Особенности арктического тепличного сельского хозяйствования

Технологии
9 Сентября, 2021 | 12:29
Особенности арктического тепличного сельского хозяйствования
Теплица блочного типа.


Пища и, следовательно, энергия – это базовая потребность человека. Воду пока оставим за скобками, поскольку особенности арктической и, в том числе, ледниковой воды, лягут в основу отдельной статьи. Не секрет, что пищей человечество обеспечивает сельское хозяйство, которое можно разделить по видам на растениеводство (полеводство, плодоводство и т.п.) и животноводство (скотоводство, птицеводство и т.п.), а по типам – на товарное и потребительское. Типирование не менее важно в рамках данной статьи, поскольку «потребительский» тип относится как к традиционным промыслам коренных малочисленных народов севера (КМНС), так и к ведению, например, приусадебного хозяйства.    

Поскольку значительная часть жителей «материковой» России так или иначе имеют отношение к приусадебному хозяйствованию (сами выращивают или покупают сельхозпродукцию), то начнём именно с него. Нет однозначного ответа на вопрос возможности и эффективности ведения такого типа хозяйства в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ). Вернее, так: возможно всё, но эффективно ли? Возьмём, к примеру, тепличные комплексы, возведённые на «материке» с момента объявления курса на продовольственное импортозамещение. Так вот, рентабельность таких комплексов была бы гораздо ниже если бы не субсидирование капитальных затрат по линии государства.

Частное приусадебное хозяйство никто субсидировать не будет, поэтому риски лежат на самом предпринимателе или дачнике. Теперь немного демографии. Взгляните на карту плотности населения западной и центральной частей АЗРФ [примечание: карта составлена до того, как в АЗРФ вошла часть Карелии и прибавились другие районы Архангельской области и Якутии]:

Чем интенсивней цвет -- тем больше приусадебных участков на данной территории. Помимо частных домов, относящихся к ИЖС, там есть и дачи. Это, преимущественно, Мурманская и Архангельская области. Например, всё больше жителей Мурманской области обзаводятся личными приусадебными участками. И если посмотреть на то, что растёт в их огородах, то можно заметить, что «второй хлеб» - картофель - занимает там до 80%. И не удивительно. Это достаточно неприхотливая культура и любой, даже не обладающий специальными познаниями трудолюбивый дачник может собрать относительно приличный урожай. Однако, ему стоит принять во внимание, что перед посадкой картофеля эту площадь необходимо обжить «культурам-предшественникам» (озимые зерновые культуры и т.п.). Более того, по словам специалистов территориального управления Россельхознадзора по Мурманской области, картофель может возделываться на одном и том же поле не более четырёх лет, а на небольших участках индивидуальных пользователей -- и того меньше. Поэтому на подавляющем большинстве дачных участков той же Мурманской области растениеводство ограничивается плодовыми кустарниками.

Делаем вывод, что без специальных и зачастую дорогостоящих технологий обычное для «материковой» части приусадебное растениеводство не играет существенной роли в обеспечении продовольствием населения западной части АЗРФ. Сегодня это, скорее, эксперимент, чем производство в сколько-нибудь значимых масштабах. В восточной части российской Арктики дела с растениеводством обстоят ещё хуже. Почему так?

Обратимся к карте вечной мерзлоты:

Карта вечной мерзлоты.gif
   Здесь обратная картина: чем «синее» цвет, тем неэффективней растениеводство. В «тёмно-синем» секторе, без применения специальных технологий, оно вовсе невозможно. Причиной «синевы» является, прежде всего, недостаточная инсоляция ввиду географического положения АЗРФ. Помимо недостатка в солнечном свете, существенную роль играет и такое явление, как полярная ночь. Вот столько дней она длится в год в некоторых городах АЗРФ, не давая почве оттаивать:          

Заметим, однако, что нет прямой корреляции между длительностью полярной ночи и слоем вечной мерзлоты. Например, на севере той же Мурманской области полярная ночь длится порядка 40 дней, а промерзание почвы составляет «всего» 20-25 метров. Причиной тому служит влияние Гольфстрима и преобладание южных и юго-западных ветров в зимний период.

Сейчас международное учёное сообщество спорит о том, что ждёт планету в самое ближайшее время: глобальное потепление или наоборот похолодание? Однозначного ответа пока нет. Очевидно одно: темпы потепления в АЗРФ опережают среднероссийские и даже среднемировые. Вот так, согласно прогнозам, будет оттаивать вечная мерзлота:

Оттаивание мерзлоты.jpg
Получается, что не такая уж она и вечная!

До сих пор в статье говорилось о растениеводстве. Какова же ситуация с животноводством и рыбоводством? Поголовья сухопутных (например, оленей) и водоплавающих (например, моржей) животных и птиц, а также рыбы вполне хватает для нужд КМНС. Более того, увеличение поголовья домашних северных оленей на Ямале привело к тому, что тундра начала превращаться в пустыню, что хоть и не существенно, но влияет на ускорение оттаивания вечной мерзлоты. А оно, в свою очередь, ведёт к высвобождению метана (CH4) – газа, чей «парниковый» потенциал в тридцать раз превышает углеродный (CО2). В этой ситуации не стоит гнаться за увеличением поголовья, а, наоборот, стоит фокусироваться на глубокой переработке. Тем более повторим, что для нужд коренных народов традиционной пищи вполне достаточно.     

Экстремальный климат требует от жителей Крайнего Севера интенсивной выработки тепла, а значит, высококалорийного питания. Нехватка солнечного света приводит к недостаточной выработке витамина D (его активная форма синтезируется в коже под действием ультрафиолетового излучения), что требует наличия надёжных внешних источников для его восполнения. Отсутствие земледелия и крайне ограниченное количество доступных съедобных растений вынуждали коренных северян потреблять, в основном, животную пищу, то есть получать энергию преимущественно из белков и жиров, а не углеводов, как на «материке».

Например, сто лет назад обычный рацион эскимосов и чукчей включал около 1,5 кг мяса и порядка 160 граммов животных жиров в день. В итоге, вклад основных нутриентов (белков, жиров и углеводов) в общую калорийность пищи составлял у эскимосов соответственно 45%, 47% и 8% против 15%, 30% и 55% процентов, обозначенных в современных европейских диетологических рекомендациях. Данная особенность на протяжении веков служила инструментом естественного отбора, генетически закрепившего ряд механизмов приспособления.   

Но с середины 1920-х годов ситуация значительно изменилась. Советские власти решили плотно заняться «национальными меньшинствами». С одной стороны, это означало достаточно регулярные поставки непривычных для северян продуктов: сахара и сладостей, зерновых (в т.ч. муки и макаронных изделий), консервов, спиртного и тому подобных. С другой — изменение жизненного уклада с частичным или полным переходом от кочевой жизни к оседлой.

В силу этого в рационе КМНС по нарастающей происходили (и происходят) радикальные изменения, к которым они плохо приспособлены с точки зрения метаболизма. В первую очередь, это резкое увеличение доли углеводов (сахаров и крахмала) в рационе на фоне сокращения потребления традиционных продуктов, особенно жира морских млекопитающих. Крепкие спиртные напитки, такие как водка, — это тоже углеводы.

Так что с хлебом всё понятно. Для коренных народов Крайнего Севера он явно не «всему голова». А нужно ли коренным жителям Севера масло? Масло поучают из молока. А молоко, как известно, содержит лактозу -- молочный сахар. Молочный сахар – это углевод. Антропологически и этнически КМНС близки к жителям Юго-Восточной Азии и коренным жителям Америки, которые раньше вообще не пили животного молока. Только недавно, к примеру, китайцы начали потреблять молоко и молочные продукты. Это последствия глобализма. Чем ответит на это их метаболизм? Поживём – увидим.   

Поскольку значительная часть жителей АЗРФ, начиная с 20-х годов XX века, это «люди с материка», то необходимо учитывать и их пищевые привычки, также заложенные на генетическом уровне. Если с большинством видов мяса и рыбы проблем нет (их потребляют как коренные, так и недавно приехавшие жители), то нехватка привычных для «материковых людей» овощей и зелени – это достаточно серьёзная проблема.

Овощи и зелень в современной торговле, кроме цены и качества, характеризуют два понятия – транспортабельность и лёжкость, т.е. как долго они могут пролежать на прилавке, не потеряв внешнего вида и потребительских свойств. Из наиболее распространённых овощей самые «капризные» -- огурцы. Они очень плохо переносят дальние поездки без потери качества. Поэтому необходимо проработать вопрос об экономически эффективном выращивании огурцов и других овощей, зелени и ягод в условиях Крайнего Севера. Преимущественно, в защищённом грунте. Помимо тщательной селекции семян, важны и технологии выращивания. В частности, в круглогодичных промышленных тепличных комплексах. Почему в промышленных? Потому что на даче, например, в Мурманской области можно обустроить летний парник и даже круглогодичный био-вегетарий, но это, скорее всего, останется на уровне эксперимента и уж точно не решит вопрос о массовом снабжении «материковых» жителей АЗРФ доступной по цене овощной продукцией.

Возвращаемся к вышеупомянутым особенностям российской Арктики. Первая особенность – это вечная мерзлота, присутствующая в подавляющем большинстве регионов. С учётом её наличия и прогнозов возможного оттаивания, необходимо тщательно продумывать фундамент. Открытый грунт в круглогодичных теплицах здесь точно не подойдёт. Необходимо предусмотреть значительную «подушку», защищающую пол теплицы от промерзания и одновременно способную нивелировать последствия оттаивания. 

Вторая особенность – крайне низкий уровень инсоляции и наличие полярной ночи в большинстве регионов АЗРФ. Например, при выращивании овощей в теплицах вблизи полярного круга «досветка» (искусственное доосвещение) составляет до 95% светового потока. Третья особенность – низкие температуры как зимой, так и летом. Поддержание необходимого микроклимата внутри теплиц и, прежде всего, температурного режима требует значительных затрат электроэнергии. Хорошо, если рядом находится магистральный газопровод. Тогда можно обустроить газопоршневую когенерационную установку, дающую и электроэнергию, и тепло. А если нет? Тогда важны инновационные решения.

Все возводимые растениеводческие теплицы должны соответствовать повышенным требованиям по снеговой и ветровой нагрузке, характерным для районов Крайнего Севера. По конструктиву их можно разделить на:

Купольные и каплевидные теплицы:



Односкатные, двускатные, арочные и блочные теплицы:

     В показанных выше теплицах продукция обычно выращивается по гидропонной технологии на субстрате, например, из кокосового волокна. Теплицы блочного типа (см. фото заставки) из перечисленных наиболее подходят для массового производства. На «материке» их площадь обычно начинается с 10 гектаров.   


Био-вегетарии (разновидность односкатных теплиц):


 Особенность био-вегетариев состоит в том, что одна из их стен – капитальная, например из пенобетонных блоков. Для большей эффективности эта стена может быть снабжена поверхностью, отражающей солнечный свет вовнутрь конструкции, а сам био-вегетарий может находится под определённым углом к линии горизонта, что делает его размещение на сопках АЗРФ особенно эффективным. Обычно в био-вегетариях продукция выращивается не по гидропонной технологии (в субстратах), а в биогумусе, что делает продукцию максимально «домашней» на вкус.


Вертикальные теплицы:


  Последние нельзя назвать классическими теплицами. По сути, это ярусы, которые могут быть размещены практически в любых нежилых помещениях, обладающих достаточной энерговооружённостью. В качестве примера можно привести резидента ТОР «Беринговский», который снабжает социальные учреждения Анадыря свежими овощами, зеленью и ягодами. Его теплица состоит из трёх этажей. На первом этаже расположена гидропонная установка, где выращиваются цветы, зелень и клубника, а на втором и третьем этажах -- огурцы и помидоры.


Аквапоника:

Аквапоника (вода + гидропоника) представляет собой симбиоз зарыбленных бассейнов (установок замкнутого водоснабжения) и растений, выращиваемых на гидропонных матах и питающихся отходами жизнедеятельности рыб:


  Сразу оговоримся, что растения питаются не самими экскрементами рыб, а бактериями, их поглощающими, поэтому какой-либо привкус или запах в растениях отсутствует. Корневые системы растений при этом очищают воду в бассейнах.  


Теплицы, использующие рекуперацию:

Вновь вернёмся к инновационным технологиям. В условиях Крайнего Севера это, прежде всего, энергоэффективность, а конкретно – обогрев теплиц и досветка. Одним из решений по снижению затрат на электроэнергию в плане обогрева может быть полезная модель, предложенная научно-производственным предприятием «РУСИНТЕХ». Взяв за основу теплицу арочного типа, специалисты НПП оснастили её рекуператором и тепловым насосом. Рекуперация (от лат. recuperatio - обратное получение, возвращение) тепла – это процесс теплообмена, при котором тепло забирается от выбрасываемого наружу воздуха и передаётся нагнетаемому вовнутрь воздуху. Рекуперация применяется с использованием приточно-вытяжных установок с наличием в них рекуперационного теплообменника, в котором выбрасываемый и нагнетаемый воздух отделены друг от друга, чтобы не произошло их смешивание. Запатентованное решение выглядит следующим образом: 


 1.       Вентиляционная установка с рекуператором

2.       Подаваемый наружный воздух, приток

3.       Отработанный воздух

4.       Выбрасываемый в атмосферу, доохлажденный воздух

5.       Подготовленный, догретый воздух


А в разрезе теплицы это выглядит так:


  Основным отличием от так называемых «полузакрытых» теплиц является то, что разработанная НПП «РУСИНТЕХ» технология -- полностью «закрытая», с принудительно вентилируемыми ограждающими светопрозрачными конструкциями. В остальном данное решение схоже с существующими, в том числе предлагаемыми зарубежными производителями, такими как VENLO, Ultra Clima и т.п.


Орошение и опыление

Но остаются и другие специфические вопросы, связанные с Крайним Севером, такие как орошение и опыление. При выращивании овощей в теплицах чаще всего применяется капельное орошение, при котором вода и удобрения поступают непосредственно к корню растения, а для зелени – дождевание. Расход воды в условиях Крайнего Севера будет меньше, чем в центральных и южных регионах России, но и он будет значительный – до 50 м³ в сутки на 1 гектар теплиц. При этом добыча воды затруднена. Слои почвы отличаются значительной вязкостью. Лёд в промёрзших конгломератах может занимать до 90% объёма, что сказывается на распространении, подпитке, дренаже и гидрохимической структуре залегающей воды. Поэтому в условиях мерзлоты бурение водозаборной скважины обычно проводится в низменностях вблизи рек. К тому же нужно убедиться, что дебета скважин(ы) будет достаточно. 

Что касается опыления, то в теплицах можно высаживать партенокарпические сорта растений, то есть те, которые образуют завязи без опыления. Это обычно дешевле, чем закупать пчёл, но такие плоды обладают менее насыщенным вкусом и ароматом. Кстати, шмели менее прихотливы, чем пчёлы, и выживают при более низких температурах (но, как правило, не ниже +5°С).  


***

В завершение хотелось бы вернуться к вопросу об эффективности сельского хозяйствования в АЗРФ на примере тепличных комплексов, поскольку выращивание в незащищённом грунте в большинстве регионов российского Крайнего Севера практически невозможно. Повторим тезис об энергопотреблении. Если рядом с тепличным комплексом проходит магистральная газовая труба, то есть шансы, что срок окупаемости тепличного проекта не будет значительно отличаться от «материкового» (6-7 лет против 4-5). Правда, тепличный комплекс должен быть достаточным по площади, иначе малые объёмы урожая не позволят окупить существенные затраты на газопоршневую / газотурбинную установку. Зато после достижения точки безубыточности экономика будет вполне стабильной. Если газовой трубы нет, то эффективнее строить меньшие по площади теплицы, от 0,1 до 3 га. Для их освещения и отопления возможно использовать комбинированные источники (ветро-дизельные и т.п.). Солнечные батареи, ввиду крайне низкой инсоляции, в АЗРФ неэффективны. Либо можно воспользоваться технологией, предлагаемой НПП «РУСИНТЕХ». Она позволяет существенно экономить электроэнергию, получаемую «классическим» путём.

На втором по значимости месте стоит, опять же, размер теплиц. Например, «голландская» гидропонная технология стоит от €1,5 млн. за гектар на условиях «под ключ». Поэтому площадь такого тепличного комплекса должна превышать 3 га. Био-вегетарии в 1,5-2 раза дешевле, меньше по площади, но и продукции они дают гораздо меньше.    

На третьем месте -- вопрос выбора культур. Томаты, например, более транспортабельны, чем огурцы, поэтому последние предпочтительнее для выращивания в теплицах Крайнего Севера.  Остаётся вопрос конкуренции. Известно, что чем крупнее оптовая партия -- тем меньше её цена. Поэтому экономика каждого тепличного комплекса должна конкурировать по цене с поставляемой с «материка» продукцией. В любом случае, одним из главнейших условий экономической эффективности растениеводства в АЗРФ является субсидирование существенной части капитальных затрат, понесённых предпринимателем. Очень важно соблюдение принципа «сперва построил, потом получил компенсацию». Иначе сельское хозяйствование рискует превратиться из бизнеса в эксперимент.      


Авторы: Владимир Тишак, Энвер Ибрагимов, Иван Носов.  

 

 





далее в рубрике