Цикл статей Годфри Дола о полузакрытых теплицах. Повышенная концентрация СО2 в полузакрытых теплицах

Годфри Дол (перевод мой)

Повышенная концентрация СО2 в полузакрытых теплицах

СО2 играет значительную роль в выращивании растений в теплице. Углерод (С в СО2) является вторым по распространенности элементом, составляющим растение томата. (Растение на 80% состоит из воды, половину из оставшихся 20% составляет углерод.) Большую часть углерода растение поглощает в виде газообразного СО2 в процессе фотосинтеза. Подумать только, что ничтожная концентрация 400 ппм (0,04%) СО2 в атмосфере помогает произвести достаточно деревьев, травянистых растений, фруктов и овощей, чтобы накормить всех людей, животных и насекомых в мире. Следовательно, логично, что повышение концентрации СО2 приводит к повышению урожайности. 

Рис. 1. Влияние СО2 на урожайность. По вертикали - прирост урожайности в процентах, по горизонтали – концентрация СО2 в ппм (часть на миллион).

График на рис. 1 демонстрирует прирост урожайности в зависимости от концентрации СО2. Этот график был создан в восьмидесятые годы прошлого века, когда естественное содержание СО2 в воздухе было 360 ппм. Урожай, полученный при этой концентрации, отмечен, как 100 %. В настоящее время концентрация СО2 в воздухе возросла до 400 ппм, что привело к увеличению урожая томатов на 3% во всем мире! (МГ: интересно, откуда такие данные и как это вообще можно определить?). При концентрации СО2 2000 ппм урожайность возрастает на 40%, затем график выходит на плато (линия становится горизонтальной). Урожайность продолжает потихоньку увеличиваться, но это уже не оправдывает дополнительные затраты. Кроме того, возникают дополнительные риски, связанные с примесями в дымовых газах котельной СО, этилена, NOx и SО2. Прирост урожая возможен лишь в том случае, что все остальные важные для растения параметры также находятся на оптимальном уровне. Необходимо достаточное количество света, не слишком тепло и не слишком холодно, оптимальная влажность воздуха, чтобы устьица были открыты. Вегетативное растение преобразует СО2 в листья, в то время, как генеративное растение использует СО2 для увеличения плодов. Обратите внимание, график показывает, что низкая концентрация СО2 может значительно снизить урожай. Такая ситуация может возникнуть, когда на улице достаточно холодно и практически отсутствует воздухообмен, и СО2 дополнительно не подается. Растения очень быстро потребляют практически весь СО2 из воздуха.

Максимальная концентрация СО2, которую возможно поддерживать в теплице, в значительной степени зависит от скорости воздухообмена. Потребление СО2 растениями играет меньшую роль. Само собой разумеется, что при меньшем воздухообмене, уровень CO2 в теплице повысится. Сравнение скорости воздухообмена в трех типах теплиц приведено в таблице.

Если сначала мы рассмотрим обычную теплицу, воздухообмен можно рассчитать по положению (степени открытия) вентиляционных фрамуг и скорости ветра снаружи. (В данном примере направление ветра игнорируется, хотя в действительности тоже оказывает влияние на скорость воздухообмена.) Например, при скорости ветра 4 м/сек и фрамугах, открытых с наветренной стороны на 11% и с подветренной стороны на 100% весь объем воздуха в теплице обменивается 7 раз в час. Это соответствует скорости вентилятора 60% в полузакрытой теплице. (Смотрите примечание). В теплую погоду в обычной теплице вентиляционные отверстия должны открываться больше, а в полузакрытой теплице вентиляторы должны работать быстрее, увеличивая воздухообмен и снижая уровень CO2.

Рис. 2. Воздухообмен и СО2

В таблице во втором столбце справа показано расчетное увеличение уровня CO2, при подаче в теплицу 100 кг CO2 на га в час, что соответствует количеству обменов воздуха в час. Повышение воздухообмена приводит к снижению концентрации СО2. Правый крайний столбец показывает прирост урожайности в результате повышения концентрации СО2 при соответствуюшей скорости воздухообмена.

Если мы посмотрим на скорость воздухообмена в конце таблицы, то увидим, что повышение концентрации СО2 в обычной теплице не приводит к прибавке урожая, если фрамуги открыты на 100% с обеих – наветренной и подветренной – сторон. В полузакрытой теплице возможно обеспечить умеренную температуру даже при очень эксремальных условиях, поддерживая скорость работы вентиляторов на уровне 70% от максимальной. При такой скорости воздухообмен достаточно низкий, чтобы повысить концентрацию СО2 до 26 ппм, а урожай на 2,8%. Это только один сценарий при определенной скорости воздухообмена в определенный период суток при дозировании СО2 100 кг/га, но он показывает преимущества подкормки СО2 за счет более эффективного охлаждения полузакрытой теплицы.

Испарительное охлаждение также может быть идеально использовано, когда внешние условия являются более прохладными. Охлаждение наружного воздуха перед его поступлением в теплицу приведет к уменьшению воздухообмена и повышению уровня CO2.

Если мы повторим тот же эксперимент, но теперь при дозе 200 кг CO2 на гектар в час, выгода удваивается как в ппм, так и в процентном увеличении урожайности.

При низких скоростях воздухообмена в полузакрытой теплице также увеличивается поглощение CO2 растениями. Для поддержания воздуховодов в надутом состоянии в полузакрытых теплицах требуется минимальная скорость вентилятора 30%, но это не означает, что весь этот воздух теряется наружу. Благодаря рециркуляции воздуха, насыщенный СО2 воздух протекает вдоль листьев, стимулируя фотосинтез. Превосходное движение воздуха не только улучшает микроклимат вблизи поверхности листьев, но и позволяет большему количеству СО2 проникать в листья. «С точки зрения растения», оно ощущает одновременно как снижение относительной влажности воздуха, так и повышение концентрации СО2 на уровне листьев.

Сложно точно рассчитать, какую выгоду дает CO2 при сравнении полузакрытой теплицы с обычной теплицей. Помимо количества и цены CO2, прироста урожайности и цены на продукцию, большую роль играют также наружные климатические условия. В сухом прохладном климате уровень воздухообмена можно снизить легче, чем в теплом влажном климате, что приводит к повышению урожайности. В наихудшем сценарии, в жаркую погоду, полузакрытая теплица по-прежнему даст увеличение урожайности на 2,8% по сравнению с обычной теплицей (см. таблицу). Тем не менее, в более прохладных условиях разница в урожае может легко превысить 10%.

--------------------------------------------------------------------------------------------
Пожалуйста, проверьте мощность вентиляторов в вашей теплице, чтобы убедиться, что она соответствует приведенным в таблице данным. Различные производители полузакрытых теплиц используют различные вентиляторы с различными техническими характеристиками.

Источник: https://glasshouse-consultancy.com/