворами и системы регулирования кислотности почвы, включающей в себя электроактиватор воды.

Цель работы - улучшение показателей качества регулирования кислотности почвы на основе электроактиватора воды при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Объект исследования - электроактиватор воды, кислотность почвы.

Предмет исследования - показатели качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Задачи исследования:

1. Разработать функциональную схему системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта.

2. Разработать математическую модель, обосновывающую электрические, термодинамические, и конструкционные параметры электроактиватора воды в качестве элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

3. Экспериментально установить зависимости влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами и их количества (в соответствии с нормами полива) на кислотность почвы во времени при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

4. Провести исследование качества регулирования и определить оптимальные параметры обработки почвы электроактивированными растворами с целью регулирования ее кислотности в зависимости от нормы полива и внесения кислых удобрений.

5. Произвести технико-экономическое обоснование применения системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Методы исследований. В работе использованы основные положения

теории электротехники, теплотехники, автоматического управления,

методика планирования многофакторного эксперимента, математическая обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований проводилась на ПЭВМ с использованием прикладных программ МВТУ 3.7, MathCAD 2014, Microsoft Excel, STATISTICA 6.0.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработана функциональная схема системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта, обеспечивающая заданное качество регулирования, снижение обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения кислотности почвы на 90%.

2. Разработана математическая модель, обосновывающая электрические, термодинамические и конструкционные параметры электроактиватора воды в качестве элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы.

3. Получена регрессионная модель влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами на кислотность почвы и ее изменение во времени после полива, обосновывающая необходимое управляющее воздействие для регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

Практическая значимость результатов исследования.

1. Выявлены закономерности влияния электроактивированных растворов на кислотность почвы и ее изменение во времени после полива, обосновывающие необходимое управляющее воздействие для регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

2. Установлены зависимости кислотности и температуры воды от электрических параметров электроактиватора при различной геометрии канала, обосновывающие получение раствора с необходимыми параметрами для создания управляющего воздействия.

3. Разработана конструкция электроактиватора воды, отличающаяся

от традиционной, тем, что канал электроактиватора разделен на шесть ячеек,

7

отношение сечения каждой ячейки к последующей в котором составляет 0,85, что приводит к снижению температуры на выходе на 8% в сравнении с электроактиватором с одинаковыми сечениями ячеек.

4. Рассчитаны оптимальные параметры электроактивированного раствора для регулирования кислотности почвы в зависимости от нормы полива и внесения кислых удобрений по критерию минимального значения обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения.

5. Получены результаты исследования качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- функциональная схема системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта;

- математическая модель электроактиватора воды, как элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы;

- регрессионная модель влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами на кислотность почвы во времени после полива;

- закономерности влияния электрических параметров электроактиватора на кислотность и температуру воды при различной геометрии канала;

- оптимальные параметры электроактивированного раствора для регулирования кислотности почвы;

- результаты исследования качества регулирования кислотности почвы.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования

внедрены в крестьянском (фермерском) хозяйстве «Болотов A.B.» (Краснодарский край), а также в учебный процесс кафедры электрических машин и электропривода Кубанского ГАУ (г. Краснодар).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы

доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях КубГАУ: на IV

Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (г.

Краснодар, 2010 г.), на научно-практических конференциях преподавателей по

итогам НИР (г. Краснодар, 2011 и 2012 гг.), на 67-й итоговой научной

8

конференции студентов (г. Краснодар, 2012 г.); на открытом конкурсе на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ (г. Краснодар, 2009 г.); на V Международной научно-практической конференции «Электротехнологии. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» (г. Волгоград, 2010 г.); на краевом конкурсе на лучшую научную и творческую работу среди студентов высших учебных заведений «Олимп науки Кубани», (г. Краснодар, 2010 г.); на открытом конкурсе на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Процессы и машины агроинженерных систем» (г. Краснодар, 2010 г.); на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза России (работа заняла II место в номинации «Технические науки»), г. Саратов, 2013.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 научных работах, в том числе 2 статьи - в издании, рекомендуемом ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 119 страниц основного текста, 66 рисунков, 22 таблицы. Список использованных источников содержит 105 наименований, в том числе 2 на иностранном языке.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ современного состояния выращивания овощей в условиях закрытого грунта

На сегодняшний день выращивание овощей в теплицах приобретает все более важное значение. Во многом это обусловлено тем, что огурцы, помидоры, перец, зелень и другие овощи, являются продуктами постоянного и регулярного спроса. Актуально строительство малых теплиц, способных снабжать близлежащих потребителей (магазины, школы, больницы) свежей продукцией круглый год, как уже давно практикуется во многих странах Европы.

Выращивание овощей в закрытом грунте распространено и в России. Но, несмотря на то, что уже около пяти лет идет активное строительство теплиц, общая площадь, занятая теплицами, не увеличивается. Причина тому — постепенный выход из строя старых конструкций советского производства.

На сегодняшний день по различным оценкам, площадь теплиц в России составляет от 1,9 тыс. га до 2,2 тыс. га. Стоит отметить, что в 1974 объем площадей составлял около 4,7 тыс. га, а в 1990 году - около 3,7 тыс.га.

Не оспариваемым является, тот факт, что чем более благоприятные и оптимальные условия для роста и развития растений будут созданы в теплице, тем качественнее будет выводимая продукция. Таким образом для того чтобы развить тепличные хозяйства в России необходимо не только строительство новых теплиц и парников, но и применение новых, экологических способов и методов выращивания овощей, что позволит получать прирост прибыли за счёт качества получаемой продукции.

Но, к сожалению, в результате совершенствования технологий выращивания растений в закрытом грунте, нарушаются физико-химические параметры почв, что приводит к нарушению оптимальных условий роста и развития овощных культур, в частности томатов.

Любые питательные вещества, удобрения не сделают растение сильным, если будут для него плохоусвояемы. Главным условием в определении доступности для растения питательных веществ, является кислотность почвенного раствора (рН). Для каждого растения существуют оптимальный уровень рН. Некоторые питательные вещества становятся недоступными для растения, если рН отклоняется от оптимального в результате внесения удобрений или известкования почв (рис. 1.1) [102].

Влияние рН почвы на наличие макро-и микроэлементов в почве

5§

<_> ж

2> ос

и ж

55

<5I

Е1

п

II ||

«_> 3

«I

5 § о 3

Медь и цинк Молибден

и.Ъ 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 Рисунок 1.1- Влияние рН почвы на наличие макро и микроэлементов.

Стоит также отметить, что уровень рН влияет не только на доступность питательных веществ, макро- и микро- элементов, но и на:

• растворимость токсичных веществ

• микробиологическую активность почвы

• развитие и функционирование клеток корней растений

• катионнообменную емкость почв, которые содержат глину и гумус -материалы, обменная емкость которых зависит от рН.

Диапазон рН 6,5-7,0 является оптимальным для выращивания большинства кул�