Выращивание и условия содержания контейнерных растений в озеленении Санкт-Петербурга

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

ВЫРАЩИВАНИЕ И УСЛОВИЯ СОДЕРЖАНИЯ КОНТЕЙНЕРНЫХ РАСТЕНИЙ В ОЗЕЛЕНЕНИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

Специальность 06.03.04 - Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Куприянова Александра Генриховна

Саратов 2009

Работа выполнена на кафедре «Садово-парковое и ландшафтное строительство» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академии им. С.М. Кирова»

Научный руководитель - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Филатов Василий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Проездов Петр Николаевич;

кандидат сельскохозяйственных наук Ревякин Максим Александрович

Ведущая организация - ФГУ «Санкт-Петербургский НИИ лесного хозяйства»

Защита состоится 2 июля 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Автореферат разослан «26» мая 2009 г. и размещен на сайте www.sgau.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.Н. Гусакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в нашей стране и за рубежом отмечается возрастающий интерес к использованию контейнерной культуры в озеленении населенных пунктов. Декоративные растения в контейнерах применяются на исторических и современных объектах озеленения, формируя их композиционную завершенность и выразительность. В современных городах с большими площадями неудобных для озеленения территорий этот прием имеет несомненную перспективу.

Между тем, выращивание и содержание декоративных растений в контейнерах связано с обеспечением допустимых условий их содержания. Ограниченность почвенного субстрата контейнером, в первую очередь, требует обеспечения благоприятных температурных условий в зоне корневой системы, поскольку именно она, корневая система, в наибольшей степени подвержена температурному воздействию внешней среды.

Температурный фактор, в условиях Санкт-Петербурга, существенно ограничивает не только сроки содержания контейнерных растений в составе зеленых насаждений на открытом воздухе, но и, в целом, их использование при оформлении садов и парков. Объекты озеленения становятся менее привлекательными для отдыхающих, снижается интерес и посещаемость их туристами. В этой связи исследования по обеспечению температурного режима в зоне корневой системы контейнерных растений на объектах озеленения Санкт-Петербурга являются актуальными.

Целью работы является продление сроков содержания декоративных контейнерных растений на объектах озеленения Санкт-Петербурга на основе обеспечения допустимого температурного режима корневой системы.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- разработать методику изучения и провести исследование устойчивости корневой системы и жизнеспособности декоративных растений к воздействию низких положительных температур в суточном цикле;

- изучить температурные показатели климата и погоды в условиях Санкт-Петербурга и оценить их пригодность для содержания контейнерных растений на объектах озеленения;

- разработать аналитическую модель контейнера, осуществляющего демпфирование изменений температуры внешней среды;

- исследовать распределение и изменение температуры субстрата в контейнерах из разных материалов и конструкций при воздействии понижающейся температуры внешней среды;

- выявить допустимые сроки содержания контейнерных растений на объектах озеленения Санкт-Петербурга при обеспечении необходимого температурного режима корневой системы в весенний и осенний периоды.

Объектами исследований являлись контейнерные растения и температурный режим в зоне корневой системы, обеспечивающий их жизнеспособность на объектах озеленения в Санкт-Петербурге при изменении температуры окружающей среды.

Научная новизна. Разработана методика исследования устойчивости корневой системы и жизнеспособности к воздействию низких температур в суточном цикле для декоративных контейнерных растений. Определены минимально допустимые температуры для корневой системы Драцены душистой, Лавра благородного, Ели обыкновенной в вегетационный период. Разработана аналитическая модель контейнера, демпфирующего изменения температуры внешней среды в субстрате. Впервые расчетным путем и экспериментально определены закономерности изменения температуры в субстрате контейнера из различных материалов при суточном колебательном процессе и при быстрых изменениях температуры внешней среды. Определены сроки содержания Драцены душистой, Лавра благородного, Ели обыкновенной в контейнерах из различных материалов на объектах Санкт-Петербурга. декоративный растение контейнер демпфирование

Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечена и подтверждена комплексными экспериментальными исследованиями с применением современной измерительной аппаратуры и методов компьютерной обработки данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика исследования устойчивости корневой системы и жизнеспособности декоративных контейнерных растений к воздействию низких положительных температур в суточном цикле;

-значения минимально допустимой температуры в суточном цикле в зоне корневой системы, обеспечивающие сохранение жизнеспособности контейнерных растений;

-зависимость температурного режима субстрата от материала и конструктивных особенностей контейнера;

Практическая значимость. Разработаны практические рекомендации по выбору конструкции и материала контейнеров, обеспечивающих допустимый температурный режим в зоне корневой системы декоративных растений, что продлевает сроки их эксплуатации на объектах озеленения Санкт-Петербурга не менее чем на 30 дней. Научные положения и выводы могут найти применение при разработке проектных материалов по реставрации исторических объектов, рекомендаций и методических руководств по эксплуатации современных объектов озеленения. Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс СПбГЛТА и используются при проведении лекционных и практических занятий по курсам: «Декоративное растениеводство», «Ландшафтное проектирование».

Апробация работы. Результаты, полученные в процессе проведенных исследований, докладывались и обсуждались на: Всероссийской конференции «Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования», Воронеж, ВЛТИ, 1993; Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и работников научно-исследовательской части лесного факультета МГУЛа 1993 и 1994 г.; ежегодных Научно-технических конференциях Санкт-Петербургской Лесотехнической академии; II Международном Симпозиуме по проблемам реставрации и сохранения исторических садов и парков «Скандинавский курс - Монрепо», Выборг, 1995; Международном Симпозиуме «Oranien, Orangen, Oranienbaum», Дессау-Верлитц, Германия, 1997; Всероссийской Научной конференции «Усадебные парки русской провинции: проблемы сохранения и использования», Великий Новгород, 2003; Всероссийском методическом семинаре «Ландшафтная архитектура: вчера, сегодня, завтра», Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007; I Научно-практической конференции памяти В.А. Агальцовой «Сады и парки России», Пушкинские Горы, 2008.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ на 4,2 п.л., авторский вклад 2,96 п.л. Объем 1 работы, опубликованной в издании по списку ВАК Минобразования РФ, составляет 0,44 п.л.

Личный вклад автора. Автором диссертации разработана и апробирована методика экспериментального исследования устойчивости корневой системы и жизнеспособности декоративных контейнерных растений при динамическом воздействии факторов внешней среды в суточном цикле. Математическая часть исследования температурного режима в субстрате контейнера выполнена в соавторстве, а расчетные и экспериментальные исследования изменения температуры в контейнере в натурных условиях выполнены автором лично. Автор докладывал результаты исследований на Всероссийских и международных конференциях. Доля личного участия автора в подготовке и написании всех публикаций составляет 70,5 %.

Структура работы. Диссертация содержит введение, семь глав, выводы и предложения, список литературы. Работа изложена на 130 страницах, содержит 36 рисунков и 15 таблиц. Диссертация сопровождена 5 приложениями. Список используемой литературы включает 180 источников, в том числе 24 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, приведена общая характеристика работы.

Глава 1. Биоэкологические аспекты содержания растений в условиях ограниченного субстрата (обзор литературы).

Особенностью контейнерных растений является пространственное ограничение корневой системы. В периферийной зоне из мелких корней формируется войлокообразный слой (Жигунов, 1998; Whitcomb, 1988; PreiЯel, PreiЯel, 1991) и основная часть корневой системы развивается в пространстве, прилежащем к стенке контейнера. Эта зона наиболее подвержена влиянию внешних температур, которые в Санкт-Петербурге ограничивают период вегетации (в т. ч. период ростовых процессов корневых систем (Коротаев, 1981)). Однако исследований пригодности климата и погодных условий данного региона для содержания декоративных растений в контейнерах на объектах озеленения не проводилось.

В отличие от почвы в естественных условиях, температура субстрата в контейнере в большей степени подвержена влиянию окружающей среды (Хватова, 1990). К тому же, у субстрата в контейнере имеется большее количество плоскостей (граней контейнера) взаимодействия с внешними факторами, в связи с чем влияние их на корневую систему растений увеличивается (Whitcomb, 1984). Однако значений температур, минимально допустимых для контейнерных декоративных растений, в литературе очень мало.

Вопросы, связанные с воздействием неблагоприятных температур на контейнерные растения, рассматриваются в работах, посвященных выращиванию посадочного материала с ЗКС (Edmonds, 1993; Жигунов, Гомельский и др., 1990; Жигунов, 1998; Маркова, Жигунов, 2005; Кабанина и др., 2004; Маслаков и др., 1981). При этом значительная часть результатов и соответствующих рекомендаций связана с воздействием низких температур на растения в период покоя. Между тем, на важность исследования устойчивости контейнерных растений к резким «флуктуациям» температуры в период активной вегетации, применительно к сельскохозяйственным культурам, обращает внимание В. К. Курец (1990). Однако для условий Санкт-Петербурга данных по изменению температуры воздуха и субстрата в контейнерах в весенний и осенний периоды не достаточно, а исследований по устойчивости декоративных растений к низким положительным температурам в суточном цикле не проводилось.

В ряде работ обращается внимание на выбор контейнера (Ланге, 2002; Buczaki, 1996; PreЯel, PreЯel, 1991; Recht, 1988), в т. ч. с точки зрения воздействия внешних температур на корневую систему. В то же время, данных по влиянию материала и конструкции контрейнеров на температурный режим в субстрате в весенний и осенний периоды в климатических условиях Санкт-Петербурга не обнаружено.

Глава 2. Программа, методика и объекты исследований. Исследования проводились автором в 1996-2008 гг. в Ботаническом саду СПбГЛТА, в ОАО «НИИ точной механики» в Калининском и Выборгском районах Санкт-Петербурга. Программой предусматривалось проведение наблюдений за температурой воздуха в Санкт-Петербурге и двух экспериментов.

Для исследования влияния низких положительных температур на корневую систему декоративных контейнерных растений в суточном цикле и определения допустимого температурного режима корневой системы были разработаны методика и специализированная лабораторная установка.

Двухфакторный лабораторный опыт №1 ставился по схеме 3х3 в трехкратной повторности (Доспехов, 1985). Объектом исследования выбраны декоративно-лиственные растения (фактор А) - представители тропической и субтропической флоры - Dracaena fragrans L (Драцена душистая)., Laurus nobilis L. (Лавр благородный), а также умеренного климатического пояса - Picea abies L. (Ель обыкновенная), традиционно используемые как контейнерные культуры. Обеспечение выравненности испытуемых растений осуществлялось подбором одинаковых по возрасту и близких по развитию экземпляров.

Уровни температурного воздействия (фактор В) на корневые системы для каждого вида были определены на предварительном этапе исследований с учетом динамики температуры в весенне-осенний периоды в условиях Санкт-Петербурга (табл. 1).

Замеры температуры в специализированной установке проводились в первые сутки не менее 1 раза в час, в последующие сутки число наблюдений снижалось до 2 раз. На основании полученных экспериментальных данных определено изменение степени жизнеспособности у исследуемых растений и минимально допустимые температуры в зоне корневой системы.

Таблица 1

Уровни температурного воздействия на корневую систему декоративных растений

Вид	Уровни температурного воздействия
	1 (сильное)	2 (среднее)	3 (слабое)
	tк, °C	, ч	Vк,°С/ч	tк, °C	, ч	Vк,°С/ч	tк,°C	, ч	Vк,°С/ч
Драцена	2,5	5,9	4,6	4,8	4,5	4,2	8,1	4,2	3,2
Лавр	2,1	6,0	4,9	3,5	5,5	3,9	6,1	4,8	3,4
Ель	1,7	5,4	5,3	2,8	7,0	4,4	3,9	4,6	3,7

Примечания: t_к - минимальное значение температуры в зоне корневой системы, - длительность воздействия низких температур, V_к - скорость снижения температуры в корневом термостате

Климатические и погодные условия Санкт-Петербурга изучались по материалам многолетних наблюдений метеостанций и результатам измерений температуры воздуха в месте размещения экспериментального контейнера в период весенних и осенних сезонов 1996- 2008 годов.

Получение аналитической модели контейнера выполнялось на основе анализа процесса теплопередачи в системе «субстрат контейнера - внешняя среда». Теоретическое исследование и расчет температурного поля в субстрате контейнера при изменении температуры внешней среды проводились на основе результатов известных работ в области теплофизики (Вейник, 1959; Карслоу, Егер, 1964).

Изучение температурного поля в субстрате контейнера проводилось в двухфакторном опыте № 2 (2х3), который ставился в трехкратной повторности. Демпфирование внешней температуры исследовалось в зависимости от толщины стенки контейнера - 0,02, 0,04 м (фактор А) и углубления в субстрат (фактор В) на расстояние 0,01, 0,04, 0,06 м. Контейнеры из дерева, керамики и пенобетона с субстратом подвергались воздействию внешней температуры в натурных условиях и ее искусственно создаваемым перепадам. Субстрат в контейнере представлял собой смесь: 1 ч. - дерновая земля, 1 ч. - листовая, 1 ч. - торфяная, Ѕ ч. - песок (рН- 6,0; N- 140 мг/л, Р - 180 мг/л, К - 200 мг/л). Выполнено 162 суточных цикла - эксперимента. Температура в контейнере измерялась в среднем, 8 раз в сутки, в периоды интенсивных изменений - ежечасно. При наблюдениях в натурных условиях Санкт-Петербурга и в экспериментах температура измерялась инструментально с помощью термометра ТМ-10 с точностью до 0,2 °C и электронного измерителя температуры 2ТРМ1 с терморезисторами и термопарами с точностью до 0,1 °C.

При проведении исследований были использованы методические указания ВНИИР (Коровин и др., 1980), опыт проведения экспериментального исследования устойчивости к понижению температуры корневой системы растений в период вегетации (Курец, 1986; Дроздов, Курец, 2003), методы обработки экспериментальных результатов (Доспехов, 1985; Линевег, 1980; Таныгин, 2001) и др.

Результаты экспериментов обрабатывались статистическими методами Б.А.Доспехова (1985) с использованием программ MS Exel, Statisica 6.0.

Глава 3. Устойчивость корневой системы контейнерных растений к воздействию низких положительных температур.

Для исследования устойчивости декоративных контейнерных растений к воздействиям низких положительных температур на корневую систему была разработана методика и специализированная лабораторная установка. При этом были использованы методические подходы и результаты исследования устойчивости корневой системы сельскохозяйственных растений к понижению температуры в период вегетации (Курец, 1986, 1990; Дроздов и др., 2001), где в качестве отклика применялся показатель СО₂-газообмен, и опыт создания установок искусственного климата (Курец, 1969, 1974; Пономарев, 1973). В соответствии с задачами содержания контейнерных растений на объектах озеленения, разработанная нами методика направлена на оценку устойчивости корневой системы и жизнеспособности растений с учетом сохранения ими декоративности при воздействии пониженной температуры в суточном цикле. В качестве локальных откликов на воздействие пониженной температуры на корневую систему выбраны: 1 - скорость всасывания питательного раствора, 2 - тургор, 3 - повреждения надземной части у исследуемых растений, на основе которых рассчитывается комплексный показатель - жизнеспособность. Устойчивость корневой системы растения к воздействию охлаждения предлагается оценивать как степень сохранения жизнеспособности корневой системы в процессе и после воздействия на нее низких температур.

По предлагаемой нами методике, корневая система испытуемых растений помещается в вегетационные сосуды, которые находятся в корневом термостате установки с динамически регулируемой температурой аккумуляторами холода (рис. 1).

Установка позволяет обеспечивать изменение факторов внешней среды: значения минимальной температуры в зоне корневой системы (t°C_{окр. среды}ч0°C), скорости снижения температуры в зоне корневой системы (1ч6°C/час.), длительности воздействия низкой температуры (0ч24час.). Снижение и повышение темпепературы проводится в суточном цикле (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

Рис. 1 Лабораторная установка 1 - вегетационные сосуды с растениями; 2 - лопасти перемешивающего устройства; 3 - аккумуляторы холода; 4 - корпус корневого термостата; 5 - солевой раствор термостата; 6 - питательный раствор в вегетационном сосуде

Рис. 2 Изменение температуры питательного раствора в вегетационном сосуде и воздуха в зоне расположения надземной части 1 - температура в зоне надземной части; 2 - температура в вегетационном сосуде

Локальные отклики оцениваются в процессе воздействия низкой температуры и после воздействия до стабилизации их значений. По результатам оценки откликов и расчета жизнеспособности определяется допустимое значение низкой температуры в зоне корневой системы.

Проведенные исследования в опыте 1 показали, что изменение показателей локальных откликов: тургора, скорости всасывания и повреждения надземной части зависят от видовой принадлежности растения (фактор А) и уровня температурного воздействия (фактор В) на корневую систему.

Установлено, что изменение откликов происходит в течение значительного времени после окончания воздействия низкой температуры. Время стабилизации функций отклика достигает двух-трех недель в зависимости от уровня воздействия и биоэкологической характеристики растения (рис. 3).

Изменение значений показателей откликов меняется в зависимости от силы воздействия на корневую систему и от времени, прошедшего после воздействия. Так при уменьшении значений минимальной температуры отмечалось снижение уровня тургора и увеличение длительности периода его восстановления (рис.4).

Рис. 3 Воздействие низкой температуры на корневую систему Лавра 1 - изменение величины тургора Тр.; 2 - изменение величины всасывания Вс.; 3 - изменение величины повреждения П

Рис. 4 Изменение значения тургора Лавра в зависимости от уровня нижней температуры в зоне корневой системы 1 - t_min= 6,1°C; 2 - t_min = 3,5°C; 3 - t_min = 2,1°C П

До воздействия пониженных температур на корневую систему растений средняя скорость всасывания питательного раствора составляла для Драцены, Лавра и Ели 2.1, 3.4 и 1.6 мл/сутки соответственно. В первые сутки, после воздействия на растения пониженными температурами, степень их повреждения и показатель тургора изменялись незначительно, а скорость всасывания питательного раствора корнями у испытанных видов снизилась довольно сильно - от 35,3 до 57,1 % от исходных показателей (табл. 2).

Таблица 2

Скорость всасывания питательного раствора в зависимости от вида растения (А) и уровня температурного воздействия (В) на его корневую систему, мл/сутки

Вид растения (А)	Уровень воздействия (В)	Дни после воздействия
		1	3	5	10	14	18
Драцена душистая	1-сильное	0,9	1,1	1,5	2,2	2,5	2,7
	2-среднее	1,1	1,2	1,7	2,3	2,5	2,7
	3-слабое	1,2	1,5	1,8	2,3	2,5	2,8
Лавр благородный	1-сильное	1,2	1,7	2,5	3,7	4,3	4,4
	2-среднее	1,4	2,0	3,0	3,7	4,3	4,4
	3-слабое	1,6	2,3	3,3	3,8	4,4	4,5
Ель обыкновенная	1-сильное	0,7	0,9	1,2	1,6	1,8	2,0
	2-среднее	0,8	0,9	1,4	1,7	1,9	2,0
	3-слабое	0,9	1,1	1,6	1,7	1,9	2,0
HCPг.э. НСРч.р. Sx	0,4 0,2 0,1	0,5 0,3 0,1	0,4 0,2 0,1	0,2 0,1 0,1	0,2 0,1 0,1	0,3 0,1 0,04

Восстановление скорости всасывания отмечалось у Драцены на 7-9, у Лавра - 7-8, у Ели - на 5-10 сутки в зависимости от уровня температурного воздействия, при этом время восстановления возрастало с увеличением силы последнего. На 10-11 день различия по скорости всасывания в основном определялись видовой принадлежностью растений независимо от уровня температурного воздействия. Увеличение скорости всасывания по сравнению с исходными значениями происходило на 18 день, в т. ч. за счет увеличения объема корневой системы.

В опыте установлено, что видовая принадлежность (А) оказывала наиболее сильное влияние на скорость всасывания питательного раствора (з = 0,851…0,997) и степень повреждения (0,715…0,863) надземной части контейнерных растений. Условия температурного воздействия (В) имели с показателями повреждения среднюю связь (0,359…0,657), скорости всасывания, в первые 5 дней - среднюю (0,27 …0,415), а в последующий период - очень слабую (0,031…0,043) корреляцию. В первые 10 дней между тургором и изучаемыми факторами (А, В) корреляция отмечена на среднем уровне (0,425…0,669). На показатели тургора температурное воздействие наиболее существенно повлияло на 14-18 сутки (0,800…0,827), а с видовой принадлежностью - связь была в этот период значительно слабее (0,100…0.200).

Интегрированный показатель - жизнеспособность в соответствии с процессами изменения всасывания, тургора и повреждения в период восстановления, является переменной во времени величиной, характеризуя текущее состояние функционирования корневой системы (табл. 3).

Таблица 3

Интегрированные показатели жизнеспособности видов в зависимости от условий температурного воздействия и времени после воздействия

Вид растения	Уровень воздействия	Показатель жизнеспособности
·	·	1 сутки	5 сутки	10 сутки	18 сутки
Драцена душистая	сильное	0,510	0,810	0,690	0,960
·	среднее	0,600	0,890	0,780	0,980
·	слабое	0,630	0,900	0,850	0,990
Лавр благородный	сильное	0,520	0,780	0,700	0,980
·	среднее	0,630	0,880	0,790	0,987
·	слабое	0,645	0,975	0,846	0,992
Ель обыкновенная	сильное	0,590	0,920	0,772	0,892
·	среднее	0,710	0,950	0,886	0,980
·	слабое	0,732	0,950	0,935	0,983

Экспериментальные исследования показали, что в первые сутки после воздействия низкой температуры на корневую систему показатель жизнеспособности у контейнерных растений снижается на 30-50%, что связано с существенным падением скорости всасывания по сравнению с контролем. К пятым суткам жизнеспособность восстанавливается до уровня 78-81 % у Лавра - Драцены и 92 % - у Ели и более. Затем показатель жизнеспособности несколько снижается (на 10-30 %), что обусловлено снижением тургоресцентности и проявлением повреждений надземной части испытуемых растений. К 18 суткам после воздействия низкой температуры показатель жизнеспособности восстанавливается до уровня 96-99 % с учетом оставшихся повреждений.

На основе анализа результатов по жизнеспособности минимально допустимая температура для исследуемых растений выбрана на уровне среднего воздействия, для Драцены душистой она составит +4,8 °C, для Лавра благородного +3,5 °C, для Ели обыкновенной +2,8 °C.

Глава 4. Оценка климатических и погодных условий Санкт-Петербурга.

Анализ температурных показателей климата и погоды Санкт-Петербурга и данных измерения температуры воздуха показал, что суточная зависимость температуры от времени имеет периодический характер, и может быть аппроксимирована гармонической кривой с соответствующей амплитудой, частотой и фазой. По многолетним данным среднемесячная температура воздуха выше +10 °C держится в среднем в течение 127 дней. Весной и осенью отмечается повышение амплитуды суточных колебаний температуры (до 5-9 °C) и периодическое возникновение отдельных суточных понижений температуры (на 10-15°C). Такие перепады температуры наиболее опасны для корневой системы контейнерных растений и сокращают сроки их содержания на объектах озеленения в весенний и осенний периоды. В целом, климатические условия Санкт-Петербурга позволяют содержать декоративные контейнерные растения на открытом воздухе без их повреждений течение 110-120 дней в году.

Глава 5. Теоретическое и экспериментальное исследование изменения температуры субстрата в контейнере при воздействии внешней среды. Анализ температуры воздуха в Санкт-Петербурге позволяет выделить два режима изменения температуры: стационарный - когда происходит колебательное изменение суточной температуры относительно среднесуточной и переходный - быстрое изменение температуры.

В результате проведенного теоретического исследования процесса теплопередачи в системе «субстрат контейнера - внешняя среда» получена аналитическая модель контейнера, описывающая распределение температуры в субстрате контейнера (в пространстве и во времени) в стационарном и переходном режимах.

В стационарном режиме температура субстрата в контейнере определяется выражением:

t = t_c + T_мA₀ e^-kx(), (1)

где: t, t_c, T_м, , - температура субстрата, среднесуточная температура, амплитуда колебаний, круговая частота и фаза суточных колебаний температуры внешней среды соответственно; x[м] - расстояние от стенки контейнера вглубь субстрата; А₀ =; h_э = ; k = ; ; с. , c, - плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность материалов стенки, субстрата и воздуха; индексы «1, 2, в» обозначают стенку, субстрат и воздух соответственно; d [м] - толщина стенки контейнера; - коэффициент теплопередачи на поверхности стенки; коэффициент А₀ определяет ослабление амплитуды колебаний в субстрате, _э определяет задержку колебаний.

При переходном процессе:

1-r_в ) , (2)

где: - относительная температура; t₀ - начальная температура внешней среды и субстрата; Ф^*( x ) = 1 - Ф( x ); Ф(x) - интеграл вероятности; r_n = r_вⁿ r_нⁿ (1 - r_в); коэффициент отражения от внутренней границы «стенка - субстрат»; коэффициент отражения от наружной границы «стенка - окружающая среда (воздух)»;

Абсолютное значение температуры в субстрате t согласно выражению для можно определить по формуле t = t_с + (t₀ - t_c), где вычисляется согласно (2).

Проведенный расчет на основе аналитической модели показал, что в стационарном режиме с увеличением толщины стенки и углублением в субстрат амплитуда колебаний температуры уменьшается. При этом, отмечается сдвиг по фазе, т.е. происходит временная задержка температуры (рис. 5а). Степень демпфирования внешней температуры зависит от материала контейнера. Лучшими теплоизолирующими свойствами обладают пенобетон и воздушный зазор. Амплитуда колебаний внешней температуры в контейнере со стенкой с воздушным зазором ослабляется в 5 раз, из пенобетона - в 4 раза, а из керамики - только в 1,3 раза.

При переходном процессе также выявлено ослабление влияния внешней температуры на температуру субстрата в контейнере в зависимости от материала и толщины стенки. По результатам расчета лучшими теплоизолирующими свойствами обладают пенобетон. В контейнере из пенобетона в точке, прилежащей к стенке контейнера при относительной температуре на уровне = 0,5 время установления температуры составляет 10 часов, в то время как у керамики всего 2 часа (рис. 5б).

Экспериментально полученные материалы измерений температуры в натурных условиях во втором опыте проанализированы в графическом виде методом скользящей средней и обработаны статистически. Доверительный интервал при измерении температуры составил 0,65 °C с доверительной вероятностью 0,95 по Стьюденту. Характерные результаты измерений температуры субстрата в стационарном и переходном режимах приведены на графиках (рис.6а, 6б - соответственно), которые показывают сглаживание амплитуды колебаний внешней температуры контейнером из сосновой доски толщиной 0,02 и 0,04 м.



Рис. 5 Изменение температуры в субстрате контейнера в зависимости от материала стенок контейнера (результаты расчета) при d = 0,02 м., x = 0: а) стационарный режим. 1 - изменение температуры внешней среды; 2 - керамика; 3 - сосна (продольное волокно); 4 - пенобетон; 5 - стенка с воздушным зазором. б) переходный режим. 1 - керамика, 2 - пластмасса,3 - сосна (продольное волокно), 4 - пенобетон

Рис. 6 Динамика изменения температуры в субстрате контейнера из сосновой доски (с продольным волокном) при изменении температуры окружающей среды: а) стационарный режим (суточные колебания внешней температуры); б) переходный режим (охлаждение и последующее колебательное изменение внешней температуры) 1- внешняя температура; 2 - (d = 0,02м, x = 0,01м); 3 - (d = 0,04м; x = 0,01 м); 4 - (d = 0,04 м; x = 0,06 м)

При амплитуде колебаний температуры воздуха (во время постановки опыта 2) равной 7,5°C, амплитуда колебаний температуры субстрата снижалась в 2-8 раз в зависимости от материала, толщины стенки контейнера и углубления в субстрат.

Статистическая обработка материалов опыта показала, что углубление в субстрат (фактор В) и толщина стенки контейнера (фактор А) достоверно (на 05 % уровне значимости) снижали амплитуду колебаний внешней температуры и увеличивали задержку колебаний во времени (табл. 4).

Различия в задержке колебаний между контейнером с толщиной стенки 0,02 и 0,04 м достигает 3,9-4,1 часа при углублении в субстрат на 0,06 м. У стенки контейнера (при х = 0,01 м) различия составляли лишь 1,3-1,7 часа.

Таблица 4

Амплитуда и время задержки колебаний температуры в субстрате контейнера относительно колебаний температуры внешней среды в зависимости от толщины стенки контейнера из сосновой доски (А) и углубления в субстрат (В)

Фактор А - толщина стенки (d, м )	Фактор В - углубление в субстрат (x, м)	Амплитуда колебаний, °C	Задержка колебаний, ч
		В 1 сутки	Во 2 сутки	В 1 сутки	Во 2 сутки
0,02	0,01	2,8	2,2	3,0	3,2
	0,04	2,0	1,6	4,1	4,2
	0,06	1,6	1,3	5,3	5,0
0,04	0,01	1,9	1,5	4,7	4,5
	0,04	1,5	1,1	6,3	6,5
	0,06	1,1	0,9	9,2	9,1
	НСР ч.р. НСР г.э. Sх	0,3	0,2	0,6	0,4
		0,6	0,5	1,2	0,8
		0,1	0,1	0,2	0,1

Проведение экспериментальных исследований температуры в натурных условиях во втором опыте показало, что влияние материалов контейнера, толщины стенки и углубления в субстрат в основном соответствуют аналогичным закономерностям, установленным расчетным путем.

Коэффициенты ослабления, расчитанные и полученные экспериментальным путем, оказались достаточно близкими, что позволяет использовать аналитическую модель при выборе параметров контейнера, обеспечивающего необходимые температурные условия в зоне корневой системы контейнерных растений (табл. 5).

Таблица 5

Расчетные и экспериментально полученные коэффициенты ослабления для контейнеров из различных материалов

Материал стенки контейнера	Толщина стенки d, м	Расчет	Эксперимент
		Коэфф. ослабления А0, при х = 0 м	Коэфф. ослабления Ах, при х = 0,01 м	Коэфф. ослабления Ах, при х = 0,01м
Сосна	0,04	0,32	0,28	0,24
Пенобетон	0,02	0,24	0,21	0,18
Воздушный зазор	0,01	0,19	0,17	0,16

Контейнер из сосновой доски ослабляет амплитуду колебаний внешней температуры в субстрате в 3 раза при толщине стенки 0,04 м, а выполненный из пенобетона со стенкой в два раза тоньше (0,02 м) ослабляет - в 4 раза. Расчеты показали, что создание воздушного зазора толщиной 0,01 м в стенке контейнера уменьшит амплитуду в 5 раз.

Конструкционные материалы, предназначенные для изготовления стенок контейнеров, по степени возрастания теплоизолирующих свойств могут быть расположены в следующем порядке: керамика, пластмасса, дерево, пенобетон. Применение воздушного зазора в стенках контейнера, по демпфирующим температуру свойствам, превосходит вышеназванные материалы.

Глава 6. Условия содержания контейнерных растений. В условиях Санкт-Петербурга, определяющим в эксплуатации декоративных контейнерных растений, является выбор типа контейнера и допустимых сроков их содержания на открытом воздухе.

На основе теоретических исследований с использованием аналитической модели предложена конструкция контейнера с воздушным зазором типа «термос» (рис. 7). Наличие воздушного зазора в стенках контейнера повысит его теплоизолирующие свойства. Кроме того, наличие двух граничных стенок, обрамляющих зазор, создаст дополнительную теплоизоляцию к расчетной для воздушной прослойки. В зависимости от композиционных задач, граничные стенки такого контейнера могут выполняться из различных материалов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

28

Контейнерное растение может находиться на открытом воздухе в период, пока температура в субстрате контейнера будет не ниже минимально допустимой в зоне корневой системы. Определение минимальной температуры в субстрате контейнера осуществляется расчетом на основе аналитической модели в весенний и осенний периоды. Сроки перемещения контейнерного растения с объекта в оранжерею осенью устанавливаются графически и показаны на примере Лавра благородного (рис. 8). Использование контейнера с воздушным зазором позволит убирать растение в оранжерею на 17 дней позже, по сравнению с контейнером из керамики.

Рис. 8 Изменение минимальной температуры в субстрате контейнера у стенки в осенний период. 1 - стенка с воздушным зазором, 2 - стенка из пенобетона, 3 - стенка из сосны (продольное волокно), 4 - стенка из керамики, 5 - уровень минимально-допустимой температуры в зоне корневой системы Лавра

Использование аналитической модели контейнера и значений минимально допустимых температур в зоне корневой системы позволило рассчитать возможные даты перемещения контейнерных растений из оранжереи на объект и обратно в весенний и осенний периоды в условиях Санкт-Петербурга (табл. 6). Длительность содержания контейнерных растений на объектах озеленения зависит от их видовой принадлежности, а также конструкции и материала контейнера.

Обследование объектов озеленения в Санкт-Петербурге показало, что период содержания контейнерных растений в среднем составляет 110-120 дней.

Таблица 6

Сроки содержания контейнерных растений на объектах озеленения

Контейнерное растение	Материал стенки контейнера	Даты переноса	Длительность содержания, дни
		Весна	Осень
Драцена	Керамика	25.05	21.09	119
	Сосна	14.05	28.09	138
	Пенобетон	03.05	4.10	155
	Возд. зазор	30.04	7.10	160
Лавр	Керамика	21.05	24.09	136
	Сосна	07.05	30.09	147
	Пенобетон	01.05	07.10	160
	Возд. зазор	27.04	10.10	165
Ель	Керамика	20.05	26.09	129
	Сосна	05.05	02.10	150
	Пенобетон	30.04	08.10	162
	Возд. зазор	25.04	11.10	170

Полученные материалы показывают, что сроки эксплуатации контейнерных растений на открытом воздухе на объектах озеленения с обеспечением жизнеспособности корневой системы могут быть увеличены не менее чем на 30 дней.

Глава 7. Анализ экономической эффективности продления сроков содержания контейнерных растений на объектах озеленения Санкт-Петербурга. Увеличение длительности пребывания контейнерных растений на открытом воздухе на предусмотренном проектом месте позволяет более эффективно решать главную задачу - сохранение композиционной выразительности объекта на более длительный период и, соответственно, срок полезной эксплуатации.

Продление периода содержания контейнерных растений на открытом воздухе снижает «удельный расход» стоимости растения и снижает затраты на их содержание зимой в оранжерее. Экономическая эффективность увеличения продолжительности эксплуатации контейнерного растения на открытом воздухе на 30 дней составляет 12,5 %.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методика и установка для исследования устойчивости корневой системы к воздействию низких положительных температур в суточном цикле. Методика апробирована и может быть использована при определении минимально допустимых температур, обеспечивающих жизнеспособность декоративных контейнерных растений.

2. Результатом суточного воздействия пониженной температуры на корневую систему контейнерного растения является снижение скорости всасывания питательного раствора на 35,3-57,1 % уже в первые сутки. Изменение показателей тургора и повреждений надземной части проявляется только через 10-14 дней после окончания воздействия. Восстановление жизнеспособности растений и их декоративных свойств на 98-99 % наступает через 18-20 дней.

3. Минимально допустимые значения температуры в суточном цикле в зоне корневой системы для Dracaena fragrans L, составляет +4,8 °C, для Laurus nobilis L. равна +3,5 °C, а для Picea abies L. +2,8 °C.

4. Периодическое возникновение отдельных суточных понижений температуры весной и осенью ограничивают сроки содержания контейнерных растений на открытом воздухе, сокращая период художественной целостности и композиционной завершенности объектов озеленения. Климатические условия Санкт-Петербурга позволяют содержать контейнерные растения на объектах озеленения в течение 110- 20 дней.

5. Разработана аналитическая модель контейнера, которая позволяет расчетным путем определять распределение температуры в субстрате в пространстве и во времени в зависимости от материала и толщины его стенки. Моделированием процессов теплообмена «внешняя среда-субстрат контейнера» установлено, что амплитуда колебаний внешней температуры в контейнере со стенкой с воздушным зазором ослабляется в 5 раз, со стенкой из пенобетона - в 4 раза, а из керамики - только в 1,3 раза.

6. В натурных условиях контейнер из дерева (сосновая доска) обеспечивал задержку температуры в субстрате (на 0,06м от стенки) при ее толщине 0,02 м - 5,3 часа, а толщине 0,04 м - 9,2 часа. У стенки задержка колебаний составляла 3 часа при толщине 0,02 м и 4,7 часа при -0,04 м. Экспериментально установленные показатели влияния конструкции и материала контейнера на температурный режим в субстрате в основном соответствуют данным, полученным расчетным путем.

7. Теплоизолирующие свойства материала стенки контейнера по возрастанию могут быть расположены в следующем порядке: керамика, пластмасса, дерево, пенобетон, воздушный зазор.

8. Длительность содержания контейнерного растения на объекте озеленения зависит от материала и конструкции контейнера. Использование контейнера с воздушным зазором в условиях Санкт-Петербурга увеличит сроки содержания на объектах Драцены душистой на 40 дней, Лавра благородного - на 45, Ели обыкновенной - на 50 дней.

Предложения производству

1. Для сохранения декоративного вида контейнерных растений с увеличенными сроками эксплуатации на объектах Санкт-Петербурга рекомендуется использовать контейнеры, обладающие требуемыми теплоизолирующими свойствами - дерево (d = 0,04 м), пенобетон (d = 0,02 м), стенка с воздушным зазором (d = 0,01 м).

2. На объектах озеленения в условиях Санкт-Петербурга рекомендуется использовать контейнер с воздушным зазором, как наиболее обеспечивающий допустимый режим в зоне корневой системы и удобный в эксплуатации.

Научные статьи в реферируемых и центральных изданиях

Куприянова, А. Г. Температурный режим субстрата контейнерных растений [Текст] / И. А. Мельничук, А. Г. Куприянова // Известия Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии. 2007. Вып. 179. С. 25 - 31.

Материалы сборников научных трудов, международных и всероссийских конференций:

Афанасьева, А. Г. Применение хвойных как кадочная культура в экстремальных условиях [Текст] / И. О. Боговая, А. Г. Афанасьева // Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования: Тезисы Всероссийской конференции, секции 2-3 / Воронеж: ВЛТИ, 1993. С. 56.

Афанасьева, А. Г. Кадочная культура хвойных как новый прием в озеленении городов России [Текст] / Ю. И. Никитинский, И. О. Боговая, А. Г. Афанасьева // Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования. Тезисы Всероссийской конференции, секции 2-3/ Воронеж: ВЛТИ, 1993. С. 67.

Афанасьева, А. Г. Сосна в кадочной культуре/ Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования [Текст] / В. И. Филимонов, А. Г. Афанасьева // Тезисы Всероссийской конференции, секции 2-3 / Воронеж: ВЛТИ, 1993. С. 118 - 119.

Афанасьева, А. Г. К вопросу об использовании кадочной культуры [Текст] / А. Г. Афанасьева // Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов: сб. науч. тр. / МГУЛ. М., 1994. Вып. 275. С. 188-190.

Афанасьева, А. Г. Зимнее содержание кадочных растений [Текст] / А. Г.Афанасьева //Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов: сб. науч. тр. / МГУЛ, М., 1995. Вып. 280, С. 105 - 109.

Куприянова, А. Г. Кадочные растения в русской усадьбе XVIII - начала XX веков [Текст] / А. Г. Куприянова // Усадебные парки русской провинции: проблемы сохранения и использования. Материалы всероссийской научной конференции 9-11 октября 2003 г., / Великий Новгород, 2003. С. 50 - 53.

Куприянова, А. Г. Особенности содержания и перспективы использования кадочных растений в усадебных парках. Расчетные методы определения температурного режима в субстрате и выбора параметров конструкции контейнеров [Текст] / А. Г. Куприянова // там же. С. 53 - 58.

Куприянова, А. Г. Расчет температурного поля в субстрате контейнера при суточном изменении температуры окружающей среды [Текст] / А. Г. Куприянова, В. Я. Порецкий // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: сб. науч. тр. / ВГЛТА. Воронеж: -2004. Вып. 9. С. 43 - 53.

Куприянова, А. Г. Переходный режим в субстрате контейнера при быстром изменении температуры окружающей среды [Текст] / А. Г. Куприянова, В. Я. Порецкий // там же. С. 53 - 63.

Куприянова, А. Г. Экспериментальное исследование температурного режима корневой системы в субстрате контейнера при изменении температуры окружающей среды [Текст] / А. Г. Куприянова // Ландшафтная архитектура: вчера, сегодня, завтра: материалы Всероссийского методического семинара. / МарГТУ. Йошкар-Ола, 2007. С. 76 - 83.

Куприянова, А. Г. Специфика содержания контейнерных растений в садах и парках северо-западного региона [Текст] / А. Г. Куприянова // Михайловская пушкиниана: материалы I научно-практической конференции памяти В.А.Агальцовой «Сады и парки России» / Сельцо Михайловское - Псков, 2009. Вып. 48. С. 150-155.

Размещено на Allbest.ru

...