«То, в чем корни растут»

При выращивании растений на гидропонике, средой обитания корней становятся различные искусственные субстраты. Субстратом могут быть различные материалы, к которым предъявляются определенные требования, от соблюдения которых зависит успех всего предприятия.

Искусственные субстраты – это инертные вещества, не поставляющие растениям никаких питательных веществ, а только позволяющие корню выполнять свою якорную функцию, то есть функцию закрепления в среде обитания. Элементы питания и вода поступают к растению с питательным раствором, подаваемым в зону обитания корня. Поэтому инертные субстраты для гидропоники должны удовлетворять двум основным условиям: быть химически инертным (т.е. не изменять состав подаваемого питательного раствора) и быть хорошо воздухопроницаемым, чтоб обеспечить хорошую аэрацию корней. Также требованием к субстрату является его водоудерживающая способность, позволяющая растениям длительное время поглощать воду и элементы питания. Они не должны засоляться и должны легко промываться от избытка солей, обладать механической плотностью, иметь определенный гранулометрический состав. Также не последнее место занимает цена субстрата.

Инертным субстратом может служить целый ряд материалов, среди которых наиболее популярны минеральная вата, полиуретан, вермикулит, кокосовое волокно, керамзит, перлит, гравий, песок и другие. Часто также используют смеси из разных материалов.

Одним из самых популярных инертных субстратов является минеральная (каменная) вата. Она проста в использовании, обеспечивает нормальное развитие корневой системы растений и закрепление их в вертикальном положении. Выращивать растения на минеральной вате начали еще в 70-х годах прошлого века в Дании. С тех пор она приобрела большую популярность по всему миру. Низкая цена минеральной ваты делает ее основным субстратом в коммерческой гидропонике.

Производят минеральную вату из базальтовых или других сходных по природе пород. При температуре около 1500оС эти породы расплавляют и превращают в волокна, которые затем комбинируют с другими компонентами для склеивания волокон и производства плит.

Поскольку в процессе производства добавляют известковые материалы, субстрат на начальной стадии использования обладает щелочной реакцией. Поэтому иногда есть необходимость промыть минеральную вату водой (особенно для выращивания сеянцев), доведя рН раствора при насыщении до отметки 5,2-5,5. При рН раствора ниже 4,8 наблюдается не только угнетение роста корневой системы растений, но и разрушение структуры и сокращение срока эксплуатации самого субстрата.

Минеральную вату в зависимости от свойств и характеристик можно использовать до 3 лет с обязательной стерилизацией или сменой культуры после года эксплуатации. Минеральная вата разных производителей разнится по плотности и расположению волокон, что в свою очередь, оказывает влияние на влагоемкость, воздухоемкость и долговечность субстрата.

Минвата вызывает раздражение кожных покровов, поэтому при работе с ней следует придерживаться определенных правил. Кроме того, минеральную вату сложно утилизировать: поскольку она не поддается биологическому разложению, ее нельзя использовать на полях.

Керамзит изготавливают путем грануляции глины с последующим обжиганием гранул (окатышей) в печи. Повышение температуры до 1200оС приводит к расширению глины, в результате чего она подобно попкорну увеличивается в объеме и становится пористой. Пористость керамзита позволяет поставлять растениям воду и элементы питания по капиллярам.

Производится керамзит с разным размером и поверхностью гранул. Это один из первых субстратов, используемых при выращивании культур в защищенном грунте. Основным преимуществом, по утверждению производителей, является его экологичность, возможность очистки, в результате срок эксплуатации может достигать 5 лет при условии ежегодной стерилизации. Хотя, на практике замечено, что мелкие корешки растений способны прорастать внутри пор керамзита, и извлечь их оттуда практически невозможно.

Керамзит хорошо удерживает растения, способствует нормальному развитию корней, хорошо удерживает влагу и улучшает вентиляцию корней. С химической точки зрения это инертный субстрат, имеющий нейтральный рН, не имеющий никакой питательной ценности.

К недостаткам керамзита можно отнести то, что он практически не поглощает воду, поэтому не может быть использован в нереверсивных системах. Однако, в реверсивных системах, где питательный раствор постоянно проходит через корни, керамзит является хорошим выбором.

Керамзит часто используют в качестве субстрата при малообъемном выращивании овощных культур с применением капельного полива.

Перлит – это стекловидная вулканическая порода, измельченная и обработанная при высокой температуре. При нагревании этих минералов до температуры 850-1000ОС, происходит вспучивание, в результате получают высокопористый легкий материал светлого цвета. При этом объем минерала увеличивается в 10-15 раз.

К недостаткам перлита относится его слабая способность удерживать растения. Его легкость не позволяет использовать в активных гидропонных системах, где присутствует ток воды.

Он может быть использован для улучшения почвенной смеси и в смеси с торфом для выращивания рассады. Самостоятельно или в смеси с вермикулитом перлит используют для укоренения цветочных, декоративных и других культур. Также перлит используют для посева растений, которые предназначены для выращивания на гидропонике.

Со временем перлит уменьшает свою способность удерживать воду, поэтому его следует заменить на новый.

Вермикулит – субстрат, произведенный из слюды путем измельчения и тепловой обработки. Под действием высокой температуры (до 1000оС) порода вспучивается с увеличением объема в 15-20 раз.

По сравнению с перлитом, вермикулит удерживает больше влаги и меньше воздуха, а также имеет лучшую капиллярность.

Вермикулит используется преимущественно как добавка к другим субстратам для увеличения их буферной способности и улучшения физических свойств: придает субстрату рыхлость, удерживает большое количество влаги. Также он находит применение для прикрытия семян при выращивании на минеральной вате, для зеленого черенкования.  В чистом виде, как правило, не используется, поскольку обладает способность удерживать катионы питательного раствора, что может приводить к изменению его состава.

Кокосовое волокно – измельченные волокна скорлупы кокосового ореха, спрессованные под давлением в блоки. К его преимуществам относят высокую влагоемкость и воздухопроницаемость, высокую буфферность, близкое к оптимальному рН, а также возможность неоднократного использования. Также кокосовое волокно считается безбактериальным субстратом, что помогает предотвратить развитие болезней и поражение вредителями.

Однако, перед началом работы с этим субстратом, необходимо провести анализ на содержание хлора, калия и натрия. При их избытке, необходимо промыть кокосовый субстрат водой, и только после этого использовать. Его высокая водоудерживающая способность может привести к затоплению корней.

Кокосовый субстрат может использоваться как сам, так и в сочетании с другими составляющими, например, с агроперлитом или вермикулитом, регулирующими влагоудерживающую способность субстрата.

После использования, кокосовый субстрат может быть легко утилизирован внесением на поля в качестве органического удобрения.

Щебень (гранитный), гравий других пород (кроме известковых) являются наиболее долговечными субстратами для гидропонных теплиц. Представляют собой мелкие камешки, имеющие очень низкую водоудерживающую способность. Их влагоемкость зависит от размера частиц: чем они мельче, тем больше общая поверхность частиц в единице объема, тем после увлажнения больше питательного раствора задерживается в субстрате. В идеале диаметр частиц должен составлять 2-6 мм, но на практике используют и более крупные фракции (до 30 мм).

При использовании гравия из известковых материалов обладает сильной способностью связывать и переводить в недоступное состояние фосфор питательного раствора. Поэтому его предварительно рекомендуется подвергнуть процедуре зафосфачивания (насыщения фосфором) во избежание взаимодействия с питательным раствором.

Гравий может быть использован только в динамических гидропонных установках, в статических же его применение может приводить к высыханию растений. Это недорогой субстрат, легок в использовании и очистке, может использоваться повторно.

Песок (кварцевый, речной) также часто является субстратом в тепличном хозяйстве. Песок инертен, является недорогим субстратом, легко доступным.

Недостатком его является очень низкий воздухообмен при насыщении влагой. Наряду с гравием, щебнем и цеолитом, является т.н. «холодным» субстратам. Низкая капиллярность песка делает его непригодным для выращивания растений до фазы плодоношения. Однако, песок является идеальным субстратом для посева очень мелких семян.

При всем разнообразии субстратов для гидропоники, выбор должен базироваться на определенных критериях. К ним следует отнести (согласно Tyler Baras и Chris Higgins):

1.       Применяемая технология

То, что хорошо для одного фермера, совершенно не обязательно будет так же хорошо для другого. Каждый субстрат имеет свои характеристики, обусловливающие особенности его использования. Важно принять во внимание строение гидропонной системы, условия ее работы и обслуживания. Например, субстраты с высокой водоудерживающей способность (к примеру, минеральная вата) идеально подходят для условий, когда раствор подается не постоянно. Также нужно учитывать, что на разных стадиях развития растения нуждаются в различных субстратах, то есть семена как правило требуют иного субстрата, нежели выращивание растений до стадии созревания.

2.       Условия работы с субстратом

Необходимо понять, как принятый в хозяйстве процесс выращивания, сбора урожая и его реализации соотносится с выбранным субстратом. Важно знать, каковы особенности обращения с субстратом. Например, он может раскрошиться или развалиться, что может не только оказать негативное влияние на орошение и затруднить ток воды, но также уменьшить срок эксплуатации субстрата. Уплотнение субстрата часто приводит к изменениям его водоудерживающей способности, что может стать причиной образования анаэробных зон или проблем с током питательного раствора.

Также субстрат должен подходить к используемой системе автоматизации. Если в хозяйстве используется автоматизация при посадке и уборке урожая, при выборе субстрата это должно быть учтено, поскольку характеристики субстрата могут ограничить функции автоматизации.

Еще один важный момент – «жизненный цикл» субстрата. Если субстрат не подлежит повторному использованию, возникает как вопрос новых затрат, так и вопрос утилизации использованного субстрата. Если это субстрат многоразового использования, то как изменяются его характеристики со временем. И в любом случае вопрос утилизации субстрата встанет перед вами рано или поздно.

3.       Выбранная гидропонная система

Например, вертикальная гидропоника имеет уникальные требования к субстрату: элементом риска является уплотнение, поэтому в этом случае необходим субстрат с хорошей структурой (важный показатель – предел прочности) и аэрацией.

4.       Дополнительные расходы

Выбирая недорогой субстрат, важно иметь ввиду, что затраты на его обслуживание могут покрыть и перекрыть экономию (например, дополнительные затраты труда, особенные требования для процесса прорастания и др.). Примером также может быть стерилизация: в зависимости от происхождения и источника получения субстрата, может потребоваться его стерилизация либо перед использованием, либо после каждого цикла выращивания. А это, в свою очередь, повлияет на затраты (труда и средство), процесс выращивания и сроки выполнения работ в хозяйстве.

5.       Взвешенное решение

После ответа на предыдущие четыре вопроса, необходимо принять комплексное решение. Частой ошибкой является фокусирование на одном факторе (органическая сертификация, цена, размер и др.). Правильным будет взвесить ряд факторов, среди которых стратегии полива, сертификация, условия прорастания, автоматизация, размер растений и цена продукции.

И необходимо помнить, что даже самый лучший (читай: дорогой) субстрат является только предпосылкой успеха, невозможного без разумного менеджмента.

Ирина Логинова
кандидат сельскохозяйственных наук

Читайте нас у Telegram