Теплица – это специальное сооружение, которое предназначено для регулирования температуры и влажности окружающей среды внутри. Существуют разные типы теплиц, но все они имеют большие площади, покрытые прозрачными материалами, улавливающими солнечный свет и тепло. Наиболее распространенными материалами, используемыми в современных теплицах для стен и крыш, являются жесткий пластик из поликарбоната, полиэтиленовая пленка из полиэтилена или стеклопакеты. [1] Когда внутренняя часть теплицы подвергается воздействию солнечного света, температура повышается, создавая защищенную среду для роста растений даже в холодную погоду.
Термины «теплица », «теплица » и «теплица» часто используются как синонимы для обозначения зданий, используемых для выращивания растений. Конкретный используемый термин зависит от материала и системы отопления, используемой в здании. В настоящее время теплицы чаще строят из различных материалов, таких как дерево и полиэтилен. [2] С другой стороны, теплица — это традиционный тип теплицы, сделанный только из стеклянных панелей, пропускающих свет. Термин «теплица» означает, что теплица отапливается искусственно. Однако в целом к теплицам можно отнести как отапливаемые, так и неотапливаемые конструкции.
Размер теплиц может варьироваться от небольших сараев до промышленных зданий и огромных теплиц. Самым маленьким примером является миниатюрная теплица, известная как холодная камера , обычно используемая дома, тогда как большие коммерческие теплицы представляют собой высокотехнологичные предприятия по производству овощей, цветов или фруктов. Стеклянные теплицы наполнены оборудованием, включая экранирующие установки, системы отопления, охлаждения и освещения, и могут управляться компьютером для оптимизации условий для роста растений. Затем используются различные методы для управления условиями выращивания, включая температуру воздуха, относительную влажность и дефицит давления пара , чтобы обеспечить оптимальную среду для выращивания конкретной культуры.
До появления теплиц методы ведения сельского хозяйства были ограничены погодными условиями. В зависимости от климатической зоны сообществ люди были ограничены избранным диапазоном видов и времени года, в которое они могли выращивать растения. Тем не менее, около 30 г. н.э. Римская империя предприняла первую зарегистрированную попытку создания искусственной среды. [3] Из-за ухудшения здоровья императора Тиберия королевские врачи рекомендовали императору съедать один огурец в день. [3] Однако огурцы — довольно нежные растения, и их нелегко выращивать круглый год. Поэтому римляне спроектировали искусственную среду, например теплицу, чтобы огурцы были доступны императору круглый год. Огурцы сажали в колесные тележки, которые ежедневно выставляли на солнце, а затем увозили внутрь, чтобы ночью согреться. Огурцы хранились под рамами или в огуречных домиках, застекленных либо промасленной тканью, известной как specularia , либо листами селенита (он же lapis specularis ), по описанию Плиния Старшего . [4] [5]
Следующий крупнейший прорыв в проектировании теплиц произошел в Корее в 15 веке во времена династии Чосон . В 1450-х годах Сун Уи Чон описал в своей рукописи первую искусственно обогреваемую теплицу под названием Сангайорок . [6] Вскоре Уи Чон стал врачом королевской семьи, а Сангайорок должен был предоставить дворянам важные знания в области сельского хозяйства и домашнего хозяйства. [6] В разделе сельскохозяйственной техники Сун Уи Чон написал, как построить теплицу, в которой можно выращивать овощи и другие растения зимой. [6] Корейский дизайн добавляет к конструкции систему ондоль . [6] Ондоль — это корейская система отопления, используемая в жилых помещениях, в которой дымоходная труба проходит от источника тепла под полом. [6] Помимо ондоля , также нагревали котел, наполненный водой, чтобы создать пар и повысить температуру и влажность в теплице. [6] Эти корейские теплицы были первыми активными теплицами, которые контролировали температуру, а не полагались только на энергию солнца. [2] Конструкция по-прежнему включала пассивные методы отопления, такие как полупрозрачные промасленные окна ханджи для улавливания света и глинобитные стены для сохранения тепла, но печь обеспечивала дополнительный контроль над искусственной средой. [6] Анналы династии Чосон подтверждают, что тепличные конструкции, включающие ондоль, были построены для обеспечения тепла мандариновым деревьям зимой 1438 года. [6]
Концепция теплиц также появилась в Нидерландах , а затем в Англии в 17 веке вместе с растениями. Некоторые из этих первых попыток требовали огромного объема работы, чтобы закрыться на ночь или подготовиться к зиме. В этих первых теплицах были серьезные проблемы с обеспечением достаточного и сбалансированного тепла. Первая «печная» (отапливаемая) теплица в Великобритании была построена в Челси Физик Гарден к 1681 году . овощей каждый год.
Эксперименты с дизайном теплиц продолжались в Европе в 17 веке, поскольку технологии производства стекла улучшались, а методы строительства совершенствовались. Оранжерея Версальского дворца была примером их размера и сложности; его длина была более 150 метров (490 футов), ширина 13 метров (43 фута) и высота 14 метров (46 футов).
Французскому ботанику Шарлю Люсьену Бонапарту часто приписывают постройку первой практичной современной теплицы в Лейдене , Голландия, в 1800-х годах для выращивания лекарственных тропических растений. [8] Первоначально только в поместьях богатых, рост науки ботаники привел к тому, что теплицы распространились и на университеты. Французы назвали свои первые теплицы оранжереями , так как они использовались для защиты апельсиновых деревьев от замерзания. Когда ананасы стали популярными, были построены сосны или ананасовые ямы .
Самые большие из когда-либо задуманных теплиц были построены в Англии в викторианскую эпоху. В результате колониальной экспансии цель теплиц изменилась с сельского хозяйства на садоводство. [9] Ускоренная передача растений и садоводческих знаний между колониями способствовала викторианскому увлечению «экзотическими» растениями и окружающей средой. [10] Оранжереи стали зрелищем для развлечения широкой публики. Созданная среда в теплицах была направлена на то, чтобы уловить «западное воображение об идеализированном ландшафте» и поддержать фантазии культурного «другого». [10] Как следствие, коллекция растений считается истинным отражением мира, но на самом деле представляет собой стереотипное расположение «экзотических» растений, символизирующее, где именно находятся британские колонии и как далеко простирается их власть. [9] Чтобы поддержать британскую гегемонию, теплицы стали аргументом колониальной власти, выставляющей напоказ «абсолютный контроль над колонизированной средой и флорой... [с использованием растений] как символа британской имперской власти. [11]
Ярким проектом XIX века были теплицы достаточной высоты для больших деревьев, называемые пальмовыми домиками . Обычно они располагались в общественных садах или парках и служили примером развития архитектуры из стекла и железа в XIX веке. Эта технология широко использовалась на вокзалах, рынках, выставочных залах и других крупных зданиях, которым требовалось большое открытое внутреннее пространство. Один из самых ранних примеров пальмового дома находится в Ботаническом саду Белфаста . Здание, спроектированное Чарльзом Ланьоном , было завершено в 1840 году. Оно было построено производителем железа Ричардом Тернером , который позже построит Пальмовый дом, сады Кью в Королевском ботаническом саду Кью, Лондон, в 1848 году. Это произошло вскоре после Большая консерватория Чатсуорта (1837–1840 гг.) и незадолго до этого Хрустальный дворец (1851 г.), оба спроектированные Джозефом Пакстоном , и оба ныне утеряны. [12]
Другие большие теплицы , построенные в 19 веке, включали Нью-Йоркский Хрустальный дворец , Мюнхенский Гласпаласт и Королевские теплицы Лакена (1874–1895) для короля Бельгии Леопольда II . В Японии первую теплицу построил в 1880 году Сэмюэл Кокинг , британский торговец, экспортировавший травы .
В 20 веке ко многим видам теплиц добавился геодезический купол . Яркими примерами являются проект «Эдем» в Корнуолле , Институт Родейла [13] в Пенсильвании, Климатрон в Ботаническом саду Миссури в Сент-Луисе, штат Миссури, и компания Toyota Motor Manufacturing в Кентукки . [14] Пирамида — еще одна популярная форма для больших и высоких теплиц; в консерватории Маттарта в Альберте ( около 1976 г. ) есть несколько пирамидальных теплиц .
Тепличные конструкции адаптировались в 1960-х годах, когда стали широко доступны более широкие листы полиэтиленовой (полиэтиленовой) пленки. Дома-кольца производились несколькими компаниями, а также часто изготавливались самими производителями. Затраты на строительство были изготовлены из алюминиевых профилей, специальных оцинкованных стальных труб или даже просто отрезков стальных или ПВХ-водопроводов. Это привело к тому, что на небольших фермах и садовых центрах было построено гораздо больше теплиц. Прочность полиэтиленовой пленки значительно возросла, когда в 1970-х годах были разработаны и добавлены более эффективные УФ-ингибиторы; это продлило срок годности пленки с одного или двух лет до трех, а в конечном итоге до четырех и более лет.
Теплицы с водосточными желобами стали более распространенными в 1980-х и 1990-х годах. Эти теплицы имеют два или более пролетов, соединенных общей стеной или рядом опор. Расходы на отопление были снижены, поскольку соотношение площади пола к площади наружных стен существенно увеличилось. Теплицы с водосточными желобами в настоящее время широко используются как в производстве, так и в ситуациях, когда растения выращиваются и продаются населению. Теплицы с водосточным желобом обычно покрываются структурированными поликарбонатными материалами или двойным слоем полиэтиленовой пленки с продувкой воздухом между ними для обеспечения повышенной эффективности обогрева.
Более высокая температура в теплице возникает потому, что падающее солнечное излучение проходит через прозрачную крышу и стены и поглощается полом, землей и содержимым, которое становится теплее. Они, в свою очередь, нагревают окружающий воздух в теплице. Поскольку конструкция закрыта для атмосферы, нагретый воздух не может выйти через конвекцию из-за наличия крыши и стен, поэтому температура внутри теплицы повышается.
Это отличается от ориентированной на Землю теории, известной как « парниковый эффект », [15] [16] [17] [18] , которая заключается в уменьшении потерь тепла на планете из-за радиации.
Количественные исследования показывают, что эффект охлаждения инфракрасным излучением не так уж мал и может иметь экономические последствия в отапливаемых теплицах. Анализ проблем ближнего инфракрасного излучения в теплице с экранами с высоким коэффициентом отражения показал, что установка таких экранов снижает потребность в тепле примерно на 8%, и было предложено нанесение красителей на прозрачные поверхности. Композитное стекло с меньшей отражающей способностью или менее эффективное, но более дешевое простое стекло с антибликовым покрытием также позволило сэкономить. [19]
Вентиляция – один из важнейших компонентов успешной теплицы. Если нет надлежащей вентиляции, в теплицах и выращиваемых в них растениях могут возникнуть проблемы. Основная цель вентиляции — регулировать температуру и влажность до оптимального уровня, а также обеспечивать движение воздуха и, таким образом, предотвращать накопление патогенов растений (таких как Botrytis cinerea ), которые предпочитают тихие воздушные условия. Вентиляция также обеспечивает подачу свежего воздуха для фотосинтеза и дыхания растений и может позволить важным опылителям получить доступ к тепличным культурам.
Вентиляцию можно обеспечить с помощью вентиляционных отверстий, часто управляемых автоматически с помощью компьютера, и рециркуляционных вентиляторов.
Отопление или электричество являются одними из наиболее значительных затрат при эксплуатации теплиц по всему миру, особенно в холодном климате. Основной проблемой при обогреве теплицы в отличие от здания со сплошными непрозрачными стенами является количество тепла, теряемого через тепличное покрытие. Поскольку покрытия должны позволять свету проникать в конструкцию, они, наоборот, не могут хорошо изолировать. Поскольку традиционные пластиковые покрытия для теплиц имеют коэффициент R около 2, большие суммы денег тратятся на постоянное возмещение потерь тепла. В большинстве теплиц, когда требуется дополнительное тепло, используются печи на природном газе или электрические печи .
Существуют методы пассивного отопления, которые обеспечивают получение тепла с использованием низких затрат энергии. Солнечную энергию можно улавливать в периоды относительного изобилия (день/лето) и высвобождать для повышения температуры в более прохладные периоды (ночь/зима). Отходящее тепло от домашнего скота можно использовать для обогрева теплиц, например, размещение курятника внутри теплицы позволяет восстановить тепло, выделяемое курами, которое в противном случае было бы потрачено впустую. [20] Некоторые теплицы также используют геотермальное отопление . [21]
Охлаждение обычно осуществляется путем открытия окон в теплице, когда становится слишком жарко для растений внутри нее. Это можно сделать вручную или автоматически. Оконные приводы могут открывать окна из-за разницы температур или с помощью электронных контроллеров. Электронные контроллеры часто используются для контроля температуры и корректировки работы печи в зависимости от условий. Это может быть так же просто, как обычный термостат, но может быть и сложнее в крупных теплицах.
В очень жарких ситуациях можно использовать тенистый домик , обеспечивающий охлаждение за счет тени.
В течение дня свет попадает в теплицу через окна и используется растениями. Некоторые теплицы также оснащены лампами для выращивания растений (часто светодиодными), которые включаются ночью, чтобы увеличить количество света, получаемого растениями, тем самым увеличивая урожайность определенных культур. [22]
Преимущества обогащения углекислого газа примерно до 1100 частей на миллион при выращивании в теплицах для улучшения роста растений известны уже почти 100 лет. [23] [24] [25] После разработки оборудования для контролируемого серийного обогащения углекислого газа этот метод получил широкое распространение в Нидерландах. [26] Вторичные метаболиты, например, сердечные гликозиды в Digitalis lanata , производятся в больших количествах при выращивании в теплице при повышенной температуре и при повышенной концентрации углекислого газа. [27] Обогащение углекислым газом также может значительно сократить потребление парниковой воды за счет уменьшения общего потока воздуха, необходимого для обеспечения достаточного количества углерода для роста растений, и тем самым уменьшения количества воды, теряемой на испарение. [28] Коммерческие теплицы теперь часто располагаются рядом с соответствующими промышленными объектами для взаимной выгоды. Например, питомник Cornerways в Великобритании стратегически расположен рядом с крупным сахарным заводом, [29] потребляя как отходящее тепло, так и CO 2 от нефтеперерабатывающего завода, которые в противном случае были бы выброшены в атмосферу. Нефтеперерабатывающий завод сокращает выбросы углекислого газа, в то время как питомник получает повышенную урожайность томатов и ему не нужно обеспечивать собственное отопление теплицы.
Обогащение становится эффективным только тогда, когда, согласно закону Либиха , углекислый газ становится ограничивающим фактором . В контролируемой теплице орошение может быть тривиальным, а почвы по умолчанию могут быть плодородными . В менее контролируемых садах и открытых полях повышение уровня CO 2 только увеличивает первичное производство до точки истощения почвы (при условии отсутствия засух, [30] [31] [32] наводнений, [33] или того и другого [34] [35] [36] [37] [38] ), о чем свидетельствует prima facie уровень CO 2 , продолжающий расти. Кроме того, лабораторные эксперименты, тестовые графики обогащения свободным воздухом углеродом (FACE) [39] [40] и полевые измерения обеспечивают воспроизводимость . [41] [42]
В домашних теплицах обычно используется стекло толщиной 3 мм (или ⅛ дюйма), «садоводческое стекло», то есть стекло хорошего качества, которое не должно содержать пузырьков воздуха (которые могут вызывать ожоги листьев, действуя как линзы). [43]
Чаще всего используются полиэтиленовая пленка и многостенные листы поликарбоната или акриловое стекло ПММА .
Коммерческие стеклянные теплицы часто представляют собой высокотехнологичные предприятия по производству овощей или цветов. Стеклянные теплицы оснащены таким оборудованием, как экранирующие установки, системы отопления, охлаждения и освещения, и могут автоматически управляться компьютером.
В Великобритании и других странах Северной Европы оконное стекло для садоводства, называемое «голландским светом», исторически использовалось в качестве стандартной строительной единицы и имело размеры 28¾ x 56 дюймов (приблизительно 730 x 1422 мм). Этот размер обеспечивает большую площадь остекления по сравнению с использованием стекол меньшего размера, например, шириной 600 мм, обычно используемых в современных домашних проектах, которые затем требуют большего количества опорной конструкции для данного общего размера теплицы. Стиль теплицы с наклонными сторонами (в результате чего основание становится шире, чем на высоте карниза) и с использованием этих неразрезанных стекол также часто называют «голландским световым дизайном», а холодный каркас , в котором используется полное или полустекло, - «Голландский» или «полуголландский» размер.
Теплицы позволяют лучше контролировать среду выращивания растений. В зависимости от технических характеристик теплицы ключевые факторы, которыми можно управлять, включают температуру, уровень света и тени, орошение , внесение удобрений и влажность воздуха . Теплицы могут использоваться для устранения недостатков в выращивании участка земли, таких как короткий вегетационный период или плохой уровень освещенности, и тем самым они могут улучшить производство продуктов питания в маргинальных условиях. Теневые домики используются специально для обеспечения тени в жарком и сухом климате. [47] [48]
Поскольку теплицы позволяют выращивать определенные культуры круглый год, они играют все более важную роль в обеспечении продовольствием стран высоких широт. Один из крупнейших комплексов в мире находится в Альмерии , Андалусия , Испания , где теплицы занимают почти 200 км 2 (49 000 акров). [49]
Теплицы часто используются для выращивания цветов , овощей , фруктов и рассады . Для коммерческого производства обычно используются специальные тепличные сорта некоторых культур, например томатов.
Многие овощи и цветы можно выращивать в теплицах в конце зимы и начале весны, а затем пересаживать на улицу, когда наступит теплая погода. Стойки для лотков для семян также можно использовать для штабелирования лотков с семенами внутри теплицы для последующей пересадки на улицу. Гидропоника (особенно гидропонные А-образные рамы ) может использоваться для максимально эффективного использования внутреннего пространства при выращивании сельскохозяйственных культур до зрелого размера внутри теплицы.
В качестве опылителей для опыления можно использовать шмелей , но также использовались и другие виды пчел , а также искусственное опыление.
Относительно закрытая среда теплицы имеет свои уникальные требования к управлению по сравнению с производством на открытом воздухе. Необходимо контролировать вредителей и болезни , а также экстремальные температуры и влажность, а для обеспечения водой необходимо орошение. В большинстве теплиц используются разбрызгиватели или капельные линии. Могут потребоваться значительные затраты тепла и света, особенно при зимнем выращивании овощей для теплой погоды.
Теплицы также имеют применение за пределами сельскохозяйственной отрасли. Компания GlassPoint Solar , расположенная во Фримонте, штат Калифорния , размещает солнечные поля в теплицах для производства пара для добычи нефти с использованием солнечной энергии . Например, в ноябре 2017 года GlassPoint объявила, что разрабатывает установку по добыче нефти с использованием солнечной энергии недалеко от Бейкерсфилда, штат Калифорния, которая использует теплицы для ограждения своих параболических желобов . [50]
«Альпийский домик» — специализированная теплица, используемая для выращивания альпийских растений . Цель альпийского домика – имитировать условия, в которых растут альпийские растения; особенно для защиты от сырости зимой. Альпийские дома часто не отапливаются, поскольку выращиваемые там растения выносливы или требуют защиты от сильных морозов зимой. Они спроектированы так, чтобы обеспечить отличную вентиляцию. [51]
По оценкам, во всем мире насчитывается девять миллионов акров (около тридцати шести с половиной тысяч квадратных километров) теплиц. [52]
В Нидерландах находятся одни из крупнейших теплиц в мире. Масштабы производства продуктов питания в стране настолько велики, что в 2017 году теплицы заняли почти 5000 гектаров. [53]
Теплицы начали строить в регионе Вестланд в Нидерландах в середине 19 века. Добавление песка к болотам и глинистой почвы создало плодородную почву для сельского хозяйства, и около 1850 года виноград стал выращиваться в первых теплицах, простых стеклянных конструкциях, одна из сторон которых представляла собой сплошную стену. К началу 20 века теплицы начали строить со всех сторон из стекла, и их начали отапливать. Это также позволило выращивать фрукты и овощи, которые обычно не росли в этом районе. Сегодня в Вестланде и окрестностях Алсмера самая высокая концентрация тепличного сельского хозяйства в мире. [ нужна цитация ] Вестленд производит в основном овощи, помимо растений и цветов; Алсмер известен главным образом производством цветов и горшечных растений. С 20-го века территория вокруг Венло и некоторые части Дренте также стали важными регионами тепличного сельского хозяйства.
С 2000 года технические инновации включают «закрытую теплицу», полностью закрытую систему, позволяющую производителю полностью контролировать процесс выращивания, используя при этом меньше энергии. Плавающие теплицы [ необходимы разъяснения ] используются в водных районах страны.
В Нидерландах имеется около 4000 тепличных предприятий, которые управляют более чем 9000 гектарами [54] теплиц и нанимают около 150 000 рабочих, производя овощи, фрукты, растения и цветы на сумму 7,2 миллиарда евро [55] , около 80% из которых идет на экспорт. [ нужна ссылка ] [56] [57]
СМИ, связанные с теплицами, на Викискладе?
