Анализ эффективности нагрева грунта в тепличном хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Обогрев теплиц позволяет продлить сезонные работы на три месяца и даже больше. Следовательно, это решение необходимо для тех, кто хотел бы получать первые урожаи уже в июне, а также снимать по два-три урожая той или иной культуры за сезон.

Теплицы всегда активно использовались как в садоводческих хозяйствах, так и на личных приусадебных участках. Именно применение теплиц дает возможность сберечь первые робкие ростки от заморозков и обильных весенних дождей. Кроме того, благодаря теплицам садоводы могут качественно подготовить ранние овощи и рассаду к высадке в открытый грунт.

Растения, находящиеся в теплице, растут заметно быстрее - этому способствует подогрев грунта. Теплицы и оранжереи, оснащенные системами подогрева, широко используются в период с ранней весны до поздней осени. За счет такого увеличения сезона сбора урожая сельскохозяйственная продукция может выращиваться в больших объемах, что благоприятно сказывается на общем состоянии экономики.

Наиболее популярной системой обогрева теплиц является система электрообогрева почвы, которая совершенно безопасна для корневой системы растений.

Вообще, способов обогрева теплиц всего три: солнечный, биологический и технический. Солнечный обогрев теплиц используется только в летнее время, так как основан он исключительно на парниковом эффекте, который возможен только летом. Для обогрева теплиц в зимний период лучше использовать комбинацию биологического и технического способов.

1) Биологический способ обогрева земли в теплице.

Биологический способ применяется как для летнего, так и для зимнего обогрева земли в теплице. Для этого снимается со стеллажей вся почвенную смесь, а на дно равномерно раскладывается навоз, желательно - конский, так как именно он дает максимально высокую температуру при разложении. Стеллажи заполняются навозом на 1/3. Также для обогрева почвы в теплице можно использовать и компост, в состав которого входит конский навоз. Затем почву возвращают на место. Навоз (компост) начнет разлагаться, и корешкам растений станет тепло и уютно. Кроме того, они получат необходимые для полноценного роста витамины, которых так много в органических удобрениях.

2) Электрический способ обогрева земли в теплице.

Монтаж системы электрического обогрева грунта в теплице осуществляется согласно схеме (рис. 1).

Рисунок 1. Схема электрического обогрева грунта в теплице

3) Водяной обогрев.

По периметру теплицы, под стеллажами или тепличными грядками прокладывается двойной ряд труб и закольцовывается на электрический котел (рис. 2). Естественно, потребуется провести в теплицу электрокабель для подключения котла, который можно установить как внутри теплицы, так и снаружи. Специалисты рекомендуют устанавливать котел снаружи, предварительно утеплив его. Таким образом, обогрев теплицы происходит более равномерно.

Также можно сделать систему обогрева теплицы с помощью твердотопливного котла (теплогенератора). От котла точно так же нужно проложить трубопровод под тепличными стеллажами или грядками и закольцевать его. А топить котел можно чем угодно: дровами, углем, деревянными отходами и прочим твердым топливом.

Рисунок 2. Схема водяного обогрева теплицы

4) Газовый обогрев (рис. 3).

Рисунок 3. Газовый обогрев теплицы

Если участок газифицирован, для обогрева теплицы можно использовать систему газовых горелок или газовых калориферов: просто равномерно распределить газовые обогреватели по периметру. Если теплица небольшая (до 20 м2), для подобной системы можно использовать обычные газовые баллоны. Если же размеры теплицы внушительны, необходимо будет подключиться к общей системе газификации дома. Газовые горелки вырабатывают необходимый растениям углекислый газ, а для равномерного распределения газа и тепла, обязательно устанавливаются вентиляторы. Вместо горелок можно установить в теплице заводской газовый котел.

5) Печное отопление.

Для обогрева теплицы зимой можно сделать и печное отопление. Печку лучше установить в торцевой части теплицы. От нее по периметру теплицы прокладывается горизонтальный дымоход. Для этого используют или металлические трубы, или кирпичную кладку. При соединении дымохода с вертикальным стояком печки, в этом месте делается небольшой подъем. Сам стояк должен быть как можно выше, что позволит печке иметь хорошую тягу. Можно заглубить печку в землю, как схематично представлено на этом рис. 4.

Рисунок 4. Использование печки в теплице

Для того чтобы получить богатый урожай, многие руководители в своих оранжереях начали применять способ искусственный обогрев теплиц.

Опытные земледельцы и садоводы, которые, начали использовать подогрев почвы и выявили плюсы: в первую очередь это быстрое созревание и рост урожая, возможность выращивания новых сортов растений, выращивание рассады в более холодное время. Увеличивается период сбора урожая.

Целью работы является изучение эффективности нагрева грунта в тепличном хозяйстве.

1. Общая часть

1.1 Влияние теплового режима на рост растений

Температура является важнейшим фактором, определяющим возможности и сроки возделывания сельскохозяйственных культур.

Протекающие в почве биологические и химические процессы трансформации элементов питания находятся в прямой зависимости от температурного режима. Теплообеспеченность посевов характеризуется суммой среднесуточных температур воздуха выше 10 °С за период вегетации. Как высокие, так и низкие температуры нарушают течение биохимических процессов в клетках, и тем самым могут взывать в них необратимые изменения, приводящие к прекращению роста и гибели растений. Повышение температуры до 25-28 °С увеличивает активность фотосинтеза, а при дальнейшем ее росте начинает заметно преобладать дыхание над фотосинтезом, что приводит к снижению массы растений. Поэтому большинство сельскохозяйственных культур при температуре выше 30 °С, растрачивая углеводы на дыхание не дают, как правило, прироста урожая. Снижение температуры окружающей среды с 25 до 10 °С уменьшает интенсивность фотосинтеза и рост растений в 4-5 раз. Температура, при которой образование продуктов фотосинтеза равна их расходу на дыхание называется компенсационной точкой.

Наиболее высокая интенсивность фотосинтеза у растений умеренного климата наблюдается в интервале 24-26 °С. Для большинства полевых сельскохозяйственных культур оптимальная температура днем составляет 25 °С, ночью - 16-18 °С. При повышении температуры до 35-40 °С фотосинтез прекращается в результате нарушения биохимических процессов и чрезмерной транспирации. Существенное отклонение температуры от оптимальной в сторону повышения или понижения заметно снижает ферментативную активность в клетках растений, интенсивность фотосинтеза и поступление элементов питания в растения.

Температура оказывает большое влияние на рост корней. Низкие (< 5 °С) и высокие (> 30 °С) температуры почвы способствуют поверхностному расположению корней, существенно снижает их рост и активность. У большинства растений наиболее мощная разветвленная корневая система формируется при температуре почвы 20-25 °С.

Установлено, что при температуре ниже 12 °С значительно ухудшается использование растениями фосфора, калия и микроэлементов из почвы и удобрений, а при температуре ниже 8 °С заметно снижается также потребление минерального азота. Для большинства сельскохозяйственных культур температура 5-6 °С является критической для поступления основных элементов питания в растения.

Теплообеспеченностью вегетационного периода в значительной мере обусловливается структура посевных площадей и возможность выращивания более продуктивных позднеспелых культур, которые продолжительное время могут использовать солнечную энергию на формирование урожая или проводить повторные посевы после раноубираемых культур.

В условиях Нечерноземной зоны России наблюдается прямая зависимость продуктивности сельскохозяйственных культур от суммы температур. В лесостепной и степной зонах, в орошаемых условиях какой-либо достоверной связи между количеством положительных температур и урожаями сельскохозяйственных культур не установлено. В центральных и южных регионах страны повышение или понижение температуры на 2-3 °С не оказывает существенное влияние на продуктивность растений.

Большое влияние оказывает также температура на жизнедеятельность почвенной микрофлоры, обусловливающей минеральное питание растений. Установлено, что наибольшая интенсивность аммонификации органических остатков в почве под действием микроорганизмов происходит при температуре 26-30 °С и влажности почвы 70-80 %. Отклонение температуры или влажности от оптимальных значений заметно снижает интенсивность микробиологических процессов в почве.

Определенные температурные условия требуются, однако, не только для процессов роста и развития в целом, но и для отдельных фаз: образования завязи, цветения, созревания плодов, прорастания семян, появления всходов и т.п.

1.2 Условия прорастания семян

Семена растений не прорастают сразу, они могут оставаться в покое достаточно долгое время. Лишь попав в благоприятные условия, они прорастают, формируя новое растение. Таким образом, прорастание - это переход семян из состояния покоя к росту зародыша и развитию из него проростка.

Главное необходимое условие прорастания семян - это попадание воды в семя через семявход. После попадания воды семя набухает, питательные вещества растворяются в воде и зародыш уже может их использовать для начала своего роста и развития.

Однако вода далеко не единственное условие прорастания семян. Не менее важен и воздух, а точнее находящийся в нем кислород. Ведь зародыш семени, как и все живые организмы, дышит. Даже сухие семена дышат, хотя и очень слабо. Поэтому семена нельзя хранить в емкостях не пропускающих воздух, например, в полиэтиленовых пакетах. Семена прорастают в почве, потому что в ней содержится достаточно воздуха.

Еще одним условием прорастания семян является наличие в них запасных питательных веществ. Зародыш, чтобы расти, должен питаться. Так как сам он еще не может синтезировать органические вещества, они откуда-то должны поступать. Этим местом являются семядоли или эндосперм. Если запаса питательных веществ мало, то зародыш либо развивается медленно, либо погибает.

Таким образом, зародыш растения, поглощая питательные вещества семени и кислород воздуха, осуществляет обмен веществ. В процессе обмена веществ он выделяет углекислый газ.

Температура также играет немаловажную роль в прорастании семян. Для прорастания семян разных растений благоприятными являются разные температуры. Одни прорастают при температуре выше +15 °C (огурцы, перец, кукуруза), другим достаточно чуть выше +2 °C (укроп, редис, пшеница, рожь, морковь). Поэтому в сельском хозяйстве разные растения сеют в разное время, какие-то в апреле, а какие-то в начале лета.

Растения, семена которых могут нормально прорастать только при высоких температурах, называются теплолюбивыми. Растения, семена которых прорастают при низких температурах, являются холодостойкими.

Причина, по которой семена прорастают при разной температуре, связана с происхождением растений. Растения, которые произошли в теплых широтах, теплолюбивы. Выходцы из северных районов холодостойкие.

Свет также может быть условием прорастания семян. Бывают растения, семена которых могут прорастать только в темноте или только на свету. Чаще всего семена лучше прорастают в темноте.

При посеве семян важна глубина, на которую они помещаются в почву (глубина заделки). При этом руководствуются следующим правилом: чем крупнее семена растения, тем глубже их заделывают в почву. Очень мелкие семена сеют прямо на поверхности почвы, а семена фасоли, например, заделывают на 4-5 см.

1.3 Подогрев грунта

Все кто выращивает растения своими руками с использованием теплиц, используют обычно подогрев воздуха.

Однако только настоящие профессионалы и коммерческие компании начинают применять и различные схемы для поддержания определенной температуры грунта.

Использование данного метода позволяет осуществлять высадку растений в любое удобное время. Это дает возможность получить урожай в то время, когда цена на него самая высокая.

Поддержание постоянной температуры в почве благоприятно сказывается на корневой системе, что непременно отражается и на качестве продукции.

Даже самая простая система обогрева грунта в теплицах может защитить молодые саженцы от внезапных ночных заморозков, которые часто являются основной причиной гибели многих растений.

Использование электрических нагревательных систем для обогрева почвы (рис. 5) в теплицах, парниках, зимних садах, оранжереях, на клумбах, грядках с рассадой позволяет получить прекрасные результаты:

- ускорения роста и репродуцирования растений в оранжереях и теплицах;

- продления сезона сбора урожая;

- выращиваниe теплолюбивых растений, которые обычно растут только в субтропических (тропических) широтах;

- проращивание семян.

Электроподогрев почвы обеспечивает экономию электроэнергии, долговечность, полная влагозащищенность, электробезопасность.

Рекомендуемая температура в теплицах на уровне корней от 15 °С до 25 °С. На клумбах и грядках с рассадой может достигать 30 °С. Для обеспечения оптимальной температуры почвы требуется мощность 75-100 Вт/м2. Мощность нагревательного кабеля или ленты не должна превышать 20 Вт/м. Соблюдение данных параметров исключит возможность перегрева корневой системы и системы обогрева.

Рисунок 5. Вариант установки нагревательных элементов в почве

1.4 Греющий кабель

Греющий кабель (рис. 6) - это кабель с активным греющим сердечником в виде одного или нескольких нагревательных элементов, которые, при условии прохождении по ним электрического тока, выделяют тепло. Выделенное тепло греющий кабель передает объекту, который нужно обогреть.

Все греющие кабели подразделяются на следующие группы:

1. Саморегулирующиеся кабели - это изолированный кабель, имеющий две токопроводящие жилы из цветного металла (медь). Между данными жилами по всей длине проложен греющий сердечник из термозависимого полупроводникового проводящего материала, который меняет интенсивность выделения тепла в зависимости от температурных показателей.

2. Резистивный кабель - это кабель, в котором тепловую энергию выделяет нагревательная жила, имеющая постоянное сопротивление, окруженная изолирующими материалами, экранами и защитной оболочкой. Такие кабели сравнительно дешевы, их монтаж не вызывает сложностей и не занимает много времени. Недостаток такого кабеля - все части провода имеют одинаковую теплоотдачу. Этот вид кабеля рекомендуется устанавливать в комплекте с терморегулятором.

3. Зональный кабель - это разновидность резистивных кабелей. Специфика данного вида кабеля заключается в том, что тепловая энергия выделяется в нагревательной спирали, которая имеет через одинаковые промежутки контакт с двумя проводящими ток жилами. В результате формируются зоны выделения тепла, которые соединены параллельно. Вся данная конструкция окружается изоляционными материалами, экранами и защитными оболочками. Типовая длина каждой зоны - 1 м.

Рисунок 6. Конструкция греющего кабеля

2. Экспериментальная часть

2.1 Сборка установки.

Для проведения исследования была произведена подготовительная работа.

Были взяты два пластиковых горшка для выращивания рассады (рис. 7). В один из них сразу был засыпан грунт.

Рисунок 7

Во втором горшке создали простую установку для подогрева грунта. С этой целью на дно уложили теплоизоляционное покрытие (рис. 8), на которое положили саморегулирующийся греющий кабель (рис. 9).

Рисунок 8

Рисунок 9

После чего было произведено подключение регулятора температуры и включение кабеля в сеть (рис. 10), а в сам грунт установлен датчик температуры (рис. 11).

Рисунок 10

Рисунок 11

Для создания более комфортных условий для роста рассады над обоими горшками была установлена лампа люминесцентного освещения (рис. 12).

Рисунок 12

После сбора подключения установки были произведены контрольные измерения нагрева грунта в нескольких точках (согласно рис. 13). Результаты измерений представлены в таблице 1.

Рисунок 13

нагревательный сельскохозяйственный прорастание

Таблица 1. Результаты измерений

Размещено на Allbest.ru