Содержание 1 Вода

Содержание
Страница
1
Вода в растениях
1
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.3
1.4
1.4.1
1.4.2
1.5
1.6
1.7
Роль воды в растении
Вода в клетке растения
Осмос
Транспирация и тургор
Регулирование транспирации
Поступление воды в растение
Вода и корни
Поглощение корнями воды
Корни и кислород
Питание растений
Физиологические нарушения
Вода и рост
1
2
4
5
9
10
15
15
16
17
19
23
2
Вода в воздухе
25
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.3
Вода в воздухе
Относительная влажность
Дефицит влаги
Эвапотранспирация
Воздух в теплице
Доувлажнение воздуха
Вентилирование и конденсация
Применение экранов
Регулирование влажности
Влажность воздуха и болезни
3
Вода в корневой зоне
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.6.1
3.1.6.2
3.1.6.3
3.1.6.4
3.1.6.5
3.1.6.6
3.1.6.7
3.1.6.8
3.1.6.9
3.1.7
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.2.1
3.2.2.2
Источники и качество воды
Стандарты на поливную воду
Элементы питания в поливной воде
Вода для рециркуляционных систем
Содержание кислорода в воде
Жёсткая и мягкая вода
Загрязнения и очистка воды
Фильтрация воды
УФ дезинфекция
Термическая дезинфекция
Очистка обратным осмосом
Деионизация
Дистилляция
Электродиализ
Очистка от биологического загрязнения
Водоросли на рассадных горшках
Анализ воды и растворов
Вода и субстраты
Вода в корневой зоне
Грунты и субстраты
Почва и грунты
Органические субстраты
Тепличный практикум
25
25
28
29
29
30
31
33
34
37
38
38
40
40
43
43
45
47
52
52
54
54
55
55
56
56
57
58
59
59
60
60
60
Водный режим
3.3
Инертные субстраты
Управление корневой средой
63
69
4
Полив
72
3.2.2.3
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.2
Системы полива
Открытые системы
Закрытые системы
Особенности поливных систем
Очистка систем полива
Растворный узел
Стратегии поливов
Распределение поливов в течение суток
Стратегия поливов на субстратах
Свет и поливы томата
Поливы и ростовой баланс
Поливы по фактору растения
Проблемы при неверной стратегии поливов
Режимы поливов
Полив томата
Полив огурца
Полив перца
Полив баклажана
Питательные растворы
Приготовление раствора в баках А и Б
ЕС раствора
рН раствора
72
72
72
72
77
81
83
83
84
88
90
90
91
92
92
110
124
136
143
144
147
147
5
Дренаж
152
5.1
5.2
Дренажные стоки
Дренаж в теплицах
6
Системы контроля
152
153
156
6.1
6.2
Контроль влажности матов и дренажа
Регулирование поливов
7
Вода и экономика
169
Приложения
172
Приложение 1 Питательный раствор для томата, огурца, перца и
баклажана на минеральной вате
Приложение 2 Таблицы пересчёта элементов питания
Приложение 3 Дефицит влажности воздуха в зависимости от
температуры и относительной влажности
Приложение 4 Кальций и аммоний
Приложение 5 Поглощение элементов питания
Приложение 6 Элементы питания
Приложение 7 Минерализация субстратов
Приложение 8 Особенности питания томата
Тепличный практикум
156
161
172
173
174
175
177
178
181
182
Водный режим
156
6.
Системы контроля
6.1 Контроль влажности матов и
дренажа
Использование приборов контроля значительно упрощает жизнь овощеводам. При их
использовании можно не только точно знать
состояние дел с водой, но и понимать происходящие в растениях изменения и оперативно
принимать меры. Например, если в тёплые периоды растениям, по мнению овощевода, дают
слишком много воды, то измерения могут показать, что на самом деле её недостаточно. Это
может привести к ухудшению качества корней.
Кроме того, расход воды матами ночью
различается на 3-7%, поэтому необходимо делать корректировку. Прибор для измерения содержания воды в матах позволяет проводить
ранние коррекции.
При пользовании приборами для измерения количества воды следует учитывать, что
чем ниже содержание воды в мате, тем больше
отклонения в уровнях ЕС.
В теплице прибор устанавливают на
контрольном мате, при этом не бывает ни одной ошибки измерения. Если по результатам
измерения влажности мата проводить корректировку климат-компьютера, то тогда нужно
установить не менее 3 приборов на 1 отделение.
При этом можно непосредственно видеть
ошибку по показаниям прибора.
Необходимо лучше изучать динамику
содержания воды в мате в течение дня. Но непосредственно реагировать на показания прибора не всегда желательно. При наступлении
лета можно видеть, что содержание влаги в мате в солнечный полдень иногда снижается
очень быстро. Но когда начинается полив, после этого маты в течение ночи не расходуют
влагу.
Результаты измерений можно использовать в управлении, получая большие возможности для эффективного снабжения растений водой. Примером экономии может стать уменьшение размера ночных поливов. Его можно делать и с помощью весов, однако в этом случае
не видно, как в течение минуты повышается
ЕС.
Тепличный практикум
Дополнительная информация позволяет
реже отбирать и анализировать пробы в отделениях – это также экономит время и деньги.
Новые маты имеют одинаковую ЕС и
содержание влаги, и прибор быстрее выдает
информацию для всего отделения. Для матов,
которые уже использовали для выращивания
10-11 мес., результаты различаются.
При поливе в зависимости от показаний
водомера смотрят, не расходует ли мат воды
больше средней нормы. В течение периода обучения все установки делают вручную. Однако
ночные поливы в период между 09.00 и 23.00
часами регулируют с помощью компьютера. В
будущем станет возможным и непосредственное управление. Нужно также включить в систему мониторинга и датчик температуры растений.
Как правило, после установки водомера
начинают давать больше воды: дополнительные
поливы проводят в первую половину дня. По
интуиции в тёплые дни дают больше воды,
ориентируясь на количество радиации. В полдень ЕС повышается, но можно и не давать
слишком много воды, поскольку лишняя вода
уходит в дренаж.
По мере того, как овощевод может
больше и лучше измерять показатели водного
режима растения и субстрата, он получает возможность более целенаправленно управлять
ростом. Цель – оптимальное усвоение воды
растением при максимальном результате выращивания.
Высокий урожай можно получить при
ограничении поливной нормы за счёт её адаптации к потребности растения. Овощеводы сейчас ещё дают избыточное количество воды по
сравнению с её реальной потребностью.
При непрерывном измерении содержания воды и ЕС можно лучше управлять развитием растений. Если полив прекращают слишком поздно, то складывается не очень хороший
микроклимат, и нарушается водный баланс растения.
На практике овощеводы сами решают,
насколько их установки отличаются от станВодный режим
157
дартных значений компьютера. Обычно эти изменения не превышают 15 мин. Срок, казалось
бы, не очень большой, но ежедневные физиологические стрессы из-за нарушения водного баланса растений сказываются на урожае.
Почасовая производительность систем
распределения воды в последние годы существенно увеличилась. Схемы посадки и выращивания изменились, уменьшилось число капельниц. Однако для того, чтобы можно было давать воду в экстремальных ситуациях, количество воды, выдаваемой капельницами за единицу времени, повышается. При этом кроме размера и частоты поливов имеют значение тип
субстрата и его объём.
Имеется несколько подходов к принятию решений по поливам: смотреть и чувствовать, гравиметрический метод, полив по времени, полив по датчикам и методы на основе моделирования.
При поливе по времени используют
таймер для программирования времени полива,
его продолжительности или и того, и другого.
Это действует, т.к. субстраты для выращивания
тепличной продукции включают добавки почв с
высокими уровнями инфильтрации, позволяющими излишней воде сразу же уходить в дренаж.
В таких условиях можно поливать по
фиксированной схеме, при которой полив
обычно происходит раньше того времени, когда
он действительно необходим культуре, и дольше по продолжительности, чем необходимо.
Это приводит к большому перерасходу
питательного раствора, но многие продолжают
считать, что это – небольшая цена за то, что
растения всегда будут иметь воду и удобрения
в достаточных количествах.
Полив по времени легко выполним с
применением таймеров, специально разработанных для управления поливными клапанами.
При их использовании необходимы корректировки режима поливов для учёта сезонных или
погодных изменений.
Можно использовать датчики для измерения содержания влаги или относительных
характеристик субстрата. Существует несколько различных типов таких датчиков применительно к каждому типу субстрата.
Тепличный практикум
Датчики влажности
Датчик влажности для перлита
Для каждого субстрата – свой датчик
влажности
Датчики измерения содержания воды в
мате выдают абсолютные значения содержания
Водный режим
158
воды, ЕС и температуры. Их располагают в мате на расстоянии 10 см от рассадного кубика в
направлении потока дренажа.
Датчики влажности, ЕС, рН
Цифровой индикатор контрольного мата
Измерения содержания воды и ЕС выдаются в пределах высоты мата в 7,5 см. Данные представляют очень важную информацию,
и ими пользуются при точной корректировке
стратегии поливов. Следует иметь в виду, что
показания датчиков прихода солнечной радиации могут варьировать, на практике в среднем
данные могут различаться на 10-20%.
Измерение влаги в почве
Водный режим растений является ключевым в системе питания. Влажность субстрата
является важным фактором для роста растений
и их урожайности.
Тепличный практикум
Большинство растений, выращиваемых в
грунтовых теплицах, перемещают огромные
количества воды из почвы с глубины 25-30 см.
В тёплую погоду испарение транспирируемой
воды может происходить так быстро, что избыточные её потери повреждают растения ещё до
того, как это становится заметным.
В результате растения уже находятся в
состоянии стресса и не могут адекватно реагировать на изменения микроклимата. Особенно
опасно переувлажнение грунта, которое ведёт к
отмиранию корневой системы и распространению Botrytis и прочих грибных заболеваний.
При выращивании на грунте наиболее
приемлем такой датчик измерения влаги, как
тензиометр.
Тензиометр с коммутацией является
точным и надёжным датчиком влажности почвы. Он позволяет не только точно управлять
системой полива, но и вести записи, относящиеся к выращиванию культуры, а также регистрировать количество использованной воды.
В целом система управления поливом с
тензиометром основывается на очень простом
принципе - по мере иссушения почвы тензиометр закрывает трубопровод, и реле открывает
электромагнитный клапан, что позволяет воде
поступать в ту часть системы полива, которая
регулируется данным тензиометром. Когда
почва хорошо увлажнена, тензиометр это улавливает, и электромагнитный клапан останавливает подачу воды.
Тензиометры стоят относительно недорого, они не повреждаются солями. Они состоят из трубки с керамическим наконечником на
одном конце и датчиком - на другом. В автоматизированных системах датчик дополнительно
оснащён преобразователем для перевода показаний давления (натяжения) в электрический
сигнал, который могут принимать компьютеры.
Трубка заполнена водой, устройство герметично и помещается в почву так, чтобы керамический конец находился в прикорневой зоне.
Заданные точки для высокой и низкой
силы натяжения должны быть на 1-5 кПа выше
этих точек. Установочная точка для высокой
силы натяжения показывает значение, при котором следует начинать полив. Во время полива сила натяжения падает.
Водный режим
159
Почвенный тензиометр измеряет поверхностное натяжение воды непосредственно
в почве. Если полив проводится системой капельного орошения, то тензиометр применяют
для слежения за падением силы натяжения. Когда сила натяжения становится на 1 кПа больше
точки насыщения, система полива выключается.
Такой прибор даёт хорошую оценку извлечения воды из почвы, которое трудно получить по датчику растения, но эти данные нельзя
использовать как пороговое значение для поливов. Тензиометры измеряют содержание солей
косвенно, обеспечивая постоянными данными о
совокупности содержания солей.
Каждый тип почвы имеет определенную
характеристику (pF), поэтому заранее трудно
сказать о количестве содержащейся в ней воды,
доступной для растений. При определенной сосущей силе песчаная почва содержит значительно меньше влаги, чем глинистая или торфяная. Кроме того, возможны иные различия
(степень уплотнения и др.).
Место размещения тензиометра должно
быть репрезентативным, и должен быть хороший контакт между почвой и пористым датчиком, который находится в почве. При каждом
пропаривании или при каждой обработке почвы
тензиометр необходимо удалять из почвы.
Можно измерять 2 параметра: поверхностное натяжение воды и содержание воды. Поверхностное натяжение воды (водный потенциал) определяет, насколько прочно вода удерживается субстратом. По мере иссушения грунта
(или субстрата) остающаяся вода удерживается
всё сильнее, пока растения не потеряют возможность её поглощать.
Поверхностное натяжение воды измеряют тензиометрами, но их трудно использовать в
беспочвенных субстратах из-за необходимости
в техническом обслуживании и потребности в
очень тесном контакте датчика с субстратом.
Для обычных тензиометров любое нарушение
может прервать контакт между датчиком и субстратом, что даёт неправильные показания.
Другим вспомогательным средством для
измерения содержания влаги в почве является
гидромаркер - блок из гипса или другого пористого материала с определёнными физическими свойствами, который размещают в почТепличный практикум
ве. Блок поглощает из окружающей почвы такое количество влаги, при котором напряжение
всасывания в маркере равно всасывающей силе
почвы. Измеренное содержание влаги в блоке
является параметром всасывающей силы почвы. Недостаток метода – ограниченный срок
службы блока, необходимость правильного
размещения блока в почве и его хорошего контакта с почвой.
Электронные датчики проводят измерение содержания влаги в почве по совершенно
другому методу по сравнению с тензиометром
или гидромаркером. Принцип их действия основан на использовании электромагнитных
свойств молекул воды, частиц почвы и растворенных веществ. Датчики имеют измерительные стержни, которые устанавливают в почву
или субстрат. По их сигналу компьютер рассчитывает количество влаги.
Подобные датчики разработаны разными фирмами под разные типы субстратов и
грунтов,
имеющих
различные
воднофизические свойства.
В рамках измерительного цикла с продолжительностью 15 мин. после полива можно
измерить влажность на глубине 15 см.
В отличие от тензиометра, электронные
измерители
показывают
непосредственно
влажность субстрата или почвы. Другое практическое преимущество состоит в том, что датчик удобен в работе и не требует ухода. Он может также измерять ЕС, при этом одновременно
он измеряет температуру почвы и ЕС почвенной влаги. Эти измерения - более комплексные.
Датчик измеряет проводимость, а она зависит
от влажности почвы. Программное обеспечение
для измерения ЕС содержит программу расчёта
влажности почвы, но при ЕС более 10 мСм и
влажности ниже 20% коррекция не удаётся.
Оптимизатор корней (контрольный мат)
Для субстратного выращивания эффективным способом управления режимами полива является контрольный мат, позволяющий
точно определять динамику расхода воды и
элементов питания. Используя такой мат, овощеводы не имеют проблем с режимами полива
и питания на протяжении всей вегетации.
Более современным измеряющим оборудованием можно считать оптимизатор корВодный режим
160
ней от фирмы Прива. Он измеряет вес матов,
выход дренажа и автоматически корректирует
стратегию поливов.
сколько воды растение поглощает из мата. Это
во многом зависит от транспирации растений.
Контрольный мат на томатах
Оптимизатор корней
Важно измерять подсушивание субстрата
после первого полива.
Управлению корневой зоной начинают
уделять всё больше внимания. Трудно правильно определить время первого и последнего
дневного полива и рассчитать норму так, чтобы
избежать заливания корней.
Тем не менее, разработано несколько успешных контрольных систем, позволяющих
оперативно измерять количество влаги в субстрате, ЕС, рН, процент дренажа и соотносить
эти показатели с текущими режимами выращивания.
Одна из таких систем – аквабаланс - была разработана фирмой Хоогендоорн.
Данные по солнечному излучению дают
представление о возможностях и потребности
растений в воде, но они не указывает, когда и
Тепличный практикум
Контрольный мат на огурце
Применение систем автоматического
контроля позволяет избегать слишком сухого
или слишком влажного субстрата и регулировать скорость и объём дренажа в зависимости
от климатических данных.
Помимо систем контроля, жёсткие требования предъявляются и к используемому
субстрату.
В случае использования минеральной
ваты она должна иметь однородное увлажнение, легко напитываться водой и оставаться
влажной.
Недостаток автоматизации – это то, что
она имеет тенденцию создавать самоуспокоеВодный режим
161
ние. То, что имеется автоматизация режима поливов, ещё не означает, что можно игнорировать растения. Насосы могут дать сбой, трубы
могут протекать, можно ввести неправильные
установочные значения, а датчики могут оказаться смещенными.
Установите один датчик для мониторинга растений и используйте его данные для
управления тревожной сигнализацией и понимания того, что происходит с вашей культурой.
Используйте полученный опыт для корректировки модели.
Контрольные меры для проверки поливов и дренажа
• Одна капельница на мерную ёмкость.
• Минераловатный мат в жёлобе и мерная ёмкость.
• Дренаж и среднее его распределение в течение дня.
• Контроль EC и pH вручную.
• Визуальная проверка и проверка резервных
данных компьютера о снижении выхода и
распределении дренажа.
Контрольный мат на томатах
Ручная проверка матов и корней
Компьютеры очень надёжны, и они никогда ничего не забывают. Тем не менее, они
могут всё погубить слишком большим или малым количеством воды, если они неправильно
настроены. Можно не быть постоянно у шлангов, но там всё же необходимо бывать, чтобы
убедиться, что работа выполняется надлежащим образом.
Наиболее надёжной стратегией для автоматизированных систем принятия решений
по проведению поливов является сочетание измерения показателей растений и создание модели роста культуры. Выберите хорошую простую модель и скорректируйте её относительно
условий выращивания. Проводите поливы на
основании результатов этой модели.
• Проверяйте маты руками это ценная информация для тонкой настройки стратегии
поливов.
• Проверяйте качество корней внизу матов.
• Разрежьте мат ножом снизу, чтобы он был
открытым.
Слабая корневая система - во многих
случаях результат избытка воды (нехватка кислорода).
Тепличный практикум
6.2 Регулирование поливов
Регулирование поливов - комплексная
проблема, и существуют различные возможности её решения. За рубежом ей занимаются не
только овощеводы, но и фирмы - разработчики
субстратов. Получая прибыль от продаваемого
Водный режим
162
продукта, они вынуждены использовать часть
её на научные исследования, оказывая дополнительный сервис покупателям, что способствует продвижению товара.
Современное регулирование полива в
теплицах полностью автоматизировано. Автоматическая система регулирования полива
сравнима с регулированием микроклимата: параметры измеряются независимо один от другого.
Для использования стратегии полива по
датчикам необходимо знать, сколько воды растения потребляют. Существует немного простых систем измерения на практике, дающих
хорошо воспроизводимые результаты, пригодные для контроля систем полива. Сюда относятся приборы для измерения влажности почвы.
При учёте снабжения растений водой
метод регистрации должен быть быстрым и
достоверным. В средних недельных данных
различия обычно выровнены, однако важны
суточные различия.
Процесс регистрации показателей не занимает много времени, трудным является быстрое интерактивное получение данных компьютера.
Так, при выращивании на грунте тензометры измеряют влажность на разной глубине,
а компьютерная программа в зависимости от
стадии развития растения и климатических условий непрерывно рассчитывает потерю воды с
транспирацией. Но не все управляющие микроклиматом компьютеры в состоянии работать по
такой программе.
Компьютер рассчитывает, когда у растений возникнет потребность в дополнительном
удобрении. Для контроля один раз в неделю
необходимо изучить графики обеспечения почвы влагой, выводимые на дисплей компьютера.
Компьютер рассчитывает и усвоение
растением питательных веществ. Снабжение
растений водой и питательными веществами по
потребности с помощью модели помогает реализовать законодательно определённые нормы
применения удобрений.
При субстратном выращивании основной механизм регулирования влажности мата это продолжительность полива. Короткие частые поливы обуславливают небольшое количеТепличный практикум
ство дренажа, и мат становится переувлажнённым. Более редкие и продолжительные поливы
дают больший дренаж и более сухие маты.
Обычно различия в поливах происходят
преимущественно от того, какой день - пасмурный или солнечный, и от изменений погоды,
таких как направление ветра, которые могут
влиять на транспирацию.
Общим является то, что если солнечное
излучение составляет менее 1 кДж/день, то
максимальный выход дренажа должен быть
20%. Если излучение больше 1 кДж, то дренаж
должен быть выше 30%. Наряду с 30%-ным
выходом дренажа в солнечные дни важным является количество подаваемой воды в мл на
Дж/см2 света. В пасмурные дни беспокоящим
становится максимальный выход дренажа в
20%, а соотношение мл/Дж уже не является
большой проблемой, поскольку в такие дни соотношение потерь воды при транспирации к
подаваемой воде уже не такое прямое.
В снабжении растений водой ещё многое
можно улучшить. Теперь, когда расширяется
выращивание в желобах, различий в содержании влаги и ЕС в субстрате по площади теплицы становится всё меньше, увеличиваются возможности для управления. Благодаря приборам
для непрерывного измерения влажности, можно
следить за снабжением растений водой и проводить все необходимые регулировки, а информационная поддержка фирм обеспечивает
большим количеством сравнительного материала, который делает более ясными последствия применяемых режимов полива.
Имеется хорошая корреляция между ЕС
почвы и содержанием влаги в ней для большинства тепличных культур. Увеличение содержания солей будет влиять на данные абсолютной проводимости, но относительные изменения данных между влажностью и сухостью
даёт множество изменений и помогает устанавливать пороговые значения для начала полива.
Датчики могут быть относительно недорогими
и не требовать технического обслуживания.
Можно взвешивать одно растение или
весь мат. Кратковременные изменения веса
почти полностью вызываются изменениями
влажности субстрата. В более долгосрочной
перспективе вес культуры будет изменяться с
Водный режим
163
ростом растений, но такие изменения веса
обычно невелики, и их можно корректировать.
Растения можно поливать до тех пор,
пока не появится достаточный объём дренажа.
Такая стратегия не подскажет, когда надо поливать, но она может показать, сколько надо воды. Можно ориентироваться на объём дренажа
от предыдущего полива для управления текущим поливом.
Создать систему измерений довольно
просто, но нужно иметь контрольные репрезентативные растения для всей площади, и быть
уверенными, что система измерений надёжна.
Для подобной уверенности нужно отобрать образцы растений, каждый для определённого
датчика. Такая стратегия сократит измерения
или ошибки при отборе проб, однако увеличит
затраты на мониторинг. Если проводить измерения на нескольких растениях непрактично,
можно использовать 1 растение, но поддерживать систему измерений под надзором специального работника для обеспечения её надлежащей работы.
Автоматизированная система поливов не
заменяет хорошего управления выращиванием,
но является его наиболее полезным средством.
Изначально, когда система только что установлена, её работу постоянно проверяют. И с ростом уверенности в системе ей доверяют больше, полагаясь на её устройства и проводя только периодические проверки её работы.
Таким образом, сокращает время, необходимое для выполнения части работы овощевода. Она не позволяет игнорировать растения
больше, чем на день, и необходимо отслеживать любое увядание или замедление скорости
роста.
Овощевод сам решает, когда поливать, и
сколько воды надо подать. Но до сих пор нет
хороших количественных данных о том, сколько воды нужно растениям в той или иной фазе
роста в зависимости от применяемого субстрата
и условий состояния растений, что невозможно
предугадать.
Пытаясь улучшить обоснованность принятия решений и сокращения затрат, многие
обращаются к математическим моделям роста.
Даже, несмотря на то, что модель почти всегда
даёт более низкие результаты по сравнению с
поливами по датчикам растений, результат моТепличный практикум
жет быть достаточно хорошим дли реальных
условий выращивания. Большинство товарных
производителей ценят простоту и надёжность в
своих системах автоматизации и будут делать
небольшие корректировки для исправления
ошибок моделей в качестве своего обычного
управления выращиванием, что они делают в
любом случае, безотносительно стратегии автоматизации.
Основные факторы, влияющие на потребление воды, которое следует учитывать в
моделях, это - энергия излучения (влияет на
всё), температура, влажность, воздухообмен,
размеры растения (индекс листовой поверхности), форма растения (пропускание солнечного
света или затенение листьями), густота посадки
растений (число стеблей).
Энергия излучения солнца (светильников) может вызывать до 80% или более потерь
воды культурой. Здоровые листья растений
обычно имеют температуру на 20 выше температуры окружающей среды, что даёт небольшую движущую силу для радиационных или
конвективных потерь тепла, поэтому основная
часть охлаждения вызывается транспирацией.
Это соотношение между излучением и
транспирацией воды является основой для
фактора суммы света у всех моделей поливов.
Более сложные модели по сумме света имеют
множество вариантов для тонко настраиваемых
ответных реакций во время очень пасмурной
погоды или ночью, когда излучение является
слабым мотивом для потребления воды. Датчики света очень надежны, и правильное показание датчика достаточно легко подтвердить.
Наиболее важно иметь 1 световой датчик, который можно использовать как основу для множества имитационных моделей культуры, если
местные различия в светопроницаемости или
затенении имеют тенденцию оставаться существенными.
Так как установки должны быть введены
в модель для указания желаемой точки увлажнения, то влияние местного затенения, густоты
посадки, размера и типа растений можно скорректировать одной установкой.
Большинство прочих факторов окружающей среды можно свести в более полную
модель с использованием фактора дефицита
давления водяного пара (ДДВП), который оцеВодный режим
164
нивает потерю культурой воды по содержанию
влаги и температуре воздуха у листовой поверхности.
Эта модель основывается на более дорогих и менее надежных датчиках влажности, и
для наилучшего результата ей нужен отдельный датчик для каждой отдельно управляемой
зоны полива.
К проблемам стратегии управления поливами по математическим моделям можно отнести то, что все модели неполные. В зависимости от того, насколько они неполные, результаты потребления воды отклоняются от фактических. Более полные (и более точные) модели
можно разработать, но они быстро становятся
неприменимыми в производственных товарных
условиях, т.к. они невозможны для тонкой настройки.
Все модели основываются на данных от
датчиков. Сбои или ошибки при вводе данных
от датчиков будут иметь плохие последствия
для режима полива и культуры.
Ошибки моделей приведут к неправильному поливу растений, как и любые другие
ошибки. В то время как комплексные модели
дают небольшие улучшения теоретической
точности, они сильно увеличивают риск катастрофических ошибок и неправильного полива.
Более надежная, но менее точная модель
может быть лучше, если культуру надо оценивать каждые несколько дней, и при этом можно
вносить коррективы.
Таким образом, модели культуры могут
быть надёжными, недорогими и гибкими, но
они не могут воздействовать непосредственно
на культуру. Модели с использованием дефицита давления водяного пара и окружающей
среды не всегда хорошо прогнозируют действительное потребление воды культурой.
Датчики влажности прямого или непрямого действия реагируют непосредственно на
культуру или окружающую среду, но они видят
только те растения, на которые нацелены, а не
все растения, поэтому важным является выбор
репрезентативных растений.
Датчики, установленные в мате, точно
определяют его температуру и влажность, а
датчики в дренажной воде показывают соотношение удобрений, количество кислорода, ин-
Тепличный практикум
тенсивность испарение воды растением и даже
присутствие возбудителей болезней.
Введя имеющиеся данные в компьютерную модель роста, можно оптимально снабжать
растения питательными веществами, водой, теплом, светом и уничтожать возбудителей болезней.
Для среднего овощеводческого хозяйства такой сценарий ещё нереален: измерительная
аппаратура дорогая и требует правильного обращения с ней. Кроме того, не всякий параметр
легко измеряется. Величина ЕС, состав питания, содержание кислорода в мате могут отклоняться в зависимости от места расположения
датчиков, что необходимо учитывать.
Прива поставляет для таких измерений
датчик гротскэйл, который измеряет влажность
мата, ЕС дренажной воды, температуру и испарение и передает измеренные данные в компьютер. Вместе с программным обеспечением он
позволяет избежать появления Pythium за счёт
исключения переувлажнения матов или снабжения растений водой, когда есть угроза слишком сильного высыхания матов.
Хортимакс предлагает прибор продрэйн
(желоб/весы), контролирующий транспирацию
растений, содержание влаги в матах и ЕС дренажной воды. Он показывает достоверные
средние величины, на основе которых можно
осуществлять регулирование.
Для того, чтобы можно было точно
управлять снабжением растений водой, необходимо знать влажность мата. Для субстрата гродан на рынке уже давно имеется прибор для
непрерывного измерения влажности матов.
Стандартный прибор для определения влажности поставщик минеральной ваты приспособил
для собственных типов матов, чтобы точно измерять их влажность. Фирма Культилен также
создала прибор культилен-спайдер, в котором к
одному накопителю данных можно подключить
несколько датчиков и непрерывно проводить
измерение содержания влаги в матах.
На основании измерений ЕС, температуры и влажности мата можно получать полезную
информацию. На основе данных по насыщению
мата можно снабжать растения водой, а по значениям ЕС дренажной воды - корректировать
поливную норму. Усвоение кислорода также
Водный режим
165
является важным индикатором жизнедеятельности растения.
Овощеводы хотят знать концентрации
питательных веществ и иметь возможность их
прогнозировать для успешного регулирования.
Зная результаты измерений, можно применять
их на практике.
Датчики позволяют в разных ситуациях
получить представление о ЕС, температуре и
содержании влаги в корневой зоне, независимо
от того, выращивают ли растения в почве или
субстрате.
Число точек измерения можно увеличивать с помощью беспроводной системы сенсиплант.
Пока измерения в мате еще не стали
обычной практикой в тепличном овощеводстве,
но это время приходит. Почти все крупные хозяйства устанавливают пару датчиков, чтобы
получить представление о том, что происходит
в мате.
В большинстве случаев их применяют
для мониторинга, а не для автоматического регулирования. С одной стороны, овощевод хочет
точно знать, как реагирует растение, а с другой
- не хочет каждый день снимать показания датчика. Определенную помощь в правильном использовании воды и удобрений овощеводам
оказывают компании, заинтересованные в продвижении своей продукции.
Так, фирма Гродан разработала 6фазовую модель, которую применяет для определения стратегии поливов. В модели весь процесс выращивания разделен на 6 фаз, каждой из
которых в зависимости от типа мата соответствует своя поливная норма.
Модель применима для каждой культуры, но чем больше с ней работать, тем специфичнее могут стать рекомендации.
Например, если речь идет о выращивании перца в условиях укорачивающегося светового дня и уменьшающегося количества света
осенью, то корни все же должны оставаться
достаточно активными для формирования
сильных завязей, и фирма дает рекомендацию
по поливу в этой фазе.
При выращивании томата внимание уделяется укоренению растения и развитию первой
кисти. Для томата это означает, что период
укоренения может быть на 5-6 дней дольше, и
Тепличный практикум
это требует скорректированной стратегии
снабжения растений водой.
В фазе укоренения и развития растений
они в течение 5 недель формируют 70% объёма
корневой системы, и корни прорастают во всём
объёме мата. Это также является результатом
направляемого снабжения растений водой.
Третья фаза - рост и баланс - длится 2
нед. до первой уборки урожая и 2 нед. после
нее. В этот период нагрузка на растение очень
высокая: много энергии поступает в плоды, и
меньше - в корни. Поэтому свести к минимуму
замедление роста корневой системы можно за
счет осознанного снабжения растений водой,
чтобы снова восстановить баланс между ростом
и нагрузкой урожаем.
Фаза 4 начинается с уборки и продолжается до начала лета. В этой фазе быстро увеличивается количество света, и растения начинают получать больше воды. В этот период растения следует подготовить к ожидаемым экстремальным погодным условиям - летнему перегреву. Рекомендации предупреждают об
опасности инфицирования Botrytis: изменчивая
погода усиливает риск поражения стеблей растений, поэтому следует позаботиться о том,
чтобы раны после удаления листьев высыхали
как можно быстрее. В такие дни необходимы
высокая ЕС раствора и своевременное прекращение полива.
Фаза 5 – это фаза максимального плодоношения, и она продолжается от середины мая
до конца августа. Поскольку климатические
условия генеративные, то стимулируют вегетативный рост. За счет сильного испарения поглощение воды должно быть максимальным.
Шестая фаза продолжается до окончания
выращивания. В этой фазе кроме продуктивности модель ориентируется на поддержание растений в активном состоянии и сохранение качества плодов. Этого можно добиться с помощью
минимального уменьшения поливной нормы
(на 8-10%) и изменения времени начала и окончания поливов.
Эти 6 фаз модели в целом верны для
разных культур или сортов, различия небольшие. Так, у огурцов фаза укоренения более короткая, чем у томатов, а в последней фазе для
перца нужно учитывать погодные условия и
дренаж матов.
Водный режим
166
Обычно овощеводы и исследователи не
любят рассматривать регулирование использования воды как возможность управлять ростом
растений. Хотя, регулируя начало и завершение
времени поливов, можно направлять растение в
сторону более генеративного или более вегетативного развития.
Несмотря на то, что овощеводы могут
контролировать полив, в большинстве случаев
трудно точно видеть, когда начинать и завершать полив, и его влияние, например, на ЕС матов и содержание воды.
В последние несколько лет в компании
Гродан разрабатывали компьютерную систему,
позволяющую вести мониторинг прикорневой
среды и связывать его с управлением поливами.
Прорывом стало соединение различных
типов климат-компьютеров с ПК для того, чтобы всегда предоставлять единообразные данные. Созданная программа гронау теперь соответствует всем климат-компьютерам, произведенным в Нидерландах.
Программа позволяет сочетать температуру и солнечное излучение с содержанием в
матах воды, ЕС и температурой корней. Принимая во внимание культуру, тип матов и стадию выращивания продукции, можно получить
минимальные и максимальные величины для
выработки идеальной стратегии поливов.
Компьютерные модули дают знания о
снабжении растений водой и о том, что происходит в мате вокруг корней.
Программа состоит из нескольких частей: непрерывное измерение содержания воды,
обмен данными, сопровождение культуры в период выращивания и ориентированная на хозяйство обратная связь в письменной форме с
рекомендациями по выращиванию. Все параметры, которые оказывают влияние на поливную норму, регистрируются каждые 5 мин. Это
- температура теплицы, труб отопительной системы, время начала и окончания полива, продолжительность полива, дренаж, содержание
воды в мате, ЕС и другие.
Для овощевода пакет компьютерных
программ предлагает быстрый визуальный анализ фактического полива, в который включено
содержание воды, ЕС, рН и соотношение
мл/Дж, и эти данные сравниваются с идеальными величинами. Серия графиков показывает
Тепличный практикум
минимальные и максимальные уровни, рекомендуемые для любого отдельного овощевода.
Расчеты производятся на индивидуальной основе, опирающейся на полученные данные из теплицы, такие как сроки начала выращивания, количество растений на 1 м2 и т.д., и
данные о количестве поданной воды, выходе
дренажа, отношению мл/Дж, частоте и объему
поливов и т.д.
Овощевод видит свои данные на графиках и может понять, не ошибся ли он относительно рекомендованных уровней. Принцип
системы заключается в том, чтобы научиться
точно корректировать подачу воды.
Система также предоставляет возможность посылать и принимать информацию от
других овощеводов, а также от консультантов.
Овощеводы могут выбирать, кому они
отправляют данные, но идея заключается в том,
чтобы делиться и учиться, и программа это позволяет сделать эффективно. Овощеводы стремятся видеть графики друг друга и проверять,
что происходит у соседей. Когда соседи имеют
доступ к климатическим данным друг друга, то
могут в каждый момент дня узнать у другого
овощевода, как у него микроклимат реагирует
на определенное обстоятельство.
Например, когда в теплице в период перед наступлением ночи увеличивается влажность, то можно определить, когда и сколько
нужно вентилировать. Если в результате мероприятий влажность не понижается, то сопоставляя данные становится понятно, что делать в
следующий раз.
Ночью данные автоматически через интернет передаются в Гродан, где их обрабатывают, переводят в легко считываемые графики
и передают обратно овощеводу. Поставщик
минеральной ваты таким способом накапливает
очень много информации, с помощью которой
можно сделать более точными программы для
компьютера и точнее определить рамки рекомендаций.
Овощевод может обсудить полученные
графики со своим консультантом или с коллегами. В принципе консультант посещает овощевода 3-4 раза в год и 2 раза в год овощевод
получает рекомендации по снабжению растений водой специально для своего хозяйства.
Кроме того, в течение сезона выращивания хоВодный режим
167
зяйство посещает представитель поставщика,
чтобы проверить, как обстоят дела, и есть ли
вопросы у овощевода. Ежегодно программа
модернизируется.
Так как полученные от овощеводов данные используются консультантами компании
Гродан, то это обеспечивает обильной информацией саму компанию. По мере того, как база
данных компании и знания становятся шире,
там проводят тонкую корректировку своих советов.
Сбор данных о времени начала и прекращения полива очень полезен. Можно очень
быстро увидеть, когда начинается полив, в то
время как раньше для этого приходилось отсматривать назад записи на персональном компьютере. Компьютер показывает, когда следует
начинать и завершать поливы, и можно увидеть, когда это соответствовало или не соответствовало рекомендациям.
Программа заставляет овощеводов думать о стратегии поливов и помогает им более
точно достигать запланированных целей. Если
раньше они начинали поливы слишком рано, и
маты становились слишком влажными, это вызывало увядание томатов, то теперь это невозможно.
С точки зрения обеспечения данными
своего консультанта это также удобно, т.к. теперь можно посылать данные через интернет, и
консультант оперативно может увидеть направление ваших действий.
В Нидерландах теперь также начали
точно отслеживать ЕС, особенно если хотят,
чтобы она была постоянной в пределах 2,6-3,0
мСм/см в зависимости от полива. Уровни излучения изменяют ЕС, тогда как измерение содержания воды вязано с климат-компьютером,
и программа гронау может это учитывать.
Колебания ЕС можно нейтрализовать
выходом дренажа. В пасмурные дни он бывает
не больше 10%, но в солнечные дни, когда ЕС
повышается, выход дренажа выше. В целом за
год выход дренажа составляет в среднем 2025%.
Когда доступны графики гронау, то находят ΔЕС – одну из наиболее интересных величин. Она показывает разницу между ЕС матов и заданной ЕС.
Тепличный практикум
Чем сильнее культура выходит из состояния равновесия, тем бóльшие изменения
ΔЕС можно заметить, а чем более постоянна
ΔЕС, тем стабильнее урожайность.
Но имеются и особенности культуры.
Например, перец проходит через сильные изменения во время завязывания плодов, поэтому
можно ожидать сильные изменения ΔЕС.
Представляет интерес степень потери
воды матом относительно времени начала и
окончания полива. Содержание воды в мате изменяется от 48% утром до 58% на уровне дренажа. Когда в 01.00 час ночи содержание воды
становится меньше 52%, то делают 1 полив. Без
знания точных величин ночной полив могли
проводить и при 75%-ной насыщенности мата
водой. При этом растения теряют корни и плодовые завязи.
За счёт хорошего повторного насыщения
и равномерного распределения воды корни разрастаются по всему мату, и не только в самом
нижнем слое. Проблемы, обусловленные плохим профилем почвы, не влияют на маты.
Контрольное устройство обычно необходимо для безопасности - обеспечения минимального и максимального времени между поливами, сигналами тревоги, а также минимального и максимального времени проведения поливов.
Местоположение растений очень важно
для получения репрезентативных данных от
установленных около них тензиометров, чтобы
ни одно растение не находилось длительное
время в состоянии водного стресса. Поэтому
выбранные в качестве образцов растения должны иметь повышенное потребление воды (быть
более крупными, с большей площадью листовой поверхности, располагаться в солнечном
месте, на пути воздушного потока и т.д.).
Можно заранее вычислить, сколько воды
потребит культура, а затем проводить полив по
восполнению этого объёма. Для этого в теплице
устанавливают ёмкость для испарения воды,
уровень воды в которой регистрируется. Испарение воды связывают с эвапотранспирацией
культуры, а режим полива разрабатывают на
основании этих измерений.
Существуют различные методы определения величины эвапотранспирации, получаемой за период после последнего полива. Такие
Водный режим
168
методы достоверны только при компьютеризированном поливе, и если для оценки применяются расчёты, использующие данные от датчиков.
Любой из применяемых режимов и стратегий управления поливами могут быть приемлемыми. Тем не менее, для определенной культуры или системы выращивания одна из систем
может быть наилучшей. Выбор обосновывают с
учётом трудозатрат и расходов на установку
оборудования, а также оптимальности водного
баланса растений.
Усвоение воды растениями можно рассматривать как индикатор того, насколько хорошо культура себя чувствует, и в зависимости
от этого вносить коррективы в стратегии вентилирования и зашторивания. При этом важно
помнить, что поглощение воды культурой не
должно снижаться при использовании этих
средств, и что излишнее зашторивание сокращает уровни света и снижает урожай.
Когда растение при транспирации испаряет больше воды, то и получает её больше, и
одновременно с этим - больше питательных
веществ, часто без реальной потребности. Если
растение слабо транспирирует, то получает
меньше воды и питательных веществ. Сочетание модели снабжения растений водой с ЕС позволяет решить эту проблему: ограниченная
поливная норма не означает уменьшения снабжения растений питательными веществами.
Тепличный практикум
Программа полива и питания позволяет
корректировать дозы воды и удобрений в соответствии с потребностью растений.
Новые программы управления поливами
позволяют сделать больше расчётов. Например,
если принять во внимание количество воды и
состояние растений, то можно рассчитать ожидаемое снижение содержания воды в течение
ночи и более точно определить, когда прекращать полив после полудня так, чтобы ночью
маты не оказались переувлажненными. Это
придаёт корням более хорошее качество и делает растения более сбалансированными.
Хорошее программное обеспечение особенно полезно для овощеводов, ставящих целью скорейшее получение максимальной оптимизации и плановое получение урожая. Оно
предоставляет данные таким образом, чтобы
овощеводы могли сами учиться, а их консультанты могли использовать данные для прогноза
на будущее.
Для управления поливами пользуйтесь
измерительным оборудованием: цифры точно
укажут, где и когда была или произойдёт
ошибка. Так, томаты с трещинами и поражение
перца фузариозом свидетельствуют о том, что в
определённые периоды подавали излишне много воды, в результате чего выходит из-под контроля и ЕС. Кроме того, цифры дают больше
информации о годовой динамике расхода воды
и представляют аргументы для более точного
выбора субстрата для своей культуры, учитывая особенности хозяйства.
Водный режим