Журнал «Агротехника и технологии»
Инновационные технологии, которые воплощаются в жизнь в тепличных комплексах пятого поколения, позволяют оптимизировать затраты на производство и круглогодично выращивать экологически чистые овощи. Использование современных материалов, малообъемный и гидропонный способы возделывания, системы микроклимата и ресурсосберегающие технологии призваны вывести тепличные хозяйства на новый уровень. О наиболее значимых нововведениях в российских тепличных комплексах читайте в материале, подготовленном корреспондентом журнала «Агротехника и технологии»
Современный подход в проектировании теплиц заключается в уникальном подборе их характеристик с учетом климатических особенностей региона, в котором реализуется проект, а также гибрида возделываемой культуры, говорит Дмитрий Туляков, руководитель проекта «Теплицы Регионов», ГК «Ренова» (российская частная бизнес-группа, владеющая и управляющая активами в различных отраслях промышленности — от металлургической до аграрной — по всему миру).
Подбор технологий, продолжает он, зависит также от возможностей обеспечения объекта электро- и теплоэнергией, газом, водоснабжением. Исходя из задач тепличного комплекса, его необходимо оснастить определенной мощностью ассимиляционного освещения (досветки), системами выработки тепловой энергии, снабжения углекислым газом для правильной вегетации растений, создания влажностных режимов микроклимата, а также правильным питанием культуры.
Микроклимат
Главное отличие современных теплиц от традиционных заключается в размерах и прочностных характеристиках, рассказывает Андрей Гришкин, директор по развитию
компании «РусАгроКомплекс» (возведение промышленных и фермерских тепличных комплексов под ключ). Более высокие конструкции и широкие пролеты новых теплиц позволяют поддерживать микроклимат за счет проверенных и внедренных стандартных инженерно-технологических систем, таких как зашторивание, туманообразование и рециркуляция.
Если в теплицах 4-го поколения основными средствами создания температурно-влажностых режимов выступали тепловые контуры, а также системы испарения и доувлажнения, то в комплексах 5-го поколения их место заняли ячейки подготовки микроклимата, отмечает Дмитрий Туляков. Кстати, в арсенале теплиц 5-го поколения есть все инструменты создания заданного микроклимата для определенной культуры в зависимости от периода вегетации, подчеркивает специалист.
По его словам, новшеством современных теплиц в России является использование технологии полузакрытых теплиц Ultra Clima, которая применяется в мире более 15 лет, но к нам пришла сравнительно недавно. Ее главной особенностью является технологический отсек — ячейка подготовки воздушных масс по заданным критериям температуры, влажности, содержания CO2. Воздушная масса в дальнейшем подается в теплицу с помощью специальных двойных рукавов, находящихся под лотками выращивания культур. И с учетом правильно подготовленного питания для растений, поступающего к каждому конкретному корню с помощью капельниц, верного выбора субстрата для хорошего развития корневой системы, оптимальной мощности ассимиляционного освещения, необходимого для выращивания культур внесезонный период, агроном может получить максимальный урожай, раскрыть весь потенциал растения, заложенный природой и селекцией.
Изменения коснулись и форточной вентиляции. «Площадь открывающихся фрамуг форточной вентиляции в теплицах 5-го поколения существенно сократилась и составляет всего 10% от необходимой ранее. И назначение ее лишь в сбросе избыточного давления, создаваемого в помещении, — объясняет Туляков. — Данная часть технологии не только обеспечивает увеличение освещенности, которая оказывает прямое влияние на урожай, но и создает повышенную биозащиту предприятия и, как следствие, возможности получения экологически чистой продукции без химических обработок растений».
В целом же микроклимат в теплицах создает благоприятные условия для роста растений, а доувлажнение (туманообразование), рециркуляция воздуха, система форточной вентиляции и СО2 способствуют фотосинтезу, констатирует Андрей Гришкин. Все это положительно сказывается на качестве конечного продукта, поэтому работы по усовершенствованию данных технологий ведутся постоянно и направлены на получение дополнительных килограммов с м² теплицы.
Стекло или пленка?
В конструкции теплицы определяющую роль играет покрытие. Чаще всего для промышленных объектов используют два вида покрытия: стекло и пленку. Отвечая на популярный среди заказчиков вопрос, Андрей Гришкин рассказывает, чем они отличаются. «Во-первых, стоимостью. Теплица под пленкой с двойным слоем с надувом примерно на 15-20% дешевле теплицы под стеклом. Во-вторых, теплопотерями. В пленочных теплицах они меньше, сбережение тепла составляет до 40% (по сравнению с показателями теплиц под стеклом). В-третьих, сроком возведения: монтаж пленочных теплиц происходит быстрее, а это сокращает время реализации проекта», — перечисляет специалист.
А вот светопропускаемость, прочность и долговечность у стекла гораздо выше. Поэтому и срок эксплуатации теплиц со стеклянным покрытием больше, добавляет Гришкин. Зачастую в выборе между стеклом и пленкой важным аргументом является более длительный срок эксплуатации стекла (влияние лучей ультрафиолета на пленку выше) и его большая механическая выносливость. По европейским стандартам, срок эксплуатации стеклянной теплицы составляет около 15 лет, замечает он.
«В целом же подбор покрытия для теплиц осуществляется исходя из целесообразности использования в каждом конкретном регионе, — говорит Дмитрий Туляков. — Безусловно, нельзя реализовывать тепличный комплекс с пленочным покрытием в регионах с суровыми климатическими условиями».
Существуют современные технологии производства специальных пленочных покрытий для теплиц с лучшими характеристиками светопропускания, но в настоящее время их стоимость необоснованно велика и сравнима с затратами на стекло, рассказывает Туляков. Это же отмечает и Андрей Гришкин: «Сегодня есть масса инновационных разработок. Например, специальная многослойная пленка с различными добавками стала прорывом на мировом рынке, в том числе, по улучшению светопропускаемости (до 90%), увеличению прочности и сроков эксплуатации (до 8 лет). Но стоимость такой пленки выше обычной в несколько раз».
К слову, есть проекты, где встречается сочетание теплиц и со стеклом, и с пленкой. «Тепличный комплекс группы компаний «Белая Дача» в Кисловодске состоит из двух частей: салатной и томатной. При этом в каждой из них использованы различные материалы: томаты выращиваются под стеклом, а салаты — под пленкой», — рассказывает глава ГК «Белая Дача» Виктор Семенов.
Для выращивания салатов была выбрана японская пленка F-Clean, которая пропускает весь спектр ультрафиолетового излучения, что обеспечивает высокое качество, вкус, цвет и витаминный состав продукции. «Мы считаем, что пленка обеспечивает проникновение полного спектра солнечного излучения, необходимого для выращивания высококачественных зеленных культур», — подчеркивает Виктор Семенов. Локализация теплиц под Кисловодском, по его словам, была выбрана не случайно: здесь особенный климат — более 320 солнечных дней в году. Благодаря чему днем хватает естественного тепла и света. А накопленные ресурсы позволяют снимать пики потребления.
Средняя полоса, Урал и Сибирь, к сожалению, подобным обилием солнечных дней похвастаться не могут. Поэтому и технологии здесь применяются иные: пленка в суровых условиях более уязвима. «В сложном климате различных регионах России покрытие теплиц закаленным стеклом значительно увеличивает защиту от различных неблагоприятных воздействий природы», — замечает Туляков.
На практике, убежден Туляков, промышленные стеклянные теплицы имеют больше возможностей не только в плане долговременной эксплуатации объекта, но и в вопросах ухода за ним. Ведь в определенные сезонные периоды необходимо осуществлять мероприятия не только по очистке поверхностей, от светопропускания которых прямо зависит увеличение урожая, но и по нанесению специальных покрытий (забеливание теплиц), а затем их смыву.
Пленочные теплицы в нашем регионе не показали своей эффективности, подтверждает Виктор Семкин, генеральный директор Агрокомбината «Московский» (производство и реализации овощной продукции и зелени, г. Москва). Те единичные экземпляры, которые были построены ранее в промышленных тепличных хозяйствах, по его словам, доживают свой век, и новые подобные теплицы уже не строятся.
«Основной вид покрытия теплиц в нашем регионе — стекло. Причин тому несколько, — развивает тему Семкин. — Во-первых, стекло с течением времени не теряет пропускной способности естественного (солнечного) освещения в такой значительной степени, как пленка. Это позволяет экономить на досветке растений с помощью системы ассимиляционного освещения. Во-вторых, конструкция теплиц со стеклом позволяет осуществлять равномерное рассеивание солнечного светового потока. В-третьих, ремонт стекла значительно проще, чем ограждения пленочных теплиц».
Но, конечно, пленочные теплицы имеют право на жизнь, более того, они особо эффективны на Юге, где теплицы со стеклянным ограждением представляют определенный риск из-за довольно часто проходящего града, уверен Виктор Семкин. Нередки случаи, когда в южных регионах град разбивал большую площадь стекла, что приводило к гибели урожая и требовало значительных затрат на восстановление теплиц, вспоминает он.
«В целом же наблюдения за развитием рынка тепличной отрасли показали, что в последние три года пленочные теплицы пользуются достаточно высоким спросом. Вероятнее всего, это связано с тем, что экономия тепловой энергии для наших географических широт имеет гораздо большее значение, чем светопроницаемость. Выходит, будущее за пленочными тепличными комплексами», — считает Гришкин.
Инновации в действии
Внедрение инноваций кардинально изменило подход к круглогодичному производству растений, убежден Андрей Гришкин. В современных теплицах растения выращиваются не непосредственно в грунте, а в специализированных емкостях: овощные культуры — в кубиках и матах, невысокие растения — в горшочках. «Данные емкости наполнены субстратом, в котором создаются благоприятные условия для роста и развития корневой системы. Эта инновация, реализуемая, в частности, в наших теплицах, получила название “малообъемная технология”», — делится Виктор Семкин, генеральный директор Агрокомбината «Московский» (производство и реализации овощной продукции и зелени, г. Москва).
Кстати, применяемые при малообъемной технологии расходные материалы влияют на уменьшение себестоимости продукта, но, как правило, ухудшают органолептические свойства, обращает внимание Гришкин. Сегодня многие теплицы используют кокосовый субстрат, который стоит в три раза больше минераловатного, при этом вкус продукта гораздо лучше. Поэтому, рассуждает он, многое здесь зависит от потребителя.
Система управлением микроклиматом в теплицах необходима, чтобы добиться более четкого контроля концентрации раствора для дальнейшего полива растений. Гришкин поясняет, что микроклимат и полив связаны общим управляющим контролером, откуда проецируется процесс управления поливом, а также приоткрыванием форточной системы, работой системы зашторивания, системой рециркуляции и доувлажнением растений. Это происходит на основании информации, полученной с датчиков внутри теплицы и метеостанции за бортом.
К слову, в системе полива особых инноваций нет: ничего лучше растворных узлов пока не придумали, замечает Гришкин. Однако усовершенствование данной системы не будут лишними, и его ожидают в ближайшие два года.
Полив растений в теплицах агрокомбината «Московский» полностью автоматизирован: поливочная установка сама готовит раствор, добавляет в него требуемое количество удобрений, подает к растениям в строго необходимом объеме, и производит очистку оборотного раствора. «По применяемой у нас гидропонной технологии во время полива питательный раствор распространяется не на весь земельный участок, а через специализированную капельницу непосредственно к каждому растению», — рассказывает об инновации Семкин. Остающийся после полива питательный раствор собирается и возвращается в растворные узлы полива для повторного использования. Это позволяет существенно сократить расход воды и удобрений, доволен генеральный директор агрокомбината. Кроме того, рециркуляционные питательные растворы с очисткой ультрафиолетовым или ультразвуковым облучением минимизируют количество различных патогенов, что способствует пищевой безопасности продукции, добавляет он.
Из инноваций последних лет Андрей Гришкин упоминает внедрение в теплицах весов для четкого измерения дренажа в субстратах. Также ведутся активные работы по поиску альтернативных источников электроэнергии и тепла (солнечные батареи и биогазовые установки).
Круглогодичное выращивание овощей обеспечивается за счет создания идентичных и лучших условий возделывания растений, а также появления новшеств в системе освещения теплиц. Как рассказал Дмитрий Туляков, в осенне-зимне-весенний период отсутствия солнечной активности используется система досветки (ассимиляционного освещения), которая в некотором смысле позволяет заменить солнечный свет. В современных теплицах применяются лампы натриевого освещения и светодиоды, дающие облучения растениям в определенных спектрах света, необходимых для роста, плодоношения и набора вкусовых характеристик.
В агрокомбинате «Московский» салаты и зеленые культуры производятся в течение всего года. Хозяйство расположено в третьей световой зоне и круглогодичное выращивание возможно только при наличии дополнительного освещения натриевыми (ДМАТ) и светодиодными светильниками (LED). «Применение светодиодного освещения на зеленых культурах и садовой землянике с возможностью настройки наиболее подходящего спектра в конкретный период вегетационного роста растений — еще одно из технологических новшеств, реализованных в нашем хозяйстве», — говорит Виктор Семкин.
А в тепличных комплексах ГК «Белая Дача», расположенных в седьмой световой зоне, всесезонность обеспечивается в первую очередь за счет удачного географического положения и, конечно, благодаря досветке на основе собственной электрогенерации. «Что касается полива, то мы собираем дождевую воду, сохраняя ее в хорошем состоянии и сберегая от испарения. Кроме того, мы используем воду из скважин, которые питаются чистыми талыми водами гор Кавказа. Полив в томатной теплице осуществляется капельным способом, а салатное отделение поливается дождеванием, как это происходит в природе», — рассказывает глава ГК «Белая Дача» Виктор Семенов.
Ассимиляционное освещение вкупе с системами микроклимата и правильным питанием растения, подготовленным в растворах для полива для каждой конкретной культуры, позволяют получать максимальные урожаи свежих овощей в периоды, когда данная продукция не может быть получена в естественных условиях, замечает Дмитрий Туляков.
К сожалению, многие инновации ориентированы исключительно на промышленные теплицы 5-го поколения, а в России в основном эксплуатируются теплицы 4-го поколения и более ранние аналоги, рассказывает Сергей Синяев, менеджер по развитию НПФ «Поток Интер» (разработка систем обеззараживания воздуха). Негерметичность таких теплиц не позволяет поддерживать оптимальный микроклимат в разные времена года. В частности, летом, когда температура на улице может достигать 35° С, для того чтобы поддержать заданный микроклимат, приходится открывать форточки, продолжает специалист. С наружным воздухом в теплицы попадают инфекции: по воздуху переносятся заболевания, от которых можно потерять весь урожай, выращенный в теплицах, поскольку в замкнутом пространстве болезнь очень быстро передается от одного растения другому.
«Главная проблема заключается в том, что современные системы обеззараживания воздуха, эффективные даже в космосе (как, например, «Поток» на МКС), в теплицах до четвертого поколения бессмысленны, поскольку воздух с улицы будет все равно попадать внутрь помещения», — объясняет Сергей Синяев. По его словам, герметичность теплиц пятого поколения, в которых в любой период времени поддерживается оптимальная температура, влажность и концентрация углекислого газа, позволяет успешно применять в них системы обеззараживания воздуха. Если растение заболеет, подобные системы за счет снижения до нуля микробной обсемененности в воздухе теплицы не позволят заболеть другим, а инфицированное растение можно будет просто удалить.
«Поэтому крайне целесообразно оборудовать теплицы пятого поколения установками обеззараживания воздуха. Это позволит владельцам уменьшить риски инфицирования растений, ускорить созревание культур и, как результат, всегда получать стабильно высокий урожай», — уверяет Синяев.
Автоматизация и ресурсосбережение
Особое место среди инноваций занимают разработки, направленные на максимальную автоматизацию производства и применение ресурсосберегающих технологий. С целью оптимизации технологического процесса и исключения человеческого фактора в теплицах пятого поколения применяются автоматизированные системы выращивания. В этом отношении значительно продвинулся агрокомбинат «Московский», внедривший технологию гидропонного выращивания. В теплицах, где расположены невысокие растения (салатные и зеленные культуры, горшечные цветы, тюльпаны, однолетние растения, рассада овощных культур), производится выращивание на автоматизированных столах. В этих теплицах вручную производится только выставление растений на столы и их сбор. Все остальное делает автоматизированная система: доставляет растения в зону выращивания, перемещает их в процессе роста, производит сортировку и отбраковку, вывоз в зону сбора. В результате сотруднику не приходится перемещаться по всей теплице и таскать тяжести (собранную продукцию). У него есть постоянное рабочее место, на котором все оптимизировано.
Современная теплица должна иметь автоматизированную систему микроклимата, которая без участия человека регулирует температуру и влажность воздуха, а также осуществляет дозирование углекислого газа, необходимого для оптимизации процесса фотосинтеза растений, убежден Виктор Семкин. В каждой теплице агрокомбината «Московский» установлена подобная система, которая четко выдерживает заданные параметры. Для выполнения данной задачи она регулирует работу насосов и смесительных клапанов системы отопления, включает и выключает лампы ассимиляционного освещения, управляет системой вентиляции и другими исполнительными механизмами.
Для всех производственных объектов разработаны регламенты по поддержанию температурного режима и уровня освещенности, продолжает Семкин. Линейные исполнители могут отклоняться от них только в экстренных случаях, предварительно перед этим отстояв свою позицию о производственной необходимости данного отклонения.
По словам Гришкина, система управления и мониторинга (управляющий контроллер) — это сердце теплицы, и чем качественнее оборудование, тем лучше будет осуществляться бесперебойная работа. Датчики температуры и влажности при правильном развесе влияют на эффективное управление микроклиматом. Важно и программное обеспечение, через которое можно наблюдать за рабочим процессом и координировать его, управляя всеми технологическими системами в теплице, и фиксировать, как четко выстроена система микроклимата и полива.
При этом Андрей Гришкин призывает не забывать про роль квалифицированных специалистов: «Агрономы-технологи выстраивают технологический процесс для эффективной работы комплекса, для получения максимальной прибыли. Без них даже самая современная и автоматизированная теплица обречена на неудачу», — напоминает он.
Представить себе современный тепличный комплекс, в котором не были бы внедрены ресурсосберегающие технологии, уже просто невозможно. Например, в агрокомбинате «Московский» ведется постоянный контроль расхода природного газа, используемого для отопления теплиц, и электроэнергии, рассказывает Виктор Семкин. Учетная группа не только фиксирует показания, но и своевременно извещает о перерасходе плана энергоресурсов конкретными производственными объектами. После этого рабочая группа оперативно проводит анализ и принимает решения, позволяющие устранить причины перерасхода.
Ведется работа и по оптимизации потребления электроэнергии. Она достигается за счет анализа часов пик поставщика электроэнергии и выявления возможности сдвинуть работу оборудования за пределы данных часов. «Это приводит к снижению мощности электрооборудования в часы пик, что отражается на тарифе за электроэнергию в сторону уменьшения. В итоге сокращение расходов на энергоресурсы может достигать 30%», — делится успехами Виктор Семкин.
Теплицы группы компаний «Белая Дача» также во многом уникальны: комплекс в такой комплектации еще никто в мире не строил. «У нас использованы самые передовые технологии: собственный генератор электроэнергии, котельная с тепловым аккумулятором, роботизированная линия по производству салатов. А применение ресурсосберегающих технологий позволят «Белой Даче» круглогодично выращивать качественные томаты и мини-салаты (baby-leaf) по минимальной цене», — отмечает глава ГК «Белая Дача» Виктор Семенов.
Тепловой аккумулятор дает углекислотную подкормку днем, когда светит солнце, а ночью позволяет использовать накопленное тепло. Таким образом у нас максимально эффективно используется работа котельной, уточняет Семенов. Кроме того, комбинат способен полностью обеспечить себя электроэнергией за счет газопоршевых установок, это значительно снижает затраты не электроэнергию.
Наукоемкие технологии для экоферм
Производство овощей в современных теплицах уже само по себе предусматривает применение высокоэффективных и наукоемких технологий, позволяющих соблюдать и воплощать определенные принципы экологического земледелия, считает Виктор Семкин. На его взгляд, к ним прежде всего относится минимально необходимый для получения высоких урожаев объем субстрата с применением капельного орошения (контроль автоматического расхода воды, удобрений). Кроме того, способствует уменьшению содержания в продукции нитратов и тяжелых металлов использование высококачественных легкорастворимых удобрений для полива.
Рециркуляция питательных растворов обеспечивает сокращение стоков, загрязняющих почву, а соблюдение культурооборотов — значительное сокращение вредителей и болезней, напоминает специалист. Основой защиты растений для получения экологически чистой продукции является применение биопрепаратов и энтомофагов. Также приветствуется использование органических регуляторов роста (гуматов). А индикатором чистоты культур от пестицидной нагрузки служит опыление с помощью пчел и шмелей. Все перечисленные технологические аспекты, направленные на получение экологически чистой продукции, реализованы агрокомбинатом «Московский».
Принципов экологического земледелия придерживаются и в ГК «Лосево»: в теплицах действует система капельного полива, не используются химические препараты и пестициды, прополка осуществляется вручную, для удобрения используется компост и гумус, а для борьбы с вредителями — биологические препараты. Только по биометоду выращивает продукцию и «Белая Дача». В тепличном комплексе не применяются химикаты для борьбы с вредителями, специалисты обходятся исключительно биологической защитой растений.
Внедрение в теплицах биологических методов защиты растений (отказ от химии в пользу биопрепаратов, опыление пчелами
Например, ученые Тюменского государственного университета (ТюмГУ) разрабатывают биопрепарат на основе бактерий для стимуляции роста растений и защиты их от болезней. По данным пресс-службы ВУЗа, главными потребителями таких препаратов станут агропромышленные производства и садоводы. Проект ТюмГУ стал победителем конкурса «Умник» Фонда содействия инновациям и получит финансирование в размере 500 тыс. рублей. Препарат создается на основе композиции трех штаммов, это позволит скомбинировать свойства каждого из них таким образом, чтобы способствовать увеличению спектра противомикробного действия и стимулирующей активности препарата.
В настоящее время набирает популярность метод объединенного разведения рыбы и растений в системе с оборотным водоснабжением без использования почвы, названный аквапоникой, рассказывает Андрей Гришкин из «РусАгроКомплекса». Такой метод подходит для круглогодичного выращивания без использования химикатов премиум-салатов, сортов биоселекции, зелени и ягод.
Интерес к аквапонической системе, по его мнению, связан с развитием экоферм, ведь в ее основе лежат максимальный отказ от синтетических удобрений, средств химзащиты и другой «химии»; применение современных компьютерных технологий на всех этапах получения, обработки и исполнения заказов, в том числе систем сплошной идентификации истории производства и логистики товара; возможная интеграция концепции открытой фермы. «Подобная ферма может стать местом для семейного отдыха, образования и проведения обучающих семинаров, дегустации продуктов и ознакомления с процессом их производства» — считает Андрей Гришкин. Специалист убежден, что за такими проектами будущее.
В заключение отметим, что в 2017 году в России введено в эксплуатацию порядка 215 га новых теплиц пятого поколения, построенных с применением новейших технологий и не уступающих лучшим зарубежным аналогам. Одновременно с этим повысилась средняя урожайность тепличных комплексов: в 2017 году она составила 34 кг/м², что на 33% выше уровня 2011 года (27,1 кг/м²). В целом же привлекательность современных тепличных проектов для инвесторов только растет, резюмирует Дмитрий Туляков.
Грамотные вложения
Разработку успешного и прибыльного проекта стоит начинать с поисков оптимальных решений, убежден Андрей Гришкин, директор по развитию
компании «РусАгроКомплекс». Именно за счет этого на первом этапе снижаются капитальные затраты. Далее необходимо произвести расчеты и понять, что получается при поэтапном внедрении инноваций, как увеличится объем продукции и как снизятся издержки в период эксплуатации теплицы, приводит алгоритм действия специалист. При реализации проекта возможно снизить издержки на 10-15%. А сокращение капитальных вложений при оптимальных решениях может составлять до 20% от стоимости проекта, уверяет он.
Согласно подсчетам Дмитрия Тулякова, руководителя проекта «Теплицы Регионов», ГК «Ренова», срок окупаемости современных теплиц 5-го поколения с правильно подобранными и реализованными технологиями защищенного грунта составляет чуть менее 6 лет, а классические промышленные теплицы имеют окупаемость на 1,5-2 года больше.
Применение инновационных технологий позволяет значительно сократить эксплуатационные расходы и повысить качество продукции, но их внедрение повышает стоимость проекта за счет удорожания капитальных затрат, обращает внимание глава ГК «Белая Дача» Виктор Семенов. Поэтому срок окупаемости вложений в высокотехнологичные комплексы сокращается, по его опыту, незначительно, однако в долгосрочной перспективе применение инноваций приведет к стабильности работы предприятия и снижению себестоимости продукции. Внедрение новых технологий сегодня стимулируется и компенсацией 20% капитальных затрат со стороны федерального бюджета, добавляет специалист.
