Принцип теплицы

История теплицы начинается со времен Древнего Рима. Сохранились сведения, что грозный император Тиберий очень любил огурцы. Поэтому для круглогодичного выращивания его садоводы приспособились укрывать овощи листами слюды.

Уже тогда местные огородники пытались создавать нужный микроклимат для растений, подбирая оптимальную влажность и температуру. И хотя те самые тепличные технологии были утеряны вместе с падением Римской империи, со временем итальянцы вернулись к строительству теплиц.

Содержание теплицы становилось очень модным. Из дальних странствий путешественники привозили редкие тропические растения, которым требовались особые условия. Постепенно технологии возведения теплиц расширись до строительства отапливаемых зимних садов. И, если в XVII и XVIII веке зимние сады были исключительно предметом роскоши, то в XIX веке, когда стекло подешевело, теплицу могли позволить себе даже крепкие крестьяне.

В прошлом столетии, с изобретением полиэтилена, теплицы появились чуть ли не в каждом огороде. А с появлением поликарбоната, можно сказать, что тепличный вопрос решен окончательно.

Теплицы — конструктивные отличия, принцип работы

Теплицы (в отличии от небольших парников) — это стационарные сооружения высотой до 2,5 метров. У них есть полноценный вход, система вентиляции из фрамуг и форточек, иногда присутствует и фундамент. Они могут быть оборудованы системами освещения, отопления и полива, а также дополнительными вентиляционными отверстиями. Каркас теплиц может быть выполнен из дерева или из труб. В качестве укрывного материала может быть пленка, стекло или поликарбонат.

Независимо от размера и конструктивных особенностей принцип работы любой теплицы основан на базовых физических законах о теплообмене и тепловом излучении. Солнечное тепло, поступающее снаружи, преобразуется в тепло, нагревающее теплицу изнутри.

Теплый воздух внутри постепенно прогревает грунт. Когда температура падает (ночью или при заморозках), грунт начинает отдавать накопленное тепло. Благодаря этому даже в неотапливаемых теплицах круглые сутки сохраняется стабильный температурный режим, благоприятный для растений.

Помимо создания благоприятного для растений микроклимата, теплицы выполняют еще одну важную функцию. Они защищают растения от неблагоприятных воздействий внешней среды. Они надежно защищают растения от ветра, дождя, града, насекомых-вредителей. Часто теплицы строят даже в регионах с оптимальным климатом и влажностью. Например, крупнейший на сегодняшний день тепличный комплекс находится в испанской Альмерии. Он занимает 26000 га.

Выбор места и расположение теплицы на садовом участке

Согласно СНиП теплица должна располагаться на площадке с уклоном для отвода атмосферных вод. Так как главным источником тепла и света остается все же солнце, место для теплицы лучше выбрать на самом открытом и солнечном участке сада. Специалисты рекомендуют располагать теплицу в одном из направлений:

Главная задача — добиться того, чтобы солнце заходило в теплицу ранним утром и не уходило до самого вечера. Лучше всего с этой задачей справляется “широтное” расположение теплицы “восток-запад”.

Если разместить «конёк» крыши в направлении хода солнца, то скат будет опущен на юг. “Южное” направление ската крыши позволит прогревать теплицу весь световой день. Специалисты по строительству теплиц учитывают много нюансов. Например, угол наклона крыши должен быть равен углу широты вашей местности. Исходя из этого лучшим устройством будет подвижная крыша, так как угол падения лучей в течение года меняется.

Если следовать всем правилам, то растения будут получать дополнительное тепло во время наиболее активного фотосинтеза, а именно в первой половине дня. После полудня земля получает световых лучей примерно на 8-12% меньше. Это связано со снижением прозрачности атмосферы к вечеру.

Направление с юга на север оптимально в тех случаях, когда планируется выращивание рассады с середины весны или сбор урожая огурцов в начале осени. В этот период солнце поднимается достаточно высоко. Поэтому почти все всходы получат достаточно света.

Если же теплицу планируется использовать зимой, когда солнце поднимается низко, ориентация теплицы с юга на север (меридионально) может привести к постоянной нехватке освещения. Растения, высаженные с северной стороны грядок, будут вытягиваться и плохо плодоносить. Поэтому, если теплицу планируется использовать круглогодично, меридиональное расположение рядов растений не подходит.

Также, северо-южное направление не подходит для северных регионов нашей страны, в которых солнце не поднимается высоко даже летом. Это – регионы с широтой более чем 60°.

При выборе места для теплицы также необходимо учитывать:

Открытое место. На теплицу не должна падать тень от стен забора и строений, а также от растущих по соседству больших деревьев. В некоторых случаях можно поставить конструкцию из поликарбоната рядом с южной стеной дома. Однако, при этом следует учитывать возможность схода снега с крыши жилого строения и разрушения теплицы.

Ровное или возвышенное место. Площадка для теплицы должна иметь уклон для отвода атмосферных вод. Для выращивания в закрытом грунте категорически не подходят места, в которых застаивается влага. Это нарушает воздухообмен в корнях растений. По этой же причине для возведения теплиц не подходят глинистые почвы.

Южные склоны холмов. Допускается строительство теплиц из поликарбоната на южных склонах холмов. Здесь уклон грунта будет обеспечивать лучшее прогревание почвы ранней весной.

Важно! При выборе места для теплицы важно помнить, что выбрать расположение, полностью соответствующее всем условиям практически невозможно. Это особенно трудно сделать на маленьких участках, где садовод старается посадить все нужное. Поэтому здесь нужно выбирать среди приоритетов.

Например, для маленькой теплицы важнее наличие солнечного света, чем отсутствие колодца вблизи. Так как полив на небольшой площади можно осуществлять вручную. И наоборот, для большой теплицы важнее доступ к воде и электричеству, чем проблема затенения.

Немаловажно при выборе места определить ветровой режим садового участка. Например, если большую теплицу поставить на открытом месте, продуваемом ветрами, она будет выстывать быстрее. А небольшой парник, расположенный длинной стороной к воздушным потокам, может быть даже деформирован, либо вовсе разрушен. Поэтому «под ветер» такую теплицу следует поставить короткой стороной.

Кроме того, следует учитывать удобство обслуживания теплицы. Например, наличие садовых дорожек, по которым будет проезжать тачка.

При строительстве теплицы специалисты советуют учитывать и ориентацию по сторонам света. Например, теплицы, обогреваемые только после 12 часов, могут уничтожить перманентным холодом все саженцы. Если тепло поступает только утром, когда солнце не может создать необходимый температурный фон, теплицу опять-таки накроет холод. В этом случае хорошего урожая ожидать не стоит.

Виды теплиц по конструкции каркаса

По этой классификации теплицы делятся на:

Односкатные. Это теплицы с односкатной крышей и почти всегда с одной непрозрачной стеной. Как правило, односкатные теплицы пристраивают к дому или другой хозяйственной постройке. Эта стена передает теплице какую-то часть тепла.

Обычно односкатные теплицы используют для выращивания рассады или для зимнего хранения цветов.

Двухскатные. Довольно распространенный вид теплиц. Широко используется даже в заснеженных широтах. Такую конструкцию теплиц еще называют “домиком”.

Двускатная теплица удобна в эксплуатации. Здесь легко сделать грамотную вентиляцию, избегая сквозняка на уровне растений. Воздух в таком “домике” прогревается и охлаждается равномерно. Все эти факторы положительно сказываются на урожае.

Крышу в такой теплице можно сделать съемной, что удобно в зимнее время. Прочность конструкции не зависит от гибкости сотового поликарбоната (в отличие от арочной теплицы). Также, в двускатной теплице можно регулировать интенсивность солнечного освещения. Эти параметры (углы падения света) рассчитываются при строительстве.

Из недостатков можно выделить довольно сложный монтаж. Часто в двускатных теплицах необходимо устройство фундамента. Арочные теплицы в этом плане выходят намного экономнее.

Арочные. Это, пожалуй, самый распространенный вид теплиц. Несмотря на то, что они выглядят не очень презентабельно и не так удобны, как двускатные, все же используются они довольно широко.

Из недостатков можно выделить то, что здесь сложно сделать качественное проветривание. Приходится вырезать дополнительные окна, а это не всегда удобно при такой конструкции.

Для того, чтобы под снегом конструкция не сломалась, как на фото ниже, нужно использовать качественный профиль. С хорошим профилем и нужном количестве усиленных поперечных элементов каркаса арочная теплица будет не менее прочной, чем теплица-домик. К тому же, внутренняя площадь такой теплицы больше.

Каплевидные. Такие теплицы представляют собой сложную конструкцию шириной от 2,7 до 3,5 метров. Этот современный вид теплиц выглядит весьма достойно и может украсить любой сад. Явное преимущество — снег на таких конструкциях не задерживается. К тому же в них удобно размещать высокорослые культуры.

Теплица голландского типа. Отличаются от двускатных только наклонными стенами, обеспечивающими большее количество света, проникающего внутрь. Для растений это бесценно. Такие конструкции требуют обеспечения надежного каркаса, а также эффективной вентиляционной системы. Также, подобная конструкция предусматривает желоба, чтобы собирать дождевую воду.

Очень часто такую конструкцию теплиц применяют в промышленном производстве. В качестве покрытия здесь используют не пленку или поликарбонат, а флоат-стекло. Это очень прочный и дорогой материал, устойчивый ко всем видам внешних воздействий.

Виды теплиц по назначению

В этой классификации теплицы делят на овощные, цветочные и теплицы для рассады.

Во многих регионах овощные теплицы — единственный способ получить урожай теплолюбивых томатов и перцев. И хотя овощи под открытым небом получаются ароматнее и вкуснее, строительство теплицы — вынужденная мера для многих садоводов.

Цветочные теплицы пользуются спросом у любителей сложных тропических культур. Как правило, это сооружения каплевидной формы с покрытием из стекла или поликарбоната. По сути, такие теплицы являются оранжереями, и сами украшают участок. Их, как и зимние сады строят с соблюдением всех норм, правил и стилей. Для зимовки цветов очень часто используют односкатные цветочные теплицы.

Рассадные теплицы обычно заставляют стеллажами в несколько ярусов. Если вы занимаетесь выращиванием рассады на продажу, вас заинтересует такой вариант обустройства. Здесь важно обеспечить рассаде все необходимые условия: температуру, влажность, проветривание и полив.

Наши садоводы — настоящие энтузиасты своего дела. Вырастить приглянувшееся растение в любых климатических условиях — мечта многих садоводов нашей необъятной страны. Поэтому, уже давно не редкость встретить прихотливые сорта винограда в теплице северных широт.

Теплицы по типу эксплуатации

Летние теплицы. Предназначены для выращивания растений в теплое время года. Обогрев таких теплиц осуществляется исключительно за счет солнечной энергии. Фундамент здесь не обязателен.

Зимние теплицы представляют собой капитальную конструкцию с фундаментом, с системой отопления и электричества. В зависимости от климата и выращиваемых растений зимние теплицы иногда делают непрозрачными, во избежание утечки тепла через поликарбонат. Иногда северную стену делают глухой или хорошо утепленной.

В последнее время популярно использование инфракрасной пленки со сплошным греющим слоем. Такая пленка не только согревает помещение, но и вырабатывает инфракрасное тепло дальнего спектра. Что благотворно влияет на живые организмы.

Материалы для укрытия теплицы

На сегодняшний день для укрытия теплиц применяют следующие материалы:

Пленка. Самый дешевый материал. Однако, пленка отлично справляется со своими задачами какое-то время — хорошо пропускает свет и мягко его рассеивает внутри теплицы. До тех пор, пока ее структура не разрушится. Это недолговечное решение. Пленка легко повреждается в местах контакта с каркасом. Поэтому эти участки обычно усиливают скотчем.

Кроме того, у пленки есть еще один серьезный недостаток — на пленочном покрытии внутри теплицы постоянно скапливается конденсат, который способствует появлению различных болезней растений.

Пленка бывает самая простая, ПВХ и армированная. Дешевая полиэтиленовая пленка продается в рулонах, легко режется и монтируется на каркас. Пленка ПВХ немного дороже. При аккуратном использовании она может прослужить до 7 лет. Армированная пленка — самый прочный вариант в этой классификации. Она может выдерживать морозы до 7 градусов, а также град и сильный ветер. В последнее время можно встретить образцы пленки, пропускающие воздух, с эффектом светопреобразования и т.д. Однако, этот вид укрытия очень дорого стоит. И поэтому невыгоден в применении.

Стекло обладает высокой светопрозрачностью и хорошей теплоизоляцией. Кроме того, стекло считается практичным и долговечным материалом. При строительстве теплиц из стекла важно соблюдать следующие требования: световые лучи не должны падать на поверхность теплицы под прямым углом. Иначе возможен перегрев и даже ожоги растений.

Строительство стеклянных теплиц — весьма сложный процесс. Доверить его лучше профессионалам. Так как помимо специальных инструментов необходимо соблюсти многие премудрости. Например, “золотое сечение”. Теплица-пирамида без “золотого сечения” конечно украсит сад. Но все же будет обычной пирамидой, без своих уникальных свойств.

В некоторых теплицах используют двойное и даже тройное остекление. Делается это с целью задержать вредные для растений ИК-лучи и увеличить теплоизоляцию. Особенно важно это для зимних теплиц.

Сотовый поликарбонат. Этот укрывной материал обладает наилучшими показателями термоизоляции. Кроме того, он прочнее стекла, легко режется и монтируется. Теплицу из поликарбоната можно делать даже без фундамента. Это легкий и гибкий материал, и подходит даже для арочных теплиц.

Однако, при выборе поликарбоната очень важно обращать внимание на плотность этого материала. Поликарбонат с плотностью менее 0,5 г/м3 абсолютно не подходит для строительства надежной теплицы.

Важно! Не перепутайте при монтаже сторону укрывного листа. Иначе, слой, защищающий материал от ультрафиолета, будет направлен внутрь теплицы. Обычно, производители помечают нужную сторону. Будьте внимательны.

Также, следует учитывать тот факт, что на ярком солнце лист поликарбоната может увеличится в размерах. Поэтому специалисты монтируют листы не встык, а внахлест. Кроме того, это лучше делать ранней весной, когда температура не так высока.

Каркас теплицы

Каркас теплицы является несущей конструкцией. А потому к нему предъявляются высокие требования. Он должен быть прочным и способным выдержать снеговые нагрузки. Каркас должен быть надежным для крепления светопрозрачных покрытий. Нужная форма теплицы обеспечивает определенный температурный режим. Также, одно из важных требований к каркасу — он должен быть простым в сборке и достаточно легким.

При выборе материала для каркаса необходимо сначала определиться с видом теплицы — зимняя или летняя. Зимние теплицы требуют наиболее крепкой конструкции, обустройства фундамента и системы отопления.

Выбор материала для каркаса напрямую зависит от выбора материала для покрытия.

Дерево. Относительно недорогой, прочный материал с отличными теплосберегающими свойствами. К сожалению, не так долговечен, как хотелось бы, так как условия в теплице поддерживают микроклимат, вызывающий гниение.

Металлический профиль. Отличный материал для тепличного каркаса. Это прочное и долговечное решение при строительстве теплицы. Из профиля можно строить достаточно большие конструкции, в том числе с двойным остеклением.

Полипропиленовые трубы. Это самый простой и бюджетный способ. И хотя такие теплицы не являются долговечными, все же свои преимущества тоже есть. А именно:

К серьезным недостаткам относится невысокая прочность, а именно плохая устойчивость к резким порывам ветра и обильным снегопадам. В качестве усиления такой теплицы необходимо поставить по периметру каркас из широкой доски. С внешней стороны этого каркаса вбивается арматура, на которую крепятся согнутые полипропиленовые трубы. Такой каркас накрывается полиэтиленовой пленкой.

Тепличный грунт

От качества почвы зависит и рост растений, и степень урожайности. Так как земля в теплице истощается намного быстрее, чем на открытых грядках, грунт необходимо периодически обновлять, учитывая состав.

Требования к тепличному грунту:

При выборе грунта для теплицы, нужно руководствоваться следующим принципом — грунт должен не только снабжать растения питательными веществами. В нем должны идти химические процессы, в результате которых выделяется тепло. Это необходимо для обогрева воздуха в теплице.

Весенний климат весьма неустойчив. Температура может колебаться довольно длительное время. Поэтому “правильный” грунт помогает поддерживать тепло внутри теплицы и в случае затяжной весны и холодного лета. Тем самым обеспечивая хороший урожай теплолюбивых культур.

Красивые необычные теплицы

Гидропоника в промышленности, или Откуда зимой свежие овощи

Время на прочтение

После публикации моей статьи про картофель в комментариях был поднят вопрос о вкусе домашних, выращенных в парниках на приусадебном участке, и промышленных томатов.

Промышленное выращивание овощей, в том числе томатов, происходит в открытом грунте в южных регионах нашей страны, а так как большая часть России находится в зоне рискованного земледелия, то для получения урожая не обойтись без сооружений для защиты грунта от неблагоприятных погодных условий – теплиц. В этой статье мы поговорим о технологиях, которые используются в промышленном растениеводстве, и о том, какие шаги необходимо предпринять, чтобы вырастить эталонные томаты.

Какие бывают теплицы

Теплица – это защитное сооружение, предназначенное для выращивания по сути всех форм и видов растений. Но есть дополнительная деталь, которая позволяет называть теплицы «теплицами». Это отопление.

По назначению и использованию теплицы можно разделить на категории:

На сегодняшний день существуют пять поколений теплиц, хотя в некоторых источниках уже говорится о теоретических разработках шестого поколения. Самое широкое распространение в мире занимают теплицы четвертого поколения. Они массово строятся уже на протяжении последних 20 лет. Именно в них в промышленности массово начали применять технологию малообъемной гидропоники.

Основной моделью промышленных теплиц на сегодняшний день является многопролетная блочная теплица типа Venlo.

Источник. Блочная теплица типа Venlo

Площади тепличных комбинатов могут достигать сотен гектар. В России самым большим тепличным комплексом является агрокомбинат «Южный», который занимает площадь в 144 га.

Источник. Агрокомбинат «Южный»

Современные тепличные комплексы, как правило, состоят из  нескольких основных блоков:

Источник. Рассадное отделение

Источник. Энергоцентр: общий вид и вид крыши, на которой установлены сухие градирни

Блочные теплицы типа Venlo могут иметь пролет (расстояние между опорными колоннами) от 8 до 12,8 м, а высота колонны — 6 м.

Источник. Конструктивные элементы блочной теплицы

Микроклимат теплицы

Микроклиматом теплицы можно назвать совокупность всех физических параметров воздушной среды и среды корнеобитания. Регулирование микроклимата производится оборудованием систем отопления, вентиляции, полива, питания, подачи углекислого газа, освещения. При регулировании настроек микроклимата всегда надо учитывать влияние внешних климатических факторов, а также фитоценоза (фитоценоз – растительное сообщество, характеризующееся определенным составом и взаимоотношениями между растениями и окружающей средой). Проще говоря, растительная масса в процессе жизнедеятельности также нагревает окружающее пространство и при значительном объеме замедляет воздухообмен.

Система отопления предназначена для поддержания необходимого температурного режима в тепличном блоке, в качестве теплоносителя используется вода. Нагрев воды происходит в газовых котлах и когенерационных установках (Когенерация – процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии). Подача теплоносителя от котлов в теплицы осуществляется через смесительную гребенку на четыре контура:

Источник. Газовые котлы

Источник. Смесительная гребенка

Источник. Нижний контур обогрева с установленными на него тележками

Система вентиляции позволяет осуществлять естественный воздухообмен через вентиляционные проемы в крыше тепличного блока. Открытие фрамуг предусмотрено во всех пролетах теплицы, площадь вентиляционных пролетов может доходить до 25% площади всей кровли. Вентиляция обеспечивает поступление наружного воздуха в теплицу для поддержания допустимой температуры воздуха в период повышенной солнечной активности.

Система зашторивания предназначена для создания затенения при избыточной солнечной активности в весенне-летний период, а также для сохранения тепла в ночное время и в период сильных холодов. Система располагается под крышей теплицы, а также на боковых стенах.

Источник. Система зашторивания

Система испарительного доувлажнения воздуха позволяет повышать влажность воздуха за счет мелкодисперсного распыления воды через систему форсунок. Использование в системе форсунок с дисперсностью распыла в 100 микрон позволяет избежать образования на растениях капель воды, которые могут привести к ожогам растений, так как будут действовать как увеличительные стекла.

Система рециркуляции воздуха. Здесь все просто, установленные осевые вентиляторы перемешивают весь объем воздуха в теплицы для выравнивания температурного режима и влажности во всем объеме.

Система подачи углекислого газа. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности растениям необходимо более высокое, чем человеку, содержание углекислого газа в воздухе. Для использования в тепличных комплексах существует два источника двуокиси углерода: сжиженный газ и отходящие от котельной газы (дымовые), для использования которых применяют специализированное оборудование, состоящее из конденсатора, дозатора и контрольной аппаратуры.

Все вышеперечисленные системы позволяют создать оптимальные условия воздушной среды. Но для запуска в растениях одного из важнейших процессов фотосинтеза еще необходим свет, влияющий также на темпы роста, развитие и урожайность выращиваемых растений. На большей территории нашей страны его не хватает. В защищенном грунте применяют два способа освещения растений в условиях, когда солнечного света недостаточно:

Источник. Досвечивание растений лампами ДНаТ

Источник. Досвечивание растений LED-лампами сине-красного спектра

Источник. Общий вид тепличного комплекса с включенной системой досвечивания с использованием натриевых ламп

Источник. Общий вид тепличного комплекса с включенной системой досвечивания с использованием LED-ламп

Вода, как источник жизни на земле, также необходима растениям. Для этого в тепличном комплексе предусмотрена система капельного полива растений, которая позволяет поставлять необходимое количество воды прямо к корням каждого растения. Одной воды для роста растений недостаточно, поэтому в систему капельного полива встраивают систему питания растений комплексом минеральных удобрений. В комплект оборудования для системы капельного полива и питания растений входит:

Данные системы и технологии применяются в теплицах четвертого поколения. Теплицы пятого поколения можно назвать глубоко усовершенствованной разновидностью теплиц типа Venlo. В теплицах пятого поколения применена технология, разработанная ещё в 2006 году, –  Ultra Clima. Благодаря данной технологии теплицы пятого поколения превосходят предыдущее поколение по целому ряду параметров:

Создав в теплице оптимальный микроклимат, воздушно-газовую смесь, заменив солнце электрическим светом, вы подготовили правильное питание.  Теперь сюда надо поместить наши растения. В современных овощных теплицах широко распространена лотковая система выращивания овощей по малообъемной технологии.

Лотки изготавливаются на месте и подвешиваются по всей длине блока теплицы. Профиль лотка позволяет собирать дренажные растворы и перенаправлять их в емкости для сбора. При монтаже лотков создается уклон 0,2%, достаточный для отвода дренажных вод.

Источник. Схема профиля лотка

Источник. Подвесные лотки с расположенными на них матами с растениями

По всей длине лотков на них располагаются маты с субстратом (в нашем случае субстратом будет служить минеральная вата), на котором расположатся растения. При данном методе выращивания субстрат необходим для закрепления корневой системы и влагоудержания. Данную методику называют малообъемной, так как для полноценного развития томатов или огурцов требуется от двух до четырех литров субстрата на весь цикл роста растений.

Немного про минеральную вату. Минеральная вата, которую еще называют «каменной ватой», производится из базальтовых горных пород или сходных с ними диабазов. Измельченную горную породу смешивают с коксом и доводят до температуры плавления в 1600оС. Затем из расплавленной массы делают волокна. В общем процесс чем-то схож с производством сахарной ваты. Первой использовать минеральную вату в качестве субстрата для растений стала датская компания «Гродания AG». Применение минеральной ваты, благодаря её нейтральной среде, позволяет агроному точно контролировать количество воды и минеральных веществ, поступающих к растению. Самым крупным производителем минеральной ваты на сегодня является группа ROCKWOOL и, в частности, входящая в её состав компания Grodan.

Источник. Мат с минеральной ватой фирмы Grodan

Система подачи питательного раствора к корням растений, описанная выше, относится к одному из пяти методов гидропоники, применяемых в промышленности (по Тараканову Г.И., 1982).

Как вырастить томаты в защищенном грунте

Первое, с чего необходимо начать, — это правильно подобрать гибрид для выращивания. Основные требования к гибридам для выращивания в защищенном грунте: они должны быть высокопродуктивными, раннеспелыми, с комплексом устойчивости к болезням (ToMV; Ff 1,2,3; V; F 1,2; On). Плоды хорошо завязывается в условиях пониженной освещенности и должны обладать высокими товарными качествами, быть выровненными по размеру и форме, вкусными, высокоурожайными и подходящими для транспортировки.

Выбрав гибриды, необходимо подготовить все помещения и оборудование для выращивания. Помимо обычной уборки после предыдущих растений происходит обработка от грибной и бактериальной инфекции, а также вирусов, которые могли появится ранее. Для примера, систему и баки для маточного раствора могут промывать 5%-ным раствором препарата «Виркон С», пластиковые кассеты для рассады замачивают в 1%-ном растворе препарата «Вироцид», и, конечно, после всех процедур оборудование промывают чистой водой.

После всех этапов подготовки переходим непосредственно к выращиванию. Для этого в ячейки кассеты для рассады раскладываем небольшие «пробки» из минеральной ваты и насыщаем их водой. В каждую ячейку на «пробку» выкладываем семя томата и присыпаем небольшим количеством влагоудерживающего материала (перлит, вермикулит и др.). Кассеты с семенами устанавливаются на тележки и закатываются в камеры для проращивания. В специализированных камерах для проращивания, которые внешне похожи на промышленные холодильники, устанавливаются условия (повышенной температуры и влажности), которые позволяют ускорить процесс прорастания семян. Подросшие и окрепшие растения из камеры проращивания вместе с пробкой переставляют в кубики из минеральной ваты, которые в свою очередь расставляются по столам в рассадном отделении. Для поддержания влажности и поступления питания к молодым растениям специальные столы, которые имеют бортик, затапливают питательным раствором, тем самым насыщая им кубики с растениями.

Источник. Пробка из минеральной ваты

Источник. Стандартная кассета на 240 ячеекс предустановленными пробками

Источник. Кубик из минеральной ваты

Источник. Общая схема перемещения рассады

Весь процесс выращивания рассады происходит в выделенном помещении (рассадное отделение). После завершения цикла развития рассады ее перемещают в основной блок теплицы на постоянное место, перед этим за 4-5 суток температуру в основном блоке поддерживают на уровне 19оС.

После перемещения растений в кубиках из рассадного отделения в основной блок их расставляют на маты, к каждому растению подводят капельный полив с питательным раствором. От каждого растения к верху теплицы натягивается шпагат, за который растение будет держаться пока растет.

Здесь хочу сделать небольшое отступление и немного рассказать о технологии прививки томатов (так же прививать могут и огурцы). Суть прививки в том, чтобы взять два гибрида: один из них будет давать томаты в большом количестве, но его корневая система слаба и не может раскрыть весь потенциал растения. Поэтому корневую часть берут от другого растения, и две эти части соединяют. Процесс прививки происходит на раннем этапе рассады. Он очень трудоемкий и может привести к большим потерям растений, которые не пережили такую операцию. Поэтому не многие предприятия применяют данную технологию. На сегодняшний день уже есть машины, позволяющие проделывать данную процедуру в автоматическом режиме за исключением подачи растений, но они ещё не получили массового распространения.

Вернемся к жизненному циклу растений и тем процедурам и операциям, которые проводят в этот период.

Высота шпалеры, к которой привязывают шпагат для роста растений, не превышает 6 м, а гибриды томатов используемые в защищенном грунте могут вырастать до 16-17 м. Соответственно, для того, чтобы растению было куда расти, запас шпагата сверху на шпалере немного приспускают, тем самым опускают всё растение, и у него появляется дополнительное место для роста вверх. К концу вегетации снизу у лотков скапливается большое количество скрученных стволов растений, с которых уже убрали всю лишнюю листву.

Во время вегетации растение подвержено различным заболеваниям, а также появлению вредителей, которые могут залетать во время проветривания. Для защиты растений применяют как химические препараты, так и биологические средства защиты, к которым относятся биопестициды и энтомофаги. Для внесения жидких средств защиты растений на листья во многих современных комплексах применяют специализированное оборудование (на видео – робот-распылитель Qii-Jet TAV-342).

Для защиты от насекомых-вредителей всё чаще применяются энтомофаги (насекомые хищники, которые не вредят растениям, но поедают вредных для нас насекомых), их покупают у специализированных предприятий по их разведению. Также ведется специальная селекция для улучшения характеристик таких насекомых.

Источник. Диглифус изеа Digliphus isaea

Источник. Хищный клоп Macrolophus pygmaeus

Насекомых-энтомофагов применяют не только при появлении вредителя, но и для профилактики. При этом, чтобы поддержать популяцию энтомофагов без естественных источников питания, приобретается специальный корм, который также способствует повышению жизнеспособности и интенсивному развитию.

Вырастив здоровое и сильное растение, создав ему все условия и защитив от болезней и вредителей, мы все еще можем не получить урожай. Для завязывания плодов томата необходимо провести опыление его цветков.  В открытом грунте этим занимаются пчелы, поэтому для закрытого грунта специально разводят шмелей, и улья с ними расставляют по блокам тепличного комплекса, где необходимо начинать опыление.

Источник. Улей для со шмелями

Для регулирования количества шмелей в ульях перекрывают один из двух выходов. Но так как в каждом блоке теплиц может располагаться много ульев и они расположены друг от друга на достаточном удалении, данный процесс может затянутся во времени. Для решения этой проблемы применяются системы автоматического закрывания ульев, которые реагируют на освещение или другие параметры, а также могут управляться удаленно.

В регионах планеты, где есть сложности со шмелями, долгое время это приходилось делать вручную. Сейчас австралийская компания Arugga AI Farming разработала робота, который самостоятельно при помощи искусственного интеллекта распознает цветки и опыляет их.

После опыления цветков завязываются плоды и начинается процесс созревания. Есть гибриды томата с небольшими кистями, на которых плоды созревают примерно в одно и то же время, и это позволяет собирать кисть целиком. На других гибридах томаты в кисти созревают неравномерно: сначала те, что ближе к основному стволу растения, так как питательные вещества поступают к ним быстрее. Сбор томатов осуществляется рабочими вручную, созревание контролируется с помощью оценки интенсивности окраски плода.

Для оценки потенциальной урожайности и расчета времени начала уборки урожая в ближайшем будущем будут использовать роботов и технологии искусственного интеллекта, которые сейчас уже разработаны и проходят процесс корректировки и повышения точности (на видео – робот для сбора штучного томата от Root AI; робот для сбора урожая томатов от стартапа Metomotion). К таким роботам также можно отнести разработку Нидерландской компании Berg Hortimotive Group – робот Plantalyzer. Он автономно пробегает по теплице и целенаправленно фотографирует помидоры. Программное обеспечение и алгоритмы Vision оценивают зрелость плодов и преобразуют изображения в надежную и точную оценку урожая. Такие роботы по сбору урожая работают в разы медленней человека, но их точность стремится к 100%. При этом они могут работать 24/7.

Собранный урожай складывается в ящики на тележках и «паровозиком» транспортируется в зону хранения или упаковки.

Источник. Транспортировка готовой продукции в зону хранения

Также уже применяются и автоматические транспортировочные тележки, которые самостоятельно перемещаются между тепличным блоком и складским помещением.

Цифровые решения для растениеводства

Из-за больших затрат на отопление, освещение и другие процессы при круглогодичном производстве овощей в защищенном грунте, а также из-за огромного количества параметров и процессов, которые требуют постоянного контроля, такое направление, как растениеводство среди первых начало применять цифровые решения в своей практике.

Одним из самых распространенных решений для управления тепличным комплексом является оборудование и программное обеспечение компании Priva. Программа Priva Office Direct для контроллеров Compass, Compact CC, Connext используется для контроля климата, энергосбережения и водопотребления в теплицах. Теплица разделяется на блоки – климатические зоны. Для каждой климатической зоны (блока) можно устанавливать свои сценарии управления системами климат-контроля:

Для управления климатом в теплице требуется установка метеорологической станции. Она нужна для контроля внешних параметров: температуры, скорости и направления ветра, солнечной радиации, наличия осадков, объема снега. Для управления ирригацией в теплице выбираются также разные стратегии, исходя из потребностей теплицы.

Источник. Программное управление Priva Office Direct

Для повышения эффективности труда и снижения производственных затрат компания Priva создала роботизированные системы. Например, это робот Kompano для удаления листьев.

Источник. Робот Kompano для удаления листьев

Сейчас компания Priva позволяет управлять своими сервисами Priva Operator, Priva Alarms и Access Control через единый облачный сервис Priva Connected.

Также широкое распространение на рынке получили решения DrainVision и PhytoVision для мониторинга роста и развития растений  от компании Paskal.

DrainVisio оценивает уровень напитки субстрата (через измерение веса мата), строит графики объема и частоты поливов, объёма и частоты дренажа, а также процентного соотношения объема дренажа от полива. Решение непрерывно контролирует остаточный уровень удобрений, которые не усвоили растения.

Источник. Схема устройства системы мониторинга DrainVision

Источник. Фото устройства системы мониторинга DrainVision

PhytoVision – мониторинг роста растений на основе климатических данных.

Источник. Схема устройства системы мониторинга PhytoVision

Компания Grodan, крупнейший производитель субстратов из минеральной ваты, разработала систему GroSens, которая в режиме реального времени создает отчет о состоянии субстрата из каменной ваты (включает показатели содержания воды, концентрации солей, температуру и др.). Grodan также на своей базе разработала аналитическую программную платформу для обработки всего массива данных, поступающих от датчиков теплицы и данных об урожае, формируя на их основе умные рекомендации по стратегии выращивания.

При объединении всех вышеупомянутых технологий, систем и роботов в одном месте уже на сегодняшний день можно получить практически полностью автоматическую теплицу, но это история хотя и недалекого, но будущего. Сейчас часть из этих роботов и технологий искусственного интеллекта находится на этапе развития и пока еще стоит очень дорого. Полностью положиться на них фермеры не решаются из-за больших рисков. Поэтому в тепличных комплексах до сих пор трудится много людей. Для распределения заданий и отслеживания процесса и результатов работы применяются системы отслеживания труда. Принцип работы системы простой: у каждого сотрудника есть идентификационная карта. Приходя на работу, сотрудник получает сканер и регистрируется в системе. Перед заходом в междурядье сотрудник сканирует QR-код или RFID-метку рядка, в котором будет проводить работу, указывает тип работы. Например, сотрудник будет проводить сбор урожая. Соответственно, после прохода всего рядка работник взвешивает тележку с собранным урожаем и указывает в системе, сколько получилось. Такое отслеживание работ позволяет в реальном времени иметь конкретизированную по месту оперативную информацию.

Сельское хозяйство становится «умнее». Сегодня создание и обслуживание промышленного тепличного комплекса – это не простой сельскохозяйственный проект, а в первую очередь – проект сложный и высокотехнологичный. Более того, подобные задачи, как правило, требуют системного подхода и разносторонней экспертизы, а это не всегда могут предложить узкоспециализированные компании или сельскохозяйственные стартапы. Задача компании «ЛАНИТ-Интеграция», в которой я работаю, – использовать и создавать по-настоящему эффективные решения, соответствующие целям заказчика. Современная теплица – пример такого решения, и его реализация под силу теперь только игрокам с наработанной экспертизой в области ИТ и «цифры».