УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.
Тема 2
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.
План лекции:
Гидропоника, аэропоника, геопоника, агрегатоионика.
Устройство и эксплуатация специальных установок и оборудования для культивирования растений в искусственных условиях.
Фитотроны и фитотроника.
Теплицы, вегетационные домики, климатокамеры, вегетационно-климатические шкафы.
ГИДРОПОНИКА, АЭРОПОНИКА, ГЕОПОНИКА, АГРЕГАТОИОНИКА.
Слово «гидропоника» в переводе с греческого означает работа с водой в противоположность геопонике — работе с землей. Сущность этого метода состоит в том, что растения выращивают без почвы на искусственных ее заменителях (гравий, песок, вермикулит, перлит, керамзит, гродан и др.). При этом для питания растений используют растворы минеральных солей.
По классификации профессора Г. Т. Тараканова различают следующие методы гидропонных систем:
1. Агрегатопоника —выращивание растений на твердых субстратах, обладающих небольшой влажностью. Этот метод условно назван гравийной культурой, хотя в качестве субстрата кроме гравия используют и другие материалы. Одна из разновидностей агрегатопоники — выращивание растений на гродане и минеральной вате.
2. Хемопоника— выращивание растений на субстратах растительного происхождения.
3. Ионитопоника —выращивание растений на синтетических ионообменных смолах, насыщенных питательными элементами, которые находятся в поглощенном, но доступном для растений обменном состоянии.
|
|
|
4. Водная культура —выращивание растений на водных питательных растворах, в которые непосредственно погружены корни растений.
5. Аэропоника, или «воздушная культура»,характеризующаяся тем, что корни растений постоянно находятся во влажном воздухе и их часто опрыскивают питательным раствором.
Агрегатопоника.При выращивании растений на твердых искусственных субстратах корневая система размещена в гравии, щебне, песке или других заменителях почвы и поглощает питательные элементы из раствора, который подается в субстрат методом орошения или подтопления.
Метод орошения состоит в том, что питательный раствор подается на поверхность субстрата струей или каплями, а излишек его отводится через дренажные трубы, уложенные на дне стеллажей или поддонов.
Метод капельного орошенияприменяют при выращивании овощных культур на инертных материалах — гродане и минеральной вате. Гродан — маты из минеральной ваты, сохраняющие форму при намачивании питательным раствором. Маты укладывают на обычную полиэтиленовую пленку на ровной поверхности грунта в теплицах. Рассаду выращивают в кубиках из гродана и высаживают на маты из этого же субстрата. Под каждое растение подводят капельницу, через которую периодически подают питательный раствор. В этой установке компьютер регулирует концентрацию, кислотность, продолжительность подачи и количество раствора, необходимое для растений с учетом солнечной радиации.
|
|
|
Выращивание растений на гродане широко применяют в гидропонных сооружениях Нидерландов, Дании, Великобритании, Германии, Франции, Швеции и других стран. Эта система имеет несомненные преимущества перед другими методами увлажнения, так как может обеспечить точное и равномерное распределение малого количества раствора на площади без увлажнения вегетативной массы растений и воздуха теплиц.
Если питательный раствор подают способом подтопления (так называемый субирригационный способ), растения высаживают в водонепроницаемые стеллажи или в поддоны, накопленные хорошо водопроницаемыми субстратами, в которые питательный раствор подается снизу. После прекращения подачи раствор самотеком удаляется из стеллажей или поддонов. Многие тепличные гидропонные комбинаты нашей страны работают по этому принципу.
|
|
|
Хемопоника.Метод близок к культуре растений на почвосмесях. В качестве субстрата используют верховой торф со степенью разложения 30%, сфагновый мох, древесную кору, опилки, рисовую шелуху, отходы хлопчатника, торфоплиты. Продолжительность использования материалов в качестве субстрата 1—2 года. Некоторые из органических материалов требуют предварительной подготовки — измельчения (кора, стружка) и корректировки реакции среды. Минеральное питание осуществляют поверхностным поливом питательного раствора. Хемопоника не требует специального оборудования и ее можно применять во всех видах защищенного грунта.
Ионитопоника —новый метод выращивания растений, близкий к агрегатопонике. Субстрат состоит из смеси двух типов синтетических ионообменных смол: катионита КУ-2 и анионита ЭДЭ-10П. Катионит КУ-2 — нерастворимый в воде полимер с сильнокислой реакцией, светло-желтого цвета, сыпучий, с размером гранул 0,3—0,5 мм, обменивающий свои гидроксилы на ионы минеральных солей (К, Са, Mg). Анионит ЭДЭ-10П обменивает свои ионы на S02, N03, Н2Р04 и др. Это желтый сыпучий полимер с размером гранул 0,3—1,5 мм. Оба ионита прочные, химически стойкие, не разлагаются при воздействии кислорода, света и обычной температуры. В отличие от агрегатопоникипитательные элементы здесь находятся в составе субстрата, а полив проводится только чистой водой. Это, по существу, искусственный заменитель почвы.
|
|
|
Водная культура.Метод не нашел широкого практического применения из-за трудностей аэрации питательного раствора и некоторых других причин.
Аэропоника.Этот метод выращивания растений более удачная модификация беспочвенной культуры, нежели метод водной культуры. Сущность его заключается в том, что корневая система растений развивается в условиях воздушной среды в полом пространстве, где она через каждые 12—15 мин на протяжении 5—7 с опрыскивается питательным раствором из форсунок.
Корни растений при этом обеспечиваются кислородом воздуха наиболее полно, но для предотвращения подсыхания их необходимо вовремя смачивать питательным раствором.
Аэропоника имеет бесспорные преимущества и перед гравийной культурой, поскольку при ее применении отпадает необходимость в завозе, подготовке и стерилизации субстратов, а также отсутствует опасность заражения растений галловой нематодой.
Однако этот метод выращивания растений мало изучен и недостаточно разработан. При усовершенствовании он, как наиболее экономичный, может найти широкое применение в тепличных хозяйствах нашей страны.
УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.
Автоклав — аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта.
Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости.
Сухожаровой шкаф– стерилизация горячим воздухом нагретым до t 180 – 200 C., в течении 60 минут. Учитывать, что отсчёт времени производится не с момента включения прибора, а с момента нагрева воздуха внутри камеры до t 180 C.
Приборы оснащены:термостатом, таймером, индикатором температуры.
Время стерилизации может быть установлено от 60 до 120 минут.
Амплификатор — прибор, обеспечивающий периодическое охлаждение и нагревание пробирок, обычно с точностью не менее 0,1 °C и необходимый для проведения полимеразной цепной реакции. Современные амплификаторыпозволяют задавать нужное количество циклов и выбирать оптимальные временные и температурные параметры для каждой процедуры цикла. Амплификатор используется в молекулярной биологии для амплификации ДНК методом полимеразной цепной реакции.
Шкаф вытяжной лабораторныйпредставляет собой конструкцию, в основе которой находится металлический каркас, покрытый порошковой краской. В то время как внутренняя рабочая поверхность, которой обладает каждый шкаф вытяжной лабораторный, не содержит деталей из металла: стеклопластиковая конструкция характеризуется высокой устойчивостью к воздействию щелочей, кислот, растворителей и высоких температур. Верхняя половинная вытяжного шкафа имеет защитный подъемный экран, соединенный с противовесами и имеющий возможность фиксироваться на разной высоте. Помимо стандартной комплектации шкаф вытяжной лабораторный может иметь вентилятор и источник света с лампой.
Основная цель использования шкафа вытяжного лабораторного заключается в проведении работ с вредными химическими веществами в лабораториях различных типов.
Ламинарный бокс– это надежная, эффективная, многоуровневая защита от инфекций. Они создавались с одной важной целью: защитить работников лаборатории от инфекций, обезопасить окружающую среду, а так же оградить материалы и инструменты, используемые в процессе работы от попадания различных микроэлементов, в составе которых содержаться компоненты инфекции. Как известно, зараженные частицы невозможно заметить нормальным человеческим зрением, но они могут представлять собой очень серьезную опасность для здоровья и жизни.
Ламинарные шкафы подразделяются на несколько классов защиты, от этого зависит дизайн и внутренняя комплектация
Ламинарные боксы первого класса: выполняют полноценно свою функцию в тех случаях, когда не требуется защита продукта. Они предназначены для работы с опасными материалами, оснащены передним поднимающимся стеклом, воздух поступает в одном направлении со скоростью от 0.7 до 1 метра в секунду. Это защищает персонал и среду, но не защищает продукт. Утечка загрязнений во внешнюю среду предотвращается за счет отрицательного давления в воздуховодах и камере. Можно подключить к шкафу дополнительное оборудование и коммуникации. Так же бокс укомплектован специальной звуковой сигнализацией, которая срабатывает в случае отклонения воздушного потока от необходимого интервала движения.
Ламинарные боксы второго классазащиты обеспечивают надежную охрану персонала, продукта, а так же окружающей среды, оснащены вертикальным воздушным потоком с 70 процентной циркуляцией воздуха, остальные проценты выводятся в окружающее пространство.
Третий класс– полностью изолированный бокс. Сотрудник работает через специальные порты со встроенными перчатками. Воздух из рабочей зоны выходит через двойной фильтр, который работает по системе негативного давления. Данный вид шкафа предназначен для работы с особо опасными видами инфекций.
Шкафы сушильные— это электрического лабораторное оборудование, предназначенное для сушки разнообразных материалов и изделий, проведения аналитических работ в воздушной среде с повышенной температурой.
Водяная баня— устройство для нагревания веществ, когда требуемая температура составляет до 100 °C при нормальном атмосферном давлении.
Водяная баня представляет собой нагреваемое тело (например, сосуд с веществом, такой как колба, пробирка, или иное тело), помещённое в более крупную ёмкость с водой. Вода нагревается, и от неё нагревается тело. Вода не может нагреться выше своей температуры кипения (при данном атмосферном давлении), тем самым достигается автоматическое ограничение максимальной температуры нагрева тела. В тех случаях, когда требуется меньшая температура, применяются электрические водяные бани (термостаты) с автоматическим регулированием нагрева.
Термостат — прибор для поддержания постоянной температуры. Поддержание температуры обеспечивается либо за счёт использования терморегуляторов, либо осуществлением фазового перехода . Для уменьшения потерь тепла или холода термостаты, как правило, теплоизолируют.
Классификация термостатов
по диапазону рабочих температур:
* Термостаты высоких температур (300—1200 °C);
* Термостаты средних температур (−60—500 °C);
* Термостаты низких температур (менее −60 °C (200 К)) — криостаты.
по рабочему телу (теплоносителю):
* Воздушные;
* Жидкостные;
* Твердотельные.
Муфельная печь— нагревательное устройство, предназначенное для нагрева разнообразных материалов до определенной температуры. Главной особенностью этой печи является наличие муфеля, защищающего обрабатываемый материал и являющегося главным рабочим пространством муфельной. Муфельные печи со сменными муфелями и стационарной нагревательной камерой работают по следующему принципу. В постоянно разогретую печь загружается муфель с садкой (порцией нагреваемого материала). После нагрева до заданной температуры и выдержки муфель извлекается из печи для охлаждения и на его место устанавливается другой.
Муфельные печи подразделяются по типу нагрева:
* Воздушные: нагрев в воздушной среде
* С защитной газовой атмосферой: нагрев в специальной газовой среде (водород, аргон, гелий, азот, восстановительные газы, азотирующие газы и др.)
* Вакуумные: нагрев в вакууме
По конструкции:
* Вертикальной загрузки (горшковые)
* Колпаковые (с отделением от пода)
* Горизонтальной загрузки (простые)
* Трубчатые (поверка термопар)
ФИТОТРОНЫ И ФИТОТРОНИКА.
Под фитотроном понимается замкнутый комплекс или система сооружений, состоящих из ряда помещений, в каждом из которых можно изменять все факторы климата: температуру, влажность и состав воздуха; облученность, спектральный состав излучения и суточную продолжительность облучения; скорость и направление движения воздуха и т. д.
Фитотрон должен быть тщательно герметизирован. Он изолируется от внешней среды как системой фильтров (механических и химических), так и более повышенным атмосферным давлением внутри здания. Специальные мероприятия осуществляются для защиты растений от болезней и вредителей.
С помощью фитотронов решаются основные проблемы фитотронологии, которая более известна под термином «фитотроника». К ним относятся:
1. Воспроизведение климатических условий, соответствующих любой местности и любому времени года с целью изучения растений, предназначенных для культуры в новых земледельческих районах.
2. Выяснение влияния отдельных климатических факторов – облученности, спектрального состава излучения, температуры воздуха и почвы, относительной влажности и скорости движения воздуха, содержания в нем газов (в первую очередь углекислого и кислорода) и их совокупности на рост, формирование и продуктивность растений.
3. Разработка методики ускорения селекционных исследований и получения ряда поколений в течение одного года в воспроизводимых условиях среды и быстрое выявление устойчивости растений к внешним неблагоприятным условиям.
4. Определение и воспроизведение физиологических, биофизических и биохимических процессов в динамике и онтогенезе.
5. Генетические исследования с целью изучения механизма наследственности.
6. Фитопатологические и энтомологические исследования и разработка мероприятий по борьбе с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.
Первым фитотроном исследовательского типа была Эрхартовская лаборатория, созданная более 20 лет назад известным физиологом растений Ф. В. Вентом при Калифорнийском технологическом институте (США). Эффективность этого сооружения при решении теоретических и агротехнических проблем способствовала быстрому росту числа фитотронов в разных странах мира (от Швеции до Австралии).
Весьма совершенный фитотрон построен недалеко от Парижа (Жив-сюр-Иветт). Он состоит из 12 камер с искусственным облучением (ЛЛ, ЛН и КС) и 8 теплиц. Строго продуманная система коридоров, небольших тамбуров и рабочего пространства над камерами позволяет выращивать растения и проводить исследования с наименьшим вмешательством людей. Предусмотрена стерилизация воздуха. Широко используются стекло, плексиглас, алюминий и другие современные материалы, Его климатические параметры весьма широки: температура от -20 до 50° С; относительная влажность от 0 до 95%; освещенность более 30 клк.
Основные источники излучения в камерах, где выращивают растения, – люминесцентные лампы типа «Делюкс» с рефлекторами из полированного алюминия. На каждой раме (1,5 м²) смонтировано 16 ламп мощностью по 120 Вт каждая и 16 ламп накаливания мощностью в 15 Вт. Таким образом, общая установочная мощность составляет 1730 Вт/м². Соотношение мощностей источников коротковолнового (ЛЛ) и длинноволнового (ЛН) излучения равно примерно 3:1. Освещенность растений составляет 30 клк на расстоянии 50 см и 15 клк на расстоянии 100 см от источника излучения. В отдельных теплицах имеются ксеноновые лампы с водяным охлаждением, которые на расстоянии 2,5 м дают дополнительную к естественной освещенность порядка 12 клк.
Тематика исследований очень разнообразна: фотопериодизм, ростовые вещества, минеральное питание, генетические и экологические исследования и др.
Подобно французскому фитотрону, комбинированные облучатели (ЛЛ + ЛН = 3:1) используются в фитотроне Дюкского университета (США), Канберрского университета (Австралия), сельскохозяйственной опытной станции Министерства сельского и лесного хозяйства Японии на о. Хоккайдо и др.
В голландских фитотронах (Институт полевых и луговых культур, Центр физиологических исследований, Институт техники в садоводстве и др.) чаще применяют лампы типа ДРЛФ (ХЛРГ-400) – совместно с небольшими лампами накаливания. Во избежание перегрева растений источники излучения отделены от рабочего объема камер стеклянными потолками.
Оригинальный фитотрон построен в Калифорнийском университете (США). Он поставлен на специальную платформу, которая с помощью мощного электрического привода вращается на вертикальной оси, следуя за движением солнца. Отсюда его название – «поворотный фитотрон», или solatron. Управляет его движением фотоэлемент, находящийся на внешней стене. Лучи солнца, попадая на фотоэлемент, включают механизм поворота. С наступлением темноты с помощью другого фотоэлемента solatron возвращается в исходное положение. Таким образом, передняя стена фитотрона всегда обращена к солнцу. Поскольку этот университет находится южнее 40° с. ш., а годовая освещенность внутри фитотрона достигает 98% освещенности на открытом месте, в этом фитотроне выращивают растения практически без искусственных источников излучения.
Помимо описанных фитотронов, в последние годы появились сооружения близкого к ним типа, например, климатрон, созданный под руководством Ф. Вента в Сан-Луисе (США). Он представляет собой монументальное куполообразное сооружение высотой около 30 м и диаметром свыше 50 м, сделанное из стали и плексигласа. На отдельных участках и ярусах климатрона, не имеющего внутренних перегородок, созданы различные климаты земного шара, где растут соответствующие растения. Температуру и влажность воздуха регулируют с помощью скрытых труб, подающих кондиционированный воздух.
Для изучения роста корней в ряде стран созданы так называемые ризотроны. В них имеются подземные тоннели со специальными окнами, позволяющими систематически наблюдать за корневой системой. В ризотроне регулируются температура, влажность воздуха, содержание газов. Предусмотрена смена почв в зависимости от эксперимента.
Сооружения с искусственным климатом (в том числе и с искусственным облучением) в настоящее время применяются и в других отраслях естествознания. В Японии существуют акватрон, зоотрон и гомотрон. В США проф. Сенн создал биотрон, в котором имитируются различные экологические комплексы с участием растений, животных и людей.
В связи со сложностью сооружения больших фитотронов в последнее время иногда пользуются так называемыми микрофитотронами. Микрофитотрон – это устройство, состоящее из небольшой (от одного до 5 м²) рабочей камеры для выращивания растений и машинной части, создающей нужный климат. Микрофитотроны занимают относительно небольшую площадь и объем и могут быть поставлены в любом помещении, имеющем воду, канализацию и электроэнергию. Их часто называют вегетационными шкафами или камерами.
В настоящее время в разных странах (Канада, ГДР, ФРГ, Франция, Япония и др.) выпускается большое количество разнообразных типов микрофитотронов, в которых программируются и поддерживаются все параметры внешней среды вплоть до газового состава воздуха и содержания химических элементов в корнеобитаемом слое.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 734; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!