CO2 в гидропонной оранжерее

Данная статья об углекислом газе и способах его получения в условиях гидропонной оранжереи. Если вы впервые знакомитесь с гидропоникой, рекомендуем начать со статьи «Что такое гидропоника?», а также «Создание гидропонной оранжереи».

Растение — единственный организм, способный питаться солнечным светом. В процессе фотосинтеза ему нужен СО₂. Реакция выглядит так:

6СО₂ + 12Н₂О + фотоны → С₆Н₁₂О₆ + 6O₂ + 6Н₂О

Двуокись углерода + вода + световая энергия → углевод + кислород

Кислород уходит в атмосферу. Углевод затем переносится туда, где растение испытывает в нем потребность. Так растения способны хранить и перемещать энергию. Этот источник энергии является горючим для процессов метаболизма. Таким вот образом обеспечивается энергией и все живое на земле (за редким исключением глубоководных организмов). Растениями питаются все формы жизни, включая млекопитающих. Энергия, которая хранится в растениях, затем передается по пищевой цепочке. Человек пользуется ею непосредственно, питаясь овощами и фруктами или мясом. У истоков всей пищи находятся фотосинтезирующие организмы, «отбирающие» солнечную энергию. Первобытные люди, поклонявшиеся Солнцу как прародителю и первоисточнику всего живого, были не так уж далеки от истины! Очевидно, фотосинтез (поглощение СО₂ и образование кислорода) происходит только на свету.

Теперь перейдем к теме, о которой большинство из нас не имеют понятия — к дыханию. Растения дышат. Именно так энергия, хранящаяся в углеводе, высвобождается и потребляется растением. Идет обратная фотосинтезу реакция. Вот она на примере глюкозы:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + энергия

Углевод + кислород → двуокись углерода + вода + энергия

Процесс дыхания происходит на протяжении всей жизни растения, днем и ночью. В течение дня растения как поглощают СО₂ для фотосинтеза, так и высвобождают его посредством дыхания. В конечном итоге высвобождается больше кислорода, чем CO₂. Во время темного цикла кислород не выделяется, только СО₂.

Весь газообмен в растениях происходит сквозь поры, именуемые устьицами. Они расположены в эпидермисе листьев, в основном на нижней стороне. Устьице граничит с двумя клетками, регулирующими раскрытие устьица. Они называются замыкающими клетками. Когда корневая зона слишком сухая или погода слишком жаркая, устьица смыкаются, и метаболизм растения замедляется. Разумеется, поглощения СО₂ не происходит, но даже когда устьица широко разомкнуты, поток водяных паров, испускаемых растением, ограничивает поглощение СО₂. Поглощение СО₂ растениями — это далекий от совершенства механизм и, возможно, ограничивающий их развитие в природе. В то же время, этим объясняется, почему гидропоника творит чудеса. Поскольку растения пользуются неограниченным водоснабжением в корневой зоне, они не смыкают устьица — в этом нет необходимости. Таким образом, если они хорошо обеспечены СО₂, то они пребывают в режиме «постоянного роста».

Нормальная концентрация двуокиси углерода в атмосфере составляет 390 частей на миллион (в пятидесятых годах XX века было 315 частей на миллион!). В большинстве городов даже выше — в среднем 450 частей на миллион и ненадолго подскакивает выше 500!

Миллионы лет назад, когда стали появляться первые растения, концентрация двуокиси углерода в атмосфере была гораздо выше, чем в наши дни. Этим, наверное, объясняется, почему механизм поглощения столь несовершенен. И вот почему ещё растениям полезны дополнительные дозы СО₂ — их метаболизм рассчитан на более высокие концентрации. Однако есть предел, после которого рост не увеличится, а уменьшится. Этот предел наступает при соотношении 1000 частей на миллион. СО₂ не только помогает растениям выдерживать несколько более высокие температуры, чем обычно, но и извлекать выгоду из обогащения двуокисью углерода, если температура выше +25°С.

Если воздух в оранжерее не обновляется, то уровень СО₂ быстро упадет ниже оптимального. Комната должна хорошо проветриваться. Здесь трудно перестараться! Если погода на улице позволяет, то постоянная вентиляция помещения устранит излишки влажности и обеспечит растения столь необходимым газом. Это фактически простейший способ решения проблемы. Если это удастся, то можно вообще обойтись без оборудования для СО₂, что сделает уход за растениями значительно легче! Но, разумеется, подобное возможно не при всяком климате.

Нужно разговаривать с растениями, а еще лучше, петь им! Возможно, это прозвучит глупо, но люди вдыхают концентрацию СО₂ от 30.000 до 40.000 частей на миллион (26.6 г/час). Это значительное количество СО₂! Новые эксперименты по изучению эффекта от разговора с растениями показали, что разговор с растением в цветочном горшке ускоряет его рост. Люди уже делают вывод о необходимости общения с растительным миром. Всё дело в том, что человек выдыхает СО₂ на растения, а это, конечно же, дает результат!

Если постоянная вентиляция невозможна, тогда следует обеспечить себя дополнительным количеством СО₂. Это можно сделать различными способами. В целом можно обойтись подручными средствами и получать СО₂ естественным путем. Вот простой способ: в пластиковую бутылку заливают крепкий раствор сахара, насыпают немного дрожжей и встряхивают её. Подпитываясь сахаром, дрожжи будут вырабатывать СО₂. Если установить бутылку на уровне растения, газ будет выделяться прямо на листья. Можно закупорить бутылку (только осторожно, чтобы она не взорвалась) и можно будет открывать ее для выпуска газа, когда это понадобится. Просверлив маленькое отверстие в крышке, можно подавать газ постоянным слабым потоком. Если также накапать уксусу на пищевую соду — это еще один из многих легких и дешевых способов получения СО₂. Существует недорогое оборудование, работающее на этом же принципе про­стой химической реакции.

На один шаг дальше от этих простых уловок использование газовой горелки для получения СО₂. Просто сжигается бутан или пропан, и при этом выделяется СО₂, но вместе с ним тепло и влажность. Тепло не помешает зимой, но влажность часто создает проблемы, что и ограничивает применение данной технологии.

Другим решением, которым пользуются всё чаще, является покупка СО₂ в баллонах. Это, конечно, решит проблему, но регулировать поток непросто. Можно найти искомую величину методом проб и ошибок: если известен объем потока СО₂ из баллона, а потом измерить объем комнаты, то можно определить, на сколько времени должен быть открыт нагнетательный клапан, чтобы газ достиг нужного уровня в оранжерее. Клапан в дальнейшем можно снабдить таймером.

Другое приспособление — это дорогостоящий датчик, постоянно измеряющий СО₂ и поддерживающий оптимальный уровень. Это лучший способ, но из-за дороговизны он не оправдывает себя, если оранжерея мала. СО₂ тяжелее окружающего воздуха, поэтому ему свойственно опускаться на пол. Когда СО₂ выходит из баллона, этот момент усугубляется еще и тем, что газ довольно холоден. Ведь горячий воздух стремится вверх, а холодный — вниз. Где-то на уровне пола можно установить небольшой вентилятор для циркуляции потока. Воздух, смешанный с СО₂, будет подниматься вверх и увлекать за собой газ. Следовательно, каким бы ни был источник CO₂, он должен находиться подальше от вытяжки, чтобы газ сразу же не вылетал в вентиляционную трубу. Лучше всего на время выпуска СО₂ закрыть вентиляционную отдушину. Можно также повысить КПД, присоединив к баллону пластиковую трубу. Просверлив в трубе через равные промежутки отверстия, этим можно улучшить распространение газа.

Какому бы способу ни отдавали предпочтение, следует помнить, что СО₂ опасен, причем смертельно! У него нет запаха, а значит, его невозможно обнаружить. Если применяется обогащение с помощью СО₂, лучше оставить включенным вытяжной вентилятор, входя в помещение.

См. также:

Помещение для гидропонной оранжереи

Влажность в гидропонной оранжерее

Вентиляция в гидропонной оранжерее

Освещение в гидропонной оранжерее

Металло-галоидные (МН) и натриевые лампы высокого давления (HPS)

Светодиоды (LED) и их применение в гидропонной оранжерее

Плазменный свет и его применение в гидропонной оранжерее

Запах и его нейтрализация в гидропонной оранжерее