6UGvB1P3rgo

Гидропоника основана на свойстве растений использовать питательные вещества растворенные в воде. В природных условиях почва выступает как источник необходимых минералов, но ее присутствие не является обязательным для жизни растений, т.к. они начинают поглощать минеральные вещества, только когда те растворяются в воде. На сегодняшний день точной классификации гидропоники не существует. Предлагаем созданную нами классификацию по обзору и анализу доступной литературы и источников информации. На сегодняшний день специалисты различают три основных метода гидропоники: субстратная культура (агрегатопоника); водная культура (гидропоника); воздушная культура (аэропоника).

классификация гидропоники11

Гидропоника классифицируется по следующим признакам:

  1. прикорневая среда:
    1. водная среда;
    2. туманообразующая среда;
    3. субстратная среда;
    4. смешанная.
  2. с субстратом или без субстрата;
  3. по видам:
    1. активная – обогащенная вода поступает в резервуары с корнями или в блоки с субстратом с помощью насоса и требует дополнительного обогащения кислородом;
    2. пассивная – влага поднимается вверх по пустотам и канальцам синтетического или органического грунта за счет силы поверхностного натяжения.

Отличительной особенностью аэропоники является отсутствие субстрата. Аэропоника классифицируется по следующим признакам:

  1. реверсивные и нереверсивные:
    1. в реверсивных системах раствор циркулирует постоянно: при конденсации распыленного раствора он стекает обратно в исходный резервуар.
    2. нереверсивные системы используют раствор однократно, поэтому нет необходимости контролировать параметры раствора (pH, Ec). В течение некоторого времени они будут постоянными.

Аэро-гидропоника классифицируется по следующим признакам:

  1. по использованию технического решения:
    1. водяной насос;
    2. воздушный насос;
    3. водоворот;
    4. ультразвуковой генератор.

Активные гидропонные установки снабжены механическими устройствами (насосами), обеспечивающими постоянную необходимую циркуляцию питательного раствора. Здесь также предусмотрена принудительная система аэрации, то есть насыщения корневой системы кислородом. Наглядным примером активной гидропонной установки являются конструкции, работающие по принципу аэропоники.

В пассивных гидропонных установках питательный раствор подается к корням и поверхностной части растения только благодаря капиллярным силам самой культуры, никакому механическому воздействию в данном случае он не подвергается. Наглядным примером пассивных гидропонных установок можно считать системы, работающие по принципу периодического затопления субстратных культур, а также фитильные системы. Фитильная система Wick — это наиболее простой способ, но не популярный. Растворы в таких системах поступают к субстратам по фитилям, а система действует благодаря капиллярным взаимодействиям. Как правило, здесь используются влагоёмкие субстраты – вермикулиты, кокосовые волокна.

рис 2 фитил

Аэропоника с применением водяных насосов высокого давления (от 1 атм.). Принцип действия аэропонной установки заключается в следующем: растения закреплены мягким зажимом (можно использовать синтетический водоотталкивающий поролон) на верхней части закрытого сосуда, а их корни всё время находятся в постоянно или периодически создаваемой распылителем дисперсной взвеси питательного раствора. Лучше всего применять насосы диафрагменного или мембранного типа, они не только создают достаточное давление (от 2 атм до 70 атм) для хорошей форсунки, но и способны поднимать питательный раствор из бака, находящегося значительно ниже себя. Таким типом насоса можно обеспечить давлением сразу несколько форсунок с получением частиц аэрозоли до 10 мк.

рис 3 вод нас

Аэропоника с применением воздушных компрессоров (от 1 атм.). В этой схеме аэропонной установки внешний воздушный компрессор нагнетает в герметичный резервуар с питательным раствором воздух и тем самым создаёт постоянное высокое давление (до 15 атм в зависимости от компрессора) в камере. В нижней части этого резервуара находится трубка подачи питательного раствора под давлением к форсунке. Перед форсункой установлен электромагнитный клапан.

Аэропоника с применением ультразвука (ультразвуковая аэропоника). Мелкодисперсную смесь из капелек питательного раствора и воздуха можно сделать не только форсункой с высоким давлением, но с помощью ультразвука. Реализация такого метода аэропоники через применение генератора тумана, он используется в увлажнителях воздуха, в декоративных целях и т.д.

Принцип его действия основан на эффекте кавитации образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое происходит при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения. Эта волна создается пьезокерамическим элементом (обычно он выполнен в виде плоского диска – мембраны), к которому подходит напряжение с его резонансной частотой (в бытовых увлажнителях эта частота равна 1,7 МГц). От этого пьезокерами сжимается/разжимается на доли миллиметра, т.е. электрическая энергия преобразовывается в механическую. В жидкостном слое над пьезокерамическим элементом образуются чередующиеся между собой волны повышенного и пониженного давления. В областях пониженного давления происходит вскипание жидкости при обычной комнатной температуре (так называемая кавитация) с выбросом в воздухе мелкодисперсных частиц, и за счет этого отдельные частицы жидкости выбиваются из толщи. Над мембраной образуется небольшой фонтан и туман из отдельных капелек. От частоты напряжения напрямую зависит диаметр частицы полученного тумана. Туман, полученный таким способом называется «холодным», т.к. его температура не превышает 40 градусов. Это в два раза превышает оптимальную температуру в корневой зоне. Для устранения этого предварительно охлаждают слой жидкости над мембраной (производительность значительно снизится), либо после образования тумана дополнительно его охлаждать перед попаданием в корневую зону, но при этом туман начнет конденсироваться, что так же приведет к значительной потере производительности. Это один из главных недостатков применения ультразвука в аэропонике. Доставку самого тумана можно организовать влагостойким вентилятором. Производительность ультразвукового генератора тумана зависит от напряжения на мембране, её диаметра и от температуры.

Гидропонный метод «прилив-отлив» (ebb/flow). Здесь может применяться как с субстратом, так и без него. Периодическое затопление – ориентированная на кислородное обогащение корней, которое осуществляет воздушный компрессор. Питательный раствор насыщает массу субстрата, постепенно стекая в емкость бака. Корневая зона, таким образом, прекрасно вентилируется.

рис 5

Метод NTF (питательный слой). Система обеспечивает регулярную циркуляцию питательного раствора. При этом воздух и вода максимально соприкасаются.

рис 6

Система капельного полива. Субстратная культура, при таком способе выращивания корневая система помещается в толстый слой субстрата, в качестве которого может выступать керамзиты, гравий, вермикулит и другие. Как субстрат зачастую используется минеральная вата, хотя она не обеспечивает необходимого воздухообмена и поглощает значительное количество водных ресурсов. В условиях холодного климата поглощение раствора происходит медленно, а свежий воздух не достигает корней. Результатом может стать образование корневой гнили и болезнь растения. Альтернативой является использование кокосового субстрата в сочетании с питательным раствором хорошего качества.

рис 8

Аэро-гидропоникой называются все системы, в которых вода оксигенируется (насыщения питательного раствора кислородом) при прохождении через воздух. Главное достоинство – относятся к замкнутым системам циркуляции, которые не наносят ущерба окружающей среде. Это единственный метод гидропоники, функционирующий в жаркую погоду, когда температура питательного раствора может превышать 30°С. Благодаря, интенсивной циркуляции воды из питательного раствора удаляются нежелательные газы. Можноо содержать растение месяцами беззтоксичных накоплений в корневой зоне, для этого применяются воздушные насосы, водяные насосы либо водоворот (vortex). Такие системы могут быть как для отдельного растения либо модульные системы, размерами от 1 м2 до парниковых габаритов – 25×8 метров. Оборудование и субстрат можно использовать многократно. Систему (в сравнении с другими методами гидропоники) легко чистить и дезинфицировать между урожаями. Недостаток системы – её высокая стоимость при покупке, трудоемкая сборка, необходимость в постоянном контроле при обслуживании и эксплуатации. При габаритах системы до 10 м2 энергопотребление вполне умеренное и не вызывает затруднений, но при переходе на промышленные масштабы возникают проблемы, т.к. требуется более мощные насосы, чем в других гидропонных системах того же размера.

рис 10

Аэро-гидропоника самая современная гидропонная методика на сегодняшний день. Такая система основывается на распылении раствора в корневых зонах саженцев. Пространство заполняется влажным воздухом, в котором концентрированы водяные пары и кислород. Аэро-гидропоника сохраняет эффективность даже при высоких температурных показателях, поэтому ее применяют для выращивания растений в условиях жаркого климата.

рис 11

Субстратная культура находиться между водным и субстратным способами. В отличие от водной культуры, позволяет обеспечить корневую систему кислородом. Растительные корни находятся в твердом субстрате, который лишь частично погружен в питательный раствор. При таком способе выращивания корневая система помещается в толстый слой субстрата, в качестве которого может выступать керамзит, гравий, вермикулит и другие. Наибольшей сложностью здесь является аэрация корней растений, в связи с тем, что количество кислорода, который обычно содержится в растворе не достаточно для полноценного дыхания растения, а корни целиком погружать в питательный раствор нельзя. Поэтому оставляют небольшое расстояние 3…5 см, между раствором и используемым субстратом. Кроме того, нужно обеспечивать достаточную влажность во избежание высыхания корней. В качестве основных видов субстратов в таких системах – керамзиты, песок или гравий.

рис 13

Водоворот (Vortex) изобретен Хиллелем Соффером, представляет из себя вращающийся конус со специальными бороздками как внутри конуса, так и снаружи для распределения воды с помощью вертушки. С точки зрения оксигенации прибор практически не имеет себе равных.

рис 15

Водная культура считается основополагающим методом гидропоники. При этом методе выращивания растение укореняют в тонком слое какого-либо органического субстрата (мох, торф и тому подобное), который уложен на сетку. Сетка опускается в поддон, наполненный питательным раствором. Корни растений через субстрат и отверстия в поддоне попадают в раствор, откуда растение и получает все необходимые для развития и роста питательные вещества. Водная культура считается самым старым методом гидропоники, но, отнюдь, не самым лучшим. Главной проблемой при таком способе выращивания является аэрация корней, потому что того количества кислорода, который содержится в растворе, для растения недостаточно, поэтому полностью опускать корневую систему в питательную среду нельзя. Для обеспечения нормального дыхания между основой и питательным раствором оставляют воздушное пространство высотой 3 см для молодых растений и 6 см для взрослых культур. При этом в такой воздушной подушке необходимо поддерживать высокую влажность воздуха, иначе корневая система может быстро засохнуть. При выращивании методом водной культуры питательный раствор нужно менять каждый месяц.

Система глубинного потока. Растения подвешены в чистых горшках над коллекторной и воздушный насос перемешивает питательный раствор вверх к корней растений. Насос подает обогащенную кислородом питательный раствор в течение 24 часов в сутки, что делает это довольно легким техническое обслуживание. Недостатком является открытость корней и отсутствие буфера. Любой сбой в системе питания или неправильный уровень питательных веществ, приводит к гибели растений. Активный тип системы предполагает использование специальных насосов и помп, а при пассивном типе питательный раствор транспортируется за счет капиллярных сил. Но, лучшим техническим решением гидропонного растениеводства является система комбинированная, при которой сочетаются капельный полив и дополнительная аэрация корневой системы.

Метод глубоководной культуры (DWC). DWC или Deep Water Culture (глубоководная культура) – достаточно простая, высокоэффективная методика выращивания и самая распространенная. Корни растений погружаются в бак с питательным раствором, который обогащается кислородом посредством воздушного компрессора. В большинстве случаев основным субстратом является керамзит. Особенности конструкции и мощность воздушного компрессора, используемого в установке, определяет эффективность капельного полива и интенсивность аэрации. Рассматриваемая система выращивания позволяет растениям развиваться значительно активнее, чем при высаживании в почвогрунт. При этом имеющееся пространство используется корневыми системами практически без остатка.

рис 16

Наглядным способом применения глубоководной культуры является плавающая платформа. Она представляет собой достаточно крупный по размерам бассейн, который наполняет питательный раствор. В бассейне помещают несколько легких пенопластовых плотов с высаженными растениями – преимущественно, салатом. Преимущество данного метода в том, что он позволяет использовать минимальное количество раствора, который не требуется менять. В течение всего цикла выращивания добавляют лишь необходимое количество воды и удобрений. Особенностью данного процесса является его непрерывность – урожай собирают и высаживают новые растения параллельно.

Субстратная культура, при таком способе выращивания корневая система помещается в толстый слой субстрата, в качестве которого может выступать керамзит, гравий, вермикулит и другие. Емкость с растением и субстратом полностью помещают в питательный раствор на некоторое время, субстрат пропитывается питательными веществами, после чего раствор сливается.

Система периодического затопления — Ebb and Flow. Такие системы очень популярны. В них ёмкости с растениями затапливают питающими растворами с определенной периодичностью, после чего их сливают в резервуар. Подачу растворов осуществляют с помощью насосов, управляемых таймерами. Недостатком является пересыхание корневой системы в случае отключения электросети или поломки насоса.

рис 18

Хемокультура. Этот метод близок к культуре растений к субстратной гидропонике (агрегатопоника). В качестве субстрата используют такие виды органических материалов: верховой торф со степенью разложения 30%, мох сфагнум, древесную кору, опилки, рисовую шелуху, отходы хлопка и тому подобное. Срок использования этих материалов в качестве субстрата — 1…2 года. Некоторые из органических материалов требуют предварительной подготовки — измельчение (кора, стружка) и корректировки реакции среды. Минеральное питание осуществляют поверхностным орошением питательным раствором. Хемопоника не требует специального оборудования и этот способ можно применять во всех видах закрытого грунта. В последние годы все большее распространение получает культура на кокосовом субстрате с длительным сроком его использования.

Ионитопоника — метод, по своей сути близок к субстратной гидропонике. Субстрат состоит из смеси двух типов синтетических ионообменных смол катионита и анионита. Катионит — не растворимый в воде ярко-желтого цвета полимер с сильнокислой реакцией, хорошей сыпучестью. Размер его гранул — 0,3…0,5 мм. Гидроксилы он меняет на ионы минеральных солей. Анионит — желтый сыпучий полимер, размер его гранул — 0,30…1,5 мм. Оба иониты прочные, химически стойкие, не разлагаются под воздействием кислорода, света и при обычной температуре. В отличие от субстратной гидропоники, питательные вещества находятся в составе субстрата, поэтому растения орошают только чистой водой. Собственно говоря, это — искусственный грунт.

Аэропоника — метод выращивания растений вообще без какого-либо субстрата. При использовании аэропоники проблем с обеспечением кислородом не возникает, однако необходимо постоянно поддерживать высокую влажность воздуха, чтобы избежать засыхания корней. В данном случае используют два метода:

  1. Растения прикрепляют специальными зажимами к крышке емкости с питательным раствором так, чтобы нижняя часть корневой системы находилась в нем на ⅓. Остальные корни располагаются в воздушной подушке между крышкой емкости и питательным раствором, их нужно периодически увлажнять. Для того чтобы избежать повреждения и утолщения стебля в районе прикрепления, используют поролоновые прокладки между зажимом и стеблем.
  1. Корневую систему растения помещают в сосуд с туманообразующим распылителем, который 2 раза в сутки на протяжении 3…4 минут распыляет питательный раствор в виде очень мелких капель.

рис 21

Хайпоника – является наиболее прогрессивным подвидом гидропоники, появившимся сравнительно недавно благодаря усовершенствованию классических гидропонных методов. Сегодня есть уже и дыни, с одной лозы которых собирается более 90 плодов весом 1,2 кг, и огуречное дерево, дающее 3000 огурцов, и 6-метровый сахарный тростник. За 3 месяца на этом чудо-томате созревает до 4000 плодов. С одной дынной лозы японцы собирают по 90 плодов со средним весом 1,2 кг. А их «огуречное-дерево» дает более 3000 плодов. Обычный сахарный тростник вместо 2-3 метров ,почти в 2 раза быстрее чем в обычных условиях, вырастает до 6м. У них растет даже папайя не хуже, чем в тропиках, хотя в японском климате она не растет.

рис 26

Изобретатель хайпоники Сигэо Нодзава, президент компании «Киова», потратил 20 лет на эксперименты. Суть этого метода – аэропоника и компьютерные технологии. Смесь непрерывно циркулирует, питая растения только теми веществами, которые ему необходимы, именно в данный период развития, а их концентрация в несколько раз выше, чем бы растение могло получить из почвы. Специальная аппаратура создает оптимальные температуру, влажность и другие характеристики. В результате скорость развития и созревания плодов возрастает в 3…4 раза. Понадобилось 1000 экспериментов и долгие годы кропотливой работы, чтобы разработать питательные составы для каждой культуры. Компания держит в строгой тайне свои формулы растворов. Известно, что никаких стимуляторов, гормональных и др. препаратов, искусственно ускоряющих рост, в них не применяется. Никаких опасностей или побочных эффектов для человека плоды, выросшие на хайпонике, не несут, а по вкусу ничуть не уступают обычным плодам. Очень интересно как осуществляется обратная связь между растением и техникой. Как утверждают сотрудники японской компании «Киова», при помощи хайпоники можно вырастить любое растение. Примером этого служат:

  • огуречный куст, который дает более 3000 плодов;
  • дынная лоза, с которой собирают до 90 плодов со средним весом 1,2 кг, тогда как обычная лоза дает всего один плод;
  • сахарный тростник, достигающий 6 м высоты, тогда как в природных условиях он не растет более 2…3 метров;
  • начали выращивать тропическую папайю хайпонным способом;
  • а так же тыквы, различных цветов, табака.

рис 27

Питательные растворы играют огромную роль при выращивании растений с помощью гидропоники. Именно из них культуры получают все необходимые для нормального развития и роста минеральные вещества. При приготовлении питательных растворов очень важно придерживаться следующих рекомендаций:

  • необходимо обращать внимание на качество воды;
  • питательный раствор должен содержать все необходимые для жизнедеятельности той или иной культуры макро- и микроэлементы;
  • в разные периоды жизни растению требуется разное соотношение питательных веществ, поэтому и раствор должен приготовляться, учитывая фазы роста культуры;
  • очень важно соблюдать не только правильное соотношение, но и общую концентрацию, которая должна быть достаточно высокой, но, в тоже время, и не токсичной для растений.

Устройство при помощи которого создается питательный раствор и доставляется растениям. Есть разные способы фертигации. Для любительской гидропоники и для малых производителей, нужен простой, надежный и не очень дорогой блок фертигации. Для обеспечения нормального режима питания растений, необходимо в рабочий раствор добавлять минимум 3 компонента. Два из них разных по виду комплексных удобрений и ортофосфорная кислота для поддержания заданного уровня Ph. Для комплектации блоков фертигации применяются пропорциональные насосы — дозаторы MixRite. Это достаточно простые, надежные и долговечные устройства, позволяющие точно дозировать компоненты питательного раствора, простые в обслуживании. Производительность узла, от 40 до 2500 литров питательного раствора в час. Ограничение времени полива до момента появления дренажа. Субстрат берет только то количество воды (рабочего раствора), которое он может взять. Появление дренажа, это индикация насыщения субстрата влагой. Задаешь интервал между поливами, а продолжительность полива ограничена временем появления дренажа.

рис 28

Существует несколько видов субстратов, на основании которых гидропонику разделяют на:

  • Агрегатопоника – субстрат представляет собой неорганические материалы вроде вермикулита, перлита, керамзита, щебня и т.д.
  • Хемопоника – когда растения культивируются на всевозможных видах органического субстрата. Блоки кокосового волокна, опилки, торф, мох и т.д.
  • Ионитопоника – еще более передовой метод, при котором средой являются ионообменные материалы вроде ионитного волокна, войлока или различных смол, постепенно отдающих микроэлементы корням растения.
  • Биопонику –

Благодаря оптимальному насыщению корневой системы кислородом и возможности поддержания необходимой влажности воздуха, субстратная культура считается лучшим методом гидропоники. Сегодня в качестве субстрата используются различные материалы, наиболее распространенными из которых являются: гидрогель, гравий, древесные опилки, минеральная вата, керамзит, кокосовое волокно, торф и мох.

Гидрогель изготавливается на основе поллиакриламида и используется для основного выращивания культур, а также для укоренения черенков и проращивания семян. Изначально гидрогель представляет собой порошок или гранулы, которые при добавлении воды превращаются в гелеобразную массу. Гидрогель отлично поглощает и удерживает воду и питательные растворы, воздух между его гранулами циркулирует очень хорошо. Этот материал отличается стерильностью, совершенно нетоксичен для растений и не засоряет окружающую среду (через 5 лет распадается на воду, углекислый газ и азот).

рис 29

Гравий используется для гидропонного выращивания уже много лет, в течение которых прекрасно зарекомендовал себя в качестве субстрата. Отличительной особенностью этого материала считается его способность замечательно пропускать воздух, однако при этом он плохо сохраняет воду, поэтому его целесообразнее всего использовать при применении принципа периодического затопления. Еще одним недостатком гравия является его вес, однако невысокая стоимость и доступность делают этот материал достаточно популярным при гидропонном выращивании. Кроме того, гравий можно использовать повторно, и не один раз, главное хорошо простерилизовать его между урожаями.

рис 45

Древесные опилки используются в качестве субстрата нечасто. При их использовании большую роль играет род древесины, от которой эти опилки были получены, так как некоторые виды (сосна, дуб, орех) могут выделять небезопасные для многих растений вещества. Еще одной проблемой при использовании опилок в качестве субстрата считается то, что по истечении определенного времени они начинают загнивать, что негативно отражается на здоровье культур. Главным плюсом опилок можно считать их «халявность», ведь, в большинстве случаев, их можно набрать в неограниченном количестве на лесопилках абсолютно бесплатно.

Минеральная вата используется в качестве субстрата редко. Основным достоинством этого материала считается способность очень быстро принимать кислотность питательного раствора. Однако минеральная вата сохраняет слишком много воды, не оставляя при этом места для кислорода вокруг корней.

Керамзит большинство опытных специалистов считают лучшим материалом для использования в качестве субстрата. Керамзит изготовляется путем выпечки глины в печах при очень высокой температуре. Этот способ производства определяет специфические особенности материала – шарики керамзита наполнены крошечными пузырьками с воздухом, что придает этому субстрату чрезвычайную легкость. Использование керамзита обеспечивает оптимальное поступление кислорода к корням и сохранение необходимой влажности. Эти свойства позволяют использовать его в качестве субстрата и при периодическом затоплении, и при поливе сверху, и при применении принципа подпора. Наряду с вышеописанными положительными качествами керамзит отличается еще и низкой стоимостью.

рис 34

Кокосовое волокно является идеальным материалом для использования в качестве субстрата при выращивании растений без почвы. У него имеется всего лишь один недостаток – относительно высокая цена. В том, что касается обеспечения корневой системы кислородом и поддержания необходимой влажности кокосовому волокну нет равных. Кроме того, этот материал замечательно защищает корни от грибковых заболеваний и  отличается рядом неоспоримых преимуществ:

  • экологическая чистота, отсутствие всяческих химических добавок;
  • кислотность кокосового волокна близка к оптимальной, подходящей для большинства культур;
  • субстрат можно использовать достаточно долго (около 6…8 лет);
  • при постоянном поступлении питательного раствора обеспечивает идеальную сбалансированность всех питательных элементов.

Торф и мох используются в качестве субстрата, в основном, при ведении водной культуры для укоренения саженцев на сетчатом поддоне. Для выращивания растений наиболее пригоден сфагновый торф и мох с верховых болот. Этот материал хорошо пропускает кислород и сохраняет достаточное количество влаги. Основным недостатком этого субстрата является то, что со временем он может разлагаться на мелкие частицы, которые засоряют элементы гидропонной системы.

рис 38

Хемокультурой, или культурой сухих солей, называют способ выращивания, при котором укоренение растений происходит в органическом субстрате, который пропитан растворами питательных веществ. Периодически такая система увлажняется при помощи питательного раствора. Главным плюсом такой системы является возможность горизонтальной и вертикальной укладок субстрата на плоскости.

Хемокультура позволяет выращивать растения в неблагоприятных условиях — там, где нет дождей или нет возможности постоянного полива и обеспечения растений питательными веществами.

  • Простота и легкость методики хемокультуры. Гораздо проще сделать необходимый субстрат при использовании таких компонентов, как, например, кирпичная крошка или дробленый камень, чем подобрать смесь из почв с нужными свойствами и характеристиками.
  • Отсутствие необходимости пересадки несколько раз в году, в отличие от традиционного способа выращивания. Ведь используемые в хемокультуре субстраты не портятся и не изнашиваются.
  • Отсутствие вредителей растений, что исключает необходимость обработки растений гербицидами и инсектицидами.

Единственным неудобством такой системы является подведение к системе питательных компонентов в нужном составе и количестве, необходимых растению. Сегодня уже создано достаточно разных способов внесения питательных веществ в горизонтальные и вертикальные системы хемокультур. Ассортимент их также постоянно пополняется. Поэтому обеспечить растение необходимыми питательными элементами в хемокультуре не сложно.

рис 40

Ионитопоникой называют способ выращивания растений, при котором в качестве субстрата используются ионообменные материалы. На сегодняшний день ионитопонику считают перспективной благодаря сочетанию простоты в уходе за растениями и прекрасного их роста и развития. Помимо этого, при выращивании растений в таких субстратах снижаются временные затраты в связи с отсутствием необходимости сложных агротехнических приемов — прополки, рыхления, подкормки. Как правило, в других методах гидропоники субстраты нужно снабжать раствором, содержащим питательные вещества, периодически требующим обновления, проверки рН и других важных параметров. Главным отличием ионитопоники от других методов гидропоники являются используемые субстраты, способные длительное время сохранять питательные компоненты, при необходимости отдавая их растительной корневой системе, заменяя их продуктами обмена растений. Поэтому поливать растения можно просто обычной водой без дополнительного введения макро и микроэлементов. Однако полив обязателен, ведь обмен ионов происходит в водной среде.

Ионитопоника – совершенно новый метод гидропоники, по своему существу близок к агрегатопонике. Субстрат  состоит из смеси двух типов синтетических ионообменных смол: катионита КУ-2 и анионита ЭДЭ-10П. Катионит КУ-2  - это не растворимый в воде светло-желтого цвета полимер, имеющий сильнокислую реакцию, хорошую сыпучесть. Размер его гранул 0,3-0,5 мм. Гидроксилы он меняет на ионы минеральных солей (К+, Ca2+, Mg2+ и др.). Анионит ЭДЭ-10П свои ионы меняет на SO42- , NO3, PO43-  и др. Это желтый сыпучий полимер, размер его гранул 0,30-1,5 мм. Оба ионита прочные, химически стойкие, не разлагаются при воздействии кислорода, света и при обычной температуре. В отличие от агрегатопоники, питательные вещества находятся в составе субстрата, поэтому поливают только чистой водой. По существу это искусственная почва. Скорость расхода питательных веществ субстратов является индивидуальной для каждого вида растений и связана со многими внешними факторами: фаза развития растения; температурный режим; освещение растений; влажность воздуха.

Субстрат  служат ионообменники — синтетические ионообменные материалы.

  • В ионитные смолы сажать растения можно круглогодично. В этом случае необходимо тщательно следить за влажностью – ведь при пересыхании ионитных смол восстановить их практически невозможно. Однако переувлажнение также нежелательно в связи с осложнениями в дыхательных процессах растений, что негативно сказывается на их росте. Увлажнение проводят подтоплением.
  • Тканевые субстраты могут представлять собой рыхлые тканевые волокна или войлок и считаются самыми лучшими благодаря обеспечению растений полноценным питанием и кислородом. Чаще всего такие субстраты используют совместно с керамзитом, благодаря чему обеспечивается полноценное дыхание корней.
  • Пенополиуретан считают одним из наиболее перспективных. Это легкий и пористый материал, обеспечивающий отличную аэрацию корней растений. Питательные вещества расположены в ионитной смоле, находящейся в пенополиуретане. Для него не нужно использование дополнительных емкостей, ведь растения можно выращивать прямо на поддонах, в которые подливают воду.
  • Благодаря насыщенности ионитных субстратов питательными компонентами, нет необходимости в частых пересадках – достаточно всего одного раза за два-три года.
  • В связи со стерильностью создаваемой среды обеспечиваются условия, благоприятствующие росту и развитию растений. Кроме того, такие растения редко страдают от вредителей и болезней.
  • При выращивании растений можно использовать обычные глиняные горшки или другие емкости без больших отверстий, на дно которых нужно положить поролоновые или пенополиуретановые вкладыши, препятствующие вымыванию субстратов, однако легко пропускающие воду при поливе.

Ионитная почва-субстрат сыпуча, ее нужно смешивать с мелкодробленым керамзитом, крупным чистым кварцевым песком, перлитом, кокосовым субстратом или вермикулитом в пропорциях 60:40; 40:60 или 50:50. В ионитопонике в качестве субстратов используются ионообменные синтетические материалы (ионообменники) — в виде специальных ионитных смол, волокна, ткани, войлока или сыпучих гранул.

Гиль Л.С., Пашковский А.И., Сулима Л.Т. – Современное овощеводство закрытого и открытого грунта. Практическое руководство. – Житомир: «Рута», 2012. – 468 с.

рис 42

В ионитопонике необходимые элементы содержит ионообменыый субстрат. Он может быть разным — это и волокно, и войлок, и ткань, и прочие синтетические волокнистые субстраты. Магний, кальций, калий, железо, азот — все это содержится в ионообменном субстрате, а корням он отдает вещества постепенно. Питательный раствор не используют, достаточно правильного полива обычной чистой водой. При участии воды начинаются ионообменные процессы. Интенсивность обмена питательных веществ из субстрата на продукты распада растения зависит от многих внешних факторов: температурного режима, освещения растений, влажности воздуха и других.

Этот субстрат представляет собой рыхлую ткань или войлок, используется вместе с керамзитом, который обеспечивает нижний дышащий слой. Тканевый субстрат – один из лучших, он обеспечивает полноценный обмен питательных веществ на ионы, позволяет корням растений хорошо дышать. Если выращивается рассада или осуществляется проращивание семян, то хватит одного слоя субстрата и одного слоя керамзита. Но в том случае, если растение должно находится в тканевом субстрате долго, делают 2…3 слоя ткани и столько же слоев керамзита. Последний метод подходит для выращивания томатов, огурцов, перцев, клубники и прочего.

рис 43

Пенополиуретан. Отличный субстрат для такой разновидности гидропоники как ионитопоника. Пористый, легкий, он обеспечивает отличную аэрацию корневой системы. Питательные вещества находятся не в самом пенополиуретане, а в частицах ионитной смолы, которые находятся в пенополиуретане в виде обильных включений. Обменные процессы в таком субстрате происходят очень активно, и корни успешно растут и поглощают питание, позволяя растению правильно развиваться. Вода быстро поднимается вверх по капиллярам субстрата. В пенополиуретановом субстрате очень удобно осуществлять выгонку луковичных, в том числе и цветов. Для этого в пенополиуретане вырезают небольшую выемку, куда помещают луковицу, прикрывая ее сверху черной бумагой. Под бумагой луковица прорастает, образовываются тонкие белые отростки. Затем, когда бумагу убирают, начинается активный фотосинтез, и отростки обретают ярко-зеленый цвет. Далее при подсвечивании, нужной влажности и постоянной подпитке субстрата продолжается обычный рост. Пенополиуретан — один из самых перспективных субстратов. Он чрезвычайно хорош тем, что можно не использовать никаких дополнительных емкостей кроме поддонов, в которые подливается питательный раствор. Если решено не использовать ящиков и горшков, то блоки пенополиуретана фиксируют с четырех сторон сеткой, рейками, фольгой. Это необходимо для жесткости. Если планируется переводить растения на дальнейшее почвенное культивирование, то фиксаторы снимают, блок пенополиуретана разрезают на части, стараясь не повредить корни растений (если высажено несколько вместе). В почву растение помещают прямо в кубике из пенополиуретана. В этом смысле технология очень похожа на выращивание в кубиках из минеральной ваты.

Щебень гранитный. Получается он методом дробления горных пород на специальных производствах. Многие знакомы с данным материалом по строительству и главным образом по приготовлению бетонных растворов. Отрицательным свойством данного материала является его высокая теплопроводность, из-за чего возникают резкие перепады температурного режима корневой системы, вплоть до ее заболевания, что отрицательно сказывается на всем растение. При этом фракция для рассады должна иметь размер в пределах 3…6 мм, а для растений взрослых она колеблется в районе 3…10 мм.

Гравий и гранитный щебень. Добываемый из речных отложений гравий уступает по своему качеству щебню гранитному. При этом можно использовать только гравий кварцевый или кремневый, в котором отсутствует карбонат кальция. Это самые распространенные и долговечные субстраты, характеризующиеся следующими свойствами: низкой влагоемкостью (8,4%); повышенным содержанием известковых частиц. Для снижения излишней щелочности субстрат промывают слабым раствором фосфорной кислоты или водным раствором суперфосфата (200 г – на 10 л воды), после чего тщательно споласкивают в чистой воде. Для выращивания гидропонных культур рекомендуются гравий и щебень с размером частиц 2…5 мм. Субстрат требует частого увлажнения.

Керамзит. Гидропоника в теплицах своими руками допускает применение еще одного строительного материала, керамзита. Этот материал имеет очень хорошие теплоизоляционные и водоудерживающие характеристики. Но так как данный материал производится методом вспучивания глины, как все вспученные материалы он быстро крошится и непрочен. Помимо этого, керамзит, полученный из сильнозасоленных глин, содержит большое количество сульфатов, хлоридов и достаточно много оксида алюминия. Все это отрицательно сказывается на росте овощных культур. Это строительный материал, выпускаемый в виде гранул диаметром 2…50 мм. Производится из глины, прошедшей термическую обработку. В гидропонике используют дробленный керамзит с размером частиц 2…5 мм. Дробленые гранулы имеют пористую структуру, позволяющую удерживать питательный раствор. Керамзит отличается высокой механической прочностью на раздавливание и относительно небольшой влагоемкостью (60%). Под влиянием корневых выделений гранулы керамзита разрушаются, в результате чего возрастает объемная и удельная масса субстрата. В результате разведения растения в керамзите более 3…4 лет происходит накопление метаболитов – продуктов жизнедеятельности растительного организма, которое способствует развитию бактерий, вызывающих задержку в развитии и даже гибель растения. Чтобы не допустить этого, керамзит необходимо периодически промывать водой или перекисью водорода слабой концентрации (3%).

Перлит. Еще одним материалом, используемым в гидропонике, является перлит. Это порода вулканического происхождения и имеет хорошие водоудерживающие свойства. Когда используется гидропоника, теплица своими руками допускает использование перлита размером 5…15 мм. Но из-за непрочности, несмотря на относительную дешевизну и водоудержание, данный субстрат редко применяется когда устраиваются парники для гидропоники. Это кислая порода вулканического происхождения, которая в результате термической обработки превращается в легкий пористый материал. При нагревании объем перлита увеличивается в 10…15 раз. По механическим и физическим свойствам напоминает вермикулит. Для гидропоники рекомендуется использовать перлит в виде гранул размером 2…5мм. Субстрат нуждается в частом увлажнении.

Вермикулит. А вот вермикулит можно использовать в качестве субстрата в течение 5…6 лет без замены. Он выделяет небольшое количество магния калия, что не сказывается отрицательно на росте культур. Размер частиц вермикулита в данном случае должен быть в пределах 5…15 мм. Представляет собой вторичный минерал из группы водосодержащих слюд. Образуется в результате гидротермических изменений слюды. Вермикулит входит в состав таких пород, как дунит, серпентин и пироксенит. Подобно слюде, вермикулит расслаивается. Окраска – от темно-желто-коричневой до светло-коричневой; может быть окрашен в зеленый и бронзовый цвета. Перед употреблением вермикулит подвергают специальной термической обработке – расслоению. При нагревании до 250…350°С вермикулит увеличивается в объеме почти в 15…25 раз. Это объясняется тем, что повышение температуры вызывает превращение воды, содержащейся в слюде, в пар, который расширяет полости между микроскопическими пластинками минерала. Подвергшийся термической обработке вермикулит представляет собой очень легкий, зернистый, сыпучий материал серебристой или золотистой окраски.

Пенистая лава и крупнозернистая пемза. Породы вулканического происхождения, обладающие пористой структурой. Отличаются высокой поглотительной способностью и долговечностью. Однако химические свойства этих пород далеки от идеала: они содержат большое количество свободной извести и других соединений, оказывающих влияние на питательный раствор. В частности, некоторые составные части раствора переходят в такую форму, в которой они уже не могут быть усвоены растением.

Термозит (доменный шлак). Термозит производится из каменноугольных или коксовых шлаков доменных печей. Представляет собой гравиеподобный пористый материал. Как субстрат для разведения комнатных растений неидеален, так как обладает следующими недостатками: частицы термозита имеют острые края, что делает его небезопасным в применении, характеризуется высокой щелочностью (до 43% СаО).

Песок. В гидропонном растениеводстве используют песок крупной фракции (с размером частиц диаметром 0,6…2,5 мм). Известковые частицы удаляют из песка водным раствором фосфорной кислоты. Обработанный субстрат тщательно промывают в чистой воде.

Торф. Наиболее пригоден для субстратных культур сфагновый торф верховых болот с нормальной зольностью (не более 12%) и степенью разложения 10…25%. Высокозольный торф не пригоден в качестве питательной среды: его можно использовать лишь как удобрение. Свойства сфагнового торфа относительная влажность в пределах 60…65%; высокая кислотность. Перед применением торф проветривают, измельчают до 5…25 мм, отсеивают от пыли и известкуют мелом или доломитовой мукой (3,5…5 кг на 1 м3 торфа).

Мох. В гидропонике используется сфагновый мох, который, подобно торфу, проветривают, измельчают и известкуют. При редком смачивании мха питательным раствором образуется влагоемкая, хорошо аэрируемая и насыщенная элементами питания среда.

Биоластон. Легкий, инертный синтетический материал в виде щетинистых волокон. Окраска — черная. По внешнему виду напоминает почерневшую сосновую хвою. Рекомендуется для выращивания растений, предпочитающих кислую среду.

Любой субстрат укладывают на перфорированную основу и опускают в сосуд, наполненный питательным раствором. Растение укореняют в субстрате таким образом, чтобы его корни проникали через субстрат в отверстия основы и достигали питательного раствора на дне сосуда.

Биопоника — органическая гидропоника. Одно из серьезнейших преимуществ биопоники, которое было обнаружено в ходе экспериментов, заключается в том, что большая микробная популяция становится внушительным препятствием для патогенов. Корни эффективно защищены огромной армией полезных организмов, и никакие патогены не могут тут прижиться. Если обеспечить им хорошую оксигенацию, то корни будут здоровы и защищены от грибковых поражений. Экономия воды и удобрений и увеличение производства продуктов питания хорошего качества. Сейчас мы знаем, что растения питаются минеральными солями в виде электрически заряженных ионов, где бы эти растения не росли. В гидропонике мы питаем растения при помощи обогащенных формул минеральных солей в виде ионов, растворенных кислородом, которые готовы к моментальному поглощению. В почве же питание обеспечивается путем механического дробления, разрушения и растворения горных пород, песка, и т.д. и биологического разложения органических веществ при участии микроорганизмов, которое приводит к освобождению ионов, которые, в свою очередь, растения могут поглощать. Только хорошо проработанные, комплексные, жидкие и полностью растворимые питательные вещества могут быть использованы в гидропонике. В гидропонике действительно крайне важно, чтобы полноценная «диета» быть немедленно доступна для поглощения растением, а система орошения оставалась оптимальной для оксигенации питательного раствора. Традиционный органический питательный раствор для почвы обычно состоит из молекул на различных стадиях разложения. С течением времени раствор ферментируется, может плохо пахнуть и может привести к загрязнению системы. В основу концепции Биопоники ложится развитие растения в воде и беспочвенных субстратах, соответствующее условиям роста растений в почве; иными словами, это восстановление устойчивого почвенного «микрокосма», в котором растения могут жить и развиваться. Цель – создать синергию между каждым элементом, генерировать и поддерживать новый жизненный цикл с его трансформационными процессами.

рис 48

Динамическая гидропонная система с сильной циркуляцией и мощным потоком является очень важным фактором в Биопонике. Высокий уровень кислорода бесспорно будет полезен вашему растению, а также микроорганизмам, которые живут в сопутствующей среде. Выбор системы также очень важен еще и по причине включенных в нее субстратов, которые определяют путь контроля микроорганизмов. Об этом мы поговорим далее. Но более важным, можно даже сказать, ключевым фактором, без которого Биопоника была бы невозможна, является правильный выбор питательного раствора. Не все питательные вещества подходят для Биопоники, даже если они являются органическими и даже несмотря на то, что они сертифицированы для Биопоники. На самом деле, питательный раствор для биопоники должен быть изготовлен с элементами, полученными из сертифицированных органических источников (в соответствии с правилами, а так же должен пройти сертификацию). Раствор должен быть точным в плане расчета составляющих, нужной (жидкой) консистенции и хорошо растворяющийcя.

рис 49

Питательный биопонный раствор – это сложная комбинация уже растворенных ионов органического происхождения и более крупных органических молекул, которые будут быстро разлагаться (в течение одного-двух дней). Эта комбинация гарантирует постоянный моментальную доступность питания. Этот быстрый процесс разложения активируется и поддерживается за счет введения специального микроорганизма – грибка – в систему. Этот грибок, питающийся углеродной частью органических молекул, высвобождает ионы, связанные с ними, а это именно то, что нужно растению. Наряду с питательным раствором вы так же можете использовать серию органических жидких и хорошо растворимых добавок, различных сахаров, аминокислот, гуматов, и т.д., которые укрепят вкус, аромат, и производительность растения. Несмотря на то, что биопонные питательные растворы очень хорошо растворимы, в них все еще могут оставаться частицы, которые должны быть повержены разложению. И это задача Trichoderma harzianum, легкодоступного и наиболее эффективного микроорганизма для подобных целей. Это грибок чрезвычайно активен и прост в обращении:

  • Он производит высокоэффективные ферменты, которые растворяют органические вещества,
  • Он освобождает минеральные соли, необходимые для жизни растений
  • Он вызывает системную устойчивость к болезням растений, вовлекая в этот процесс их корни
  • Он конкурирует с паразитами и патогенными микроорганизмами, такими как Pythium, Fusarium и т.д.
  • Он любит те же диапазоны рН, которые необходимы для наших растений, между 5,5 и 6,5!

рис 50

Trichoderma harzianum, наряду со многими другими микробами, легко найти в хорошей почве в природных условиях. Если вдруг Ваша почва сухая, бедная или просто истощенная, рекомендуется добавить этих маленьких организмов вместе с вашими удобрениями, чтобы сделать почву богаче и плодороднее. В гидропонную систему, разумеется, вы должны добавить их самостоятельно, и, в зависимости от субстрата, который вы используете, вам придется приспособить среду к их потребностям. Развиваясь и размножаясь, Trichoderma должны жить в чистой, аэрированной теплой, богатой кислородом и постоянно влажной среде! Далеко не все субстраты подходят для этого. Есть три основные категории, обычно используемые в гидропонике: водоудерживающие субстраты, такие как кокосовое волокно или минеральная вата, дренаж (вулканический камень, перлит или глиняная галька) или ... отсутствие субстратов как таковых. При использовании минеральной ваты или кокосового волокна не должно быть никаких проблем: просто добавьте их в ваш микс, они будут жить долго и счастливо и процветать, если они имеют непосредственный доступ к продуктам питания. Глиняные галька, перлит и лавовые породы субстратов не сохраняют достаточно влажности. В этом случае мы смешиваем от 10 до 20% кокосового волокна с галькой перед добавлением их в систему. Trichoderma, проживающая в кокосовом волокне и глиняной гальке, будет сохранять среду хорошо проветриваемой.

рис 51

Аэропоника – это, можно сказать, частный метод гидропоники (беспочвенного выращивания растений). При этом корни растения постоянно находятся в воздушном пространстве (формально в данном случае можно считать воздух – смачиваемым субстратом) и периодически опрыскиваются питательным раствором, либо постоянно находятся в аэрозоли питательного раствора. В качестве распылителей могут применяться либо крупнодисперсные распылители (размер капли от 100 мк и более ), либо мелкодисперсные-форсунки (размер капли до 100 мк). В случае применения ультразвуковых элементов (пьезокерамики, туманообразователей) диаметр капли становится значительно меньше (до 2 мк).