Sterylizacja parowa gleby - Soil steam sterilization

Prototyp mobilnego parowca do głębokiej gleby.
Parowanie blachy z kotłem parowym MSD/moeschle

Gleba sterylizacji parowej ( parze gleba ) jest rolnictwo technika, która sterylizuje glebę z parą wodną w otwartych polach lub szklarniach. Szkodniki hodowli roślin, takich jak chwasty, bakterie, grzyby i wirusy, są zabijane przez indukowaną gorącej pary, co powoduje istotne białka komórkowe do rozwinięć . Biologicznie metoda ta jest uważana za częściową dezynfekcję. Ważne, odporne na ciepło bakterie tworzące zarodniki mogą przetrwać i ożywić glebę po ostygnięciu. Zmęczenie gleby można leczyć poprzez uwalnianie zablokowanych w glebie substancji odżywczych. Gotowanie na parze prowadzi do lepszej pozycji wyjściowej, szybszego wzrostu i zwiększonej odporności na choroby roślin i szkodniki. Obecnie stosowanie gorącej pary uważane jest za najlepszy i najskuteczniejszy sposób dezynfekcji chorej gleby, ziemi doniczkowej i kompostu. Wykorzystywany jest jako alternatywa dla bromometanu , którego produkcję i stosowanie ograniczył Protokół Montrealski . „Para skutecznie zabija patogeny, ogrzewając glebę do poziomów, które powodują koagulację białek lub inaktywację enzymów ”.

Korzyści z parowania gleby

Sterylizacja gleby zapewnia bezpieczne i szybkie uwolnienie gleby od substancji i organizmów szkodliwych dla roślin, takich jak:

  • Bakteria
  • Wirusy
  • Grzyby
  • Nicienie i
  • Inne szkodniki

Dalsze pozytywne efekty to:

  • Wszystkie chwasty i nasiona chwastów są zabijane
  • Znaczący wzrost plonów
  • Uwolnienie od zmęczenia gleby poprzez aktywację reakcji chemiczno – biologicznych
  • Zablokowane substancje odżywcze w glebie są spuszczane i udostępniane roślinom
  • Alternatywa dla bromku metylu i innych krytycznych chemikaliów w rolnictwie

Gotowanie na parze przegrzaną parą

Dzięki nowoczesnym metodom gotowania na parze z przegrzaną parą o temperaturze 180–200  °C można osiągnąć optymalną dezynfekcję gleby. Gleba pochłania tylko niewielką ilość wilgoci. Mikroorganizmy stają się aktywne po ostygnięciu gleby. Stwarza to optymalne środowisko do natychmiastowej uprawy sadzonek i nasion. Dodatkowo metoda zintegrowanego gotowania na parze może sprzyjać celowemu zasiedlaniu parowanej gleby organizmami pożytecznymi. W tym procesie gleba jest najpierw uwalniana od wszelkich organizmów, a następnie rewitalizowana i buforowana mikrobiologicznie poprzez wstrzyknięcie aktywatora gleby na bazie kompostu, który zawiera naturalną mieszaninę korzystnych mikroorganizmów (np. Bacillus subtilis itp.).

W praktyce dostępne są również różne rodzaje takiego zastosowania pary, w tym parowanie podłoża, parowanie powierzchniowe i parowanie głębokiej gleby.

Parowanie powierzchni

Stosuje się kilka metod parowania powierzchniowego, między innymi: parowanie powierzchniowe, okap parowy, bronę parową, pług parowy i parowanie próżniowe za pomocą rur drenażowych lub mobilnych systemów rurowych.

Aby wybrać najbardziej odpowiednią metodę gotowania na parze, należy wziąć pod uwagę pewne czynniki, takie jak struktura gleby, uprawa roślin i wydajność powierzchni. Obecnie opracowywane są bardziej zaawansowane metody, takie jak gotowanie na parze kanapek lub częściowo zintegrowane gotowanie na parze kanapek, aby maksymalnie zminimalizować zużycie energii i związane z tym koszty.

Głębokie gotowanie na parze

Głębokie parowanie gleby to koncepcja przyjęta przez norweską firmę Soil Steam international AS. Opracowali technologię, która pozwala na wprowadzenie pary do 30 cm głębokości w glebie. Odbywa się to w ciągłym procesie, a ich ostatni prototyp zdołał obrobić 1 hektar w ciągu 20 godzin. Podczas gotowania na parze gleby na tak głębokiej głębokości, stają się one wystarczająco głębokie, aby rolnik podczas orki nie wypuszczał nowych nasion, grzybów lub nicieni. Oznacza to, że zabieg trwa wiele lat, ponieważ gleba pozostaje wolna od chwastów, nasion, grzybów i nicieni przez wiele lat po jednej głębokiej operacji parowej gleby.

Arkusze na parze

Naparowywanie powierzchniowe specjalnymi blachami (parowanie blachowe) jest metodą stosowaną od dziesięcioleci w celu parowania dużych powierzchni o powierzchni od 15 do 400 m 2 w jednym kroku. Przy odpowiednim zastosowaniu parowanie arkuszy jest proste i bardzo ekonomiczne. Zastosowanie odpornej na ciepło, nierozkładającej się wełny izolacyjnej pozwala zaoszczędzić do 50% energii, znacznie skraca czas parowania i poprawia penetrację. Powierzchnie z jednym stopniem roboczym o powierzchni do 400 m 2 można parować w 4–5 godzin na głębokość do 25–30 cm / 90 °C. Zastosowanie odpornej na ciepło i nierozkładającej się syntetycznej wełny izolacyjnej o grubości 5 mm, 500 gr/m 2 , może skrócić czas parowania o około 30%. Poprzez wtryskiwacz pary lub rurę perforowaną, para jest wtłaczana pod blachę po jej ułożeniu i obciążeniu workami z piaskiem.

Wydajność powierzchniowa w jednym kroku roboczym zależy od wydajności wytwornicy pary (np. kotła parowego):

Wydajność pary kg/h: 100 250 300 400 550 800 1000 1350 2000
Powierzchnia m 2 : 15-20 30-50 50–65 60–90 80–120 130–180 180–220 220–270 300–400

Czas naparowania zależy od struktury gleby oraz temperatury zewnętrznej i wynosi 1–1,5 godziny na 10 cm głębokości naparowania. Dzięki temu gleba osiąga temperaturę około 85 °C. Nie zaleca się frezowania w celu rozluźnienia gruntu, ponieważ struktura gruntu może stać się zbyt drobna, co zmniejsza jego przepuszczalność dla pary. Do spulchniania gleby idealnie nadaje się zastosowanie maszyn spadochronowych. Najlepsze wyniki można osiągnąć, gdy gleba jest grudkowata na większej głębokości i granulowana na mniejszej.

W praktyce praca z co najmniej dwoma arkuszami jednocześnie okazała się bardzo efektywna. Podczas gdy jeden arkusz jest używany do gotowania na parze, drugi jest przygotowywany do wtrysku pary, dzięki czemu unika się niepotrzebnych wgłębień parowych.

Głębokie parowanie z próżnią

Parowanie z próżnią, która jest indukowana przez ruchomy lub nieruchomy system rur zainstalowany na głębokości parowanego obszaru, jest metodą, która osiąga najlepszą penetrację. Mimo wysokich nakładów inwestycyjnych, instalacja systemów odwadniających na stałe jest uzasadniona dla obszarów intensywnie użytkowanych, ponieważ można osiągnąć głębokość parowania do 80 cm.

W przeciwieństwie do zainstalowanych na stałe systemów odwadniających, rury w mobilnych systemach ssących znajdują się na powierzchni. Centralny rurociąg ssący składający się z ocynkowanych, szybkozłącznych rur łączy się w regularnych odstępach co 1,50 m, a końce węży są wciskane w grunt na żądaną głębokość za pomocą specjalnego narzędzia.

Strefa gotowania na parze jest pokryta specjalnym arkuszem do gotowania na parze i jest obciążona dookoła, jak w przypadku gotowania na parze. Para jest wtryskiwana pod arkusz przez inżektor i tunel ochronny. Podczas gdy w przypadku krótkich obszarów o długości do 30 m para jest wtryskiwana z przodu, w przypadku dłuższych obszarów para jest indukowana w środku arkusza za pomocą trójnika rozgałęziającego się na obie strony. Gdy tylko arkusz zostanie napompowany ciśnieniem pary do około 1 m, włącza się turbina ssąca. Najpierw powietrze z gleby jest usuwane przez węże ssące. Powstaje częściowa próżnia i para jest ściągana w dół.

W końcowej fazie, po osiągnięciu wymaganej głębokości parowania, wentylator pracuje bez przerwy, a nadmiar pary jest wydmuchiwany. Aby zapewnić, że ta nadwyżka pary nie zostanie utracona, jest ona wprowadzana z powrotem pod arkusz.

Podobnie jak w przypadku wszystkich innych systemów gotowania na parze, wymagany jest okres dodatkowego gotowania na parze wynoszący około 20–30 minut. Czas gotowania na parze wynosi około 1 godziny na 10 cm głębokości gotowania na parze. Zapotrzebowanie na parę wynosi około 7–8 kg/m 2 .

Najważniejszym wymaganiem, podobnie jak w przypadku wszystkich systemów parowych, jest dobre rozluźnienie gleby przed parowaniem, aby zapewnić optymalną penetrację.

Technika podciśnienia

Technika podciśnienia zapewnia odpowiednią temperaturę gleby na głębokości 60 cm oraz całkowitą kontrolę nicieni , grzybów i chwastów . W tej technice para jest wprowadzana pod osłonę parową i zmuszana do wejścia w profil glebowy przez podciśnienie. Podciśnienie wytwarzane jest przez wentylator, który wysysa powietrze z gruntu przez zakopane perforowane rury polipropylenowe . System ten wymaga stałego montażu rur perforowanych w gruncie, na głębokości co najmniej 60 cm, które należy zabezpieczyć przed zaoraniem .

Gotowanie na parze z kapturami

Półautomatyczny okap parowy z trzema skrzydłami w szklarni

Okap do gotowania na parze to mobilne urządzenie składające się z materiałów odpornych na korozję, takich jak aluminium, które kładzie się na obszarze przeznaczonym do gotowania na parze. W przeciwieństwie do parowania arkuszy, kosztowne etapy pracy, takie jak układanie i obciążanie arkuszy, nie występują, jednak powierzchnia parowana na etap roboczy jest mniejsza w zależności od rozmiaru okapu.

Na zewnątrz, maskę montuje się ręcznie lub za pomocą ciągnika ze specjalnym, wstępnie naprężonym 4-punktowym ramieniem zawieszenia. Czas gotowania na parze wynosi 30 min przy penetracji na głębokość do 25 cm. Dzięki temu można osiągnąć temperaturę 90 °C. W dużych, stabilnych szklarniach okapy są mocowane do szyn. Są one podnoszone i przemieszczane za pomocą siłowników pneumatycznych. Małe i średnie okapy do 12 m 2 są podnoszone ręcznie za pomocą dźwigni wywrotu lub poruszane elektrycznie za pomocą specjalnych wciągarek.

Połączone powierzchniowe i głębokie wtryskiwanie pary (parowanie kanapkowe)

Model parownicy do kanapek Sterilter skonstruowany przez Ferrari Costruzioni Meccaniche wyposażony w kocioł parowy MSD/moeschle

Parowanie kanapkowe, które zostało opracowane w ramach projektu DEIAFA, Uniwersytetu w Turynie (Włochy, www.deiafa.unito.it) i Ferrari Costruzioni Meccaniche (patrz zdjęcie), stanowi połączenie parowania wgłębnego i powierzchniowego, oferuje skuteczną metodę indukowania gorąca para do gleby. Para jest jednocześnie wtłaczana do gleby z powierzchni i z głębokości. W tym celu obszar, który musi być wyposażony w system głębokiego wtrysku parowego, jest przykryty okapem parowym. Para wchodzi do gleby jednocześnie od góry i od dołu. Arkusze nie są odpowiednie, ponieważ pod pokrywą powstaje wysokie ciśnienie do 30 mm słupa wody.

Gotowanie na parze kanapek ma kilka zalet. Z jednej strony zużycie energii można zwiększyć do 120 kg pary na m 2 /h. W porównaniu z innymi metodami gotowania na parze można osiągnąć do 30% oszczędności energii i odpowiednio zmniejszyć zużycie paliwa (np. oleju opałowego). Zwiększone zastosowanie energii prowadzi do szybkiego nagrzewania się gleby, co ogranicza straty ciepła. Z drugiej strony potrzebna jest tylko połowa zwykłego czasu gotowania na parze.

Porównanie parowania kanapkowego z innymi metodami wtrysku pary w odniesieniu do wydajności pary i zapotrzebowania na energię (*):

Metoda gotowania na parze Maks. wydajność pary Zapotrzebowanie na energię (*)
Arkusze na parze 6 kg / m, 2 H około 100 kg pary/m 3
Głębokie parowanie (arkusz + próżnia) 14 kg / m, 2 H około 120 kg pary/m 3
Parowanie kaptura (Alu) 30 kg / m, 2 H około 80 kg pary/m 3
Parowanie kaptura (stal) 50 kg / m, 2 H około 75 kg pary/m 3
Kanapka na parze 120 kg / m, 2 H około 60 kg pary/m 3

(*) w glebie max 30% wilgotności

Oczywiście parowanie kanapek osiąga najwyższą wydajność pary przy najniższym zapotrzebowaniu na energię.

Częściowo zintegrowane parowanie kanapek

Częściowo zintegrowane gotowanie na parze kanapek to zaawansowana łączona metoda gotowania na parze tylko tych obszarów, które mają być obsadzone, i celowego pomijania tych obszarów, które nie będą używane. Aby uniknąć ryzyka ponownego zakażenia obszarów parowanych szkodnikami z obszarów nieparowanych, organizmy pożyteczne można bezpośrednio wstrzykiwać do higienizowanej gleby za pomocą aktywatora gleby (np. specjalnego kompostu). Częściowe parowanie kanapek odblokowuje dalsze potencjalne oszczędności w procesie parowania.

Parowanie w pojemniku / stosie

Parowanie stosu stosuje się podczas termicznej obróbki kompostu i substratów, takich jak darń. W zależności od ilości parzony materiał jest układany w stosy do wysokości 70 cm w skrzyniach parowych lub na przyczepach wywrotek. Para jest równomiernie wtryskiwana przez kolektory. W przypadku dużych ilości stosuje się pojemniki do gotowania na parze i pojemniki na ziemię, które są wyposażone w systemy ssące, które poprawiają wyniki gotowania na parze. Karły można gotować na parze w specjalnych małych urządzeniach do gotowania na parze.

Ilość parzonej gleby powinna być tak dobrana, aby czas parowania wynosił co najwyżej 1,5 h, aby uniknąć dużej ilości skroplonej wody w dolnych warstwach gleby.

Wydajność pary kg/h: 100 250 300 400 550 800 1000 1350 2000
m 3 /h około: 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

Na lekkich podłożach, takich jak murawa, wydajność na godzinę jest znacznie wyższa.

Historia

Nowoczesna sterylizacja parowa gleby została po raz pierwszy odkryta w 1888 r. (przez Franka w Niemczech) i po raz pierwszy zastosowana komercyjnie w Stanach Zjednoczonych (przez Rudda) w 1893 r. (Baker 1962). Od tego czasu zbudowano szeroką gamę maszyn parowych do dezynsekcji gleby zarówno w szklarniach komercyjnych, jak i w szkółkach (Grossman i Liebman 1995). Na przykład w latach pięćdziesiątych technologie sterylizacji parowej rozszerzyły się z dezynsekcji ziemi doniczkowej i mieszanek szklarniowych do komercyjnej produkcji grabi parowych i ciągnionych traktorem ostrzy parowych do fumigacji małych akrów ciętych kwiatów i innych wartościowych upraw polowych (Langedijk 1959). Obecnie opracowywane są jeszcze bardziej efektywne technologie parowe.

Zastosowanie gorącej pary

  • W ogrodnictwie i szkółkarstwie do sterylizacji podłoży i wierzchniej warstwy gleby
  • W rolnictwie do sterylizacji i przetwarzania odpadów spożywczych do tuczu trzody chlewnej i podgrzewania melasy
  • W uprawie pieczarek do pasteryzacji komór uprawowych, sterylizacji wierzchniej warstwy gleby i łącznego stosowania jako ogrzewanie
  • W winnicach jako kocioł kombinowany do sterylizacji i czyszczenia zbiorników magazynowych, hartowania zacieru i podgrzewania wody.

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Quarles, W. (1997): STEAM - Najgorętsza alternatywa dla bromku metylu. American Nurseryman, 15 sierpnia 1997, 37–43
  • Banks, J. (1995): Produkcja rolna bez bromku metylu - cztery studia przypadków; CSIRO Wydział Entomologii i Program OzonAction UNEP IE w ramach Funduszu Wielostronnego, 1995
  • Bartock, JW (1993): Gotowanie na parze jest nadal najskuteczniejszym sposobem obróbki skażonych mediów. Kierownik szklarni 1993, 110(10), 88–89
  • Baker, KF (1992): Korzystny grzyb zwiększa plony, zyski w produkcji komercyjnej. Kierownik szklarni 1992, 10, 105
  • Seifert, HD (2008): Wprowadzenie do parowania gleby
  • Baker, KF (1962): Zasady obróbki cieplnej gleby i materiału sadzeniowego. J.Austral. Inst. Rolnictwa. Nauka. 1962, 28(2), 118–126
  • Bunt, AG (1954): Ciśnienie pary w sterylizacji gleby I. W pojemnikach. The Journal of Horticultural Science 1954 /29, 89-97
  • Bunt, AG (1955): Ciśnienie pary w sterylizacji gleby II. Sterylizacja szklarniowa in situ. Czasopismo Nauk Ogrodniczych 1955/1, 43–55
  • Dabbene, F., Gay, P., Tortia, C. (2003): Modelowanie i kontrola procesów dezynsekcji gleby parą. Inżynieria Biosystemów, 84, 3, 247–256, doi : 10.1016/S1537-5110(02)00276-3
  • Grainer, J. i Kennedy, RR (1964): Rozkład temperatury i wydajność w parowaniu gleby balonem. Horta. Res. 4 1964/1, 27–41
  • Johnson, D. i Aas, K. (1960): Badania techniki parowania gleby. Acta Agriculturae Skandinavica Supplementum 9, Sztokholm
  • Johnson, J. (1946): Parowanie gleby w celu zwalczania chorób. Nauka o glebie 61, 83-92
  • Malowany, SN i Newston, ID (1947): Badania nad sterylizacją pęczkową gleb I. Niektóre wpływy na właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne. Canadian Journal of Research, C, 25, 189-208
  • Morris, LG (1957): Zastosowanie pary do sterylizacji gleby. I. Fizyczne aspekty sterylizacji gleby - II. Praktyczne aspekty sterylizacji gleby - III. Dobór kotłów, sieci parowych i systemów rozdzielczych. Inżynier Ogrzewnictwa Przemysłowego 19, 3–6, 24, 38–41, 67–71
  • Morris, LG i Wispear, KW (1957): Niektóre eksperymenty dotyczące sterylizacji gleby parą. I. Przepływ ciepła przez glebę drobną - II. Ogrzewanie grud ziemi. Czasopismo Badań Inżynierii Rolniczej 2, 4, 262
  • Morris, LG i Neale FE (1959): Niektóre eksperymenty dotyczące sterylizacji gleby parą. III. Przejście ciepła w dół poniżej punktu wtrysku. Journal of Agricultural Engineering Research 4, 153-160
  • Morris, LG i Neale FE (1959): Niektóre eksperymenty dotyczące sterylizacji gleby parą. IV. Efekt pokrycia powierzchni gleby. Journal of Agricultural Engineering Research 4, 153-160
  • Newhall, AG (1955): Dezynfekcja gleby przez ciepło, powodzie i fugację. Przegląd botaniczny 21, 189–250
  • Baker, KF i Roistacher, CN (1957): Obróbka cieplna gleby, wyd. System UC do produkcji zdrowych roślin w pojemnikach. University of California, Wydział Nauk Rolniczych, Oakland, CA

Linki zewnętrzne