Газообмен в теплицах

Основными элементами газообмена в теплицах являются кислород и углекислый газ (CO₂), которые поглощаются растениями из воздуха.

В результате фотосинтеза образуется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Практически так образуется весь содержащийся в атмосфере кислород. При дыхании растения расходуют органическое вещество и кислород, а выделяют CO₂. Благодаря этим процессам содержание CO₂ в атмосфере остается достаточно стабильным.

Между всеми факторами существования растений (свет, тепло, влага и CO₂) существует тесная взаимосвязь, которая приобретает особое значение в условиях закрытого грунта, где эти факторы, за исключением света, создаются искусственно.

Содержание CO₂ в воздухе колеблется от 0,02 до 0,3%, что при нормальном давлении и температуре 0° составляет 0,589 мг CO₂ в 1 л воздуха. При среднем урожае некоторые растения ассимилируют в сутки до 300—400 кг CO₂, а за весь период вегетации — не менее 60 т. Это один из источников получения CO₂ в теплицах. Огурцы же с площади 1 га ежесуточно поглощают из воздуха до 700 кг CO₂.

Для различных растений оптимальные концентрации CO₂ разные: у томатов фотосинтез лучше протекает при концентрации CO₂ 0,1—0,2%, у огурцов — 0,3—0,6, тыквы, бобов — 0,3%.

Интенсивность поглощения CO₂ растением тесно связана с интенсивностью освещенности, обеспеченностью водой и питательными веществами. Чтобы продуктивно использовать интенсивное освещение, растения необходимо бесперебойно снабжать углекислотой.

Усвоение CO₂ тесно связано с подвижностью окружающего воздуха. Сооружения защищенного грунта герметически закрыты и воздухообмен с наружной средой ограничен. Из-за недостаточного притока воздуха растения особенно отзывчивы на искусственное повышение концентрации CO₂. Одним из источников снабжения растений углекислотой является (в определенной степени) CO₂, выделяющийся из почвы, который образуется за счет разложения органического вещества, дыхания корней и микроорганизмов. Растения используют углекислоту из почвы при помощи корневой системы в газообразном растворенном состоянии или в виде углекислой соли (во влажной почве часть CO₂ соединяется с водой, образуя углекислоту). Но из почвы растения поглощают только 25% от общего количества CO₂, которое усваивается листьями из воздуха.

Почвы с высоким содержанием органических веществ выделяют в атмосферу за час с площади 1 га до 20— 25 кг CO₂, а за сутки —380—580 кг. Но в виду небольшого слоя почвогрунта в теплицах (30—35 см), невозможно полностью компенсировать потребность растений в углекислоте за счет углекислоты, выделяющейся из почвы. Чтобы газообмен между атмосферой и почвой проходил активно, почвогрунт нужно содержать в рыхлом состоянии и не переувлажнять.

В условиях закрытого грунта уже вошло в практику повышать содержание углекислоты в воздухе до 1—2%, в зависимости от культуры, степени освещенности и других факторов. Однако наблюдаются большие расхождения рекомендуемых доз CO₂, способов его применения, а также источников его получения.

Исследования показали, что огурцы и томаты хорошо реагируют на подкормку CO₂: при его концентрации 0,3—0,4% они хорошо растут и развиваются, становятся более устойчивыми к болезням и вредителям, а продуктивность их почти удваивается. Доказана положительная реакция этих культур даже при концентрации CO₂ до 0,6%. Достаточной считается концентрация 0,2—0,3%.

Однако повышение концентрации углекислого газа неэффективно при слабой интенсивности света, так как углекислый газ не успевает перерабатываться в листьях в органические соединения и действует токсически. При недостатке света и пониженной температуре недостаток CO₂ в первую очередь действует на рост стеблей и листьев растений, а при хорошем освещении и благоприятной температуре — главным образом на рост плодов. В совхозе-комбинате «Московский» внедряется система подкормок CO₂, по которой содержание CO₂ на входе в теплицу 4—5,5%, а в зоне ассимилирующих растений — 0,15—0,2%. Газ от котельных, работающих на природном газе, подается двумя вентиляторами в обе стороны теплицы.

Полиэтиленовые раздаточные рукава, диаметром 50 мм, укладываются под растения в каждом ряду. Система может работать как в ручном, так и в автоматическом режимах. В случае появления угарного газа специальное устройство отключает систему. Влияние подкормок растений CO₂ отходящих газов котельных изучали в сравнении с подкормкой CO₂ газогенератором. Урожайность тепличных овощей в осенней культуре повышалась при подкормке CO₂ (отходящими газами котельной): огурцов — на 33,8, томатов — на 21,8%. Этот опыт очень ценен для тепличных комбинатов нашей республики, тем более, что оборудование для улавливания газов и распределения его по теплице несложное, его можно использовать в каждом хозяйстве.

Решающее влияние на углекислотный режим в пленочных теплицах, интенсивность фотосинтеза и продуктивность растений оказывает органическое вещество почвы. При внесении повышенных доз органических удобрений растет интенсивность фотосинтеза и в солнечные дни достигает 46—54 мг/дм² в сутки. Обогащение воздуха теплиц CO₂ происходит также при использовании перегноя или опилок. В результате в солнечные дни интенсивность фотосинтеза листьев повышается с 17 до 27—35 мг/дм² ∙ ч CO₂.

По данным Института физиологии и агрохимии АН УССР, повышение концентрации CO₂ в воздухе влияет не только на фотосинтез растений, но и оказывает воздействие на другие физиологические процессы. Содержание CO₂ в теплицах изменяется в течение суток. Днем, особенно в солнечную погоду, оно сильно снижается из-за участия в процессе фотосинтеза; к вечеру и ночью, когда фотосинтез прекращается, оно увеличивается за счет дыхания растений и выделения CO₂ почвой. В результате разложения органического вещества и деятельности микроорганизмов происходит минерализация перегноя и других органических удобрений. Выделение CO₂ почвой значительно возрастает при внесении в нее органических удобрений.

Так, при внесении 30 т/га навоза выделение CO₂ увеличивается на 0,2 г/м²; 90 т/га — на 0,4; 500 т/га — на 1,8 г/м². При использовании свежего навоза концентрация CO₂ в тенлице может превышать атмосферную более чем в 4 раза. Внесение в почву 300 т/га навоза способствует поддержанию CO₂ на уровне 0,1 %.

По данным Н. А. Смирнова, для большинства овощных культур наиболее благоприятное содержание углекислоты в воздухе 0,2—0,3%. Повышение содержания CO₂ до уровня 0,1—0,2% способствует увеличению урожайности тепличных овощей на 12—16% и ускорению созревания урожая на 7—12 дней (Пособие для овощеводов тепличных хозяйств, М., 1977).

Для культуры огурцов в солнечные дни концентрация CO₂ должна быть 0,1—0,2%; для томатов, редиса, салата — 0,2—0,25%, в пасмурную погоду — 0,05—0,1%.

Содержание углекислого газа в теплицах определяется газоанализаторами, а подача производится газогенераторами. Так, в теплицу площадью 1000 м², занятую огурцами, в день нужно подать около 25 кг CO₂, а в гидропонную теплицу с такой же площадью — 30 кг. Для того, чтобы повысить концентрацию CO₂ в воздухе теплицы до уровня 0,12—0,15%, требуется сжечь 15—20 м³ природного газа на 1 га/ч, а до уровня 0,3% — 50 м³/га в час. Подкормку углекислым газом проводят два раза в день в течение 2—4 ч утром и в послеполуденное время при закрытых форточках. Таким образом, содержание углекислоты в теплицах необходимо поддерживать не только на естественном уровне (0,03%), но и постоянно ее повышать.

Подкормку растений углекислым газом нужно проводить на протяжении всего периода вегетации растений, но с учетом содержания его в помещении, степени освещенности и фазы развития растений. Особенно нуждаются в подкормке CO₂ растения во время цветения и плодоношения, как в летние, так и в весенние, осенние и даже зимние месяцы. В зимние месяцы повышенное содержание CO₂ в воздухе теплицы действует как стимулятор, заставляющий растения более экономно использовать световую энергию.

Для обогащения теплиц углекислотой используются различные источники. У нас в Союзе и за рубежом для этой цели используют сжигание керосина в специальных горелках, газообразного топлива (метан и пропан), а также углекислый газ из баллонов, сухой лед (твердая углекислота), отходящие очищенные газы собственных котельных, работающих на газе. В крупных тепличных комбинатах природный газ сжигают в теплицах в специальных установках для обогащения CO₂ — УГ-6,0. При этом в газовой смеси не должно содержаться окиси углерода (СО), а окислы азота не должны превышать 2— 3 мг/м³. Для этого при сжигании газа увеличивают подачу воздуха на 15—20%. При использовании отходящих газов от собственных котельных используются высоконапорные вентиляторы, которые подают газ в пластиковый трубопровод, а из него через перфорированные трубы между рядами растений равномерно распределяется по всей площади теплицы. За уровнем содержания CO₂ в составе отходящих газов следит специальное фотометрическое реле. Жидкий углекислый газ из баллонов или сухой лед (твердую углекислоту) используют в более мелких тепличных хозяйствах в дозировке 8—10 кг/ч на 100 м². Содержание CO₂ и других примесей в отходящих газах контролируется газоанализаторами УГ-2 или ГХЛ-3М. На Украине в пленочных теплицах газ сжигают в теплогенераторах; на Киевской овощной фабрике углекислый газ из котельных подается по технологической схеме вентилятором.

Удобрение углекислотой с помощью сжиженного газа (CO₂) в баллонах — наиболее удобный способ, так как этот газ не содержит вредных для растений примесей и не оказывает воздействия на температурный режим (как, например, сухой лед) теплицы. В теплицы газ подается по резиновым шлангам или полиэтиленовым трубам. Но этот способ сравнительно дорогой. В таких хозяйствах, как совхозы «Марфино», «Белая дача», «Тепличный», используется сухой лед, который кусками весом до 1 кг раскладывают в специальные ящики, подвешенные по всей теплице на высоте 1,7—2 м.

Подкормку тепличных растений углекислотой, когда фрамуги закрыты и вентиляция отсутствует, нужно рассматривать как обязательный прием агротехники в тепличном овощеводстве.