Стерилизация почвы паром

Пропаривание листов с помощью парового котла MSD/moeschle

Стерилизация почвы паром ( пропаривание почвы ) — это агротехника позволяющая стерилизовать почву паром , в открытых полях или теплицах. Вредители растительных культур, такие как сорняки, бактерии, грибки и вирусы, уничтожаются с помощью горячего пара, который вызывает развертывание жизненно важных клеточных белков . Биологически метод считается частичной дезинфекцией. Важные термостойкие спорообразующие бактерии могут выжить и оживить почву после охлаждения. Усталость почвы можно вылечить путем высвобождения питательных веществ, заблокированных в почве. Пропаривание обеспечивает лучшее исходное положение, более быстрый рост и усиление устойчивости растений к болезням и вредителям. Сегодня применение горячего пара считается лучшим и наиболее эффективным способом дезинфекции больной почвы, горшечной почвы и компоста . Он используется в качестве альтернативы бромметану , производство и использование которого было ограничено Монреальским протоколом . «Пар эффективно убивает болезнетворные микроорганизмы, нагревая почву до уровня, вызывающего коагуляцию белков или ферментов ». инактивация ^[1]

Преимущества пропаривания почвы

Стерилизация почвы обеспечивает надежное и быстрое избавление почв от вредных для растений веществ и организмов, таких как:

Бактерии
Вирусы
Грибы
Нематоды
Другие вредители

Дополнительными положительными эффектами являются:

Все сорняки и семена сорняков уничтожены. ^[2]
Значительное увеличение урожайности сельскохозяйственных культур ^{[ нужна ссылка ]}
Снятие усталости почвы за счет активации химико-биологических реакций. ^[3]
Заблокированные питательные вещества в почве извлекаются и становятся доступными для растений.
Альтернатива бромистому метилу и другим важным химикатам в сельском хозяйстве.

Пропаривание перегретым паром

С помощью современных методов пропаривания перегретым паром при температуре 180–200 °C можно добиться оптимального обеззараживания почвы. Почва впитывает лишь небольшое количество влаги. Микроорганизмы становятся активными после остывания почвы. Это создает оптимальные условия для мгновенной обработки почвы рассадой и семенами.Кроме того, метод комплексного пропаривания может способствовать целенаправленному заселению пропаренной почвы полезными организмами. При этом почва сначала освобождается от всех организмов, а затем оживляется и микробиологически буферизуется путем введения почвенного активатора на основе компоста, содержащего естественную смесь благоприятных микроорганизмов (например, Bacillus subtilis и т. д.).

На практике также доступны различные типы такого применения пара, включая пропаривание субстрата, поверхностное пропаривание и глубокое пропаривание почвы.

Пропаривание поверхности

Используются несколько методов поверхностного пропаривания, среди которых: поверхностное пропаривание, пропаривание в колпаке, пропаривание бороной, пропаривание плугом и вакуумное пропаривание с помощью дренажных труб или мобильных трубных систем.

Чтобы выбрать наиболее подходящий метод пропаривания, необходимо учитывать определенные факторы, такие как структура почвы, культура растений и производительность площади. В настоящее время разрабатываются более совершенные методы, такие как пропаривание сэндвичей или частично интегрированное пропаривание сэндвичей, чтобы максимально минимизировать потребление энергии и связанные с этим затраты.

Глубокое пропаривание почвы

Глубокое пропаривание почвы — это концепция, принятая норвежской компанией Soil Steam International AS. Они разработали технологию, которая позволяет пару проникать в почву на глубину до 30 см. Это делается в непрерывном процессе, и их последний прототип сумел обработать 1 гектар за 20 часов. При таком глубоком пропаривании почвы они проникают достаточно глубоко, чтобы предотвратить появление новых семян, грибков или нематод при осенней вспашке. Это означает, что после одной глубокой обработки почвы пропариванием почва остается чистой от сорняков, семян, грибков и нематод в течение многих лет.

Пропаривание листов

Поверхностное пропаривание специальными листами (листовое пропаривание) – это отработанный десятилетиями метод для пропаривания больших площадей площадью от 15 до 400 м2. ² за один шаг. При правильном применении пропаривание листов является простым и очень экономичным. Использование термостойкого, неразлагающегося изоляционного флиса экономит до 50% энергии, значительно сокращает время пропаривания и улучшает проникновение. Одноступенчатые рабочие зоны до 400 м ² можно пропаривать в течение 4–5 часов на глубине 25–30 см / 90 °C.Использование термостойкого и неразлагающегося синтетического утеплителя флис толщиной 5 мм плотностью 500 гр/м. ², может сократить время приготовления на пару примерно на 30%. Через паровой инжектор или перфорированную трубу пар подается под лист после того, как он уложен и утяжелен мешками с песком.

Производительность по площади за один рабочий такт зависит от мощности парогенератора (например, парового котла):

Паропроизводительность кг/ч:	100	250	300	400	550	800	1000	1350	2000
Площадь м ²:	15–20	30–50	50–65	60–90	80–120	130–180	180–220	220–270	300–400

Время пропаривания зависит от структуры почвы, а также температуры наружного воздуха и составляет 1–1,5 часа на глубину пропаривания 10 см. При этом почва достигает температуры около 85°C. Фрезерование для рыхления почвы не рекомендуется, так как структура почвы может стать слишком мелкой, что снизит ее проницаемость для пара. Использование лопаточных машин идеально подходит для рыхления почвы. Наилучших результатов можно добиться, если на большей глубине почва комковатая, а на меньшей — гранулированная.

На практике работа как минимум с двумя листами одновременно оказалась весьма эффективной. Пока один лист используется для пропаривания, другой подготавливается для впрыска пара, что позволяет избежать ненужных углублений для пропаривания.

Глубокое пропаривание с вакуумом

Пропаривание с вакуумом, который создается через передвижную или стационарную систему труб, установленную на глубине обрабатываемой зоны, является методом, обеспечивающим наилучшее проникновение. Несмотря на высокие капитальные затраты, стационарная установка дренажных систем целесообразна для интенсивно используемых помещений, поскольку можно достичь глубины пропаривания до 80 см.

В отличие от стационарно установленных дренажных систем, в мобильных аспирационных системах трубы располагаются на поверхности. Центральный всасывающий трубопровод, состоящий из оцинкованных быстроразъемных трубок, соединенных через равные промежутки 1,50 м, а концы шлангов заглубляются в почву на нужную глубину с помощью специального инструмента.

Зона пропаривания накрывается специальной пропаренной пластиной и утяжеляется со всех сторон, как и при листовой пропаривании. Пар впрыскивается под лист через инжектор и защитный туннель. В то время как на коротких участках длиной до 30 м пар впрыскивается спереди, на более длинных участках пар подается в середине листа с помощью Т-образного соединения, разветвляющегося в обе стороны.Как только лист под давлением пара надувается примерно до 1 м, включается всасывающая турбина. Сначала воздух из почвы удаляется через всасывающие шланги. Образуется частичный вакуум, и пар вытягивается вниз.

На заключительном этапе, когда необходимая глубина пропаривания достигнута, вентилятор работает без остановки и выдувает излишки пара. Чтобы этот излишек пара не терялся, его подают обратно под лист.

Как и для всех других систем пропаривания, требуется период после пропаривания примерно 20–30 минут. Время пропаривания составляет примерно 1 час на глубину пропаривания 10 см. Потребность в пару составляет примерно 7–8 кг/м. ².

Самым важным требованием, как и ко всем пропаривающим системам, является то, чтобы почва перед пропариванием была хорошо разрыхлена, чтобы обеспечить оптимальное проникновение.

Техника отрицательного давления

Метод отрицательного давления создает соответствующую температуру почвы на глубине 60 см и полный контроль над нематодами , грибками и сорняками обеспечивает . В этом методе пар вводится под пропаривающую оболочку и принудительно проникает в профиль почвы под действием отрицательного давления. Отрицательное давление создается вентилятором, который высасывает воздух из почвы через заглубленные перфорированные полипропиленовые трубы. Эта система требует постоянной установки перфорированных труб в почву на глубину не менее 60 см для защиты от плуга . ^[4]

Отпаривание с вытяжками

Полуавтоматический вытяжной шкаф с тремя створками в теплице

Паровой колпак — это мобильное устройство, изготовленное из устойчивых к коррозии материалов, например алюминия, которое устанавливается на пропариваемую поверхность. В отличие от пропаривания листов, не выполняются дорогостоящие рабочие этапы, такие как раскладка и взвешивание листов, однако площадь, пропариваемая за один рабочий этап, меньше в зависимости от размера вытяжки.

На открытом воздухе капот устанавливается либо вручную, либо с помощью трактора с помощью специального предварительно напряженного 4-точечного рычага подвески. Время пропаривания составляет 30 минут при проникновении на глубину до 25 см. Таким образом может быть достигнута температура 90°C. В больших стабильных теплицах вытяжки прикрепляют к направляющим. Они поднимаются и перемещаются с помощью пневматических цилиндров. Малые и средние вытяжки до 12 м. ² поднимаются вручную с помощью опрокидывающего рычага или перемещаются электрически с помощью специальных лебедок.

Комбинированное поверхностное и глубинное впрыскивание пара (сэндвич-пропаривание)

Модель машины для пропаривания сэндвичей Sterilter производства Ferrari Costruzioni Meccaniche, оснащенная паровым котлом MSD/moeschle.

Пропаривание сэндвичей, разработанное в рамках проекта DEIAFA, Туринского университета (Италия, www.deiafa.unito.it) и Ferrari Costruzioni Meccaniche (см. изображение), представляет собой комбинацию глубинного и поверхностного пропаривания и предлагает эффективный метод стимулирования горячий пар в почву. Пар одновременно проталкивается в почву с поверхности и из глубины. Для этого помещение, которое должно быть оборудовано системой глубокого впрыска пара, накрывается пропарочным колпаком. Пар поступает в почву одновременно сверху и снизу. Листы не подходят, так как под покрытием возникает высокое давление до 30 мм водного столба.

Приготовление сэндвича на пару имеет ряд преимуществ. С одной стороны, расход энергии может быть увеличен до 120 кг пара на м. ²/час. По сравнению с другими методами обработки паром можно достичь экономии энергии до 30% и, соответственно, снизить расход топлива (например, печного топлива). Повышенное использование энергии приводит к быстрому нагреву почвы, что снижает потери тепла. С другой стороны, требуется только половина обычного времени приготовления на пару.

Сравнение приготовления сэндвича на пару с другими методами впрыска пара по производительности пара и потреблению энергии(*):

Метод пропаривания	Макс. выход пара	Потребность в энергии (*)
Пропаривание листов	6 кг/м ²час	около 100 кг пара/м ³
Глубокое пропаривание (Лист + вакуум)	14 кг/м ²час	около 120 кг пара/м ³
Вытяжка отпаривающая (Алю)	30 кг/м ²час	около 80 кг пара/м ³
Вытяжка паровая (Сталь)	50 кг/м ²час	около 75 кг пара/м ³
Сэндвич на пару	120 кг/м ²час	около 60 кг пара/м ³

(*) в почве влажность не более 30 %

Очевидно, что при приготовлении сэндвичей на пару достигается максимальная паропроизводительность при минимальном потреблении энергии.

Частично интегрированная обработка сэндвичей на пару

Частичное интегрированное пропаривание сэндвичей — это усовершенствованный комбинированный метод пропаривания только тех участков, которые будут засажены растениями, и намеренного исключения тех участков, которые не будут использоваться. Чтобы избежать риска повторного заражения пропаренных участков вредителями из непропаренных участков, полезные организмы можно вводить непосредственно в гигиенизированную почву с помощью почвенного активатора (например, специального компоста). Частичное приготовление сэндвичей на пару открывает дополнительную потенциальную экономию в процессе приготовления на пару.

Пропаривание контейнера/штабеля

Пропаривание в штабеле используется при термической обработке компоста и субстратов, таких как газон. В зависимости от количества пропариваемый материал складывают в пропарочные ящики или в небольшие прицепы-самосвалы высотой до 70 см. Пар равномерно подается через коллекторы. Для больших объемов используются контейнеры для пропаривания и ящики для мусора, оснащенные системами всасывания для улучшения результатов пропаривания. Небольшие порции можно готовить на пару в специальных небольших пароварках.

Количество пропариваемой почвы следует выбирать таким образом, чтобы время пропаривания составляло не более 1,5 ч, чтобы избежать скопления большого количества конденсированной воды в нижних слоях почвы.

Производительность пара кг/ч:	100	250	300	400	550	800	1000	1350	2000
м ³/ч о:	1.0–1.5	2.5–3.0	3.0–3.5	4.0–5.0	5.5–7.0	8.0–10.0	10.0–13.0	14.0–18.0	20.0–25.0

На легких субстратах, таких как газон, производительность в час значительно выше.

История

Современная стерилизация почвы паром была впервые открыта в 1888 году (Франком в Германии) и впервые была коммерчески использована в Соединенных Штатах (Раддом) в 1893 году (Baker 1962). С тех пор было создано большое количество паровых машин для обеззараживания почвы как в коммерческих теплицах, так и в питомниках (Grossman and Liebman 1995). В 1950-х годах, например, технологии паровой стерилизации расширились от обеззараживания горшечной почвы и тепличных смесей до коммерческого производства паровых граблей и паровых ножей на тракторной тяге для окуривания небольших акров срезанных цветов и других ценных полевых культур (Langedijk 1959). Сегодня разрабатываются еще более эффективные паровые технологии. ^[1]

Применение горячего пара

В садоводстве, а также в питомниках для стерилизации субстратов и верхнего слоя почвы.
В сельском хозяйстве для стерилизации и переработки пищевых отходов , откорма свиней и подогрева патоки.
При выращивании грибов для пастеризации камер выращивания, стерилизации верхнего слоя почвы и комбинированного применения в качестве обогрева.
На винодельческих предприятиях в качестве комбинированного котла для стерилизации и очистки резервуаров для хранения, темперирования сусла и для получения теплой воды.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Пар EPA как альтернатива бромистому метилу при выращивании питомников
^ Отчет об исследовании DLR Rheinlandpfalz, сентябрь 2010 г.: Борьба с сорняками в семенных культурах, особенно рукколой , Автор: доктор Норберт Лаун, Институт «Квекбруннерхоф», Шифферштадт (Германия). Просмотрено 14 февраля 2011 г.
^ Отчет об исследовании DLR Rheinlandpfalz, январь 2012 г.: Отчет об испытаниях на усталость почвы , Автор: Герхард Бааб, Райнбах (Германия). Просмотрено 19 января 2012 г.
^ Глобальный отчет ФАО о проверенных альтернативах использованию бромистого метила для обработки почвы.

Дальнейшее чтение

Куорлз, В. (1997): ПАР – самая горячая альтернатива бромистому метилу. Американский питомник, 15 августа 1997 г., 37–43.
Бэнкс, Дж. (1995): Сельскохозяйственное производство без бромистого метила – четыре тематических исследования; Отдел энтомологии CSIRO и программа OzonAction ЮНЕП IE в рамках Многостороннего фонда, 1995 г.
Барток, Дж.В. (1993): Пропаривание по-прежнему остается наиболее эффективным способом очистки загрязненной среды. Заведующий теплицей 1993, 110(10), 88–89.
Бейкер, К.Ф. (1992): Полезный гриб увеличивает урожайность и прибыль в коммерческом производстве. Заведующий теплицей 1992, 10, 105
Зайферт, HD (2008): Введение в пропаривание почвы
Бейкер, К.Ф. (1962): Принципы термической обработки почвы и посадочного материала. Дж. Аустрал. Инст. Из сельского хозяйства. наук. 1962, 28 (2), 118–126.
Бунт, А.Г. (1954): Давление пара при стерилизации почвы I. В бункерах. Журнал садоводческой науки 1954 /29, 89–97.
Бунт, А.Г. (1955): Давление пара при стерилизации почвы II. Стерилизация на месте в теплице. Журнал садоводческой науки 1955 /1, 43–55.
Даббене Ф., Гей П., Тортиа К. (2003): Моделирование и контроль процессов дезинсекции почвы паром. Биосистемная инженерия, 84, 3, 247–256, два : 10.1016/S1537-5110(02)00276-3
Грейнер Дж. и Кеннеди Р.Р. (1964): Распределение температуры и производительность при пропаривании грунта с помощью баллона. Хорт. Рез. 4 1964 /1, 27–41
Джонсон Д. и Аас К. (1960): Исследования техники пропаривания почвы. Acta Agriculturae Skandinavica Supplementum 9, Стокгольм
Джонсон, Дж. (1946): Пропаривание почвы для борьбы с болезнями. Почвоведение 61, 83–92.
Маловани С.Н. и Ньюстон И.Д. (1947): Исследования по стерилизации почв I. Некоторые воздействия на физические, химические и биологические свойства. Канадский исследовательский журнал, C, 25, 189–208.
Моррис, Л.Г. (1957): Использование пара для стерилизации почвы. I. Физические аспекты стерилизации почвы - II. Практические аспекты стерилизации почвы - III. Подбор котла, паропроводов и распределительных систем. Инженер промышленного теплоснабжения 19, 3–6, 24, 38–41, 67–71
Моррис Л.Г. и Виспир К.В. (1957): Некоторые эксперименты по стерилизации почвы паром. I. Прохождение тепла через мелкую почву - II. Нагрев комьев почвы. Журнал сельскохозяйственных инженерных исследований 2, 4, 262
Моррис Л.Г. и Нил Ф.Е. (1959): Некоторые эксперименты по стерилизации почвы паром. III. Прохождение тепла вниз ниже точки впрыска. Журнал сельскохозяйственных инженерных исследований 4, 153–160.
Моррис Л.Г. и Нил Ф.Е. (1959): Некоторые эксперименты по стерилизации почвы паром. IV. Эффект покрытия поверхности почвы. Журнал сельскохозяйственных инженерных исследований 4, 153–160.
Ньюхолл, А.Г. (1955): Дезинфекция почвы путем нагревания, затопления и фугирования. Ботаническое обозрение 21, 189–250.
Бейкер К.Ф. и Ройстачер К.Н. (1957): Термическая обработка почвы, изд. Система UC для выращивания здоровых растений в контейнерах. Калифорнийский университет, отделение сельскохозяйственных наук, Окленд, Калифорния

Внешние ссылки

Блог о пропаривании почвы и паровых котлах

[gov-1] Jump up to: ^а ^б Пар EPA как альтернатива бромистому метилу при выращивании питомников

[2] Отчет об исследовании DLR Rheinlandpfalz, сентябрь 2010 г.: Борьба с сорняками в семенных культурах, особенно рукколой , Автор: доктор Норберт Лаун, Институт «Квекбруннерхоф», Шифферштадт (Германия). Просмотрено 14 февраля 2011 г.

[3] Отчет об исследовании DLR Rheinlandpfalz, январь 2012 г.: Отчет об испытаниях на усталость почвы , Автор: Герхард Бааб, Райнбах (Германия). Просмотрено 19 января 2012 г.

[4] Глобальный отчет ФАО о проверенных альтернативах использованию бромистого метила для обработки почвы.

[1]

[2]

[3]

[4]