Стерилизация почвы паром ( пропаривание почвы ) — это сельскохозяйственный метод, который стерилизует почву паром на открытых полях или в теплицах. Вредители культур растений, такие как сорняки, бактерии, грибки и вирусы, погибают с помощью наведенного горячего пара, который заставляет жизненно важные клеточные белки разворачиваться . Биологически этот метод считается частичной дезинфекцией. Важные термостойкие спорообразующие бактерии могут выживать и оживлять почву после охлаждения. Усталость почвы можно вылечить путем высвобождения питательных веществ, заблокированных в почве. Пропаривание приводит к лучшему исходному положению, более быстрому росту и усилению устойчивости к болезням растений и вредителям. Сегодня применение горячего пара считается лучшим и наиболее эффективным способом дезинфекции больной почвы, почвы для рассады и компоста . Он используется в качестве альтернативы бромметану , производство и использование которого было ограничено Монреальским протоколом . «Пар эффективно убивает патогены, нагревая почву до уровней, которые вызывают коагуляцию белка или инактивацию ферментов ». [1]
Стерилизация почвы обеспечивает надежное и быстрое освобождение почвы от вредных для растений веществ и организмов, таких как:
Дополнительные положительные эффекты:
Благодаря современным методам пропаривания перегретым паром при температуре 180–200 °C можно добиться оптимальной дезинфекции почвы. Почва поглощает лишь небольшое количество влаги. Микроорганизмы активизируются после того, как почва остынет. Это создает оптимальную среду для мгновенной обработки почвы рассадой и семенами. Кроме того, метод интегрированного пропаривания может способствовать целенаправленному заселению пропаренной почвы полезными организмами. В ходе этого процесса почва сначала освобождается от всех организмов, а затем восстанавливается и микробиологически буферизуется посредством инъекции почвенного активатора на основе компоста, который содержит естественную смесь полезных микроорганизмов (например, Bacillus subtilis и т. д.).
На практике также применяются различные типы такого применения пара, включая пропаривание субстрата, поверхностное пропаривание и глубокое пропаривание почвы.
Применяется несколько методов поверхностной пропарки, среди которых: поверхностная пропарка, пропарочный колпак, пропарочная борона, пропарочный плуг и вакуумная пропарка с дренажными трубами или мобильными трубопроводными системами.
Чтобы выбрать наиболее подходящий метод пропаривания, необходимо учитывать определенные факторы, такие как структура почвы, культура растений и производительность участка. В настоящее время разрабатываются более продвинутые методы, такие как сэндвич-пропаривание или частично интегрированное сэндвич-пропаривание, чтобы максимально минимизировать потребление энергии и сопутствующие расходы.
Глубокое пропаривание почвы — это концепция, принятая норвежской компанией Soil Steam international AS. Они разработали технологию, которая позволяет опускать пар на глубину 30 см в почву. Это делается в непрерывном процессе, и их последний прототип смог 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 почва остается свободной от сорняков, семян, грибков и нематод в течение многих лет после одной операции по глубокому пропариванию почвы.
Поверхностная пропарка с использованием специальных листов (пропарка листов) — это метод, который был разработан на протяжении десятилетий для пропаривания больших площадей, достигающих от 15 до 400 м2 за один прием. При правильном применении пропарка листов проста и очень экономична. Использование термостойкого, неразлагающегося изоляционного флиса экономит до 50% энергии, значительно сокращает время пропаривания и улучшает проникновение. Площадь до 400 м2 за один рабочий прием может быть пропарена за 4–5 часов на глубину 25–30 см / 90 °C. Использование термостойкого и неразлагающегося синтетического изоляционного флиса толщиной 5 мм, 500 г / м2 может сократить время пропаривания примерно на 30%. Через паровой инжектор или перфорированную трубу пар впрыскивается под лист после того, как он был разложен и утяжелен мешками с песком.
Производительность площади за один рабочий ход зависит от мощности парогенератора (например, парового котла):
Время пропаривания зависит от структуры почвы, а также от температуры наружного воздуха и составляет 1–1,5 часа на 10 см глубины пропаривания. 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. Для рыхления почвы идеально подходит использование лопаточных машин. Наилучших результатов можно добиться, если почва комковатая на большей глубине и гранулированная на меньшей глубине.
На практике работа с двумя листами одновременно оказалась очень эффективной. Пока один лист используется для пропаривания, другой готовится к впрыскиванию пара, таким образом, избегаются ненужные перерывы в пропаривании.
Пропаривание с помощью вакуума, который нагнетается через мобильную или стационарно установленную систему труб в глубине пропариваемой области, является методом, который обеспечивает наилучшее проникновение. Несмотря на высокие капитальные затраты, стационарная установка дренажных систем является целесообразной для интенсивно используемых областей, поскольку может быть достигнута глубина пропаривания до 80 см.
В отличие от стационарных дренажных систем, трубы в мобильных всасывающих системах находятся на поверхности. Центральный всасывающий трубопровод, состоящий из оцинкованных быстроразъемных труб, соединенных на регулярном расстоянии 1,50 м, а концы шлангов заглубляются в почву на нужную глубину с помощью специального инструмента.
Зона пропаривания накрывается специальным паровым полотном и утяжеляется по всему периметру, как при пропаривании листа. Пар впрыскивается под полотно через инжектор и защитный туннель. В то время как в случае с короткими участками длиной до 30 м пар впрыскивается спереди, в случае с более длинными участками пар вводится в середину листа с помощью Т-образного соединения, разветвляющегося в обе стороны. Как только лист надувается давлением пара примерно до 1 м, включается всасывающая турбина. Сначала воздух из почвы удаляется через всасывающие шланги. Образуется частичный вакуум, и пар втягивается вниз.
На заключительном этапе, когда достигается необходимая глубина пропаривания, вентилятор работает безостановочно, и излишки пара выдуваются. Чтобы этот излишек пара не терялся, он подается обратно под лист.
Как и для всех других систем пропаривания, требуется период после пропаривания около 20–30 минут. Время пропаривания составляет около 1 часа на 10 см глубины пропаривания. Потребность в паре составляет около 7–8 кг/м 2 .
Самым важным требованием, как и для всех систем пропаривания, является тщательное разрыхление почвы перед пропариванием для обеспечения оптимального проникновения.
Метод отрицательного давления создает соответствующую температуру почвы на глубине 60 см и достигается полный контроль нематод , грибков и сорняков . В этом методе пар вводится под паровую оболочку и принудительно проникает в почвенный профиль с помощью отрицательного давления. Отрицательное давление создается вентилятором, который высасывает воздух из почвы через закопанные перфорированные полипропиленовые трубы. Эта система требует постоянной установки перфорированных труб в почву на глубине не менее 60 см для защиты от плуга . [4]
Паровой колпак — это мобильное устройство, состоящее из коррозионно-стойких материалов, таких как алюминий, которое опускается на пропариваемую поверхность. В отличие от пропаривания листов, здесь не используются такие дорогостоящие рабочие этапы, как раскладка и утяжеление листов, однако площадь, пропариваемая за один рабочий этап, меньше в соответствии с размером колпака.
На открытом воздухе колпак устанавливается вручную или с помощью трактора со специальным предварительно напряженным 4-точечным рычагом подвески. Время пропаривания составляет 30 мин для проникновения на глубину до 25 см. При этом может быть достигнута температура 90 °C. В больших стабильных теплицах колпаки крепятся к рельсам. Они поднимаются и перемещаются пневматическими цилиндрами. Малые и средние колпаки площадью до 12 м 2 поднимаются вручную с помощью опрокидывающего рычага или перемещаются с помощью электропривода с помощью специальных лебедок.
Сэндвич-пропаривание, 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, предлагает эффективный метод подачи горячего пара в почву. Пар одновременно впрыскивается в почву с поверхности и из глубины. Для этого область, которая должна быть оборудована системой впрыскивания глубинного пропаривания, накрывается паровым колпаком. Пар поступает в почву сверху и снизу одновременно. Листы не подходят, так как под покрытием возникает высокое давление до 30 мм водяного столба.
Пропаривание сэндвичей дает несколько преимуществ. С одной стороны, применение энергии может быть увеличено до 120 кг пара на м 2 /ч. По сравнению с другими методами пропаривания может быть достигнуто до 30% экономии энергии и соответственно уменьшается использование топлива (например, печного топлива). Увеличенное применение энергии приводит к быстрому нагреву почвы, что снижает потери тепла. С другой стороны, требуется только половина обычного времени пропаривания.
Сравнение пропаривания сэндвичей с другими методами подачи пара по выходу пара и энергопотреблению(*):
(*) в почве макс. влажность 30%
Очевидно, что при приготовлении сэндвичей на пару достигается максимальная производительность пара при минимальном потреблении энергии.
Частичное интегрированное сэндвич-пропаривание — это усовершенствованный комбинированный метод пропаривания только тех участков, которые будут засажены, и намеренного исключения тех участков, которые не будут использоваться. Чтобы избежать риска повторного заражения пропаренных участков вредителями с непропаренных участков, полезные организмы могут быть напрямую введены в гигиенизированную почву с помощью почвенного активатора (например, специального компоста). Частичное сэндвич-пропаривание открывает дополнительные потенциальные возможности экономии в процессе пропаривания.
Пропаривание штабелем используется при термической обработке компоста и субстратов, таких как дерн. В зависимости от количества, пропариваемый материал складывается в штабеля высотой до 70 см в пропаривательных ящиках или в небольших самосвальных прицепах. Пар равномерно впрыскивается через коллекторы. Для больших объемов используются пропаривательные контейнеры и ящики для почвы, которые оснащены системами всасывания для улучшения результатов пропаривания. Небольшие объемы можно пропаривать в специальных небольших пропаривающих устройствах.
Количество пропаренной почвы следует регулировать таким образом, чтобы время пропаривания составляло не более 1,5 часов, чтобы избежать образования большого количества конденсата в нижних слоях почвы.
На легких субстратах, таких как газон, производительность в час значительно выше.
Современная стерилизация почвы паром была впервые открыта в 1888 году (Франком в Германии) и впервые была использована в коммерческих целях в Соединенных Штатах (Раддом) в 1893 году (Бейкер, 1962). С тех пор было построено большое количество разнообразных паровых машин для дезинфекции как коммерческих теплиц, так и почв рассадников (Гроссман и Либман, 1995). Например, в 1950-х годах технологии стерилизации паром расширились от дезинфекции почвогрунтов и тепличных смесей до коммерческого производства паровых граблей и паровых лезвий на тракторной тяге для фумигации небольших акров срезанных цветов и других ценных полевых культур (Лангедейк, 1959). Сегодня разрабатываются еще более эффективные паровые технологии. [1]