Практические аспекты обогащения углекислым газом в гидропонике — Наука в гидропонике
Углерод является одним из наиболее важных питательных веществ, потребляемых растением, поскольку он является самым большим компонентом сухой массы растения. Растения получают этот углерод в основном из атмосферы — в виде углекислого газа — и преобразуют его в процессе фотосинтеза для создания углеводов и других углеродсодержащих молекул. Тем не менее, концентрация углекислого газа в атмосфере относительно низка (350-450 частей на миллион), поэтому растения, которые получают достаточно света и корневого питания, например, в гидропонных установках, иногда становятся ограниченными из-за отсутствия достаточного количества углекислого газа в атмосфере. Обогащение углекислым газом направлено на увеличение этой концентрации, чтобы снять это ограничение. В сегодняшнем посте мы поговорим о некоторых практических аспектах обогащения CO2 в гидропонных установках, например о том, какие концентрации использовать, как проводить обогащение и когда это делать.
Чтобы погрузиться в научную литературу об углекислом газе, я рекомендую этот обзор за 2018 год, который не только обобщает большое количество соответствующей литературы, но и содержит широкий спектр литературных ресурсов, которые могут быть полезны всем, кто хочет подробно изучить научные исследования, связанные с CO2 обогащение. Большая часть информации, содержащейся в этом посте, была взята из этой статьи или ее источников. Я буду ссылаться на конкретные источники, если это не так.
Прежде всего, важно понимать, что обогащение диоксидом углерода не имеет смысла ни при каких обстоятельствах. Растения, как правило, будут ограничены другими факторами, прежде чем они будут ограничены углекислым газом. Первый шаг перед СО2 обогащение, заключается в том, чтобы убедиться, что растения получают достаточно света (> 400 мкмоль / м2/s для цветковых растений) и что анализ их тканей показывает, что они не ограничены дефицитом какого-либо конкретного минерального питательного вещества. Растения, которые находятся в условиях слабого освещения, стресса от засухи или дефицита питательных веществ, как правило, получают значительно меньшую пользу от CO.2 обогащение, чем растения, которые фактически ограничены только концентрацией CO2 в теплице. При некоторых из этих обстоятельств CO2 инъекции могут привести к чрезмерному количеству CO2 это может привести к фактически контрпродуктивным результатам. Температура также может быть ключевым фактором, определяющим успех CO.2 обогащение с температурами в верхнем диапазоне идеальных температур для урожая, что часто приводит к лучшим результатам, поскольку оптимальная температура увеличивается в зависимости от CO2 обогащение (см. здесь).
Следующее, что нужно учитывать, это источник углекислого газа. Лучшим источником для использования являются баллоны с CO2, которые обеспечивают чистый CO по требованию.2 который можно легко контролировать как с точки зрения его чистоты, так и с точки зрения его поступления в теплицу. Однако обычно предпочтительнее более дешевые источники, особенно горелки на ископаемом топливе, которые будут выделять CO.2 по требованию. Проблема с этими горелками заключается в том, что они будут выбрасывать в атмосферу другие газы, такие как SO.2CO и NOИкс, которые могут быть вредны для растений, если выход из горелки не фильтруется перед использованием. Их можно свести к минимуму, если использовать горелки на природном газе, поскольку они производят наименьшее количество этих побочных продуктов. Еще одна проблема с «горелками» заключается в том, что они будут нагревать окружающую среду, если это не совпадает с потребностями теплицы в отоплении, это может привести к повышению температуры или чрезмерным затратам на мероприятия по контролю климата. По этой причине синхронизация этих циклов «горелки» имеет решающее значение, чтобы гарантировать, что они не «борются» с системами климат-контроля.
Датчики, используемые для обнаружения CO2 и их размещение также будет очень важно. Для CO доступны в основном оптические и электрохимические датчики.2 обнаружение. Оба этих датчика необходимо периодически проверять на наличие CO.2 свободные газы и атмосферный CO2 проверить их калибровку. Оптические датчики часто требуют очистки, чтобы оставаться надежными. Из-за этих потенциальных проблем с надежностью часто бывает идеальным иметь несколько датчиков CO2, используемых для управления, и проверять значения датчиков относительно друг друга, чтобы убедиться, что ни один датчик не перестал работать правильно. Распределение CO2, как правило, будет самым высоким у земли и ниже в лиственном пологе, поэтому датчики необходимо размещать вокруг высоты полога, чтобы гарантировать, что фактическая концентрация в пологе достигает желаемого уровня, поскольку именно здесь будет использоваться большая часть CO2.
Что касается концентрации, которая должна поддерживаться для максимизации урожайности, исследования показали, что наибольшая выгода, когда это возможно, достигается при концентрации углекислого газа около 1000 частей на миллион. Углекислый газ не проникает в ткани ночью и, как ожидается, также отрицательно влияет на частоту дыхания, поэтому обычная практика диктует, что CO2 следует снизить ночью до атмосферного уровня, чтобы решить эту проблему. В исследовании Mulberry, проведенном в 2023 году, была предпринята попытка установить разницу между дневными и ночными добавками CO.2 и обнаружили, что все преимущества повышения урожайности добавки были получены, когда CO2 пополняли только в дневное время.
Что касается питания, углекислый газ вызывает повышенный спрос на определенные питательные вещества. Например, потребность в азоте существенно возрастает, когда CO2 используется добавка (см. здесь). По этой причине гидропонные культуры, содержащие CO2 с добавками, как правило, необходимо кормить большим количеством азота, чтобы не потерять преимущества CO.2 добавки из-за того, что неорганический азот становится ограничивающим фактором. Углекислый газ увеличит потребность в азоте, но не поглощение азота, если концентрация останется прежней, поэтому нам нужно компенсировать это, увеличив количество азота в питательном растворе.
Очевидно, что предстоит провести много исследований, так как оптимальный CO2 добавка включает в себя множество переменных (включая финансовые, экологические, пищевые, виды растений и т. д.). Первоначальный подход, при котором атмосфера обогащается до 1000 частей на миллион CO.2 с растениями C3, которые могут воспользоваться этим преимуществом, где питание в целом увеличено, температура также немного повышена, а CO2 выбрасывается ночью, это должно дать удовлетворительные первоначальные результаты. Это хорошая отправная точка для тех, кто хочет извлечь выгоду из CO.2 обогащение.
