Гідропонний спосіб вирощування зелених кормів

Гідропонний спосіб вирощування зелених кормів, що включає висівання насіння, його зволоження та досвічування проростків на вегетаційній поверхні, який відрізняється тим, що зелену біомасу одержують, застосовуючи передпосівну біостимуляцію насіння та імпульснолюмінесцентний світловий режим. (19) (21) u200707215 (22) 26.06.2007 (24) 12.11.2007 (72) ЛЕОНТОВИЧ ВАЛЕРІЙ ПЕТРОВИЧ, UA, ПУЗІК ВОЛОДИМИР КУЗМІЧ, UA, КАНДИБА ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ОМЕЛЬЧЕНКО ВАЛЕРІЙ ФЕДОРОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ТВАРИННИЦТВА УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК, UA, ХАРКІВСЬКИЙ 3 Використання зволожуючих розчинів на основі мінеральних речовин має найбільш широке розповсюдження (розчини Чеснокова-Базиріної, Абеля, Гельрігеля, Хогленда-Арнона, Гейслера та ін.). Як показала практика, ефективність таких розчинів приблизно однакова. При вирощуванні зеленого корму із ячменю рекомендують застосовувати розчин Гейслера, який забезпечує максимальну урожайність при концентрації мінеральних речовин у зволожуючому розчині 6,2г/л [7]. Проте, при такій їх концентрації у складі зволожуючих розчинів відмічається підвищення вмісту нітратів у зеленому кормі у 4 рази. Використання мінеральних речовин у складі зволожуючих розчинів призводить до накопичення екологічно небезпечних сполук у гідропонному кормів економічно невигідних витрат та ускладнення гідропонної агро біотехнології. Найбільш близьким за технологічною суттю до заявляемого способу є винахід [11] в якому виконується висів насіння на багатоярусну вегетаційну поверхню, періодичне зволоження насіння поживним розчином з використанням мінеральних речовин у його складі. Штучне досвічування рослин люмінесцентними лампами які рівномірно, між'ярусне розміщені збоку від вегетаційної поверхні. Керує агро біотехнологією вирощування гідропонного корму (зволоженням, освітленням, температурою) автоматична програмована система. Однак, загальними недоліками використання наведених способів у вирощуванні свіжого, зеленого гідропонного корму є: по-перше, нерівномірність розподілу світлового випромінювання на вегетаційній поверхні та низька його потужність, що знижує продуктивність фотосинтезу; по-друге, використання мінеральних речовин у складі зволожуючих розчинів сприяє накопиченню екологічно небезпечних сполук у кормі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення гідропонного способу вирощування зелених кормів за рахунок підвищення продуктивності фотосинтезу та позитивної дії біостимулятора, що дозволило підвищити урожайність зеленої біомаси та одержати екологічно чистий зелений корм зниженої собівартості. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі гідропонного вирощування зелених кормів, який включає висівання насіння, його зволоження та досвічування проростків на вегетаційній поверхні, згідно корисної моделі, екологічно чисту зелену біомасу одержують застосовуючи передпосівну біостимуляцію насіння та імпульсно-люмінесцентний світловий режим. З одного боку, застосування імпульснолюмінесцентного освітлення забезпечує рівномірне розподілення випромінювання та підвищення його потужності на вегетаційній поверхні, що покращує умови для фотосинтезу і сприяє росту фітомаси та економії електроенергії, а з іншого, передпосівна біостимуляція насіння "Гумісолом" без застосування мінеральних речовин у складі зволожуючих розчинів 27663 4 забезпечує позитивний стартовий початок проростанню, заощаджує сировину, спрощує агробіотехнологію, що дозволяє вирощувати екологічно чистий зелений гідропонний корм. Запропонованій спосіб здійснювали наступним чином. Приклад Зелений гідропонний корм (надалі ЗГК), вирощували на вегетаційних поверхнях 8 ярусного автоматичного модуля протягом 7 діб. Використовували насіння ячменю, сорт "Одеський 100". Управління агробіотехнологічними режимами забезпечувала програмована автоматична система, яка керувала температурою приміщення, періодичністю зволоження вегетаційної поверхні та режимом освітлення. Зволоження посівів проводили 2 рази на добу методом підтоплення. Мінеральні речовини для зволоження посівів не використовували. Вирощували проростки при різних світлових режимах (люмінесцентному енергетичному освітленні у 32Вт/м2 та імпульснолюмінесцентному у 8Вт/м2) на протязі 4 діб. Підсвічування проростків штучним світлом починали на 4 день проростання. Загальний термін світлового періоду складав 14 годин на добу. В якості штучних джерел світла використовували стаціонарно і рівномірно розміщенні люмінесцентні лампи ЛД-40. Для імпульсного освітлення використовували електронні імпульсні лампи "ІФК-120", які забезпечують спалахи світла малої тривалості (кілька мілісекунд) і великої потужності (декілька кіловат) і мають амплітудну яркість до 1010кд/м2 і тривалість спалаху 1,2мс (1,2·10-3сек). Інтервал спалахів В імпульсному режимі 10 секунд. Температура проростання і росту проростків підтримувалась у межах 20-23°С. Кількість спожитої електроенергії (кВт·г), на протязі усього циклу вирощування корму (7 діб), враховували електролічильником СО-И449. Методом суцільного обліку визначали урожайність біомаси вирощеного гідропонного корму з 1м2 вегетаційної поверхні. Хімічний склад визначали по загально прийнятим методам. Статистичну обробку проводили методом дисперсійного аналізу по Доспехову В.А. Найбільш важливе значення у реалізації біологічного потенціалу рослин належить світло забезпеченню та кореневому живленню. В запропонованому винаході головна увага для вирішення поставленої мети приділена саме цим двом факторам, як найбільш важливим. Рішення цього завдання полягає у застосуванні біостимуляції, здатної забезпечити позитивний старт проростанню і росту проростків за весь цикл вирощування корму (5-12 діб) та імпульсно-люмінесцентному освітленню, яке створює рівномірність і достатню потужність освітлення ветаційної поверхні для проходження ефективного фотосинтезу проростків. Процес підготовки насіневого матеріалу відноситься до ключових етапів вирощування. Це так звана фаза активізації, в якій відбувається не тільки підготовка запасних поживних речовин і 5 переміщення їх у точки росту, скільки кінцеве зняття механізмів блокуючих проростання і ріст. Власні запаси поживних речовин ендосперму забезпечують реалізацію генетичних програм проростання, росту і розвитку проростків [10]. Великою кількістю досліджень (Буткевич В.В., Овчарова К.Е., Строна І.Г., Наумов Г.Ф., Голубінський І.М. та ін.) встановлено, що передпосівна біостимуляція насіння є найбільш перспективною. Вона відрізняється задовільною та стабільною ефективністю, а головне не викликає забруднення навколишнього середовища. Використання прийому передпосівної біостимуляції насіннєвого матеріалу дозволяє створити позитивний стартовий початок для гетеротрофної фази проростання насіння та підвищити біологічну продуктивність проростків у наступній автотрофній фазі при фотосинтезі. Передпосівну біостимуляцію насіння проводили біостимулятором "Тумісол" у відповідності з інструкцією на його використання. "Гумісол" - рідкий концентрат, одержаний із "Біогумуса", екологічно чистої природної сировини. Запатентований в Україні, виробник: агрофірма "Гермес", Україна. При розробці ефективного способу вирощування зеленого гідропонного корму мінеральне живлення кореневої системи не використовувалося. Теоретичне обгрунтування такого підходу базується на тому, що на період 512 днів ендосперм насіння є фізіологічне активною живлячою тканиною для проростання і розвитку проростків до фази пастбіщної стиглості (16-20см). Насіння зернових і зернобобових культур має достатній запас поживних речовин, які перебувають в ендоспермі, та мобілізуються і використовуються як при гетеротрофному періоді проростання так і на початку автотрофного живлення проростків при фотосинтезі. Усі запасні речовини із ендосперму використовуються ростучим зародком (темнова стадія), а у подальшому проростком при фотосинтезі (світова стадія). За даними різних досліджень на 5-12 день вирощування ЗГК хімічний склад проростків істотно відрізняється від початкового складу насіння. Відбувається збільшення вмісту протеїну, вітамінів групи В та Е, С, РР, каротіна та ін. Використання передпосівної біостимуляції і зволоження насіння водою без мінеральних речовин забезпечує позитивний старт проростанню, що дозволяє реалізувати умови як для гетеротрофного так і для автотрофного живлення зародку і проростків на протязі короткого початкового періоду за рахунок структурних речовин ендосперму та фізіолого-біохімічної дії біостимулятора, що дозволяє виключити використання мінеральних речовин у зволожуючих розчинах та надмірне їх накопичення у складі біомаси гідропонного корму. Результати впливу передпосівної біостимуляції насіння "Гумісолом" та різної енергетичної освітленості вегетаційної поверхні на ріст проростків, формування вітамінного складу та урожаю зеленої біомаси корму з ячменю 27663 6 "Одеський 100", одержаного з 1м2 вегетаційної поверхні представлені на фігурі та в таблиці 1. На протязі семи діб вирощування передпосівна біостимуляція насіння "Гумісолом" з люмінесцентною енергетичною освітленністю вегетаційної поверхні у 32Вт/м2 сформувала урожайність зеленої біомаси в 14,1кг/м2, з коефіцієнтом приросту біомаси до сухого насіння 5, при споживанні електроенергії у розмірі 5,9кВт·г. В умовах передпосівної біостимуляції насіння "Гумісолом" та імпульсно-люмінесцентному енергетичному освітлені у 8Вт/м2 одержана вирогідна урожайність корму у 18,2кг/м2 з найбільшим коефіцієнтом приросту біомаси до насіння - 6,5, та низьким споживанням електроенергії за весь період вирощування, 1кВт·г. Таким чином, по відношенню до аналогічної біостимуляції в умовах люмінесцентної освітленності у 32Вт/м2, біостимуляція при імпульсно-люмінесцентному освітленні у 8Вт/м2 підвищила урожайність біомаси на 29,1% і забезпечила економію електроенергії на 4,9кВт.г, тобто на 83,1% і є вірогідною. Вітаміни представляють собою дуже важливу і незамінну іншими речовинами складову частину кормів, без яких тварини не можуть існувати. Вони відносяться до органічних речовин дуже високої біологічної активності і необхідні для нормальної життєдіяльності організму. Відсутність або нестача їх викликає тяжкі захворювання - авітамінози, які послаблюють здоров'я, спиняють ріст та розвиток тварин, молодняк потерпає від шлункових та легеневих захворювань, розповсюджуються інфекційні захворювання. У маточного поголів'я при недостатності вітамінів спостерігається яловість та аборти. Сумарний вміст вітамінів (каротін, В1, В2, РР) у зеленому гідропонному кормі, одержаному з 1м2 ветаційної поверхні при імпульснолюмінесцентному освітленні та передпосівній біостимуляції насіння "Гумісолом" на 17% перевищує аналогічний показник при люмінесцентному освітлені, і складає 373,8мг/м2 проти 319,4мг/м2 (див. фігуру). Ці показники базуються на позитивній дії стимулятора в поєднанні з рівномірним та потужним комбінованим імпульсно-люмінесцентним освітленням посівів. Із літературних джерел та практичного досвіду багатьох досліджень відомо, що операція штучного досвічування в технології вирощування ЗГК є найбільш дорогою у зв'язку з значним споживанням електроенергії. Освітленість вегетаційної поверхні впливає на енергоємкість процесу та собівартість ЗГК (таблиця 2), яка знижується при комбінованому імпульснолюмінесцентному освітленні, що визначає конструкцію освітлювальних приладів. Імпульсно-люмінесцентне освітлення в поєднанні з переднасіневою біостимуляцією "Гумісолом", до складу якого входять неспеціфічні регулятори росту рослин (гумінові речовини), проявляє найбільш оптимальне поєднання агробіотехнічних факторів, які впливають на процес вирощування гідропонного корму. 7 На цій основі сформовані наступні показники: комбіноване освітлення сформувало урожайність біомаси корму 18,2кг/м2, яка перевищує на 29,1% урожайність при люмінесцентному освітленні; - найбільший коефіцієнт приросту біомаси корму до сухого насіння (6,5), що перевищує на 30% аналогічний показник при люмінесцентному освітленні; - вміст вітамінів (каротін, В1, В2, РР) у зеленому гідропонному кормі, який одержано з 1м2 ветаційної поверхні при імпульснолюмінесцентному освітленні на 17% перевищує аналогічний показник при люмінесцентному освітленні. Одержання високих врожаїв зеленої фітомаси - кінцева мета любої культури рослин, особливо у штучних умовах гідропонної технології. Тому, практичний інтерес становить удосконалення агробіотехнологічних умов вирощування гідропонного корму, з можливо найменшими витратами сировини та енергії, з одночасним підвищенням урожайності, одержанням екологічно чистого корму та зниженням його собівартості. Отже, передпосівна біостимуляція насіння "Гумісолом" з використанням комбінованого імпульсно-люмінесцентного освітлення вегетаційної поверхні формує задовільну економію електроенергії, найвищий урожай екологічно чистої біомаси зеленого корму зниженої собівартості, що важливо в гідропонній агробіотехнології. 27663 8 4 5 6 7 8 9 Насіння Оплата праці Всього витрат Урожай ЗГК з модуля Урожай ЗГК з кв.м Собівартість 1кг ЗГК Собівартість 1т ЗГК грн. грн. грн. кг кг грн. грн. Техніко-економічне обґрунтування Оптимізація світлового режиму - важливий елемент вирощування гідропонного корму. До теперішнього часу немає однозначного твердження про оптимальний світловий режим для гідропонних рослин. Запропонована нами корисна модель дозволить: - при імпульсно-люмінесцентному освітленні вирощувати корм з низькою витратою електроенергії; - використовувати поряд з люмінесцентними лампами, імпульсні, які забезпечують спалахи світла малої тривалості та великої потужності. Проведені дослідження свідчать, що імпульсно-люмінесцентне освітлення з енергетичним освітленням у 8вт/м2 забезпечує зменшення витрат електроенергії в 5,9 рази по відношенню до люмінесцентного освітлення у 3вт/м2 і формує кращі показники росту і розвитку рослин, урожайність та ін. (таблиця 1). Наступною перевагою запропонованої корисної моделі є використання передпосівної біостимуляції насіння біостимулятором природного походження "Гумісол". Це рідке органічне добриво, одержане з біогумусу. Його Таблиця 1 застосування не може призвести до негативних наслідків, з передозуванням. Вплив передпосівної біостимуляції насіння "Гумісолом" тапов'язаних різного енергетичного Біостимуляція зеленої біомаси гідропонного забезпечує гарний стартовий освітлення вегетаційної поверхності на ріст проростків і урожайність корму, вирощеного за 7 діб (ячмінь, сорт "Одеський - початок при переході насіння від стадії спокою до 100", середнє із 4 незалежних експериментів) стадії нормального росту і дозволяє не використовувати мінеральні речовини у складі Передпосівна біостимуляція зволожуючих розчинів. Так, сумарний вміст Вода, контроль вітамінів Гумісол зеленому Гумісол у гідропонному кормі Енергетична освітленість, Вт/м2 одержаному з 1м2 вегетаційної поверхні 05 Показники ЗГК НІР при Імпульсноосвітленні і Люмінесцентна, імпульсно-люмінесцентному Люмінесцентна, люмінесцентна, 2 2 біостимуляції "Гумісолом" на 2 17% перевищує 32Вт/м 32Вт/м аналогічний показник 8Вт/м люмінесцентному при Висота рослин, см 16,1 17,3 19,3* 1,3 освітленні (див. Фіг.). Біомаса одного піддона, г 3245 3520* 4545* показали, 248,3що Проведені експерименти Урожайність, кг/м2 13,0 14,1 18,2 запропонована корисна модель сприяє зниженню собівартості та спрощенню 6,5 процесу вирощування Коефіцієнт приросту, у. о. 4,7 5,0 корму, покращуючи загальні економічні показники. Спожита за 7 діб електроенергія, 5,9 5,9 1,0 Собівартість корму вирощеного при кВт·г люмінесцентному освітленні у 32вт/м2 більша на 34,7% за собівартість корму одержаному при * - вірогідно на 5% рівні значимості імпульсно-люмінесцентному освітленні у 8вт/м2 (таблиця 2). Таблиця 2 Вирощування корму без використання мінеральних та його в поєднанні Витрати на виробництво зеленого гідропонного кормуречовинсобівартість з передпосівною біостимуляцією насіння "Гумісолом" та імпульснолюмінесцентним освітлення, Вт/м2 вегетаційної освітленням Енергетичне № Одиниці поверхні формує Імпульсно-люмінесцентне, наступні еколого-економічні Показник пп виміру Люмінесцентне,32Вт/ м2 переваги: 8Вт/м2 - відсутня витрата мінеральних речовин у 1 Вода грн. 0,18 0,18 складі поживних зволожуючих розчинів; 2 Опалення приміщення грн. 0,85 0,85 - немає працеємких операцій по їх 3 Електроенергія грн. 1,27 0,24 збереженню, приготуванню та використанню; 11,20 11,93 25,43 112,8 14,1 0,225 225 9 - зменшується витрата електроенергії та покращується процес фотосинтеза рослин; знижується собівартість корму та спрощується процес його вирощування; - покращуються загальні економічні показники агробіотехнології; - вирощується екологічно чиста рослинницька продукція, - вітамінізований гідропонний корм, важливе джерело комплексу вітамінів, ферментів та мінеральних речовин. Джерела інформації: 1. Бобов С.С. Физика в сельском хозяйстве. Минск, "Урожай", 1966. 2. Патент Великобританії №2121263, кл. А01G31/00, 1983. 3. А.с. СРСР №325941, кл. А01G9/24, 1972. 4. Патент Франції №2522473, кл. А01G31/00, 1984. 5. Рабинович Е. Фотосинтез. Т.З. Изд-во иностранной литературы, М., 1959. 6. А.с. СРСР №1665861, кл. А01G31/00, 1991. 7. Кругляков Ю.А., Бурцева С.В. Влияние агротехнических факторов на питательность гидропонного корма. Вестник с.-х. науки, №8, 1986. 8. Патент Росії №2098940 кл. А01G9/24, 1997. 9. А.с. СРСР №1591884, кл. А01G31/00, 1990. 10. Макрушин Н.М. Основы гетеросперматологии. - М., "Агропромиздат", 1989. 11. Патент Великобританії №2030834, кл. А01G31/00, 1980. 27663 10