Введение к работе
Актуальность темы. Использование методов оптической электротехнологии в значительной мере способствует повышению эффективности гидропонного растениеводства, позволяющего круглый год получать богатые витаминами, экологически чистые овощи. В условиях проточной гидропоники, относящейся к числу наиболее перспективных направлений гидропонной культуры, активное развитие растений достигается за счет полноценного минерального питания, которое обеспечивается путем непрерывной циркуляции растворов. Однако в процессе вегетационной эксплуатации происходит старение гидропонных растворов, в связи с чем разработка технических средств для их восстановления является актуальной задачей. В этом плане целесообразным представляется использование ультрафиолетового (УФ) излучения, способствующего обеззараживанию жидких сред. В настоящее время известны различные способы УФ-обеззараживания гидропонных растворов, однако возможности использования УФ-излучения при их восстановлении полностью не изучены.
Настоящая работа посвящена вопросу использования ультрафиолетового излучения при восстановлении гидропонных растворов. Исследования проводились в соответствии с разделом Федеральной программы по научному обеспечению АПК Российской Федерации: шифр 01.02 - «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.», а также планом НИР ЧГАА на 2009-2012 гг.
Цель исследования: повышение эффективности гидропонного растениеводства путем использования технических средств оптической электротехнологии при восстановлении гидропонных растворов.
Задачи исследования:
-
Установить закономерности изменения спектральных оптических характеристик гидропонных растворов в период эксплуатации и разработать методику расчета параметров установки для УФ-облучения восстанавливаемых растворов.
-
Определить влияние режимов УФ-облучения восстанавливаемых растворов на отклик растений и получить математическую модель выхода биомассы. Разработать методику оценки эффективности использования УФ-излучения при восстановлении гидропонных растворов.
-
Разработать установку для УФ-облучения восстанавливаемых гидропонных растворов.
-
Разработать технологию гидропонного выращивания зеленных овощей, включающую в себя УФ-облучение восстанавливаемых растворов.
Объект исследования: использование УФ-излучения при восстановлении растворов в гидропонном растениеводстве.
Предмет исследования: закономерности изменения биомассы зеленных овощей при различных режимах УФ-облучения восстанавливаемых гидропонных растворов.
Анализ научно-технической литературы позволил сформулировать рабочую гипотезу: использование УФ-облучения при восстановлении гидропонных растворов позволяет создать необходимые условия для реализации растениями своих потенциальных возможностей за счет обеззараживания растворов, предварительно очищенных от механических и химических примесей.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту.
-
-
В работе впервые предложено и апробировано использование УФ-излучения при восстановлении гидропонных растворов в условиях проточной гидропонной культуры (на примере зеленных овощей). Восстановление гидропонных растворов предложено осуществлять путем УФ-облучения с предварительной мембранной и ионообменной фильтрациями, позволяющими удалить из растворов механические и химические примеси и, соответственно, снизить затраты на процесс обеззараживания.
-
Установлены закономерности изменения спектральных оптических характеристик гидропонных растворов (показателя поглощения, коэффициента поглощения, коэффициента пропускания, оптической плотности) в период эксплуатации. Разработана методика расчета параметров установки для УФ-облучения восстанавливаемых растворов, в которой полученные закономерности используются для расчета бактерицидного потока, выбора источника УФ-излучения и определения затрат энергии на процесс обеззараживания.
-
Выявлены закономерности изменения показателя рН и электропроводности восстановленных растворов в процессе эксплуатации. Получены математические модели, описывающие отклик зеленных овощей на УФ-облучение восстанавливаемых растворов.
-
Разработана методика оценки эффективности использования УФ-излучения при восстановлении гидропонных растворов.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов. На основе результатов диссертационной работы разработана и опробована установка для УФ-облучения восстанавливаемых гидропонных растворов. Полученные взаимосвязи и математические модели могут использоваться при проектировании установок для ультрафиолетового обеззараживания гидропонных растворов при их восстановлении.
Результаты, достигнутые в диссертационной работе, позволяют дать практические рекомендации по применению УФ-облучения при восстановлении растворов в гидропонном растениеводстве. Новизна технических решений подтверждена одним патентом РФ.
На основе проведенных исследований разработаны и приняты к внедрению: технология гидропонного выращивания зеленных овощей, включающая в себя использование УФ-излучения при восстановлении гидропонных растворов, в ОАО «Тепличный» (г. Челябинск); методика оценки эффективности обеззараживания восстанавливаемых гидропонных растворов - в Научно-исследовательском институте защищенного грунта (НИИОЗГ, г. Москва). Результаты работы используются в учебном процессе Челябинской государственной агроинженерной академии.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались и были одобрены на научных конференциях, в том числе на: Международной научно-практической конференции молодых ученых «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых» (ГНУ СибНИИСХ СО Россельхозакадемии, Омск, 2010 г.); Первой Международной конференции с элементами научной школы «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (РНЦ «Курчатовский институт», Москва, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК» (ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет, Мичуринск, 2010 г.); Молодежном научно-инновационном конкурсе «УМ.Н.И.К.» (Ульяновск, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - основа успешного развития АПК и сохранения экосистем» (ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ», Волгоград, 2012), а также на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАА. На специализированных выставках-ярмарках «Золотая осень» (г. Москва, ВВЦ, 2009 г.), «Агро-2012» (г. Челябинск, 2012 г.) получены дипломы и золотые медали.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 182 наименований и 2 приложений. Содержание работы изложено на 143 страницах, текст содержит 40 рисунков и 17 таблиц.
Похожие диссертации на Использование ультрафиолетового излучения при восстановлении гидропонных растворов
-
