Результат интеллектуальной деятельности: ТРАНШЕЙНЫЙ ЛИМОНАРИЙ

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при выращивании лимонов в условиях защищенного грунта.

Сущность проблемы состоит в том, что лимон - культура сухих субтропиков, для ее произрастания требуется температура не выше +50°C и не ниже +7°C при относительной влажности воздуха не менее 60%. В период формирования завязей и созревания плодов требуется поддержание температуры воздуха на уровне 20-25°C при влажности почвы на уровне 60% НВ. Другой особенностью культуры лимона является отсутствие на корнях корневых волосков, по которым из почвы в растения поступает вода и элементы минерального питания. Их функции выполняют почвенные грибы, живущие на корнях лимона, для жизнедеятельности которых требуется достаточная воздухопроницаемость почвы.

В условиях южных районов России и Средней Азии получило распространение выращивание низкорослого кустарникового сорта лимона, «Лимон Мейера» (гибрид лимона и апельсина), в траншейных лимонариях. В этих климатических зонах при кратковременном морозном периоде почва промерзает на незначительную глубину, благодаря чему зимой в траншее за счет теплоотдачи почвы поддерживается положительная температура, достаточная для предотвращения гибели кустов лимона, а на время морозов траншейные лимонарии утепляют соломенными матами.

Известна конструкция траншейного сооружения, включающая траншею с высаженными кустами лимона, снабженная системой теплопроводящих стержней, заглубляемых в грунт и обеспечивающих повышенную теплоотдачу грунта (Ав. св. СССР №1595396, МПК A01G 9/14, Бюл. №36, 1990 г.).

Недостатком этой конструкции является отсутствие возможности регулирования температуры и влажности воздуха в траншее в летний период во время цветения и образования плодов, когда температура воздуха за пределами траншеи превышает 30°C, а его относительная влажность менее 30%. Это приводит к снижению урожайности растений.

Известно культивационное сооружение, включающее траншею с грунтовыми стенками и защитным экраном из полимерной пленки, в котором улучшение температурно-влажностного режима обеспечивается за счет принудительной циркуляции воздуха между пленочным экраном и грунтовыми стенками (Авт. св. СССР №1074444, МПК A01G 9/14, опубл. 23.02.1984 г.).

Недостатком этой конструкции также является отсутствие возможности регулирования температуры и влажности воздуха в траншее во время цветения и образования плодов.

Известно культивационное сооружение траншейного типа, снабженное системой вентиляции и теплозащиты, системой капельного или бороздкового полива, а также системой дождевания. Для регулирования микроклимата в этом сооружении наружный воздух с помощью отопительно-вентиляционной установки пропускают через полые армирующие элементы, проложенные в грунтовых перегородках, и подают из траншеи в траншею (Авт. св. №1055419, МПК A01G 9/14, Бюл. №43, 1983 г.). Это техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком этого культивационного сооружения является недостаточная эффективность регулирования микроклимата в траншее летом, когда происходит формирование и созревание урожая лимонов. В этот период дневная температура воздуха превышает 30°C, а относительная влажность 20-30%. При пропускании через армирующие элементы такого воздуха почва, окружающая эти элементы, быстро иссушается и теплоотдача от воздуха к почве резко снижается. Поэтому температура воздуха, подаваемого в траншею, будет такой же, как снаружи траншей, более 30°C, при его низкой влажности. Такая вентиляция не обеспечивает понижения температуры воздуха в траншее и повышения его влажности. Для этого сооружения также характерно ухудшение водопроницаемости почвы в связи с уплотнением ее при поверхностных способах орошения и отсутствии возможности рыхления под ветвями лимонов, расположенными низко над поверхностью земли. Орошение дождеванием приводит к дополнительному уплотнению почвы. Кроме того, дождевые капли, стекая с листьев верхнего яруса вниз, осуществляют перенос спор грибковых заболеваний лимона (например, «Жирных пятен лимона Мейера») на плоды и листья, расположенные ниже. Эта система при необходимости не обеспечивает возможности внесения удобрений непосредственно к корням растений.

Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый траншейный лимонарий, включающий сооружение траншейного типа, оборудованное системами вентиляции, а также дождевания и увлажнения почвы, подключенными с помощью трубопровода к водоисточнику, в котором согласно предлагаемому изобретению дождеватели выполнены в виде дисковых распылителей жидкости, каждый из которых снабжен электроприводом с регулируемой скоростью вращения и накопителем жидкости с подводящей трубкой, снабженной поплавковым регулятором расхода, при этом накопитель жидкости соединен дополнительной трубкой, оборудованной запорным краном, с водоприемной камерой, к которой подключен микропористый внутрипочвенный увлажнитель, а система вентиляции представляет собой установленные вдоль стенок траншеи вентиляционные трубы с эжектором в верхней их части и воздухоприемным отверстием - в нижней. Кроме того, к водоподводящему трубопроводу через насос-дозатор может быть подключена емкость для концентрированного раствора удобрения или пестицида.

Новый технический результат от применения предлагаемого изобретения состоит в том, что предложенная конструкция траншейного лимонария обеспечивает поддержание в траншее оптимального для растений лимона микроклимата и водно-воздушного режима почвы, так как образование с помощью дисковых распылителей в воздухе в верхней части траншеи над растениями монодисперсного дождя с размером капель 50-60 мкм, испарение которых происходит до достижения ими поверхности листьев, способствует охлаждению и увлажнению поверхностного воздуха, который, опускаясь вниз, вытесняет через вентиляционные трубы воздух траншеи. Вода для увлажнения почвы поступает через внутрипочвенные микропористые увлажнители к корням растений, исключая возможность уплотнения почвы под растениями. При этом дождевание без стекания воды с листьев снижает опасность распространения грибковых заболеваний, а кратковременное уменьшение скорости вращения диска при одновременном отключении внутрипочвенного орошения позволяет при необходимости увеличить дисперсность капель до 100-150 мкм и производить внекорневую подкормку, а также обработку растений пестицидами путем осаждении капель на поверхность растений без образования стока.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен траншейный лимонарий (вид сверху), на фиг. 2 - траншейный лимонарий (вид в разрезе), на фиг. 3 - крупный план узла «А» фиг. 2, на фиг. 4 - крупный план узла «Б» фиг. 2.

Траншейный лимонарий состоит из траншеи 1 глубиной 2-2,5 м и шириной 5-5,5 м, над которой смонтированы балки перекрытия 2 для размещения в холодное время года утепляющих матов. На дне траншеи высажены растения лимона 3 кустарникового стелящегося сорта. Их габитус ограничивают путем обрезки 1,5-1,7 м. На балках перекрытия 2 на высоте 1,0-1,5 м закреплены дисковые распылители воды 4, к которым подведены электропровода 5 и водоводы 6 от трубопровода 7, подключенного к емкости 8 для воды и при необходимости через насос-дозатор 9 соединенного с емкостью 10 для жидких концентратов удобрений или пестицидов. Вдоль стенок траншеи установлены вентиляционные трубы 11.

Дисковый распылитель 4 состоит из электродвигателя 12 с регулируемой скоростью вращения, на оси которого смонтирован диск 13 с разбрызгивающей кромкой 14, лопастями вентилятора 15 и всасывающим конусом 16 с каналом 17. Ниже диска 13 закреплена накопительная емкость 18, к которой подключена трубка 19, выведенная в накопительную камеру 20, сообщающуюся с микропористыми увлажнителями 21, расположенными на глубине 10-15 см в зоне размещения корневой системы растений лимона. В накопительной камере 20 на конце трубки 19 установлен поплавковый клапан 22. На концевом участке водовода 6, распложенного в накопительной емкости 18, смонтирован поплавковый клапан 23. В вентиляционных трубах 11 у поверхности дна траншеи выполнены воздухозаборные отверстия 24, а на верхнем конце установлены эжекторы 25. На трубке 19 ниже накопительной емкости установлен запорный кран 26.

Работа предложенной конструкции траншейного лимонария осуществляется следующим образом:

При температуре воздуха 25°C и влажности почвы ниже 60% НВ емкость 8 заполняют водой, и она поступает по трубопроводу 7 и водоводам 6 с клапанами 23 к накопительным емкостям 18 и заполняет их. Из емкостей 18 по трубкам 19 вода поступает в накопительные камеры 20, а из них - в микропористые увлажнители 21. Микропористые увлажнители могут быть выполнены из известного керамического материала, используемого для изготовления дренажных керамических труб и керамических датчиков влажности. Особенностью этого материала является способность образовывать единую систему с капиллярными порами почвы. Благодаря этому вода из увлажнителей впитывается почвой и по капиллярным порам распространяется на расстояние величины капиллярного переноса (25-30 см). При этом влага заполняет только капиллярные поры, а некапиллярные крупные поры остаются заполненными воздухом, что обеспечивает поддержание в почве благоприятного водно-воздушного режима. По мере насыщения влагой увлажняемой площади происходит снижение интенсивности капиллярного переноса влаги, отток воды из накопительных камер 20 уменьшается, поэтому происходит заполнение их водой. При этом клапаны 22 перекрывают выход из трубок 19, соответственно происходит заполнение емкостей 18 до уровня, обеспечивающего закрытие клапанов 23 и прекращение подачи воды из емкости 8. По мере расходования запаса воды из внутрипочвенных увлажнителей 21 и накопительных камер 20 происходит приток ее из накопительных емкостей 18 и соответственно из емкости 8. Таким образом устанавливается режим увлажнения почвы за счет поступления воды по мере потребления ее корнями лимона.

Для поддержания температуры и влажности воздуха в траншее в оптимальных приделах при повышении температуры воздуха до 26-30°C по команде любой известной системы контроля температуры включают подачу электроэнергии от источника к электродвигателям 12 распылителей 4. Электродвигатели 12 приводят во вращение диски 13, в процессе их вращения вода из емкости 18 под действием центробежных сил поднимается по каналам 17 в конусах 16 на поверхность дисков 13 и с кромки 14 под действием потока воздуха, формируемого лопастями 15, распыляется над растением. Особенностью дисковых распылителей является способность при подаче небольшого расхода воды формировать дождь из капель размером 50-70 мкм благодаря большой скорости вращения диска (более 2000 об/мин) и восходящему потоку воздуха от лопастей вентиляторов 15. В метеорологии такой дождь называют моросящим - висящим в воздухе. Таким образом над растениями 3 в радиусе 0,5-0,7 м формируется облако капель размером 50-70 мкм. Для таких капель характерна очень низкая скорость оседания (порядка 0,1 м/с). При температуре воздуха 30°C и относительной влажности воздуха 30% большая часть этих капель испарится, не долетев до дна траншеи, а капли, осевшие на поверхность листьев, в связи с малым размером не стекают, а испаряются с поверхности листьев. Для предотвращения оседания капель на листья включение электродвигателя проводится короткими импульсами по 2-3 мин с 10-15 минутными перерывами.

Кубический метр воздуха траншеи при температуре воздуха 30°C и относительной влажности воздуха 30% содержит 7 г влаги. Для того чтобы повысить относительную влажность воздуха с 30 до 70% (17 г/м³), необходимо испарить 10 г воды в расчете на кубометр воздуха. При длине лимонария 100 м, ширине 5 м и установке распылителей на высоте 4 м от дна траншеи объем увлажняемого воздуха составит 2000 м³. Объем воды, который необходимо распылить для повышения относительной влажности воздуха в траншее до 70% составит соответственно 20 литров. Испарение такого количества воды обеспечивает понижение температуры воздуха на 6-8°C, то есть с 30 до 22-24°C. При размещении в лимонарии 50 дисковых распылителей воды необходимо подать через один распылитель порядка 0,4-0,5 л.

При достижении необходимого уровня температуры и влажности воздуха отключают подачу электроэнергии к двигателям 12. Интенсификация замены воздуха в траншее обеспечивается за счет вытеснения его охлажденным воздухом через воздухозаборные отверстия 24 в вентиляционных трубах 11 и с помощью эжекторов 25. Процесс управления работой распылителей может быть автоматизирован с использованием любой известной системы автоматизации.

Повторное включение системы регулирования микроклимата производится после превышения температуры воздуха в траншее более 25°C. Таким образом регулируется микроклимат в траншейном лимонарии, обеспечивая оптимальные условия произрастания лимона.

Система при необходимости может использоваться для подачи удобрений непосредственно к корням растений. Для этого к водоподводящему трубопроводу 7 через насос-дозатор 9 подключена емкость 10 для концентрированного раствора удобрения или пестицида. В период работы системы в режиме внутрипочвенного увлажнения из емкости 10 концентрированный раствор удобрений с помощью насоса-дозатора 9 подают в трубопровод 7 в соответствии с заданной нормой внесения. Для проведения внекорневой подкормки перекрывают кран 26, прекратив поступление воды в камеру 20, электродвигатель 12 переключают на пониженную скорость вращения, при которой происходит увеличение размера капель до 100-150 мкм и в течение 2-3 минут производят подачу раствора удобрений из емкости 10 насосом-дозатором 9. В этом случае скорость оседания капель удваивается и они достигают поверхности листьев. Кратковременность подачи раствора ограничивает возможность образования стока его с поверхности листьев. Таким же способом производится и обработка растений пестицидами, которые предварительно заливают в емкость 10.

Таким образом, предложенная конструкция траншейного лимонария обеспечивает поддержание микроклимата в траншее в пределах оптимальной величины температуры и влажности воздуха и почвы в период цветения-плодообразования лимона при одновременном сохранении водопроницаемости почвы, снижает опасность распространения в лимонарии грибковых заболеваний, а также при необходимости обеспечивает возможность внесения удобрений непосредственно к корням растений, проведения внекорневой подкормки растений и опрыскивания растений пестицидами.