СО2: не только пузырьки шампанского, но и высокий урожай в теплице

Концентрация СО2 в воздухе является одним из факторов, которые влияют на урожайность не меньше, чем обеспеченность светом, теплом, влагой и минеральным питанием.

 

Воздух обычно не воспринимается как нечто ценное. Выражение «торговать воздухом» и «надуть», например, подчеркивают то, что реальная стоимость товара или услуги, «проданной» мошенниками, не превышает стоимости воздуха.

 

С начала прошлого века по книгам «кочует» история о предприимчивом ученом и таможенниках.  Лабораторную посуду из жаростойкого стекла в то время качественно делали только в Германии. Стоили колбы немало, а таможенный сбор существенно увеличивал их стоимость. А так как лаборатория нуждалась в нескольких сотнях колб и реторт, то ее бюджет мог существенно «похудеть» после закупки этого оборудования. Поэтому руководитель лаборатории отправился за посудой сам. Возвращаясь с несколькими ящиками, он оформил совой груз как «образцы воздуха из Германии». Колбы были закупорены, и на каждой была бирка типа «воздух Берлина» или «воздух Лейпцига». А так как воздух товаром не является и пошлиной не облагается, то эти «образцы» благополучно пересекли границу без каких-либо дополнительных затрат.

 

Воздух все-таки имеет цену, его реально покупают и продают. Например, в сжатом состоянии — в баллонах. Отдельные компоненты воздуха тоже продаются — сжатый или сжиженный кислород, азот. И углекислый газ — тоже. Желающие пострелять из пневматического пистолета платят за углекислоту, содержащуюся в маленьких баллончиках. Платят за СО2 и любители газированных напитков. А также те, кто приобретает/заправляет огнетушители.

 

Реальная значимость и реальная цена углекислого газа намного больше. Говорят, что для того, чтобы иметь правильное представление о чем-то большом, его необходимо рассматривать с большого расстояния. Иначе можно увидеть не целое, а только его части. Мы буквально живем в окружении атмосферного воздуха, содержащего углекислый газ. Поэтому представить масштабность и значимость СО2 нам тяжело. Но можно попытаться.

 

Суммарная масса всех растений Земли составляет примерно 2400 миллиардов тонн. И более половины этой массы приходится на органические соединения углерода —  целлюлозу, глюкозу, сахарозу. В течение последних 30 лет годовая чистая первичная продукция суши составляла 53,6 миллиардов тонн углерода. То есть ежегодно растения связывали в виде органического вещества такое огромное количество СО2.

 

Если чувствуете себя бесполезным и никому не нужным, вспомните, что, дыша, вы вырабатываете углекислый газ для растений.

 

В воздухе над каждым гектаром нашей планеты содержится примерно 2,5 тонны углерода в виде СО2, но некоторым растениям этого мало. Усвоение СО2 растениями пропорционально темпам их роста. При благоприятных условиях для фотосинтеза, достаточной обеспеченности влагой и минеральным питанием высокорослые с/х культуры поглощают очень много углекислого газа. Посевы сахарного тростника, например, поглощают до 8 тонн углерода/га. Растения закрытого грунта (теплицы, парники) также требуют СО2 намного больше, чем содержится в воздухе теплиц. Поэтому концентрация СО2 в воздухе является одним из факторов, которые влияют на урожайность не меньше, чем обеспеченность светом, теплом, влагой и минеральным питанием.

 

 «ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ» И ЭВОЛЮЦИЯ

 

Скандалит с женою пьяный сосед,
Вопит потревоженный автомобиль,
А через пять миллиардов лет
Здесь будет — межзвездная пыль.

И. Касаткина

 

 

Для цветковых растений настоящий «золотой век» был в эпоху динозавров — несколько миллионов лет тому назад.  На Земле было намного теплее, чем сейчас. И, что немаловажно, концентрация углекислого газа в воздухе атмосферы была как минимум в 4 раза выше, чем в начале 21 века. По мере того как в течение последних 100 миллионов лет уменьшалась концентрация СО2, уменьшалась и удельная скорость фотосинтеза.

 

Дальнейшая эволюция растений шла по пути максимального использования относительно небольшого количества СО2. При этом менялись как анатомические особенности строения листьев и стебля, так и биохимические процессы поглощения и использования СО2 растениями.

 

Совершенствование системы улавливания СО2 проявилось в увеличении числа устьиц на единицу площади листа. Однако большое количество открытых устьиц ведет одновременно к усилению транспирации, а усиление транспирации требует улучшения системы снабжения листьев водой. Поэтому в ходе эволюции развилась разветвленная, иерархически организованная система проводящих пучков (жилок). И, соответственно, возросло соотношение между использованием влаги и продуктивностью фотосинтеза.

 

С биохимическими усовершенствованиями растения справились намного хуже, чем с анатомическими. Фермент, катализирующий реакцию присоединения углекислоты, называется рибулозобисфосфаткарбоксилаза, а сокращенно — Рубиско. Он появился примерно 3,5 миллиарда лет тому назад, и с тех пор его «конструкция» не менялась. Но за это время кое-что успело измениться, в том числе возросла концентрация О2 и уменьшилась концентрация СО2 в воздухе.

 

Фермент, связывающий CO2, выполняет две функции.  Он участвует в процессе карбоксилирования (присоединения углекислоты) и оксигенирования (присоединения молекулы кислорода). Между кислородом и углекислотой возникает конкуренция за активный центр фермента, и происходят два процесса — фотосинтез (при поглощении СО2) и фотодыхание (при поглощении О2).

 

Рубиско связывает углекислоту значительно лучше, чем кислород. При достаточно высоком содержании СО2 затраты на фотодыхание не превышают 25-30% от фотосинтетического газообмена листа.  Но повышение концентрации кислорода, уменьшение содержания углекислого газа в воздухе и увеличение температуры выше экологического оптимума активируют процесс фотодыхания. Это происходит в условиях засухи, когда из-за дефицита влаги закрываются устьица, и растение не получает достаточного количества СО2. Либо тогда, когда растение в условиях достаточного увлажнения и интенсивного освещения «съело» углекислый газ из приземного слоя воздуха. Например, в теплицах в солнечную погоду.

 

В экстремальной ситуации (полное отсутствие углекислоты при естественной концентрации кислорода) фотодыхание превышает фотосинтез, и растение не поглощает, а выделяет углекислоту.  Фотосинтетический аппарат работает «вхолостую», последствия интенсивного фотодыхания напоминают «работу» Пенелопы. Жена «загулявшего» на двадцать лет Одиссея «тянула время» перед настойчивыми претендентами — «женихами», распуская ночью на нитки то, что ткала днем. В процессе фотодыхания растения не только выделяют СО2, но также «сжигают» сахара и АТФ. То есть растения расходует то, что успели накопить и расщепляют то, что синтезировали.

 

С-3 И С-4 ФОТОСИНТЕЗ

 

 Да, да, да, все сказано,

  Да, да, давным-давно,

  Да, да, да, все связано

  Самым древним и хитрым узлом.

«Ария»

 

У большинства растений поглощенный углекислый газ фиксируется (на первом этапе) в виде 3-фосфоглицериновой кислоты. Это так называемый С-3 тип фотосинтеза. Но существует и другой способ фиксации СО2, позволяющий создать своеобразное «депо» углекислоты в листьях.

 

Относительно небольшая группа растений родом из жарких мест использует другой акцептор «поглотитель» углекислоты —  фосфоенолпируват (ФЕП). Первичным продуктом усвоения углекислоты у них являются четырехуглеродные соединения. Такие, например, как щавелевоуксусная и яблочная кислота, аспарагиновая аминокислота. Соответственно, такой тип фотосинтеза называется С4. А механизм концентрирования углекислого газа в клетках обкладок проводящих пучков — циклом Хетча-Слэка.

У растений с С4 типом фотосинтеза разделены в пространстве процесс связывания углерода СО2 и его восстановления до сахаров. В клетках мезофилла происходит поглощение СО2, а в клетках обкладки — его восстановление до сахаров, которые переходят в проводящие сосуды для экспорта к потребляющим их органам. Растения С4 типа могут успешно поглощать углекислый газ даже при очень низкой концентрации и у них не «включается» фотодыхание даже в очень жаркую погоду. Таким образом, С4-фотосинтез — это успешная адаптация растений к недостатку СО2 при высоких дневных температурах. Типичные представители культурных растений этой группы теплолюбивы и светолюбивы: кукуруза, сахарный тростник, сорго, просо.

Кроме С3- и С4-растений, существует ещё одна группа растительных организмов с совершенно особым, третьим, типом фотосинтеза. Это так называемые САМ-растения. Впервые данный тип фотосинтеза был описан у представителей семейства толстянковые — Crassulaceae (отсюда и первая буква сокращенного названия). САМ-фотосинтез используют кактусы, алоэ, молодило, очитки и многие другие обитатели засушливых пустынь и полупустынь.

 

Чем отличаются С4- и САМ-фотосинтез? У кукурузы и подобных ей С4 растений устьица открыты днём, а реакции цикла Хетча-Слэка разделены в пространстве. У САМ-растений те же процессы разделены во времени, но протекают в одних и тех же тканях. Фиксация СО2 у них происходит через открытые устьица ночью, когда не так жарко. Накопленный СО2 они фиксируют в виде яблочной кислоты, которую накапливают просто в вакуолях. Днем они закрывают свои устьица, расщепляют это кислоту, получают СО2 и используют его для производства сахаров в процессе фотосинтеза. Такой вариант фотосинтеза способствует экономному использованию влаги из-за отсутствия транспирации в дневное время. Но часть крахмала, образованного в дневное время, ночью тратится на образование фосфоенолпировиноградной кислоты, служащей акцептором углекислоты. Это снижает темпы накопления ассимилятов суккулентами.

 

Представители С4 (кукуруза, сорго, просо) являются «привилегированным меньшинством», которое предпочитает жаркое южное солнце. Поэтому аграрии Восточной Европы имеют дело преимущественно с С3 растениями. И сталкиваются с очевидной проблемой — несоответствием содержания СО2 в воздухе потребностям растений в углекислом газе. Что произойдет, если поднять концентрацию СО2 в два или три раза?

 

СО2 И УРОЖАЙНОСТЬ

 

Я тут и там, я там и тут,

Я нужен ежечасно!

Я там и тут, куда пошлют,

А посылают часто.

 М/ф «Приключения капитана Врунгеля».

 

 

Объективно выяснить, насколько повышается урожайность с/х культур на поле, в саду или огороде при повышении концентрации СО2, достаточно тяжело.

 

Некоторые исследователи используют метода FACE (free-air concentration enrichment), то есть «увеличение концентрации на открытом воздухе». Суть метода в том, что на поле из труб монтируется восьмигранник диаметром 20 м. С наветренной стороны из отверстий в этой трубчатой конструкции выпускается углекислый газ. Заданные параметры концентрации регулируются автоматически с точностью до 10% на протяжении вегетации.

 

Результаты экспериментов по методу FACE показали, что повышение содержания CO2 с 380 до 550 ppm увеличило урожай риса на 12%, пшеницы на 13% и сои на 14%. Что касается С4 растений (кукурузы и сорго), то они отреагировали несущественным увеличением урожайности. Для тех же культур в изолированных объемах отмечалось повышение урожая на 19-32%, причем для С4 растений эффект был значительным.

 

 

Таблица 1. Увеличение сухой биомассы риса при повышении концентрации СО2 в воздухе на 300 и 600 ppm.

 

Исследователь  (источник информации) Условия эксперимента +300 ppm +600 ppm
Baker et al. (1990) Ростовые камеры 78% 53%
Baker et al. (1990) Ростовые камеры 34% 83%
Baker et al. (1992) Ростовые камеры 18% 26%
Khan and Madsen (1986) контейнеры емкостью 6 л 16% 29%

 

Повышение содержания СО2 на 300 ррm увеличивало сухую массу растений сои в среднем на 50%, а на 600 ррm — на 93%. Исследователи провели 103 опыта, в которых концентрация СО2 искусственно повышалась на 300 ррm. Результаты, полученные в опытах, отличались между собой в несколько раз. Отмечалось как незначительное (в пределах 8-11%) так и весьма существенное (в пределах 85-92%) повышение биомассы растений. Такая неоднозначность результатов может быть следствием различного совокупного действия повышенной концентрации СО2 в различных условиях освещения, минерального питания и температуры.

 

Подсолнечник, «стратегическая» с/х культура Украины, также достаточно отзывчив на улучшение воздушного питания. Неттофотосинтез подсолнечника составляет 40-50 мг СO2/дм²/час, т. е. вдвое выше, чем неттофотосинтез пшеницы (20-25 мг СO2/дм²/час). Фотосинтез начинается при температурах несколько ниже 20°С, заканчивается при температуре немного выше 30°С, оптимум приходится на 27°С.

 

 

В опытах Sims и др. (1999) повышение концентрации СО2 в 2 раза по сравнению с обычным содержанием углекислого газа повысило темпы чистого фотосинтеза в листьях верхнего яруса примерно на 50%.

 

Pal с соавторами (2014) выращивали растения двух гибридов подсолнечника в естественных полевых условиях в камерах с открытым верхом. В этих камерах поддерживалась естественная (370 ррm) и повышенная (550 ppm) концентрация СО2. Технология выращивания и полива соответствовали общепринятым рекомендациям. Масса растений (сухое вещество), выращенных при повышенной концентрации СО2, была на 61-68% выше, чем в контроле. Урожай семян увеличился на 35-46%, при этом увеличилось содержание масла в семенах.

 

Урожайность клубней картофеля при повышении концентрации СО2 до 600 ррm, по данным А. Хаверкорта, эксперта Международного центра исследования растений (Plant Research International) из университета Вагенингена, возрастает примерно на 30%.

 

«Новый русский» на станции техобслуживания:
— Что-то у меня «Мерседес» не едет.
— А вы давно воздух в шинах меняли?
— А что, это надо делать?
— А как же, у нас вот завезли фирменный, немецкий, в баллонах.

 

Таким образом, повышение содержания СО2 способствует росту урожайности полевых и овощных культур открытого грунта как минимум на 8-10%. Вполне вероятно, что улучшение воздушного питания может поднять урожайность многих с/х культур на 25-30% при неизменном уровне затрат на минеральное питание, орошение и защиту. Но как обеспечить растения дополнительной порцией углекислого газа? Если речь идет о закрытом грунте, то достаточно просто — теплица или парник изолированы от окружающего пространства, и вполне возможно создать специфическую «атмосферу» в замкнутом пространстве, «добавив» СО2.

 

СО2 И УРОЖАЙНОСТЬ «ПОД КРЫШЕЙ».

Цветут цветы среди огней,

среди чужой большой любви,

цветы-глаза, цветы-слова,

с холодным запахом зимы.

«Танцы минус»

 

В воздухе теплицы площадью 1 га содержится около 20 кг СО2. При максимальном уровне ФАР в весенние и летние месяцы этого явно недостаточно. Растения огурца, например, «выкачивают» из воздуха за час 50 кг СО2 /га, то есть до 700 кг/га СО2 за световой день. С увеличением поверхности листьев и условий освещения растений дефицит CO2 резко возрастает. Концентрация углекислоты в воздухе теплиц заметно снижается (до 170-190 ррm) к полудню. В результате интенсивного поглощения растениями концентрация СО2 может даже опуститься ниже 100 ppm, и фотосинтез практически прекращается. При проветривании теплиц содержание углекислоты несколько повышается, однако остаётся на более низком уровне, чем в наружном воздухе. Следовательно, в ясные дни при закрытых и даже открытых форточках недостаток углекислоты выступает в качестве фактора, лимитирующего фотосинтез.

 

Эксперименты с растениями в теплицах и замкнутых камерах показали, что при увеличении содержания в воздухе CO2 интенсивность фотосинтеза С3-растений (а соответственно, скорость прироста и урожай) возрастает на 50% при повышении концентрации углекислого газа в воздухе теплицы с 300 до 900 ppm. Для большинства растений в идеальных условиях точка насыщения достигается при уровне 1000-1300 ррm. Более низкий уровень (800-1000 ppm) рекомендуется для таких растений, как помидоры, огурцы, перец, салат латук. При концентрации около 800–1000 ppm интенсивность фотосинтеза стабилизируется и не превышает ранее достигнутого максимума.

 

По нормам технологического проектирования теплиц НТП 10-95 рекомендуемая концентрация СО2 в воздухе для томатов 1300-1500 ppm, для огурцов 1500-1800 ppm. Практики иногда повышают содержание СО2 при выращивании огурца в закрытом грунте до 3000-6000 ррm, а при выращивании томата, редиса, салата и других листовых овощных культур — от 3000 до 3600 ppm. Но к этим рекомендациям стоит относиться критично.
Концентрация углекислого газа более 700 ppm «работает» только при достаточно ярком продолжительном освещении. При несоответствии между уровнем освещения и концентрацией СО2 (недостаток света при избытке СО2) верхние листья продуцируют продукты фотосинтеза, а нижние их «съедают». В пасмурные дни содержание CO2 в теплице при закрытых форточках выше, чем в наружном воздухе. В утренние и вечерние часы концентрация СО2 составляет 350-400 ррm, а к полудню снижается до 300 ppm.  Поэтому в пасмурную погоду или при минимальном «досвечивании» в зимний период оптимальный уровень СО2 в теплицах находится в пределах 500-600 ppm.

 

Умеренное повышение концентрации СО2 частично компенсирует недостаток освещённости (особенно в зимний период) и способствует более эффективному использованию растениями света ранним утром. Недостаток солнечного света зимой, который приводит к потере первых соцветий у томата, возможно успешно компенсировать увеличением концентрации СО2 до 1000 ppm. Но избыток СО2 в подобных обстоятельствах бесполезен, или даже вреден.

 

1 грамм поглощённого СО2 производит 0,5 грамма сухого вещества, 70% этого сухого вещества может идти на формирование плодов. Для овощных культур 1 грамм поглощённого CO2 превращается в 11 грамм плодов огурца, 6 грамм плодов томата, 5 грамм плодов баклажана, 4 грамма плодов перца. Поэтому каждая дополнительная тонна СО2 в воздухе теплицы окупается прибавкой в 4-5 тонн продукции.

 

Доктор, наша маленькая дочь стабильно теряет в весе. Мы и физические упражнения с ней делаем, и много на воздухе бываем.

  • А как она ест?
  • Ой, я ведь я чувствовала, что мы что-то забываем!

 

Овощи по-разному реагируют на улучшение снабжения СО2. Повышение концентрации углекислого газа приблизительно в 2 раза в зоне листьев повышает урожайность клубники на 62%, картофеля до 47%, винограда на 25-50%, пшеница на 19%, томатов и гороха на 10%. По другим данным, урожайность огурцов может повыситься на 74-103%, у бобов на 112%, у томатов до 124%. Значение имеет не только концентрация и экспозиция СО2, но и другие факторы: освещение, температура, обеспеченность влагой и минеральным питанием. Огурцы, например, требуют более высокой концентрации СО2, чем томаты и фасоль.

 

Повышение уровня СО2 в теплице выше атмосферного сокращает период роста на 5-10 %, улучшает качество урожая, увеличивает размер листьев и их толщину. У таких растений, как помидоры, огурцы, перец, повышение урожайности достигается за счет того, что у них образуется большее число плодов, которые растут быстрее. За счёт увеличения содержания углекислого газа в воздухе теплицы можно добиться снижения содержания нитратов в овощах, выращиваемых в зимнее время.

 

 

БАЛЛОНЫ И «СУХОЙ ЛЕД»

 

Не зная ни сна и ни отдыха,

При лунном и солнечном свете

Мы делаем деньги из воздуха,

Чтобы снова пустить их на ветер.

Леонид Хлыновский

 

Чистый углекислый газ в теплице можно подавать растениям тремя способами. Чаще всего для его распределения используют систему пластиковых рукавов малого диаметра. Иногда (гораздо реже) используют систему полива, по которой подают воду, насыщенную углекислым газом. А в некоторых случаях используют самый простой способ — испарение «сухого льда».

 

Технология подачи СО2 через пластиковые рукава предусматривает наличие газификатора с устройством подачи углекислого газа, централизованной системы разводки и специальных перфорированных полимерных рукавов. Процесс подкормки регулируется климат-компьютером, обрабатывающим данные с системы тепличных датчиков СО2 и датчиков расхода восстановленного углекислого газа.

 

Сжиженная углекислота в газификаторе (испарителе) превращается в подогретый углекислый газ, который поступает в магистральный трубопровод. Из магистрального трубопровода по распределительным газопроводам он поступает в теплицу. К растениям газ поступает через перфорированные полимерные рукава, которые отходят от распределительного газопровода. Рукав имеет боковой двойной шов, за который он может быть подвешен на любом уровне.

 

Подача СО2 по пластиковым рукавам позволяет точно и экономно подкармливать растения углекислым газом в течении светового дня. Нормы автоматически регулируются в соответствии с изменениями интенсивности освещения температуры и влажности воздуха) и суточной динамики фотосинтеза. Изменяя расположение перфорированных полимерных рукавов, можно целенаправленно подавать углекислый газ в прикорневую зону, в зону активных листьев, или к точкам роста.

 

Существует альтернативный вариант, в котором используется готовая система полива (подкормки) растений. Подкормка осуществляется за счёт углекислого газа, выделившегося из раствора. Насыщение воды СО2 (в концентрации 0,3 — 1,1 л/л) производится под давлением с помощью специальных аппаратов – сатураторов. Минимальный набор оборудования предполагает наличие сатураторов, датчиков СО2, датчиков давления и климат-компьютера. Такая технология мало распространена, но, по мнению специалистов, перспективна в плёночных теплицах, особенно при выращивании зеленных и выгоночных культур. Она может использоваться при гидропонной (малообъёмной) культуре, и даже в открытом грунте (на полях) грунтах при капельном орошении или поливе дождеванием.

 

Насыщение углекислым газом воды в системе капельного орошения позволяет корректировать поступление СО2, но не так оперативно, как в технологии подкормок через «газопроводы». Повышение концентрации СО2 воздуха в прикорневой зоне растений происходит плавно, потери при вентиляции ограничены. Дополнительным преимуществом «полива газировкой» является снижение pH питательного раствора (поливной воды) при насыщении её СО2. Это улучшает растворимость удобрений, повышает усвояемость кальция и магния растениями. Прекращается отложение известкового налёта в шлангах и капельницах, но усиливается рост водорослей.

 

Применение сжиженного углекислого газа является одним из простых, но дорогостоящих способов подкормки растений углекислотой.  На теплицу площадью 1 000 м2 требуется в среднем 60—80 кг СO2 в баллонах в сутки. В одном баллоне содержится 25 кг СO2. Поэтому при значительных нормах расхода углекислоты целесообразно использовать не баллоны, а изотермические цистерны для охлажденной углекислоты емкостью 20-40 т.

 

Подкормка твёрдой углекислотой (сухим льдом) имеет два преимущества. Первое преимущество — простота. Твёрдую углекислоту завозят в изотермических автофургонах кусками по 25—35 кг. Сухой лёд разбивают на куски массой около 1 кг и раскладывают равномерно по теплице в ящики, установленные на стеллажи или подвешенные на проволочные каркасы на высоте 1,7—2 м. Для насыщения воздуха углекислым газом на 1 м3 теплицы расходуют 15—20 г сухого льда. В гидропонных теплицах площадью 1000 м2 сухой лёд в количестве 40 кг создает концентрацию СO2 около 0,08 % в течение 1—2 ч, через 3—4 ч его концентрация уменьшается до 0,035—0,040 %. При удвоении нормы через два часа после начала подкормки содержание СO2 составляет 0,12—0,13 %, а через пять часов —  0,05—0,06 %. Время полного испарения сухого льда – порядка восьми часов.

 

Второе преимущество этого способа проявляется в жаркое время —  снижается температура воздуха в теплицах.

 

Но использование привозного углекислого газа в баллонах, или в виде «сухого льда» имеет существенный недостаток — высокую стоимость. Можно ли «наладить производство» СО2 на месте?

 

СО2 КАК ПРОДУКТ ГОРЕНИЯ, ГНИЕНИЯ И БРОЖЕНИЯ.

Слушая наше дыхание
Я слушаю наше дыхание
Я раньше и не думал, что у нас
На двоих с тобой одно лишь дыхание.

«Наутилус Помпилиус»

 

 

Одним из способов «дешево и сердито» обеспечить теплицу углекислым газом является использование продуктов сжигания природного газа, керосина, других видов топлива.

 

Использование продуктов беспламенного горения газообразного топлива с целью повышении концентрации СО2 в воздухе теплиц было предложено еще в 1936 г. В 1937—1940 гг. Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского и Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева Академии наук СССР провели серию успешных опытов с овощными, декоративными и лекарственными культурами в теплицах. Результаты были впечатляющими, но такой способ получения углекислоты имеет существенные недостатки.

 

Из 1 м3 метана образуется около 1,9 кг СO2. Но при этом существует вероятность попадания в воздух теплицы сопутствующих продуктов сгорания – в первую очередь оксидов азота (NO, NO2, N2O) и диоксида серы (SO2), вредных для растений и человека. Качество очистки от оксидов азота с помощью палладиевого катализатора составляет не более 40-75%. Молодые растения особенно чувствительны к содержанию в воздухе диоксида серы. Этилен (C2H4) неопасен для человека, но значительно ускоряет старение растений. Овощные растения (огурцы, томаты), чувствительны к присутствию этих газов.

 

Существует угроза для здоровья и даже жизни персонала.  Содержащийся в «выхлопе» газогенератора оксид углерода (CO), как правило, не наносит непосредственного вреда растениям, но очень опасен для человека.  Уменьшение концентрации («выжигание») кислорода из воздуха теплицы также создаёт проблемы для находящихся в теплице людей.

 

Утром из дымного ресторана выползает клиент:

  • Брр! Швейцар! Что это за неприятный запах?
  • Это свежий воздух, сэр!

 

Аналогичные проблемы возникают и при другом варианте этого метода получения СО2, когда углекислота улавливается из газов, отводящихся из котельной.

 

Безопасной и доступной альтернативой могут быть биологические источники СО2. Углекислый газ выделяется в процессе брожения, а также при микробиологическом разложении растительных остатков. Наглядный пример эффективности подобного метода продемонстрировали практики — огородники еще в конце 19 века.

 

В Тимирязевской сельскохозяйственной академии на рубеже ХIХ и ХХ веков два года безуспешно пытались вырастить зимой огурцы. Не помогали никакие научно обоснованные приемы — ни регуляция температуры, ни дополнительное освещение. Тогда пригласили одного клинского огородника, специализировавшегося на выращивании парниковых огурцов. Ему предложили вырастить в теплицах академии огурцы «в свою пользу», но при условии, что он разрешит перенять его технологию. В теплице получили отличный урожай огурцов. По этому поводу профессор А.Г.Дояренко писал: «Клинские огородники вековым опытом…выработали приемы управления самыми тонкими жизненными процессами растений…». Секрет был прост — клинские огородники ставили в своих теплицах бочки с навозом, разбавленным водой. При брожении этой жижи выделяется углекислый газ, который и совершал «чудо».

 

Поэтому простейшим способом повышения концентрации СО2 в воздухе теплиц является установка в нескольких местах теплицы емкостей с разведенным в 2—3 раза водой навозом животных (с коровьим или конским), который при брожении выделяет СО2.  Применяют также мульчирование навозом (слой 3—5 см, смена каждые 1,5 месяца), укладку навоза под стеллажи.

 

Культивационные сооружения, обогреваемые биотопливом, содержат в воздухе большое количество СО2, поэтому в них подкормка углекислотой нецелесообразна. Почва с высоким содержанием органического вещества выделяет до 250 кг СО2 в сутки с 1 га (при достаточной рыхлости в первый период использования). Анализ воздуха теплиц, проведенный в совхозе «Марфино» в мае — июне, показал, что, если в почву теплицы внести 300 т навоза на 1 га, содержание углекислого газа в воздухе будет поддерживаться на уровне 0,1 % до начала июня месяца (А.Л. Чижевский, 1966)
Еще один способ использовать «биологический» углекислый газ — осуществить «накачку» воздуха в теплицу из животноводческих помещений или бродильного (пивоваренного, винодельческого) предприятия. Соединить помещения встык, проделать в разделительной стенке два отверстия, одно вверху, другое внизу и снабдить их маломощными вентиляторами несложно. Недостаток этого способа в том, что соотношение потребностей растений в СО2 и «производительность» смежного коровника или пивоварни требуется регулировать опытным путем, то есть методом проб и ошибок. Да и создание такого комплекса целесообразно либо для небольшого фермерского хозяйства, или как подсобное производство при животноводческих комплексах или винзаводах/пивоварнях.

 

 «А У НАС В ТЕПЛИЦЕ ГАЗ…УГЛЕКИСЛЫЙ… А У ВАС?»

 

Деньги на ветер
Среди святых и виноватых
Деньги на ветер
Есть берег истины иной…
«Би-2»

 

Повышение концентрации СО2 в воздухе теплиц и парников позволяет намного эффективнее использовать свет, тепло, воду и минеральные удобрения. Некоторые культуры (клубника, например), «с энтузиазмом» отзываются на дополнительную подкормку СО2, их урожайность возрастает на 30-40%. Огурцы и томаты также «не проявляют неблагодарности», поэтому вполне реально повысить их урожайность как минимум на 15-20%. Но технология подкормок углекислым газом в Украине существенно отличается от технологий, используемых голландскими или британскими овощеводами.

 

Для небольших хозяйств существуют два эффективных и малозатратных способа подкормки углекислотой. Первый — это «закачка» СО2 в раствор для фертигации, то есть использование системы капельного орошения для распределения «газированной воды». Такая технология достаточно проста, более того, ее вполне возможно использовать даже в овощеводстве открытого грунта. Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому в приземном слое можно достичь его высокой концентрации, причем в периоды максимальной потребности в нем растений.

 

Второй метод также является универсальным как для закрытого, так и для открытого грунта. Заделка в почву большого количества органики, использование «теплых грядок» с компостом и органической мульчи  способствуют выделению в воздух значительного количества СО2. При этом можно попутно «убить двух зайцев» — «заряженная» компостом теплица или парник сама себя греет, а образовавшийся перегной служит отличным органическим удобрением.

 

Для полевых культур лучшим «рецептом» дополнительного снабжения растений углекислым газом будет правильное использование растительных остатков и органических удобрений. Органика не только «возвращает» в почву макро и микроэлементы, но обеспечивает растения тем, чем не могут обеспечить минеральные удобрения — щедрой порцией углекислого газа.

Александр Гончаров специально для ИА «Инфоиндустрия»