Определение эксэргии оптического излученияв растениводстве

В развитии аграрно-инженерных знаний выявлены две основные проблемы: разработка высокоэффективных технологий в земледелии и животноводстве и рациональное использование энергетических ресурсов в сельскохозяйственном производстве. Высокоэффективные технологии должны быть энерго-, ресурсоэкономными. При решении этих проблем требуется количественно оценивать уровень (меру) совершенства (точность, оптимальность) агротехнологий и их энерго-, ресурсоэкономность.

Из общего количества энергии, участвующей в получении урожая примерно 97 % приходится на энергию солнечного оптического излучения (ОИ).

Исходным положением определения эффективности агротехнологий должно быть определение уровня использования эксэргии главного первичного источника энергии для сельскохозяйственного производства - электромагнитной энергии солнечного ОИ. Эксэргия ОИ характеризует потенциальную превратимость энергии ОИ в процессе фотосинтеза растений в химическую энергию органических веществ продукции растениеводства.

Объектом исследований становятся методы и технические средства оценки потенциальной эффективности преобразования энергии ОИ (солнца и электрических источников) в агротехнологических процессах фотосинтеза и формирования продуктивности (урожая) растений.

Разработанный метод определения эксэргии ОИ для растениеводства может быть использован при определении уровня эффективности разрабатываемых и существующих агротехнологий.

Величина эксэргии ОИ для растениеводства выполняет роль исходной величины при количественном взаимосогласованном определении основных агроэкологических величин: агроклиматического и мелиоративных потенциалов земельных угодий, их плодородия и продуктивности растений в определенных (заданных) экологических условиях.

Использование величины эксэргии ОИ для растениеводства позволяет проводить совместный эксэргетический анализ преобразования техногенной энергии в растениеводстве и биоконверсии природной энергии ОИ растениями с целью выявления энергоемкости продукции растениеводства.

Анализ методов и технических средств оценки ОИ по его действию на растения, проведенный на основе положений самоорганизации и синергетики, позволил выявить, что наиболее надежным и объективным методом оценки потенциальной превратимости энергии ОИ в процессе фотосинтеза растений и формирования урожая является метод, основанный на учете спектральной эффективности фотосинтеза.

Нашими специалистами выявлена возможность и необходимость разработки метода непосредственного измерения эксэргии ОИ в растениеводстве прибором.

В связи с отсутствием серийного производства приборов для измерения мощности и суммарной эксэргии ОИ, можно пользоваться результатами измерений существующими приборами - люксметрами, измерителями ФАР и фотосинтезных величин.

Совместно с ВНИОФИ Госстандарта РФ были созданы первичные эталоны эксэргии ОИ в растениеводстве, соответственно аттестованы эталонные светоизмерительные лампы, характеристики которых выражены в единицах эксэргии ОИ для растениеводства.

Выявлены сферы применения метода и приборов для определения эксэргии ОИ в растениеводстве: в обосновании простой динамической модели зависимости продуктивности растений в заданных экологических условиях; количественном взаимосогласованном определении агроэкологических величин и выражении их в одинаковых эксэргетических единицах; в корректной оценке уровня эффективности (оптимальности) агротехнологий;  в системах согласованного многосвязного управления климатом теплиц; в совместном анализе преобразований техногенной энергии и биоконверсии энергии ОИ с растениями.

По материалам работы в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Российской академии сельскохозяйственных наук, г. Москва.