Выращивание растений без почвы. Гидропоника

В последние годы в нашей стране и за рубежом в условиях защищенного и открытого грунта получил распространение способ выращивания растений (овощей, цветов и зеленых кормов) на водных питательных растворах. Культивирование растений в теплицах на питательных растворах (без почвы) называется гидропоникой.

Выращивая растения в условиях защищенного грунта на заменителях почвы при достаточном по интенсивности и спектральному составу света освещении и снабжении углекислым газом, можно создать наилучшие условия для произрастания. В качестве искусственной среды для выращивания растений применяют гранитный щебень, гравий, керамзит, перлит и др. Удельная поверхность у заменителей почвы очень мала, поэтому емкости поглощения у них почти нет.

В нашей стране производственное выращивание овощей на питательных средах с инертным твердым субстратом организовано в Ленинградской, Московской, Киевской областях, в Крыму и др. На Киевской овощной фабрике построены гравийные теплицы корытного типа. С помощью автоматического устройства питательный раствор по системе труб из резервуара (20 м³) подают в субстрат. Раствор поступает в корыто снизу и после увлажнения искусственной среды стекает снова в резервуар.

Наполнение секций теплицы раствором и его стекание в резервуар происходит в течение 30-40 мин.

Среда для выращивания растений в искусственных условиях без почвы должна отвечать следующим требованиям: иметь малую емкость поглощения и непрерывно снабжать корни водой и растворенными в ней питательными веществами, быть твердой опорой для поддержания растений в вертикальном положении, содержать достаточное количество кислорода для нормального дыхания корневой системы при полном насыщении водой.

Приведем для сравнения соотношение твердой, жидкой и воздушной фаз в разных средах (по Б. С. Мошкову). В супесчаной почве твердая фаза составляет около 50%, вода — 35, воздух — 15%, в кварцевом песке — соответственно 60, 38 и 2%, в мелком гравии — 60, 10 и 30%. В раздробленном керамзите на твердую фазу приходится лишь 20%, на воду — 25, на воздух — 50-55%. Керамзит — очень ценный субстрат для выращивания растений. Он является хорошей опорой для растения, корневая система легко проникает в него.

Уровень питательного раствора поддерживают на 3-4 см ниже поверхности субстрата. При поступлении питательных растворов в корыто методом затопления поверхность субстрата должна оставаться сухой, что исключает появление на ней водорослей и плесени. Подача раствора указанным методом снижает потерю воды на испарение и обеспечивает постоянную его концентрацию. При поступлении питательных растворов снизу вверх происходит временное (на 10-15 мин) вытеснение воздуха, содержащегося в порах субстрата, но при стекании раствора все пространство между частицами субстрата снова заполняется воздухом. Питательный раствор образует вокруг частиц субстрата водные пленки — чехлы, в которых растворены минеральные вещества. Достаточное количество воздуха и питательных веществ в зоне корневой системы обеспечивает быстрое их поступление и усвоение растениями.

Частота подкормок зависит от величины частиц инертного субстрата, времени года, погоды и фаз развития растений. На Киевской овощной фабрике в период высадки рассады раствор подают дважды в день. По мере роста культур число подач раствора возрастает до 4-5 раз с интервалом 3-4 ч. Питательные растворы при такой системе подачи используются 7-8 дней, затем периодически (раз в неделю) проводят полный химический анализ раствора и следят, чтобы его состав соответствовал рецепту. Обычно полностью заменяют раствор раз в месяц. Чтобы избежать засоления субстрата, его перед подачей нового раствора промывают чистой водой.

Рецептов питательных растворов для выращивания растений без почвы много. Большинство из них составлены из чистых химических препаратов. В. А. Чесноков и Е. Н. Базьтрина предложили следующую рецептуру для выращивания огурца и томата без почвы:

На Киевской овощной фабрике для выращивания томатов успешно используют растворы, приведенные в таблице 22.

Микроэлементы добавляют из расчета (г на 1000 л воды): хлорид железа—6, борная кислота—1,5, сульфат марганца—0,5, сульфат меди—0,1, сульфат цинка—0,1, нитрат кобальта—0,1. Для этих растворов широко используют технические соли.

Опыты показали, что состав питательных смесей нужно изменять в зависимости от фазы роста и развития растений и от времени выращивания (зимне-весенний или осенне-зимний период).

После образования на растении огурца одного-двух настоящих листьев формирование листового аппарата значительно усиливается. В это время особенно важно наличие в питательном растворе азота. Перед цветением увеличивается потребность растений огурца в азотно-калийном питании. Установлено, что при обильном плодоношении листья нижних ярусов значительно быстрее стареют, если в растворе преобладает аммиачная форма азота. Для обеспечения более длительного плодоношения в питательный раствор на одну часть аммонийного азота нужно включать две и более части нитратного.

При осенне-зимнем выращивании томата рекомендуется уменьшать содержание аммонийного азота в растворах и увеличивать количество сульфата магния и сульфата калия. Опыты с использованием растворов, содержащих различное количество и имеющих разное соотношение аммонийного и нитратного азота, показали, что наибольший урожай томата в осенне-зимний период получают при использовании раствора, в котором было больше нитратного азота.

В процессе использования растворов нужно следить за изменением pH, который необходимо поддерживать на уровне 6,2-6,4.

При использовании питательных растворов с повышенным содержанием аммонийного азота (до 80-100 мг в 1 л) целесообразно вносить в питательный раствор глутаминовую кислоту (3 г на 1000 л). По данным Е. А. Непиковой, введение на Киевской овощной фабрике в питательный раствор глутамата предотвращает отравление растений аммиаком, повышает урожайность томата (на 20%), улучшает качество плодов (снижается кислотность, повышается содержание витамина С, увеличивается отношение сахара к кислоте).

При выращивании растений в теплицах стараются создать определенный микроклимат. Томат выращивают при температуре воздуха 18-20°С в солнечные дни и 16-18°С в облачные, ночью 14-16°С. В период цветения ее повышают на 2-4°С; при созревании плодов температуру поддерживают на уровне 26-28°С и относительную влажность воздуха 60-70%. Югурец выращивают при относительной влажности воздуха 80-90%, температуре днем 22-24°С, ночью 20-22°С, температура питательного субстрата должна быть 25-26°С.

Опыты Б, С. Мошкова показали, что фотосинтез у растений томата (очевидно, и у других растений) происходит почти на одинаковом уровне при слабом освещении и высокой температуре и при сильном освещении и пониженной температуре воздуха.

Для выращивания больших урожаев овощей в теплицах содержание углекислого газа в воздухе должно быть 0,3-0,5%. Определение количества СО₂ в воздухе гидропонных теплиц показало, что днем оно часто снижается до 0,01%. В этом случае его добавляют из специальных баллонов.

Выращивание растений без почвы — перспективный метод. Он обеспечивает более раннее созревание овощей, повышение урожайности и снижение себестоимости продукции, так как исключаются затраты на заготовку почвы, очистку теплиц, полив, рыхление.

При гидропонном способе выращивания растений метаболизм корневой системы усиливается за счет дифференцированного питания в течение вегетационного периода и создания необходимого воздушного режима (концентрация СО₂, температура) и освещения.

В Институте физиологии растений имени К. А. Тимирязева АН СССР разрабатывается способ выращивания растений без жидкой среды — аэропоника. Растения в этом случае закрепляют на специальной установке, в которой корневая система через каждые 10 мин в течение 5-7 с автоматически опрыскивается питательным раствором. При таком способе выращивания томата ускоряется развитие растений и повышается их продуктивность.