С каждым годом потребность людей во всесезонных овощах и зелени растет. Это требует либо увеличение площадей, либо повышение производительности тепличных хозяйств по всей территории, где возможно агрокультивирование. Установка, рассматриваемая в данной статье, направлена на повышение производительности технологий закрытого грунта, что достигается за счет интенсификации, автоматизации и всесезонности процессов проращивания семян овощных и зеленных культур. Технология закрытого грунта позволяет использовать данную систему в большом диапазоне климатических условий, что очень востребовано в местностях с экстремальными, для семян, климатическими условиями.

Система поддержания микроклимата

Одной из составляющих данной установки является система поддержания микроклимата с возможностью регулировки температуры, адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям и моделирования смены температуры в течении суток в разные сезоны агрокультивирования. Так как установка для всесезонной подготовки семян масштабируема, мы рассмотрим вариант с внутренним объемом от 0.5–5 м3, что достаточно для проращивания семян в объеме частного производства. Структурные схемы, показанные на следующих рисунках, определяют вариации сборки автоматизированной системы поддержания микроклимата.

Эта структура системы не позволяет использовать управление ШИМ сигналом и требует 2 цифровых, для срабатывания реле.

Для более быстрого и точного позиционирования температурного порога требуется использование транзисторов, как на следующей структурной схеме (рис. 2).

Разницу между методами реализации системы поддержания микроклимата можно увидеть на переходной характеристике, процесса регулирования температуры в установке, рис. 3.

Рис. 1. Блок-схема с переключателем, базирующимся на 2-х реле. *Устройства ввода/вывода требуются для мониторинга и ручной регулировки условий теплицы

Рис. 2. Блок-схема с переключателем полярности на транзисторах. *Данная сборка обеспечивает мгновенное изменение полярности питания элемента Пельтье, что обеспечивает наибольшую точность системы. Такая сборка требует от микроконтроллера 2 управляющих ШИМ сигнала и один цифровой

Рис. 3. Переходная характеристика системы поддержания микроклимата: красная линия – транзисторный мост; синяя – реле

Система стимуляции семян различными спектрами света

С развитием технологий закрытого грунта как на гидропонной, так и на аэропонной основе, и интенсивной светокультуры, необходимо обратить внимание на стимулирование семян тепличных растений. В настоящее время известно множество опубликованных научных работ, в которых изучалась обработка семян различными методами. Результаты данных исследований положительны, растения из семян, обработанных физическими факторами более устойчивы к заболеваниям. Основываясь на сведениях об успешной светостимуляции роста и развития различных видов растений в условиях биотехнологических лабораторий с использованием светодиодных ламп, мы в автоматизированной установке для всесезонной подготовки семян к проращиванию используем блоки светодиодов различных спектров. В связке с системой поддержания микроклимата мы получаем от семян: повышение энергии прорастания, всхожести, усиление фотосинтетической активности, повышение выживаемости растений, улучшение качества продукции и увеличение урожайности [1].

Для того чтобы воздействие видимым спектром света было положительным требуется подбор алгоритмов светостимуляции для всех растений овощных и зеленных культур.

Каждое семя по-своему настроено на определенную глубину зарывания в почве, эта глубина определяется по отфильтрованному спектру солнечного света, который достигает его, проходя слой грунта (рис. 4).

В реальных условиях, проходя сквозь грунт, синяя и зеленая спектральная составляющая отражаются или поглощаются поверхностью земли, т.е. значительно падает их воздействие на семя. Таким образом, с помощью светодиодов можно смоделировать определенное соотношение спектральных составляющих зеленого, синего, красного и белого цвета, которое будет инициировать процесс проращивания семени [4].

Еще одним немаловажным аспектом увеличения всхожести и скорости прорастания семян является смена освещения и климата в течении суток. Это говорит о том, что, изменяя фотопериод и температуру, мы имитируем смену дня и ночи, задавая определенный ритм биологическим часам семени. Наглядно это можно увидеть на рис. 5.

Структурная схема всей системы светостимуляции изображена на рис. 6.

Однако, имея хорошую базу исследований в данном направлении, научное сообщество до сих пор не предложено системы эффективных величин для оценки действия оптического излучения различного спектрального состава на семена овощных и зеленных культур [5]. В основе такой системы эффективных (редуцированных) величин должна лежать кривая чувствительности семян к одному из факторов режима световой стимуляции, либо к соотношению данных факторов. Учёт данной кривой и других оптических спектральных свойств семян позволит увеличить эффективность их предпосевной обработки [6].

Рис. 4. Влияние интенсивности и спектра света на всхожесть семян

Рис. 5. Влияние искусственного изменения фотопериода на ускорение прорастания семян

Рис. 6. Блок-схема системы светостимуляции

Заключение. Таким образом, для полной искусственной реализации климатических условий требуются более тщательные исследования по данному направлению. Нами была разработана данная тепличная установка с целью нахождения той самой кривой эффективных величин. Это позволит увеличить всхожесть, жизнеспособность и скорость прорастания семян овощных и зеленных культур. Применение данной установки в производстве повысит производительность тепличных хозяйств, что и требуется для удовлетворения спроса на всесезонные овощи и зелень [2, 4].