Зачем растениям углекислый газ?

Все просто: без углекислого газа не будет фотосинтеза. В результате фотосинтеза растения запасают энергию в виде углеводов и других соединений, которые служат им источником энергии и строительным материалом для формирования биомассы. Чем больше CO₂, тем быстрее растения производят сахара, которые питают их рост. Но это правило работает до определённого предела. Здесь важно помнить: больше не всегда лучше, нужно знать, какая концентрация CO₂ нужна вашим культурам на разных стадиях их жизненного цикла.

Фотосинтез достигает максимальной эффективности при температуре около 30°C, но существует и обратный процесс — дыхание растений, при котором они используют накопленные вещества, поглощают кислород и выделяют CO₂. При повышении температуры дыхание ускоряется быстрее, чем фотосинтез, поэтому оптимальная температура для продуктивности растений составляет около 20°C, в зависимости от их вида.

Дополнительный CO₂ изменяет это соотношение: он подавляет дыхание и увеличивает скорость фотосинтеза, смещая температурный оптимум продуктивности ближе к температурному оптимуму фотосинтеза. Это означает, что растения могут эффективнее использовать свет и тепло, особенно в условиях высоких температур и избыточной инсоляции. Углекислый газ помогает снизить потери урожая от жары, позволяет растениям переносить стресс и быстрее накапливать биомассу в течение вегетационного периода.

Как CO₂ помогает растениям расти быстрее? Механизм действия углекислого газа прост, но эффективен:

• Увеличивается скорость фотосинтеза, что позволяет растениям быстрее запасать энергию в виде углеводов.

• Снижается влияние стресса от жары, растения легче переносят повышенные температуры без снижения продуктивности.

• Температурный оптимум продуктивности сдвигается, помогая растениям работать в полную силу при более высоких температурах.

Насколько можно увеличить урожай с помощью подкормки углекислым газом

Исследования показывают, что при соблюдении всех условий — достаточного количества света, тепла, питательных веществ и концентрации CO₂ — подкормки углекислым газом могут заметно увеличить урожайность. В литературе есть описания экспериментов, в которых использовались очень высокие концентрации углекислого газа, в несколько тысяч ppm. Однако в тепличных комплексах, как правило, используют концентрации углекислого газа до 800 pm — согласно нормам безопасности рабочей среды для людей и по экономическим причинам.

На рисунке ниже обобщены данные 60 научных экспериментов в теплицах по всему миру (Источник: Nederhoff, 1994). Широкая полоса на графике обусловлена различиями между культурами и условиями. Из этих данных следует, что:

• более низкие уровни углекислого газа, чем окружающий воздух, могут замедлить рост растений на 30–40 % (при 150 ppm);

• при уровне CO₂ около 500 ppm рост растений увеличивается на 15–25%;

• в диапазоне от 340 до 700 ppm CO₂ может ускорить рост культур на 30–40%. 

Современные научные исследования дают нам следующие цифры, опираясь на которые можно построить собственную стратегию подкормки растений углекислым газом:

• Овощные культуры. В закрытых теплицах с обогащением воздуха углекислым газом на уровне 1000 ppm урожай томатов увеличивался на 20–50% по сравнению с контрольными условиями (обычный уровень CO₂ в 400 ppm). Огурцы при концентрации CO₂ в диапазоне 800–1200 ppm показывали прирост урожайности до 40%, причем плоды становились более крупными и ровными.

• Ягодные культуры. При выращивании клубники в теплицах с уровнем CO₂ около 1000–1200 ppm урожайность возрастала на 30–35%. Ягоды становились не только крупнее, но и слаще.

• Листовая зелень и пряные травы. Базилик, мята и розмарин при концентрации CO₂ в 700–900 ppm быстрее наращивают биомассу, увеличивая урожай на 15–25%. Для культур, таких как салат, укроп или шпинат, обогащение CO₂ позволяло ускорить вегетацию и получить урожай на 15–30% быстрее. При этом зелёная масса увеличивалась в среднем на 25%. Это особенно заметно в условиях недостатка естественного освещения, когда углекислый газ компенсирует снижение фотосинтетической активности.

Однако прирост урожая зависит от базовых условий выращивания. Если в вашей теплице или гроубоксе изначально поддерживаются оптимальные условия, эффект будет выше. Почему результаты могут варьироваться? Это зависит от нескольких факторов:

• Тип растений. Растения C3-типа (такие как томаты, огурцы и салат) особенно чувствительны к обогащению CO₂ и дают наиболее заметный прирост урожая. Растения C4-типа (например, кукуруза) менее подвержены изменениям, так как они уже более эффективно используют углекислый газ.

• Уровень освещения. Чем больше света получают растения, тем сильнее эффект от подкормки CO₂. При недостаточном освещении даже повышенная концентрация углекислого газа не даст заметного прироста урожайности.

• Контроль параметров. При отсутствии чёткого контроля концентрации CO₂ и температуры растения могут испытывать стресс или плохо расти.

Способы подачи углекислого газа: от органики до баллонов

Как же организовать подкормку растений углекислым газом? Есть несколько распространённых подходов к обогащению воздуха CO₂, но ни один из них не является универсальным. Выбор способа зависит от условий выращивания. Давайте поближе познакомимся с этими подходами, оценим их эффективность, плюсы и минусы и сделаем выводы, какой способ предпочтительней в тех или иных помещениях для выращивания растений.

1. Разложение органики

Простейший и натуральный метод, подходящий для небольших теплиц или гроубоксов. Компост, навоз или специальные органические смеси выделяют углекислый газ естественным образом при разложении.

• Применение: в гроубоксах или небольших теплицах для культур, требующих умеренного уровня CO₂, например пряных трав.

• Плюсы: доступность, экономичность, отсутствие необходимости в специальном оборудовании.

• Минусы: неконтролируемость концентрации СО₂, возможное выделение неприятного запаха.

2. Сжигание топлива

Этот метод используется в крупных теплицах. Горелки сжигают газ или жидкое топливо, производя CO₂ в больших объемах.

• Применение: отапливаемые промышленные теплицы, где важно быстро насыщать воздух углекислотой.

• Плюсы: дополнительное тепло в холодный период, высокая скорость подачи CO₂.

• Минусы: риск выделения побочных газов (например, оксидов азота), необходимость вентиляции для устранения побочных продуктов сгорания, сложность настройки системы.

3. Отвод газа из котельных

Ещё одно решение для промышленных теплиц. Побочный CO₂ из котельных очищается и направляется в помещения с растениями.

• Применение: крупные тепличные комплексы.

• Плюсы: стабильность подачи, возможность интеграции с системами отопления, снижение затрат, если источник газа находится рядом.

• Минусы: сложность очистки газа от побочных примесей, высокие начальные затраты, не подходит для небольших объектов.

4. Баллоны с CO₂

Идеальный метод для сити-фермеров и любителей. Баллон с углекислотой подключается к системе подачи газа, позволяя точно регулировать уровень CO₂.

• Применение: в закрытых системах (гроубоксы, небольшие и средние теплицы), где можно поддерживать стабильную концентрацию газа, для растений, требующих высокого уровня CO₂, например помидоров, перцев или зелени.

• Плюсы: точность контроля концентрации, совместимость с автоматикой.

• Минусы: высокая стоимость баллонов и оборудования, необходимость периодической заправки баллонов.

Таким образом, для гроубокса рекомендуется использовать баллоны с CO₂. Они позволяют точно дозировать газ в ограниченном пространстве, исключая риск передозировки. Для небольшой теплицы подойдут разложение органики при низкобюджетных решениях или использование баллонов. Если вы выращиваете травы или зелень, можно использовать первый метод как экономичный и простой. Для культур с высокими требованиями к CO₂, таких как перцы или помидоры, лучше выбрать баллоны. Для больших теплиц лучшим выбором станут горелки или системы отвода газа из котельных. Эти методы обеспечивают необходимый объем CO₂ для насыщения воздуха в крупных помещениях.

Как автоматизация повышает эффективность подкормки растений углекислым газом

Одной из важнейших составляющих технологии применения CO₂ в растениеводстве является автоматизация процесса его подачи. Это обеспечивает точный контроль концентрации, равномерность распределения газа и снижение трудозатрат.

Автоматизация подачи углекислого газа — необходимый этап для повышения эффективности культивации растений в закрытых помещениях. Современные технологии позволяют точно регулировать концентрацию СО₂, оптимизировать затраты и улучшить качество урожая. Выбор подходящей системы зависит от масштаба выращивания, особенностей помещения и бюджета.

Существуют несколько типов автоматизации подачи углекислого газа:

• Программные системы: работают по заданным временным интервалам. Просты в использовании, но не учитывают текущие потребности растений.

• Стабилизирующие системы: поддерживают концентрацию СО₂ на заданном уровне, компенсируя потери, но, как и программные, не реагируют на внешние факторы.

• Следящие системы: автоматически адаптируют концентрацию углекислого газа в зависимости от уровня освещённости или данных о состоянии растений. Такие системы включают в себя датчики концентрации СО₂, освещённости, температуры и влажности и регулируют подачу газа в реальном времени. Это наиболее эффективный, но и самый дорогой вариант для профессионального использования.

В типовой системе автоматизации подачи углекислого газа для гроубоксов и небольших теплиц используются:

• Баллон с СО₂ — источник газа.

• Редуктор и клапан управления — для регулирования потока газа.

• Распределительные трубки — для обеспечения равномерной подачи.

• Датчики концентрации СО₂, температуры и влажности — для передачи данных системе управления.

• Модуль управления — для анализа данных и корректировки подачи газа.

• Персональный компьютер или облачная система — для мониторинга и настройки.

Газ в таких системах подаётся через электромагнитный клапан и распределяется трубками на уровне растений. Автоматика регулирует открытие и закрытие клапана на основе данных о текущей концентрации CO₂. Преимущества: точный контроль, простота установки, подходит для помещений любого размера.

Общие советы по использованию углекислого газа в качестве подкормки для растений

Применение углекислого газа в растениеводстве — это технология, требующая грамотного подхода, но её результаты окупаются. Улучшение роста, повышение урожайности и возможность эффективного использования ресурсов делают подкормки СО₂ хорошим инструментом для профессионального растениеводства. Чтобы добиться успехов, не забывайте про наши советы:

• СО₂ следует подавать утром и в дневное время (или в то время, когда вы включаете растениям свет, если они растут в условиях полной светокультуры), когда происходит фотосинтез. Не подавайте углекислый газ в первые 30 минут после включения освещения — в это время растения усваивают скопившийся ночью СО₂. Вечером прекращайте подачу СО₂ за 30 минут до выключения света.

• Не подавайте CO₂ ночью. Растения не поглощают его в темноте.

• Контролируйте концентрацию. Используйте датчики CO₂, чтобы поддерживать оптимальный уровень.

• Учитывайте все факторы. Дополнительный CO₂ эффективен только при достаточном освещении. Чем больше света получают растения, тем больше углекислоты они могут усвоить. Используйте подкормки СО₂ в комбинации с правильным освещением и достаточным питанием для растений.

• Не забывайте про вентиляцию. Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому важно поддерживать движение воздуха, чтобы концентрация газа в помещении для выращивания была равномерной. Также эффективным считается использование нескольких перфорированных рукавов для подачи СО₂, расположенных на разных уровнях.

• Подбирайте метод под свои условия. Учитывайте размеры помещения, тип растений и доступный бюджет.

* * *

Подкормка растений углекислым газом — это наука и искусство одновременно. Выбор правильного метода и грамотное управление уровнем CO₂ способны увеличить урожайность, улучшить качество плодов и сделать ваши растения более стрессоустойчивыми.

Современные исследования подтверждают, что дополнительный CO₂ может увеличить продуктивность до 50%, особенно при правильной организации всех параметров среды. Подкормка СО₂ — это инвестиция, которая окупается высокой урожайностью и качественными результатами. Если вы хотите вывести свои навыки на новый уровень, экспериментируйте с подкормками углекислым газом, основываясь на потребностях своих растений, и результат обязательно вас порадует. В следующей статье мы расскажем, как наш контроллер SensiRoom CO₂ помогает управлять уровнем углекислого газа.