c2s4GOLUQok

Гидропонное растениеводство, не использующее почвенные ресурсы, является одним из возможных путей получения экологически чистой продукции растениеводства в условиях неблагоприятной экологической ситуации. Гидропонные технологии имеют ряд преимуществ по сравнению с почвенной культурой: быстрое регулирование корнеобитаемой среды благодаря применению микропроцессорной техники; рациональное использование тепловой энергии для обогрева; исключение необходимости подготовки и завоза почвенных грунтов; существенная экономия воды и минеральных удобрений — до 40%; сокращение расхода пестицидов; улучшение качества продукции и фитосанитарных условий; повышение урожайности, производительности труда и организационно-технологического уровня производства; высокий экономический эффект. Преимущества гидропонных технологий во многом определяются качеством субстратов. Однако в процессе эксплуатации наблюдаются неизбежные процессы их старения, в связи с чем разработка технических средств для восстановления гидропонных субстратов является актуальной задачей. В настоящее время известны химические способы восстановления, но их применение ограничено по причине негативного влияния химических реагентов на свойства субстратов. Вместе с тем, возможности использования электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов не определялись.

Таблица. Сравнительный анализ субстратов

Естественные субстраты Искусственные субстраты
органические минеральные минеральные, полученные на основе обработки минеральных заполнителей синтетические, являющиеся производными различных химических процессов
торф, мох и др. гравий, песок и др. керамзит, вермикулит и др. поливинилхлорид, ионообменная смола

Различают инертные и химически активные субстраты. К первым причисляют такие, которые не сорбируют на своей поверхности ионы питательного раствора и продукты метаболизма — обменных реакций растений — и не выделяют в раствор каких-либо веществ (кварцевый гравий, синтетические материалы, полученные в результате полимеризации). Ко вторым относят те, что обладают емкостью поглощения и сорбируют ионы питательного раствора или продукты метаболизма растений (ионообменные смолы).

Таблица. Сравнительный анализ видов субстрата. Инертные материалы (агрегатопоника)

Наимен. состав требования достоинства
Гравий состоит из известковых материалов, сильно поглощает из питательного раствора водорастворимый фосфор, переводя его в недоступное состояние — трехзамещенный фосфат кальция Са3 (Р04) 2. Лучшим субстратом признаны гравий c размером частиц 3…5 мм, щебень – 5…25 мм, содержащие не более 20% карбонатов. Объемный вес их – 1,5…1,7 г/см, водоудерживающая способность – 9…10%. Его насыпают слоем 25 см в большие железобетонные бассейны Однако на практике используют смесь, куда входят и более крупные фракции (до 20-30 мм). Для предотвращения снижения количества водорастворимого фосфора в растворе при использовании известкового гравия рекомендуется его предварительно подвергать зафосфачиванию (насыщению фосфором) при правильной эксплуатации (периодической промывке, подкислении среды до рН 5-6 и дезинфекции 5%-ным раствором формалина) срок использования субcтрaкта практически не ограничен.
Щебенка (гранитная), гравий других пород (исключая известковые) — наиболее долговечные субстраты. Влагоемкость зависит от размера частиц. Чем мельче частицы, тем больше общая поверхность частиц в единице объема и тем больше питательного раствора при увлажнении задерживается на их поверхности.
Песок (кварцевый, речной) также используют в тепличном овощеводстве. Однако при насыщении влагой он содержит около 5 % воздуха, при этом воздухообмен между почвенным и атмосферным воздухом происходит очень медленно. Песок (как и гранитная щебенка, цеолит) относится к так называемым «холодным» субстратам. Сочетание этих факторов приводит к слабому развитию корневой системы у молодых растений.
Керамзит использовался в качестве субстрата в чистом виде; его и сейчас используют при малообъемном выращивании овощных культур с применением капельного полива. Получают керамзит путем обжига во вращающихся печах из легкоплавких вспучивающихся сырых окатышей глинистых пород. Керамзит с размером частиц от 2 до 8-10 мм лучше всего подходит для выращивания овощных культур. Перекаленный керамзит с высоким содержанием серы непригоден к использованию. Этот субстрат менее долговечен, так как он благодаря высокой пористости быстро засоляется, его труднее регенерировать. Его можно использовать в течение нескольких лет при условии ежегодной стерилизации.
Перлит получают из алюмосиликатных минералов (породы вулканического происхождения — липариты, дациты и др.). При нагревании этих минералов до температуры 850-1000 °С, а иногда до 1200 °С перлит вспучивается, превращаясь в высокопористый легкий материал белого цвета. Его объем увеличивается в 10-12 раз и более. Перлит широко используют при укоренении декоративных, цветочных и других культур, а также применяют в смеси с торфом для выращивания рассады цветов и при малообъемном способе выращивания овощных культур.
Вермикулит очень легкий материал, имеющий форму плоских пластинок, как у слюды. Добытую слюду (плотность 2,4…2,7 т/м3) измельчают и подвергают тепловой обработке. При нагревании до 900-1000 °С порода вспучивается (в результате расщепления частиц под действием испаряющейся межслоевой воды) с увеличением объема в 15-20 раз. Вермикулит добавляют к субстратам в основном для увеличения их буферной способности и улучшения физических свойств. Применяют также как вспомогательный продукт для покрытия семян при выращивании на минеральной вате, для зеленого черенкования. В чистом виде в качестве субстрата для выращивания овощных культур его практически не используют, так как он обладает способностью удерживать определенные катионы, нарушая баланс элементов питания в зоне корней.
Цеолит очень широко используется в Болгарии в смеси с торфом, вермикулитом, с добавлением азотных и фосфорных удобрений (так называемый балканин). Он также используется в некоторых тепличных хозяйствах нашей страны. Это естественно встречающийся в природе алюмосиликатный минерал. В зависимости от месторождений состав его сильно различается, поэтому перед использованием необходимо знать, какие элементы в избытке и какие элементы нужно внести. При выращивании овощей на цеолитах следует вносить азотные и фосфорные удобрения. Используют цеолит преимущественно при малообъемной культуре выращивания, насыпая его тонким слоем (7-15 см) или в ящики.
Минеральной вате Минеральную вату получают плавлением различных минеральных пород, преимущественно диабаза, при температуре свыше 1600 °С. Это стерильный субстрат, не содержащий питательных веществ, c рН около 7, близкий по водно-физическим свойствам к верховому торфу. В нашей стране применяли также минеральную вату вилан Э1 и Э2 (разработаны Вильнюсским ВНИИ теплоизоляционных материалов) и минеральную вату гравилен. Однако из-за наличия побочных продуктов типа фенолов они не получили широкого распространения и теперь их больше не применяют. В отличие от торфа, он легче промывается. Иногда ее называют каменной ватой (гродан, культилен, мультигроу, базалан, орсил и др.), получила широкое распространение как субстрат благодаря многим положительным свойствам. Производят ее из базальтовых горных пород или других сходных по природе диабазов. Эти минералы при температуре, близкой к 1500 °С, расплавляют, превращают в волокна, которые затем по определенной технологии комбинируют с другими компонентами для склеивания волокон и производства плит, а также других продуктов из минеральной ваты. Поскольку при изготовлении ваты добавляют известковые материалы, субстрат в начальной фазе выращивания растений обладает щелочной реакцией. Поэтому при первоначальном использовании ваты ее иногда промывают водой (особенно для сеянцев), питательный раствор при насыщении должен иметь рН 5,2-5,5. Раствор с рН ниже 4,8 не только отрицательно воздействует на корневую систему растущих растений, но и способствует разрушению структуры и сокращению срока использования ваты. Минеральную вату в зависимости от ее свойств и характеристики используют в течение 1-3лет (обязательна стерилизация или смена культуры после эксплуатации ваты в течение 1 года), а для культуры роз — до 5 лет. Минераловатные плиты очень сильно могут различаться по плотности и по расположению волокон. От этих свойств зависят их влагоемкость, воздухоемкость и долговечность. Плотность может составлять 40-70 кг/м3. Волокна могут располагаться вертикально, горизонтально (при горизонтальном расположении волокон по слоям может быть разная плотность — верхний плотный, нижний рыхлый).
Полиуретановую пену (поролон — отходы мебельной промышленности) используют в качестве субстрата в измельченном виде или в виде плит для выращивания овощных и цветочных культур. Для связывания измельченной полиуретановой пены используют водяной пар температурой 120 °С, что обеспечивает стерилизацию конечного продукта. Это «сухой» субстрат, так как влагоемкость его небольшая (1,5-2 л/м2 в час), поэтому потребность в орошении очень велика. В пиковый период (культура перца) требуется до 17 л/м2 воды в день, поэтому при работе с полиуретановой ватой желательно проводить регенерацию дренажного раствора с повторным использованием. Полиуретановая пена (вата) легко транспортируется, из нее нетрудно удалить излишнюю влагу перед стерилизацией. При пропаривании очень важно, чтобы температура пара не превышала 103 °С, иначе могут нарушиться структура и плотность субстрата. Подход к питанию в процессе вегетации примерно такой же, как и для минеральной ваты. Полиуретановую вату можно использовать в течение 8-10 лет; при этом она сохраняет однородность структуры и плотность на протяжении всего периода эксплуатации, при работе с ней легче обеспечить генеративную направленность роста растений.
Пемза легкий пористый материал, относительно инертный субстрат (плотность примерно 500 кг/м3). Это горная порода вулканического происхождения, содержащая определенное количество калия, натрия, хлоридов и незначительное количество кальция и магния. Перед использованием пемзу измельчают, иногда промывают для удаления хлоридов, калия. В зависимости от размера частиц изменяются и свойства субстрата (соотношение воды и воздуха). Чем меньше частицы пемзы, тем выше водоудерживающая способность субстрата и меньше в нем воздуха. Этот субстрат можно стерилизовать паром без изменения структуры и использовать в течение нескольких лет. Пемзу, как и перлит, применяют как в чистом виде, так и в смеси с торфом, почвой, корой и другими компонентами. Пемза — относительно инертный субстрат, однако при первом использовании материал выделяет натрий в питательный раствор, и поэтому для некоторых культур уровень содержания натрия на короткое время может превышать порог токсичности или являться препятствием для поступления в растения кальция, калия и фосфатов. После стабилизации обмена между раствором и субстратом влияние субстрата на поступление элементов питания в растения прекращается.

субст_8

Таблица. Сравнительный анализ видов субстрата. Почвозаменители оpгaнического происхождения (хемопоника)

Наимен. состав требования достоинства
Коковита это органический субстрат, который производят из луба кокосового ореха. Его выпускают в виде сухих прессованных плит (25 % первоначального объема) и непрессованных тюков. Коковиту можно отнести к инертным субстратам, так как в процессе использования она практически не разлагается и не уменьшается в объеме, а также имеет большой водный буфер, то есть может удерживать большое количество воды (больше, чем минеральная вата). Отличия в выращивании растений на кокосе от выращивания на минеральной вате заключаются в том, что в начальной фазе использования кокоса требуется больше кальция, железа, бора и меньше калия, цинка, марганца, серы и фосфора. Дозы остальных элементов зависят от содержания этих элементов в субстрате. Кокосовые пальмы в процессе своего роста потребляют из почвы большие количества калия и натрия, которые концентрируются в плодах и поэтому содержатся в субстрате. Перед употреблением и использованием субстрата необходимо иметь данные анализа субстрата (сертификат), для того чтобы определить его качество. После использования коковиты в теплицах ее можно применять для улучшения грунта в теплицах и почв в открытом грунте.
Торф при выращивании растений в ограниченном объеме вместо минераловатных и других инертных неорганических материалов применяют торфяной субстрат на основе верхового торфа (хемопоника). На одно растение требуется 5-10 л субстрата. Этот объем зависит от культуры; он меньше для томата, больше для огурца, перца, баклажана. Торф нужно добывать на целинных землях, никогда не использовавшихся в сельскохозяйственных целях. В нем должно содержаться более 90 % органического вещества; степень разложения не должна превышать 15%, содержание окисных форм железа —не более 1%, содержание серы — не более 0,5 %. Торф при хранении не должен подвергаться самовозгоранию, так как при этом образуются токсические вещества, отрицательно воздействующие на растения. Торф, добытый фрезерным способом, непригоден, так как содержит много мелких частиц. Наиболее пригоден грубый торф с частицами размером более 6 мм. В связи с этим торф часто используют в смеси с перлитом, пемзой, вермикулитом и другими материалами. При отсутствии инертных субстратов для создания лучших условий водно-воздушного режима к торфу добавляют до 30-50 % (по объему) древесных отходов (опилок, стружки, щепы, коры). Содержание воздуха в торфе не должно быть ниже 20 %. Избыточные поливы и высокая влажность торфа даже в течение 1-2 дней, а также плохие условия дренажа могут привести не только к резкому снижению роста корней из-за недостатка кислорода, но и к заболеванию корней и потере. При выращивании растений на торфе трудность заключается в создании благоприятных условий водно-воздушного режима. корневой массы, а при сухом режиме появляется вершинная гниль плодов. При выращивании растений на чистом торфе значительно труднее, чем на инертных субстратах, поддерживать оптимальный уровень содержания элементов питания. Торф используют как в чистом виде, так и в смеси с отходами деревоперерабатывающей промышленности (опилки, стружка, щепа, кора), перлитом, пемзой и другими материалами. Верховой торф применяют в виде плит сухого или мокрого прессования, а также насыпью, в контейнерах, мешках как в чистом виде, так и в смеси с другими компонентами. К верховому торфу, который используется при малообъемной культуре выращивания в чистом виде, предъявляют высокие требования. Торф не должен содержать: гербицидов и других соединений, губительных для растений; болезнетворных начал (нематод, грибов, бактерий, вирусов, насекомых); семян сорных растений; радиоактивных элементов.
Опилки хвойных пород Опилки хвойных пород в чистом виде также используют в качестве субстрата. Их насыпают в мешки, контейнеры или изготовляют гряды, которые закрывают белой пленкой. В опилках может быть избыточное количество марганца. В начальный период выращивания требуется тщательный контроль за содержанием азота, поэтому в первые 2 мес необходимо чаще проводить агрохимический анализ (через каждые 2 нед). Применяют опилки средней фракции, так как мелкие опилки очень быстро разлагаются, нарушается водно-воздушный режим, а очень крупные (щепа) способствуют неравномерному распределению влаги. Мешки или контейнеры для 2-3 растений томата или 1 растения огурца должны содержать 15-25 л опилок.

субст_7