Способы обогащения растений углекислым газом

Фотосинтез — это процесс, запускающий химическую реакцию между водой и углекислым газом CO2 в присутствии света для получения пищи для растений, при этом в качестве побочного продукта в атмосферу выделяется кислород.

Концентрация CO2 по отношению к растениям

При фотосинтезе CO2 используется для производства сахара, который разлагается в процессе дыхания и способствует росту растений. Хотя атмосферные и экологические условия, такие как свет, вода, питание, влажность и температура, могут влиять на скорость поглощения CO2, количество углекислого газа в атмосфере имеет большее влияние. Изменение концентрации CO2 зависит от времени суток, времени года, количества производств, вырабатывающих CO2, компостирования и количества источников поглощения CO2, таких как растения и водоемы поблизости.

В настоящее время диоксид углерода составляет 0,04% или 400 частей на миллион от объема атмосферы. Это бесцветный и не имеющий запаха газ в атмосфере, который играет важную роль для поддержания жизни.  

В целом, удвоение уровня CO2 в окружающей среде до значения в 700—800 частей на миллион может существенно и заметно повлиять на урожайность растений.

Добавление CO2

Преимущества высокой концентрации CO2 были признаны еще в начале XIX века, рост тепличной индустрии и садоводства в закрытом грунте с 1970-х годов резко увеличил потребность в дополнительном CO2. Тепличная индустрия развивается благодаря новым технологиям и автоматизации. С развитием улучшенных систем освещения, экологического контроля и сбалансированных питательных веществ количество CO2 стало единственным ограничивающим фактором для максимального роста растений. Таким образом, при идеальных других условиях выращивания дополнительное количество CO2 может обеспечить улучшенный рост растений.

Источники двуокиси углерода

Диоксид углерода — это свободный газ, присутствующий в атмосфере. Его следует добавлять в чистом виде. Смесь окиси углерода, озона, окислов азота, этилена и примесей серы в некоторых источниках CO2 может повредить растению. При этом нужно учитывать, что содержание угарного газа СО не должно превышать 50 частей на миллион, в противном случае подкормка CO2 принесет скорее вред, чем пользу. Существуют различные методы добавки CO2, и принцип производства CO2 отличается в зависимости от выбранного метода. Некоторые из методов обсуждаются ниже.

Природный CO2

Поскольку CO2 — это свободный и тяжелый газ, он остается на более низком уровне в теплице. Углекислый газ, вырабатываемый растениями ночью, истощается в течение нескольких часов после восхода солнца, поэтому правильная вентиляция, интегрированная с горизонтальными вентиляторами воздушного потока прямо над растением, может помочь в распределении имеющегося CO2, по крайней мере, до уровня окружающей среды. Это самый дешевый метод поддержания окружающего уровня CO2. Но зимой экстремальные климатические условия не благоприятствуют этому методу, и требуются дополнительные источники CO2. Другой естественный способ увеличения CO2 в теплице — это дыхание человека. Люди также выдыхают CO2 во время дыхания, как и растения. Люди, работающие в теплице для обрезки, полива и других операций, могут существенно повысить уровень CO2.

Генератор CO2 

При сгорании углеводородного топлива обычно выделяется CO2, вода и тепло. Тепличные хозяйства могут использовать небольшие генераторы CO2, работающие на пропане или природном газе. При сжигании 1 кг топлива может образоваться 5—6 килограммов CO2. Один килограмм CO2 эквивалентен 0,5 кубического метра газа при стандартной температуре и давлении. Количество образующегося CO2 зависит от типа и чистоты топлива. Но сгорание без достаточного количества кислорода может привести к образованию примесей, вредных для растений. Поэтому даже в герметичных теплицах следует обеспечить приток свежего воздуха.

Вместо использования небольших генераторов в нескольких отсеках теплицы, крупные тепличные хозяйства используют газовые двигатели для производства выхлопного газа, который проходит через ряд фильтров и дает чистый CO2. Основное преимущество этой системы в том, что она производит тепло и электричество вместе с CO2. Тепло хранится в резервуаре в виде горячей воды и используется для обогрева теплиц в ночное время. Такие большие генераторы способны минимизировать затраты на отопление и электроэнергию на больших масштабах. Недостаток — серьезные начальные вложения.

Баллоны со сжатым CO2

Использование сжатого CO2 является популярным методом обогащения CO2. CO2 находится в сжатой жидкой форме, испаряется и подается через распределительную систему. Как правило, это дорогостоящий метод, при котором сжиженный CO2 привозится в цистернах и помещается в резервуары-газгольдеры для хранения. В небольших теплицах CO2 выпускается непосредственно из баллона. Вместе с баллоном для работы необходимы регулятор давления, расходомер, электромагнитный клапан, датчики CO2 и таймеры.

В качестве альтернативы редакция настоятельно рекомендует применять компактные баллоны с CO2 с автоматическим диспенсером. Если диспенсер баллона правильно настроить совместно с работой вытяжного вентилятора, то один баллон может обеспечивать повышенный уровень CO2 в метровой палатке в течение 3—4 недель.

Брожение и ферментация

Органические вещества, разлагающиеся под действием микроорганизмов, выделяют CO2. Органические отходы могут разлагаться в пластиковых контейнерах, а выделяемый CO2 может быть использован растениями. Однако этот метод требует больше места и субстрата для производства достаточного количества CO2. Хотя это недорогой метод, трудно контролировать подачу и концентрацию CO2. Главное — он выделяет неприятные запахи.

Альтернативой этому методу являются мешки с грибами. Производители утверждаются, что их мешки производят необходимый уровень CO2 без запаха. По мнению редакции повышенный уровень CO2 наблюдается при применении нескольких (5–6) мешков с грибами в небольшой палатке.

 Углекислый газ также является побочным продуктом ферментации. Некоторые садоводы используют метод самогонщиков: готовят раствор сахара и дрожжей для дополнительного получения CO2. Для начала производства CO2 необходим контейнер подходящего размера, сахар и дрожжи. Этот метод позволяет получить CO2 быстрее, чем при разложении, но имеет такие недостатки, как неприятный запах, сложность поддержания нужной концентрации и большая занимаемая площадь. Одним из преимуществ данного метода является побочное получение этанола, который найдет дальнейшее применение в руках опытного самогонщика. Этанол является органическим топливом и при сжигании может производить больше CO2.

Сухой лед

В продвинутых теплицах используются специальные баллоны с газовым расходомером для регулирования CO2 путем сублимации сухого льда.

Сухой лед — это твердое состояние CO2, полученное путем сохранения CO2 при температуре —78°C.

Медленное высвобождение сухого льда может помочь в охлаждении небольших теплиц на несколько градусов в летнее время. В целом, одного кг сухого льда достаточно для поддержания концентрации CO2 в количестве 800 частей на миллион в помещении площадью 30–40 квадратных футов в течение дня. В обычной теплице сухой лед нарезается на мелкие кусочки и заменяется каждые два часа для поддержания необходимого уровня CO2 или хранится внутри изолятора с небольшими отверстиями, через которые CO2 выходит наружу. Поскольку он имеет чрезвычайно низкую температуру, обращаться с ним следует осторожно. Основными недостатками являются небольшой срок годности и сложность хранения при нормальных условиях. Быстрая сублимация сухого льда может привести к повышению уровня CO2 выше 2 000 частей на миллион, что может быть токсичным для растений. А если большое количество сухого льда быстро испарить — например бросить в бассейн, то может случиться трагедия как три года назад. Обращаться осторожно.

Химический метод

Химическая реакция пищевой соды с кислотой (в основном уксусной) может производить CO2, но для получения достаточного количества CO2 требуется большое количество материалов. При реакции примерно 1 кг пищевой соды с 10—12 литрами 5-процентной уксусной кислоты образуется всего 500 граммов CO2. В промышленных масштабах этот способ производства CO2 считается дорогостоящим. Уксусная кислота капается на пищевую соду, и образуется CO2. Медленное высвобождение уксусной кислоты при помощи капель увеличивает продолжительность реакции. Реакция занимает много времени, чтобы произвести достаточное количество CO2, и трудно контролировать концентрацию CO2.

В качестве альтернативы этому методу редакция может рекомендовать пакеты для генерации CO2. Несколько пакетов в одной палатке обеспечат повышенный уровень CO2 в палатке в течение нескольких недель. Растения демонстрируют живой отклик.

Контроль и распределение CO2

Углекислый газ тяжелее воздуха, подачу газа необходимо осуществлять выше уровня растений так, чтобы он опускался и окутывал зону листьев.

CO2 распространяется медленно, поэтому для равномерного распределения CO2 необходима правильная циркуляция воздуха. Как правило, в небольшой теплице с одним генератором CO2 для распределения используются веерные струи или горизонтальный вентилятор воздушного потока.

Что следует помнить

Никогда не допускайте превышения уровня CO2. Установите систему оповещения, когда уровень CO2 достигает 2 000 частей на миллион, потому что высокий уровень CO2 (5 000 частей на миллион и выше) может убить человека.

Всегда контролируйте уровень CO2 с помощью датчиков и регулируйте его до необходимого уровня.

Используйте чистую форму CO2. Если вы применяете генераторы на природном газе — обеспечивайте достаточное количество кислорода для сгорания, чтобы устранить образование токсичных веществ при горении.

Всегда держите источник CO2 над растением и равномерно распределяйте воздух внутри теплицы.

Выберите метод подкормки, который подходит для вашей операции. Разработайте стратегию на основе анализа затрат и выгод. Выберите высокоценную культуру и следуйте инструкциям производителя по эксплуатации.

Поддерживайте идеальные условия выращивания, такие как правильное и интенсивное освещение, влажность, температура и питание, чтобы добавка CO2 была эффективной.

Растениям может потребоваться дополнительное питание из-за ускорения темпов роста.

Магазин Just Grow
Телеграм-бот с каталогомСайт Just Grow
Телеграм-канал