Технологии современного тепличного производства.

Вертикальные фермы, городские или сити-теплицы: новые решения бизнеса на овощах и зелени

Помимо увеличения доли и численности городского населения, перемены в классическом земледелии также вызваны изменением климата, истощением природных ресурсов и углеродным следом от производства и транспортировки продуктов питания (один томат в среднем проезжает 1 500 км, чтобы попасть на прилавок магазина).

Стоит задуматься также и о том, что большая часть всех потребляемых в развитых странах овощей и зелени ими импортируется. В России этот показатель от 30 до 80% в зависимости от вида овощей. (* В последние годы самообеспеченность овощами возросла: по огурцу почти до 90%, До 65 по томату. Чего нельзя сказать о семенах. Многие производители продолжают «по привычке» выращивать овощи из семян голландского производства, не смотря на то, что семена российской селекции, в частости «Гавриш», по качеству превосходят зарубежные аналоги, а по стоимости выгоднее. *прим. ред.)

При доставке до 40% урожаев превращаются в отходы, а то, что доезжает до нас с вами, теряет около 45% питательных веществ.

Выращивание овощей современными методами — выгодно и близко

Мировая продовольственная система в том виде, как она организована сейчас, очень неустойчива. В 2020 году из-за пандемии коронавируса проблемы в сельском хозяйстве обострились. Закрытие границ, санкции, эмбарго привели к срыву поставок продовольствия. После потерь, ощутимых как в экономическом, так и производственном плане, агропромышленный сектор задумался о полном импортозамещении продукции. Как это сделать и чем могут помочь новые технологии хорошо видно на примере компании iFarm, которая создает автоматизированные вертикальные фермы для локального выращивания овощей, ягод и зелени.

Овощи на «Удаленке» — автоматизация выращивания овощей: от биовегетария к вертикальной ферме

Компания iFarm начала работу осенью 2017 года. Тогда в планах коллектива было создание так называемых биовегетариев — светопроницаемых теплиц. Однако контролировать температуру внутри подобной конструкции оказалось сложно: солнечный свет либо моментально нагревал помещение, либо же все тепло уходило за счет инфракрасного излучения и тонких стенок конструкций. Управлять почвой в биовегетарии также было непросто: каждая часть грядки имела свой состав, температуру и влажность. Необходимо было найти решение с полной автоматизацией этих параметров, чтобы получать стабильно вкусный и гарантированный урожай овощей, ягод и зелени на протяжении всего года.

Кроме того, направление биовегетариев не предполагало быстрого масштабирования и не подходило для реализации более глобальной цели — создать автоматизированную технологию локального выращивания, которая могла бы обеспечить продовольственную безопасность в условиях, когда население мира быстро растет и урбанизируется.

В 2018 году команда iFarm представила собственную разработку промышленной технологии выращивания салатов и пряных трав на вертикальных фермах, которые можно располагать в закрытых помещениях в городах и начала эксперименты с различными культурами.

Вертикальные фермы — отличный выбор для городского овощеводства

Сегодня в открытых источниках появляется большое количество информации о вертикальных фермах. Хотя до сих пор вокруг сити-фермерства возникают многочисленные споры, само по себе вертикальное земледелие как подход не ново, просто оно стало активно развиваться несколько лет назад, когда был совершен прорыв в светодиодах (они стали и эффективнее, и дешевле).

Однако каждый раз скептики пытаются переубедить инноваторов в том, что сити-фермерство — это дорогое и неперспективное производство

Но так ли это на самом деле? Давайте разбираться.

Вертикальные фермы задают новые стандарты в производстве еды

Вертикальные сити-фермы для выращивания овощей популярны благодаря многим факторам: такие фермы быстро строятся, находятся рядом с потребителем, позволяют сэкономить природные ресурсы (вода, почва), экологичны, позволяют круглый год получать качественные урожаи практически в любом уголке России, независимо от климата.

Один из главных плюсов вертикального фермерства — автоматизация и возможность управлять большинством процессов, включая микроклимат

Внутри ферм избегают перепадов температуры, перепадов влажности, нехватки или избытка солнечного света, как это бывает в живой природе. В оптимальных условиях растения получают сбалансированное питание и максимально раскрывают свой потенциал. Это позволяет получать больше урожаев и сокращает сроки созревания как минимум на 10-15 дней даже по сравнению с обычными теплицами, а уж тем более с выращиванием овощей открытом грунте, где контролировать рост и развитие растения сложнее.

К примеру, на вертикальной ферме срок созревания листового салата до состояния готовой товарной продукции составляет в среднем 25-30 дней

Сотрудники iFarm комплексно подходят к решению главной задачи — обеспечить доступ населения к качественным продуктам питания. Можно ли на этом открыть полноценный агробизнес в городе и не прогореть? Команда iFarm создала автоматизированную технологию под ключ, на базе которой любой сити-фермер может построить свою ферму и выращивать салаты, пряные травы, съедобные цветы, а в ближайшее время даже садовую землянику, редис, черри-томаты и сладкие перцы.

Вертикальные фермы: сочетание новых технологий агропроизводства, удобства и выгоды

Сегодня технология iFarm представляет собой систему, которая включает в себя три основных блока: программное обеспечение (software), агротехнологии, оборудование (hardware).

Благодаря комплексной работе, запустить вертикальную ферму под силу любому человеку, даже если у него нет специализированных знаний в вопросах автоматизации производства, управления и агрономии.

Ключевой элемент — SaaS-платформа iFarm Growtune. Она отвечает за автоматизацию процессов, обеспечивает связь между владельцем или управляющим фермы с производством, помогает растениеводам выполнять базовые задачи по уходу за посадками.

— Наше облачное решение напрямую взаимодействует со всеми датчиками и контроллерами, управляет параметрами температуры, влажности, CO₂, составом раствора и графиком полива, расписанием включения и отключения света, а также выдает четкие инструкции по действиям с посадками для персонала ферм, — рассказывает директор по продукту iFarm Growtune Олег Костенко.

Благодаря такому уровню автоматизации сити-фермеру не требуется самому подбирать и настраивать параметры, а также мониторить процессы, чтобы получить качественный урожай в прогнозируемые сроки — система все сделает самостоятельно. Для этого необходимо выбрать культуру из каталога, который сейчас содержит более 120 «рецептов» выращивания, запланировать посадку, подтвердить заказ и наблюдать за производством.

Надежность — главное требование, которое предъявляют сотрудники компании к системе автоматизации. Сбой системы на несколько часов может привести к гибели урожая, который рос несколько недель. Искусственный интеллект отслеживает состояние растений на вертикальных фермах и обучается на основе данных loT-устройств, автоматических отчетов производства, компьютерного зрения и данных по продажам, а также сообщает обо всех нарушениях при помощи системы уведомлений. Чтобы избежать влияния человеческого фактора, в Growtune предусмотрен функционал чек-листов — автоматически генерируемых задач с четким перечнем действий для каждого этапа роста, каждой культуры.

Спец-программы выращивания для автоматизированных теплиц

Агрономы и специалисты по питанию растений провели огромное количество экспериментов в восьми собственных лабораториях, проверяя семена, оптимальный микроклимат, освещение и питание для каждой культуры. Управление этими параметрами позволяет добиваться максимальной урожайности с 1 м 2 посадок и получать яркие вкусовые характеристики салатов, пряных трав, овощей и ягод, сохраняя их полезные свойства.

Подобные исследования помогают повысить качественные и экономические показатели продукции. Полученные данные оцифровываются и превращаются в «рецепты» выращивания, каждый из которых содержит библиотеку всех необходимых микроклиматических параметров, а также агротехнических и технических процедур по уходу за конкретной культурой. Эта информация загружается в базу данных iFarmGrowtune и становится доступной сити-фермеру.

— Возможности, которые мы заложили в систему по удаленному управлению всеми процессами, начиная от планирования посадок до организации сбыта, позволяют минимум на 20% сократить расходы на оплату труда и максимально облегчить работу на ферме, снижать стоимость каждого килограмма овощей, ягод и зелени, — рассказывает коммерческий директор компании Майя Городова. — Все высокооплачиваемые специалисты работают внутри iFarm, а результаты их труда доступны клиентам в виде каталога культур и универсальных онлайн-инструментов для управления производством.

Какие культуры поступают на проработку в лабораторию определяется спросом на рынке и трендами в HoReCA. Выбор сортов не обуславливается одним лишь желанием. Во-первых, нужно учитывать экономическую выгоду, то есть, сколько владельцы вертикальных ферм смогут заработать на данной культуре. Во-вторых, большую роль играет сам вкус растения, но его определяют запросы. Так, например, рестораторы заказывают руколу с ярко выраженными вкусовыми характеристиками, а для магазинов выращивается рукола с более классическим, привычным вкусом. В каталоге Growtune есть оба «рецепта».

Сейчас эксперименты проводятся по следующим направлениям: зеленные культуры (новые виды и сорта салатов, пряных трав, микрозелени), ягоды (земляника садовая), съедобные цветы, овощи (томаты черри, сладкий перец, огурцы, редис).

Применение новых агротехнологий на реальном производстве — работает, проверено!

На вертикальных фермах по технологиям iFarm для выращивания овощей, ягод и зеленных культур используется метод проточной гидропоники: корни растений получают питание из специального сбалансированного раствора, который содержит все необходимые макро- и микроэлементы. Этот метод экологичен, надежен в эксплуатации, экономически выгоден и позволяет размещать фермы на любом этаже здания, благодаря легкости конструкций. Кроме того, он подходит для выращивания большого числа растений.

В светопрозрачных теплицах более старого поколения овощи выращиваются в основном на почвогрунте, в современных теплицах — это малообъемная гидропоника с использованием органического (кокосового и торфяного) субстрата, либо минеральной ваты. Данные технологии сопряжены с тем, что в определенный момент (в конце вегетации растений или нескольких циклов вегетации) возникает вопрос утилизации отработанного почвогрунта и субстратов, которые используются в малообъемной гидропонике.

— На вертикальных фермах мы почти ушли от субстрата. Его используется немного — для закрепления корней рассады. Таким образом, мы исключили загрязнение внешней среды и непредсказуемость условий, в которых формируется корневая система растений. Большой плюс в том, что мы в любой момент можем проводить осмотр корней и фиксировать изменения их состояния, а значит — работаем на опережение, если наблюдаем малейшие отклонения в развитии. Это почти невозможно при выращивании культур в почве или большом объеме субстрата, — говорит Наталья Смирнова, кандидат биологических наук, специалист по питанию растений, старший научный сотрудник лаборатории агрохимии Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Метод проточной гидропоники позволяет работать с разными видами субстрата (чаще всего — торф и минеральная вата). Однако агрономы в ходе лабораторных исследований выявили, что у некоторых культур корневая система лучше развивается в поролоне. В качестве одного из субстратов его использовали при выращивании микрозелени. Во время проверки урожайности нескольких культур (редис, горчица, кресс-салат и др.) он показал наилучшие результаты: поролон обладает хорошей воздухоемкостью, что положительно влияет на урожайность. Также у него низкая себестоимость.

Новые реалии — новое оборудование для вертикальных ферм

В работе iFarm использует ряд собственных инновационных решений для городских вертикальных ферм, часть из которых запатентована. Это мировая тенденция на рынке умных теплиц, когда компании сами разрабатывают для себя нужные технологии. Однако инновации приходят и из других секторов, например, искусственный интеллект, дроны или солнечные батареи.

Инженеры iFarm проделали большую работу над созданием собственных систем LED-освещения. Прорыв последних лет на рынке светодиодных фонарей позволил сделать искусственный свет идентичным солнечному! Лампы мало весят и не нагреваются в сравнении с предыдущими вариантами, сегодня их изготавливают в рамках контрактного производства для всех вертикальных ферм по технологиям iFarm и даже сторонних заказчиков (недавно большая партия уехала в Австралию).

Компания iFarm получила патенты на разные компоненты вертикальной фермы по своим технологиям. В их числе поддоны, профессиональный растворный узел (замешивает большое число растворов питания), система кондиционирования и осушения, которая позволяет повторно использовать испаряемую растениями воду.

Микрозелень — популярность растет с каждым днем

Мировой тренд на здоровое питание ставит микрозелень на лидирующие позиции в общем списке полезных продуктов. Поэтому многие компании делают ставку именно на нее. Тем более, что микрозелень — самостоятельное направление, основные покупатели которого — рестораны. Мы писали об этом в нашем материале на сайте официального интернет-магазина профессиональных семян «Гавриш», где микрозелень выделена отдельной линией, как быстрорастущий тренд.

— Микрозелень очень важна для здоровья. Молодые росточки содержат рекордное количество необходимых человеку полезных веществ — до 40 раз больше, чем во взрослых растениях тех же культур. Тренд на употребление микрозелени растет, в результате чего это направление становится популярно и у производителей, — рассказывает Майя Городова.

Для выращивания микрозелени используются специальные семена от проверенных производителей. А одно из главных условий качественного урожая — хорошая циркуляция воздуха в помещении. Побеги срезают после появления одного-двух листиков: горох вырастает за 12-15 дней, амарант — за 6 дней, редиска — за 5-8 дней, подсолнечник — за 12 дней. За это время растения максимально наполняются витаминами, но еще не успевают «затвердеть». На промышленных вертикальных фермах микрозелень выращивают на стеллажах, аналогичных тем, на которых растут «взрослые» салаты и пряные травы. В настоящее время готовится финансовая модель с экономикой фермы для такого ассортимента.

Также в разработке находится решение для ресторанов. Далеко не всегда есть возможность установить вертикальный стеллаж прямо в зале. Нужно адаптировать его под условия кухни, где обычно жарко и влажно. Именно этим сейчас занимается отдел опытного производства iFarm.

Сити-фермерство: экономически обоснованная альтернатива теплицам

Культивирование в закрытых помещениях дает огромное преимущество перед традиционным земледелием. Например, если фермер или агроном потеряли урожай, то зачастую им приходится ждать следующего сезона или оборота. На вертикальной ферме можно выращивать культуры круглый год, а благодаря замкнутому циклу на производстве — не использовать средства для защиты растений от вредных насекомых.

Главная задача вертикальных ферм — накормить растущее население мегаполисов. Овощная продукция должна быть свежей, полезной, вкусной. У продукции с городских ферм есть большое преимущество по сравнению с «собратьями», выращенными в тепличных комбинатах. Это, конечно, в первую очередь — производство, не требующее серьезных затрат на логистику. Овощи, фрукты, ягоды и зелень, которые везут издалека, падают в качестве.

— В тепличных комбинатах томаты срываются зелеными и поспевают по дороге. Не все гибриды хорошо переносят длительную транспортировку, могут испортиться по пути. А это напрямую сказывается на их вкусе, цвете, внешнем виде. То же самое с клубникой, зеленью и другой продукцией, которая относится к сегменту fresh и ultrafresh, — делится Майя Городова.

Окупаемость вертикальных ферм

Вертикальные фермы — инструмент, который помогает решать все эти проблемы. Такие экологически чистые производства удовлетворяют еще один запрос — растущий мировой тренд на эко-продукцию и осознанное, здоровое питание.

Один из главных вопросов со стороны потенциальных клиентов — это сроки окупаемости. По словам Городовой, окупаемость коррелирует с площадью помещения: чем больше ферма, тем быстрее она окупается. Специалисты компании предоставляют обоснование финансовых моделей на примере салатных линий.

Авторы: Елена Шкарубо, Екатерина Ананьева
фото: Ника Селезнева, Елена Альшимари

Технологии современного тепличного производства.

В настоящее время выращивание овощей, цветов и других культур в теплицах уже невозможно представить без компьютерных систем управления технологическими процессами (полив растений, подкормки удобрениями, регулирование микроклимата).
В связи с этим в тепличном производстве повысились требования к агрономическому персоналу. Современный специалист сегодня должен не только владеть компьютером, но и грамотно вводить технологические параметры управления. Чтобы справляться с поставленными задачами, агрономы должны постоянно совершенствоваться в своих знаниях.
Для получения высоких урожаев агроном учитывает много факторов. Одним из наиболее важных является выбор сорта. Среди огромного разнообразия надо выбрать тот, который больше всего подходит для зоны выращивания, типа теплицы и т.д. Важную роль играет субстрат. Чтобы принять решение, агроном взвешивает все плюсы и минусы и находит оптимальный вариант. Вопросы полива и питания растений требуют грамотного подхода. Ведь очень важно обеспечить растения водой и элементами питания в период роста и плодоношения. А для этого надо знать физиологию растений и владеть агрохимическими знаниями. На рынке сегодня можно встретить разнообразные виды удобрений и подобрать их для конкретного случая — это тоже одна из важнейших задач для агронома.
Таким образом, повышение урожайности в тепличном производстве невозможно без присутствия грамотных специалистов-агрономов, знающих дело и понимающих растения.

Управление микроклиматом в промышленных теплицах

Современные технологии выращивания овощей, рассады, цветов и зеленных культур требуют постоянного поддержания определенных режимов микроклимата в теплицах.
Тепличное производство относится к числу наиболее энергоемких производств. В среднем затраты на обогрев теплиц составляют 40-80% от себестоимости продукции. К примеру, на обогрев 1 Га зимних теплиц расходуется более 200 тонн условного топлива в год, поэтому повышение эффективности его использования имеет важное значение.

Автоматизация систем управления микроклиматом в защищенном грунте позволяет экономить 15-25% тепла при росте урожайности, улучшения условий труда персонала и повышении общей культуры производства.

Современная теплица как объект управления температурно-влажностным режимом характеризуется крайне неудовлетворительной динамикой и нестабильностью параметров, вытекающими из особенностей технологии производства. В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (+/-1градус), своевременное её изменение в зависимости от уровня фотосинтетически активной облученности, фазы развития растений и времени суток. Все эти обстоятельства предъявляют высокие требования к функционированию и техническому совершенствованию оборудования автоматизации управления микроклиматом в теплицах.

Гидропонный метод выращивания овощей в теплицах

Тепличное производство в настоящее время развивается как динамичная и эффективная отрасль сельского хозяйства, имеющая значение для снабжения населения свежими и богатыми витаминами овощами, а также цветами в период, когда из открытого грунта не поступает продукция.
В строительство и эксплуатацию остекленных теплиц вложены значительные средства. Кроме того, на фоне усиливающегося кризиса тепличное производство является одним из наиболее энергоемких в сельском хозяйстве. В настоящее время перед тепличными комбинатами стоит задача повышения эффективности производства. Эта задача может быть решена только путем реконструкции, модернизации и применения новых технологий.
В сельском хозяйстве, особенно в тепличном производстве, научно-технический прогресс охватывает, прежде всего, все факторы интенсификации — удобрение, полив, сортовой состав, микроклимат и способы выращивания культур. Однако существующие традиционные технологии ограничивают возможности улучшения производственных результатов.
Одно из новейших направлений тепличного производства за рубежом и в нашей стране — выращивание овощей на гидропонике с использованием всех достижений химии, биологии и электроники. Интерес к этим технологиям постоянно возрастает, поскольку они предоставляют практике огромные возможности резкого повышения урожаев и качества продукции при несравнимо лучших условиях труда.
С внедрением в производство автоматизированных систем полива и питания растений появилась возможность беспочвенного выращивания овощей. Результаты исследований и внедрения новых технологий отражают следующие преимущества гидропонных способов:
— получение высоких и устойчивых урожаев с повышенным качеством продукции,
— уменьшение энергоемкости на единицу продукции,
— повышение производительности труда за счет исключения трудоемких процессов (пропаривание, обработка, замена грунта и др.), связанных с использованием почвы,
— наличие условий для оптимизации водного, воздушного режимов и минерального питания на основе программирования с использованием микропроцессорной техники,
— возможность стандартизации агротехники и питательных растворов по культурам, что облегчает технологический процесс,
— автоматизация и перевод на базу электроники рабочих процессов, что сводит до минимума расход труда, воды, удобрений,
— более легкая борьба с болезнями и вредителями растений,
— возможность использования территорий, непригодных для обычного выращивания овощных культур,
— значительное улучшение условий для работающих в теплицах.

Настоящее и будущее гидропоники определяются, прежде всего, решением многих организационных и технических вопросов, из которых наиболее важны следующие:
— разработка программы развития гидропоники и помощи тепличным комбинатам при ее внедрении в производство,
— производство технологического оборудования для новых систем — узлов питания, систем капельного полива, портативных измерительных приборов и др.,
— производство дешевых минеральных удобрений с качеством, отвечающим требованиям технологии,
— организация агрохимического контроля и разработка рекомендаций по применению удобрений.

Решение этих вопросов даст возможность путем использования гидропонных методов увеличить производство продуктов сельского хозяйства.

Капельное орошение в промышленных теплицах

Одно из перспективных направлений совершенствования технологии полива в промышленных теплицах заключается в применении капельного орошения, имеющего ряд преимуществ перед традиционными способами полива (шланговый полив, дождевание).
Принцип капельного орошения заключается в подаче требуемого количества влаги и питательных веществ непосредственно к корневой зоне растений, что позволяет обеспечить оптимальный водно-воздушный и питательный режимы тепличного грунта (или субстрата), повышает урожайность, сокращает расход воды и удобрений, снижает заболеваемость растений и возможность распространения болезней.
Капельное орошение является основным способом полива при выращивании растений методом малообъемной гидропоники.

Малообъемная технология выращивания овощей в теплицах, так называемая «малообъемка» предусматривает создание оптимальных водно-воздушных, питательных и температурных параметров в корнеобитаемой зоне растений, которая в отличие от традиционной почвенной технологии сокращена до 2-15 л субстрата на одно растение.
Объем субстрата для жизнедеятельности корневой системы весьма ограничен и представляет собой химически нейтральную среду, поэтому подача воды, питательных элементов и тепла для поддержания заданных условий должны осуществляться своевременно и в требуемых количествах.
При гидропонных технологиях качество воды имеет первостепенное значение. К наиболее важным показателям относятся:
— общая концентрация растворимых солей,
— содержание натрия, хлора, бора и других элементов, усвояемых растениями в малой степени и при накоплении в растворе действующих токсично,
— содержание бикарбонатов, их соотношение и суммарная концентрация кальция и магния,
— жесткость воды.
В состав оборудования для создания оптимальных условий в корневой зоне растений входят:
— пленочные (полиэтиленовые, асбоцементные) желоба или контейнеры, в которых находится субстрат (торфоплиты, плиты из минеральной ваты, перлит и др.), субстрат закрывают белой непрозрачной пленкой, в прорези пленки устанавливают кубики с рассадой;
— растворный узел для приготовления и подачи питательного раствора, состоящий из емкостей с маточными растворами и кислотой, насосов и арматуры для их дозирования, смесительной емкости (миксера), насоса для перемешивания рабочего раствора и подачи его в теплицу, фильтров, датчиков температуры, кислотности, электропроводности, расходомера и автоматизированного контроллера с пультом управления процессом полива;
— магистральный трубопровод и капельная сеть, по которым в теплице распределяется питательный раствор по заданной программе.

Применение новой технологии в тепличном овощеводстве позволяет:
— повышать урожайность (до 40%);
— уменьшить себестоимость продукции;
— снижать потребность в субстратах на торфяной основе, а в ряде случаев исключать их полностью (при использовании минваты, перлита и др.);
— исключать все технологические операции, связанные с обработкой почвы: пахоту, пропаривание, внесение удобрений, поднятие и опускание регистров обогрева и др.;
— улучшать фитосанитарные условия в теплицах, снижать заболеваемость растений;
— полностью автоматизировать процессы приготовления и подачи минерального питания.

Гидропоника в промышленности, или Откуда зимой свежие овощи

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:

1. Производственные (промышленные теплицы по площади от 3 га и более, предназначенные для выращивания овощей, цветов и прочего) и фермерские (теплицы, площадь которых варьируется в диапазоне от 0,2 до 2 га).
2. Есть теплицы для проведения селекционных работ и под репродукционные работы.
3. К группе специализированных теплиц можно отнести зимние сады, оранжереи, вегетарии и даже торговые центры (Greenshop), например, садовые отделы магазинов OBI или подобные.
4. В последнюю группу выделяются теплицы, работу которых разберем подробнее, – фитотронно-тепличные комплексы или тепличные комплексы, работающие по методу малообъемной гидропоники или промгидропоники.

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.

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

• административное здание,
• сервисная зона,
• склады средств защиты растений (СЗР) и удобрений,
• энергоцентр,
• производственные блоки, состоящие из отдела водоподготовки, растворного узла, рассадного отделения,
• тепличный блок (основная и самая большая часть).

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:

• подлотковый – расположен под самой крышей и обеспечивает снеготаяние при интенсивном выпадении осадков;
• контур верхнего обогрева – регулирует температуру в верхней части теплицы для исключения проникновения холодного воздуха при резких понижениях наружной температуры и открывании системы проветривания (фрамуг);
• зональный – регулирует температуру и влажность в зоне роста растений;
• контур нижнего обогрева – основной регулирующий контур, который формирует заданный тепловой режим в теплице. Еще он используется как рельсы для перемещения тележек для ухода за растениями и сбора урожая.

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:

• досвечивание (дополнительный источник света к естественному освещению),
• светокультура, когда лампы являются единственным источником света. В качестве источников света применяются светильники с натриевыми лампами высокого давления (ДНаТ, ДНаЗ) мощностью от 400 Вт, а также светодиодные светильники LED сине-красного или белого спектра.

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:

• узел для приготовления питательных растворов с дозатором и насосами капельного полива, а также емкость для приготовления и хранения маточного раствора (маточный раствор в сельском хозяйстве – концентрированный, малообъемный раствор, заготавливаемый для последующего разведения в большем количестве воды и применения в работе);
• распределительная сеть капельного полива, состоящая из магистральных каналов, микротрубок и капельниц с заданным пропускающим объёмом;
• емкости для подготовки и хранения воды;
• установки очистки дренажной воды для повторного использования;
• емкости для сбора и хранения дренажной воды перед повторным использованием.

• теплица поддерживает в любой период времени года идеальный микроклимат;
• теплица позволяет экономить затраты на отопление;
• теплица в любой период времени может поддерживать оптимальный уровень СО2;
• теплица защищена от проникновения вредителей;
• в теплице Ultra Clima не происходит застоя воздуха. Это препятствует развитию заболеваний благодаря пленочным рукавам, расположенным под каждой грядкой. Более подробно про теплицы пятого поколения и технологию Ultra Clima можно узнать из видео, подготовленного компанией «Лаборатория инженерных систем», которая с начала 2017 года является правопреемницей НПФ «ФИТО» и входит в состав группы компаний «ФИТО».

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 1600 о С. 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).

• Агрегатопоника – вышеописанный метод выращивания растений на твердых субстратах (в нашем случае — минеральная вата), обладающих небольшой влагоемкостью с периодической подачей минеральных удобрений.
• Водная культура – при которой корни растения постоянно или периодически погружены в питательный раствор (широко применяется для выращивания салата).
• Хемопоника – метод близок к выращиванию растений на почвосмесях. В качестве субстрата при данном типе выращивания используют сфагновый мох, древесную кору, опилки, рисовую шелуху, отходы хлопчатника, кокосовую стружку и др.
• Ионитопоника – совершенно новый метод. Растения выращиваются на субстрате, состоящем из двух типов ионообменных смол: катионита КУ-2 и анионита ЭДЭ 10П. Оба ионита не разлагаются при воздействии кислорода, света и при обычной температуре. В отличие от агрегатопоники питательные вещества находятся в субстрате, поэтому поливают только водой. По факту данный субстрат является искусственной почвой.
• Аэропоника – более развитая модификация гидропоники (в данной классификации водной культуры), при котором корни растения находятся не в водной среде, а в воздушно-капельной среде и имеют постоянный доступ к кислороду, что фактически исключает удушье растений.

Как вырастить томаты в защищенном грунте: основные шаги

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 19 о С.

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:

• системы отопления;
• систему форточной вентиляции;
• систему циркуляционных вентиляторов;
• системы горизонтального и вертикального зашторивания;
• систему увлажнения и охлаждения;
• систему подачи СО2;
• система искусственного досвечивания.

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».

Источник https://gavrishprof.ru/info/publications/vertikalnye-fermy-gorodskie-ili-siti-teplicy-novye-resheniya-biznesa-na-ovoshchah

Источник https://agroru.com/news/tehnologii-sovremennogo-teplichnogo-proizvodstva-111932.htm

Источник https://habr.com/ru/company/lanit/blog/545716/