Закритий ґрунт – життя під контролем

В умовах закритого ґрунту всі фактори, що впливають на ріст та розвиток рослин є абсолютно контрольованими. Для кожного виду рослин підібрано оптимальні параметри мікроклімату і алгоритм дій у різних ситуаціях. Відповідно, і урожай можна зібрати максимально можливий. Проте рослина – це живий організм. Ось чому різні комбінації контрольованих факторів по-різному впливають на її ріст і розвиток.

У цій статті спробуємо розібратися, які фактори безпосередньо впливають на ріст і розвиток рослин у закритому ґрунті, яким чином їх можна контролювати і чого цей контроль коштуватиме виробникам? Мова йтиме про основні елементи ефективного використання поживного розчину. Це – вода, субстрат і, безумовно, рослина як споживач поживного розчину. Саме ці об’єкти закритого ґрунту дозволяють контролювати параметри живлення. Звісно, потрібен контроль і за поживним розчином, проте складові механізми для його приготування зазвичай обладнанні необхідними датчиками.
Розпочнемо із води. Від її хімічного складу безпосередньо залежить якість поживного розчину. Якщо використовують фільтровану воду, то в такому випадку пожива для рослин створюється з «чистого листа». Контроль за чистотою такої води потрібен, але його періодичність буде значно меншою, ніж для нефільтрованої. Перевірка фільтрованої води необхідна лише для встановлення строку експлуатації фільтрів.
Якщо для приготування поживного розчину використовують воду без попередньої підготовки, то вона має відповідати певним параметрам. Елементи живлення, що входять до її складу, враховують при розрахунках кількості добрив. При використанні водопровідної води, зазвичай, враховують вміст кальцію і магнію у воді, хоча інколи вона має підвищений вміст заліза або хлору.
Для хімічного аналізу воду можна здавати в лабораторію або ж проводити його безпосередньо в місці дислокації теплиць. Для цієї мети можна використовувати спектрофотометр DR 3900. Чому саме цей прилад? В пам’ять цього пристрою записано понад двісті різноманітних методик для аналізу воду. Це означає, що користувачеві достатньо вибрати метод визначення певного елемента чи сполуки і виконувати чітко зазначену програму дій. Реактиви для виконання аналізу води на цьому приладі можна додаткового закупити. Для прикладу: в перерахунку на 1 зразок вартість визначення нітратного азоту становитиме 19 грн, для заліза – 11 грн. На спектрофотометрі можна виконувати й інші фотометричні методики для субстрату або рослинного матеріалу.
Одним із найважливіших показників придатності поживного розчину для використання є його кислотність (рН). Встановити цей показник можна за допомогою рН-метра. На ринку їх дуже багато. Ціна буде залежати від фірми-виробника, якості матеріалів для побудови пристрою, строку експлуатації та ін. Ключовою вимогою до використання рН-метра є наявність буферних розчинів із встановленою кислотністю. Їх можна купити в готовому вигляді (за ціною близько 200-300 грн) або приготувати самостійно із фіксаналів за інструкцією (що буде коштувати близько 100 грн).

Купівля приладу не потребує сильних знань!
Ціну за виробництвом прочитай:
Як дороге – то США або Тайвань!
Якщо дешеве – 100 відсотків то Китай!

Чому ж так важливо контролювати рН розчину? Ефективність використання елементів живлення безпосередньо залежить від цього показника. Так, для кращої дії більшості хелатів рН має становити 5-6. Такі ж умови є оптимальними для використання засобів захисту рослин у закритому ґрунті.
В більшості випадків вода має нейтральну або слабколужну реакцію за рахунок бікарбонатів HCO3–. Доцільним в такому випадку буде застосувати ортофосфорну або азотну кислоту для їх нейтралізації. Кількість кислоти, яку необхідно додати для створення поживного розчину, повинна бути такою, щоб рН опустився до величини 5,5. Для встановлення концентрації бікарбонатів у розчині проводять лабораторний аналіз.
Для того щоб контролювати умови живлення рослин через субстрат, бажано знати такі його характеристики: вміст солей, електропровідність, рН, вологість, температура.
Мінералізація субстрату (мг/л = ppm) – загальна кількість розчинених часток. У Європі цей показник прийнято називати Total Dissolved Solids (TDS). У субстраті поступово накопичуються солі з мінеральних добрив, тобто відбувається його засолення. Інтенсивність цього процесу залежить від концентрації поживного розчину, розміру структурних частинок субстрату, мікроклімату теплиць. Для вирощування рослин без ґрунту використовують розчини із загальною концентрацією солей від 1 до 3 г/л. Дослідження показали, що огірок краще росте і плодоносить при концентрації 1,6, а помідор – при 2,2 г/л.
Вимірювання вмісту розчинених солей можна за допомогою приладів, які називаються солеміри або TDS-метри. Ціни на них залежить від тих факторів, що й для рН-метрів. Ключова вимога – наявність стандартних розчинів з відомою концентрацією солей. Їх можна купити або приготувати самостійно.
Для уникнення засолення субстрату потрібно проводити його промивку під час заміни розчину, щорічно дезінфікувати формаліном з наступною промивкою водою.
На сьогодні в практиці тепличного рослинництва оперують показником електропровідності (ЕС) робочого і ґрунтового розчину. ЕС вимірюється в мілісіменсах на 1 см (mSm/см, мСм/см). Показник ЕС можна вирахувати за формулою:

ЕС (мкСм/см) = TDS (мг/л) / 0,65

0,65 – це теоретично вирахуваний поправочний коефіцієнт, величина якого може коливатися від 0,55 до 0,75 залежно від типу води.

EC вказує на концентрацію розчинених солей. По мірі використання поживних елементів із розчину величина ЕС буде зменшуватись. В результаті випаровування і транспірації води ЕС розчину буде зростати. Якщо електропровідність розчину зростає, вона може бути знижена додаванням чистої води, наприклад, води, очищеної методом зворотного осмосу. Якщо ЕС зменшується, її можна підвищити, додаванням невеликої порції маточного поживного розчину. Головним є дотримання чітких меж цього показника для певної культури, що безпосередньо впливатиме на формування врожаю.
Визначення ЕС субстрату, як і поживного розчину, можна здійснювати за перерахунком з показників TDS-метра або придбати кондуктометр. Різниця в ціновій політиці залежить від тих факторів, що й для попередніх приладів. Ключова вимога – наявність стандартних розчинів з відомим показником ЕС. Коштують вони близько 150 грн за 50 мл. Стандартні розчини потрібні або для перевірки роботи прилада, або для його калібровки (має проводитися не менш, ніж 1 раз в місяць).
рН субстрату. Через нерівномірне використання аніонів і катіонів із поживного розчину може виникати ефект підкислення або підлужнення. У водному розчині солі дисоціюють, тобто розпадаються на іони. Без участі рослин цей процес продовжувався б до динамічної рівноваги. Наприклад: після дисоціації сульфату амонію рослини швидше використовують катіон амонію, а аніон сірчаної кислоти підкислює розчин.
Оптимальне рН для рослин становить 5,5 – 6,5. Встановлено, що за рН 4-5 ріст пригнічується через погіршення поглинання катіонів кальцію, калію та магнію. В лужному середовищі фосфор, кальцій, марганець, залізо, цинк і бор випадають в осад у формі фосфорнокислих і вуглекислих з’єднань, що є малодоступними для рослини. Для регулювання рН>6 фосфорну сіль у робочому розчині змінюють на ортофосфорну кислоту. Низький показник рН<5 є можливим при використанні амонійних добрив. В такому випадку рН робочого розчину підвищують до 6, а вміст амонію знижують до 10 мг/л. За високих значень рН збільшують дозу амонію до 20 мг/л, а заліза – до 2,5 мг/л розчину.
Від вологості субстрату залежить ріст і розвиток культур, а також коефіцієнти використання елементів живлення із добрив. Так, огірки добре розвиваються при вологості в кореневмісному шарі субстрату не нижче 80% найменшої вологоємності протягом усього вегетаційного періоду. Вологість субстрату безпосередньо залежить і від способу подачі води. При дощуванні подається вся норма поливу і коливання між вологістю до і після зволоження ґрунту сягають 30-40% НВ. При краплинному зрошенні вода надходить протягом тривалого часу, при чому майже із її споживанням, без періодів перезволоження. Краплинний спосіб зменшує амплітуду коливання вологості до 15-20% НВ. А це економія води і добрив, а також зменшення ризику ураження грибковими захворюваннями.
Для контролю за вологістю субстрату доцільно використовувати вологоміри. Обов’язково потрібно проводити перевірку цього приладу перед використанням. Дуже часто в програму вологоміра заведені коефіцієнти для певних типів ґрунтів, які можуть не підходити для субстратів у теплицях.
Крім вологи, доцільно контролювати температуру прикореневого шару за допомогою термометрів. У більшості теплиць, побудованих для вирощування ранньої продукції, запроваджена система підігріву ґрунту. Низька температура субстрату (<8°С) блокує надходження азоту і калію в рослини. При 10-13°С у зоні кореневої системи гальмується надходження фосфору, кальцію і магнію в рослини. З іншого боку, високі нічні температури (>21°С) збільшують надходження кальцію і натрію в листках, але зменшують рівень фосфору.
Пригнічення росту кореневої системи при низькій температурі, яке супроводжується симптомами дефіциту вищезазначених елементів живлення, може бути легко виправлене при підвищенні температури кореневмісної зони без будь-яких змін поживного розчину. Ось чому для гідропоніки рекомендовано підігрівати поживний розчин, але температура не повинна бути більшою, ніж 35°C.
Контроль за вищеперерахованими показниками можна вести за допомогою більш сучасних засобів. В таблиці поряд зі стандартними пристроями наведено сенсори і установки, що здатні за допомогою Wi-Fi технології передавати дані на комп’ютер. Більше того, вони здатні передавати показники за допомогою SMS або відправляти дані на e-mail, що дозволяє керувати умовами живлення 24 години на добу. Проте вартість таких технологій також є вищою, ніж закупка звичайного рН-метра або термометра.
Контролюючи вищеперераховані умови, необхідно змінювати поживний розчин у ході вегетації культури. Але про необхідність суттєвої корекції живлення нам може «сказати» лише рослина. Внесення рекомендованих макро- і мікроелементів для конкретного виду рослин у певні фази росту і розвитку із врахуванням мікроклімату теплиці не є гарантією отримання максимального врожаю. Виникає питання: яким чином встановити потребу в елементах живлення? Відповідь на це питання може дати діагностика рослини.
Для візуальної діагностики існує багато визначників у літературі, в інтернеті і навіть android-додатків на смартфон, більшість з яких можна безкоштовно скачати із PlayMarket. Додатки із лінійки DiNut коштують 300 грн. Така програма як Yara CheckIT допоможе не лише встановити нестачу елементів живлення, а підібрати добриво для вирішення конкретної проблеми. Проте дані візуальної діагностики не можливо використати для встановлення норм добрив. Якщо на рослині проявилися ознаки нестачі елементів живлення, то це говорить про невідворотні зміни у рослинному організмі. Відповідно, максимально можливу продуктивність культури втрачено.
Візуальний прояв нестачі елементів живлення може мати подібні ознаки з надлишком. Симптоми нестачі можуть бути схожими між собою. Хлороз листків може зумовлюватися вірусними захворюваннями або ж низькою температурою субстрату і поживного розчину. А це означає, що точність результатів візуальної діагностики є досить примарною.
У літературі минулих років вказується, що в умовах закритого ґрунту рослина може відчувати не лише нестачу, а й надлишок елементів живлення. Сьогоднішня цінова політика на ринку мінеральних добрив, а особливо тих, які придатні для використання у теплицях, говорить про неможливість і недопустимість надлишку елементів живлення для рослин. Це означає, що потрібно «запитувати» у самої рослини, чого їй бракує для максимальної віддачі плодів?
Відповідь на це питання частково може дати хімічна діагностика. Вона є більш точною, ніж візуальна. Суть її полягає у відборі певної частини рослин і подальшого хімічного аналізу, який встановить необхідність у внесенні мікродобрив. Існують експрес-лабораторії для визначення основних елементів живлення на свіжих зрізах. Основа перевага – швидкість проведення діагностики. Проте вони дають лише орієнтовний ступінь забезпеченості для елементів живлення, за яким важко встановити конкретну потребу в добривах.

А до рослинок тягнеться рука…
«Чи Ви голодні?» – хочеш запитати…
«Азоту хочу!» – чуть від огірка!
«Ми хочем калію!» – промовили томати!

Хімічна діагностика в лабораторії потребує значних коштів і втрат часу від відбору зразків до прийняття конкретних рішень (5–15 днів залежно від набору необхідних показників). Тобто про оперативність внесення добрив мова не йде. Крім того, рівні забезпечення елементів живлення розроблено під конкретну культуру, але вони не враховують особливості гібридів або сортів, характеристик субстрату, мікроклімату теплиць та ін. Ще одним «мінусом» цього виду діагностики є висока вартість хімічних аналізів. Її доцільно використовувати у наукових цілях, а не виробничих.
Однією з найбільш об’єктивних діагностик є функціональна листова. Вона базується на зміні фотохімічної активності хлоропластів середньої проби листків діагностованих рослин без додавання елементу, а потім із його додаванням. Підвищення фотохімічної активності суспензії хлоропластів, порівняно з контролем (без додавання елементів), вказує на дефіцит елемента, зниження – на надлишок. Поряд із діагностикою живлення метод дозволяє своєчасно встановити наявність стресового стану рослин до появи зовнішніх ознак, за змінами фізіолого-біохімічних процесів.
На ринку представлено декілька позицій функціональних діагностик. Серед них виділимо «Агровектор ПФ-014» і «Экотест-2020». Обидві мають у своїх наборах весь необхідний інвентар для визначення потреби рослин у 14 елементах живлення і використовують сучасне програмне забезпечення. Є і одна суттєва відмінність: фотометр лабораторії «Агровектор ПФ-014» запрограмовано на виконання певного алгоритму дій. Тому використовувати його в інших цілях майже неможливо. Для порівняння фотометр із функціональної діагностики «Экотест-2020» може використовуватися для аналізу і субстрату, і води за будь-якими методиками, що засновані на фотометрії.
Науковцями отримано результати застосування діагностики в умовах закритого ґрунту. За допомогою лабораторії «Агровектор ПФ-014» встановлено, що порушення мінерального живлення огірка така діагностика виявляла на три-чотири доби раніше, ніж з’являлися візуальні ознаки. Як бачимо на рисунку, проведення функціональної діагностики живлення огірка виявило нестачу калію, фосфору, магнію, мангану. Внесення монофосфату калію повністю знімало дефіцит фосфору і калію на рослинах.

Виникає логічне запитання: навіщо для умов закритого ґрунту визначення 14 елементів живлення? Так, дійсно, певні елементи живлення (кобальт і йод) не мають суттєвого впливу на урожайність культур, але їх відсутність у продуктах харчування «сприяють» розвитку хвороб людини. Це означає, що для покращення біохімічних властивостей продукції, їх бажано включати до поживного розчину.
Перевагою функціональної діагностики є швидкість отримання результатів і, відповідно, корекція поживного розчину на конкретному етапі росту і розвитку рослин. Для виконання аналізу 1 зразка потрібно 30–40 хв. Потім спеціальна програма будує графік і виконує розрахунки. Особливих навиків персоналу для виконання аналізів не потрібно. Переносні лабораторії потребують одноразового вливання коштів (близько 50 тис. грн.), проте підвищення продуктивності с-г. культур може швидко її окупити.
Корекцію живлення за результатами функціональної діагностики направлена на досягнення максимальної продуктивності рослин. Проте специфіка мікроклімату і субстрату, постійна хімічні реакції між компонентами розчину може змінювати ефективність додавання того чи іншого елемента. Тому відбирати зразки потрібно якомога частіше, щоб мати повне уявлення про потреби рослин у конкретний період росту.
Серед перспективних напрямків діагностики живлення рослин у теплицях є використання сенсорів. Наприклад: для встановлення азотного живлення вже давно використовується N-тестер (розробка Yara). Компанія не зупинилася на досягнутому і розробила android-додаток Yara ImageIT, за допомогою якого можна визначити нестачу азоту за допомогою камери смартфона. Проте така можливість існує для озимих пшениці та ріпаку і лише у деяких країнах Європейського континенту. Для умов України додаток знаходиться у стані розробки.
За допомогою цифрових знімків досліджувалися не лише елементи живлення, а й хвороби. Зокрема, спектральний аналіз сприяв виявленню листків троянд, що вражалися борошнистою росою. Такого роду досліди означають поступальний рух до сенсорної діагностики стану рослин. За таким розробками майбутнє і закритого, і відкритого ґрунту.
Поради для відбору зразків. Для об’єктивного контролю умов живлення необхідним є постійний моніторинг поливної води, робочого розчину, субстрату і рослин. Повний агрохімічний аналіз проводять кожні 3-4 тижні, в період інтенсивного росту – кожні 2 тижні, показники рН і ЕС – 2-3 раза в тиждень. При вирощуванні культур у ґрунті зразки для аналізів необхідно відбирати не менше, ніж раз на місяць. При вирощуванні на органічних та штучних субстратах зразки необхідно відбирати кожних 2 тижні. У більшості випадків зразки ґрунту аналізують у централізованих лабораторіях.
Варто пам’ятати: для того щоб отримати достовірні результати лабораторного дослідження потрібно правильно відібрати зразки для аналізу. Для прикладу візьмемо температурний режим у теплиці. Температура може суттєво коливатися на різних ділянках теплиці. Відповідно, по-різному рослини використовують поживні речовини і матимуть відмінності у фізіологічному розвитку. Тому для відображення об’єктивної цілісної картини при відборі зразків рослини або субстрату потрібно враховувати ці нюанси.
На перспективу. Прогрес не стоїть на місці. Теплиці, що вже використовують іноземні фірми, мають у своєму функціоналі й телефонне, і голосове управління. Вже зараз бажаючі споживати свою зимню продукцію мають змогу купити «домашню тепличку» за 375 у.о. Її управління повністю базується на додатку зі смартфона. Весь мікроклімат контролюється власником. Для забезпечення роботи достатньо вчасно відповідати на запитання додатку. Наприклад: «Ви вже бачите появу плодів?» – «Так». І додаток самостійно обере мікроклімат і режим живлення.

Лежать в крамницях овочі з теплиці –
Це світових аграріїв здобутки!
А в мене у очах від цін іскриться –
Із овочів удома лиш «закрутки»!

Враховуючи кліматичні умови України та сучасні тенденції до зростання цін на ЖКХ, діяльність великих тепличних комбінатів може бути невигідною. Якщо до цього додати низьку закупівельну спроможність пересічного громадянина, то потреба в дорогих зимових овочах може відпасти. І використання таких маленьких фітотронів у кожному домі може стати реальністю.

Олексій Тарасенко