Бессубстратная технология гидропонного выращивания
Автор: Шишкин П.В., Антипова О.В.
Журнал: Овощи России @vegetables
Рубрика: Овощеводство
Статья в выпуске: 3 (36), 2017 года.
Бесплатный доступ
Разработан способ бессубстратного гидропонного выращивания, который обладает рядом преимуществ: обладает высокой технологичностью; обеспечивает снижение капитальных затрат и экономию поливной воды и удобрений за счет отсутствия необходимости в дренаже и инженерных системах, связанных с циркуляцией питательного раствора; обеспечивает снижение эксплуатационных затрат за счет отказа от использования субстрата; устраняет проблему корневых гнилей, типичную для всех известных способов бессубстратной гидропоники, что позволяет успешно выращивать растения с большим объемом корневой системы и длительным периодом вегетации. Работоспособность данного способа выращивания подтверждена многолетними испытаниями. Было показано, что плодовые овощные культуры (в том числе и огурец, корневая система которого особенно чувствительна к кислородному голоданию) прекрасно растут, развиваются и плодоносят в вегетационных лотках данной конструкции.
Защищенный грунт, гидропоника, бессубстратная технология, овощные культуры
Короткий адрес: https://sciup.org/140205245
IDR: 140205245
Текст научной статьи Бессубстратная технология гидропонного выращивания
К огда мы говорим о бессубстратных технологиях выращивания тепличных л р, то подразумеваем, что в данном слае речь идет о таких технологиях, когда расте ия выращиваются на питательных астворах гидропоника) или за счет подачи итательного раствора к корневой системе ет мелкодисперсного распыления в виаэрозоля (аэропоника).
Из сех существующих методов чистой гидропники наибольшее распространение в настоящее время имеет проточная гидропоника – современный вариант так называемой технологии NFT (Nutrient film technique – е ника питательной пленки). NFT является разновидностью гидропонной технологии, при которой очень мелкий поток воды, содержащей все необходимые для роста растения элементы питания в растворенном виде, циркулирует через открытые корни растений в закрытых каналах.
NFT была разработана в середине 1960х годов в Англии доктором Alen Cooper, ученым исследовательской Станции Тепличных Культур в Англии, который опубликовал книгу «The ABC of NFT» (Grower Books, London, UK, 1979, 1844 pps, Reprinted by Casper Press, Narrabeen, Australia), т.е. «Основы технологии NFT».
В соответствии с этими теоретически- ми основами идеальная система NFT должна иметь очень маленькую глубину циркулирующего потока, чуть больше водяной пленки, отсюда и название технологии - «nutrient film», т.е. питательная пленка. Такой подход приводит к тому, что корневая система растений, образующаяся на дне канала (желоба), будет иметь верхний слой, который, хотя и будет влажным, но будет находиться в воздухе. Т.е. нижняя часть корневой системы будет находиться в воде, а через верхнюю ее часть будет обеспечиваться хорошее снабжение кислородом. Для того чтобы такая система функционировала правиль- но, необходимо сочетание правильного уклона каналов, правильной скорости потока питательного раствора и правильной длины каналов. Избыток или недостаток в величине одного из параметров приводит к дисбалансу между другими. Теоретически, NFT-система может обеспечить такой баланс, но на практике добиться его очень непросто (практически невозможно).
В настоящее время проточная гидропоника продолжает достаточно широко применяться при выращивании листовых овощных культур типа салатов и других зеленных культур. При этом рассада зеленных культур может выращиваться как в пластиковых горшочках с торфоперлитовой смесью, так и в так называемых бумажных стаканчиках, и в торфяных кубиках, а сами желоба (каналы), в которых происходит дальнейшее выращивание растений, могут располагаться как стационарно (на стеллажах или в многоярусных системах), так и передвигаться с помощью механических приводов, обеспечивая максимально возможный коэффициент полезного использования площади теплиц.
Но нигде эта технология не получила широкого распространения для выращивания плодовых овощных культур, таких как огурец, томат, перец и т.д. Это связано, во-первых, с разным объемом корневой системы у зеленных и у плодовых овощных культур (понятно, что у последних этот объем намного больше), а во-вторых, с разной продолжительностью выращивания. Проблемы, связанные с недостаточным снабжением корневой системы кислородом, появляющимися вследствие этого корневыми гнилями, накоплением корневых выделений и инфекционных начал в циркулирующем растворе, могут с достаточной степенью надежности контролироваться при коротком вегетационном периоде (порядка одного месяца), но выходят из под контроля при более длительном периоде выращивания. Поэтому на сегодняшний момент большинство коммерческих тепличных культур, таких как томаты, перцы, огурцы, выращиваются с применением малообъемной гидропоники, т.е. с использованием определенного объема какого-либо субстрата, органического или инертного.
Все вышесказанное относится и к такой разновидности проточной гидропоники как технология подтопления (или технология прилива-отлива). Здесь постоянный поток питательного раствора заменен на периодические подтопления горшков, кассет или минераловатных кубиков, расположенных на полу или стеллажах, питательным раствором, что частично решает проблему адекватного снабжения корневой системы водой с питательными элементами и кислородом. Поэтому эта технология также достаточно широко применяется при производстве зеленных культур и овощной и цветочной рассады или горшечных культур. Но опять же, ее использование для выращивания плодовых овощных культур в промышленных масштабах не прижилось из-за технологических сложностей и дороговизны.
Еще одним вариантом так называемой «чистой» гидропоники является выращивание растений на плавающих платформах из полистирола. В голландском варианте технологии рассада растений (опять же – исключительно зеленных культур) выращивается в минераловатных пробках или кубиках и помещается в специальные



Варианты проточной гидропоники

Метод подтопления (прилива-отлива)

Выращивание на плавающих платформах в минеральной вате
отверстия в платформах, которые плавают на поверхности бассейнов с питательным раствором.
Есть итальянская разновидность этой технологии, отличающаяся тем, что у итальянских плавающих платформ вместо отверстий под рассаду сделаны щелевые прорези, имеющие в разрезе коническую форму. В эти щели насыпается мизерное количество вермикулита, поверх которого высеваются семена специфических зеленных культур, которые на Западе называются Бейби Лиф (Baby Leaf) – это рукола, мангольд, мицуна, тацой и т.п. Щелевые платформы позволяют практически полностью отказаться от субстрата (остается только небольшое количество вермикулита) и получить очень высокую плотность посадки – практически сплошное поле зелени.
Все это очень интересно, но применимость этой технологии также ограничена зеленными культурами по все тем же причинам – проблемы со снабжением корневой системы кислородом (здесь воздух приходится подавать в бассейны с плавающими платформами с помощью специальных систем барботации), проблемы

Выращивание на щелевых плавающих платформах

рециркуляции питательных растворов, их обеззараживания, накопления корневых выделений и т.д.
Существуют ли гидропонные системы, которые позволяют выращивать не только зеленные, но и наши основные коммерческие тепличные культуры, такие как огурец, томат и т.п.? Есть и такие разработки.
Например, испанская компания NGS (New Growing System) предложила интересный вариант проточной гидропоники. Он представляет собой желоб или рукав из полиэтиленовой непрозрачной пленки, имеющий несколько уровней. Причем питательный раствор, подающийся на верхний уровень, через отверстия в дне рукавов попадает на нижележащие уровни, создавая как бы каскады миниводопадов из питательного раствора. Перетекая с одного уровня рукава на другой, питательный раствор насыщается кислородом, что создает благоприятные условия для роста и развития корневой системы растений, которая также имеет возможность проникать в разные уровни желоба и наращиваться до значительных объемов.
NGS производит в настоящее время три различных типа многоуровневых рукавов, пригодных для выращивания всех типов культур:
-
1. Многоуровневый желоб 3CP, специально разработанный для листовых овощных культур: салат, шпинат, мангольд, сельдерей, капуста, ароматические растения и т.п.
-
2. Многоуровневый желоб 4CP для тех культур, которые формируют большую корневую систему: томаты, перец, кабачки, баклажаны, огурец и т.п.
-
3. Многоуровневый желоб DUO, специально разработанный для земляники.
Многоуровневый рукав, будучи нежесткой конструкцией сам по себе, требует сочетания с внешним жестким каркасом, который позволит размещать его в любом месте или на любой поверхности. Компания предлагает изготавливать такой каркас из металлической арматуры. Железная арматура широко представлена на рынке, поэтому легко доступна. Стальной каркас обеспечивает системе необходимую жесткость, а также защиту от неожиданных ударов.
Действительно, эта технология позволяет получать приличные урожаи различных культур (не только зеленных, но и томата, и например, земляники), но широкого распространения до сих пор все-таки не получила. Виной тому, является, простите за тавтологию, не очень высокая технологичность этой технологии. Каркасы из металлической арматуры, которые нужно сваривать под каждый ряд растений; пленка (на самом деле, используется очень плотная пленка, скорее клеенка), которую нужно менять через несколько оборотов (причем при замене все переустанавливается и закрепляется вручную с помощью степлеров!); система рециркуляции, связанная с наличием коллекторов, накопительных емкостей, насосов, фильтров, дезинфекционных установок и т.д.
Были попытки предложить что-то более технологичное. Например, в 2001 году в Голландии появился патент на способ бессубстратного гидропонного выращивания растений от компании Peter Van Luijk B.V. Разработчики данного способа предлагали на базовый блок помещать рукав из непрозрачной пленки, внутрь которого помещался капиллярный мат, служащий влагонакопительной прокладкой. При этом минераловатные кубики с

растениями должны вставляться в отверстия верхней части рукава, а питательный раствор к ним подаваться через капельницы. Предусматривались также отверстия для перелива излишков питательного раствора, а в базовом блоке - трубка для подогрева или охлаждения корневой зоны.
В 2003 году появился патент наших белорусских коллег (НИИ овощеводства и ТК «Берестье»), очень напоминающий голландский прототип. Тот же несущий блок (правда, трапециевидной формы), из теплоизоляционного материала, на блоке размещен водонепроницаемый технологический рукав, внутренние части которого, расположенные с обеих боковых сторон блока, образуют емкости для питательного раствора и размещения корневой системы. Через разрез в верхней части рукава в него помещается емкость (кубик) с растением. При этом внутри технологического рукава под емкостью с растением размещена прокладка, выполненная из влагонакопительного материала, а питательный раствор подается в емкость с растением через капельницу.


Peter Van Luijk B.V. (Нидерланды)

Бессубстратное выращивание в многоуровневом рукаве

НИИ овощеводства и ТК «Берестье» (Белоруссия)


Бессубстратная технология выращивания в пленочном рукаве в ТК "Берестье"
Данное устройство сложно в изготовлении, не имеет надежной фиксации емкостей с растениями в технологическом рукаве, не обеспечивает достаточного снабжения коревой системы растений кислородом, не приспособлено для использования в подвешенном состоянии, чего требуют современные технологии выращивания тепличных растений. Этот вариант бессубстратной технологии выращивания был осуществлен в ТК «Берестье» в г.Брест. Но широкого внедрения в производство данный способ выращивания не нашел, опять же, из-за низкой технологичности и не решенных до конца проблем с корневыми гнилями.
Обобщив имеющийся опыт, мы со специалистами из компании «Агротип» решили усовершенствовать эту технологию, сделать ее удобной в применении, надежной, а самое главное, позволяющей в промышленных масштабах выращивать плодовые овощные культуры без использования субстрата.

Рис. 1.
1 – вегетационный лоток, 2 – левый канал вегетационного лотка, 3 – правый канал вегетационного лотка, 4 – влагоудерживающий материал, 5 – крышка вегетационного лотка с отверстиями под емкости (минераловатные кубики) с растениями, 6 – емкость (минераловатный кубик) с растением,
7 – корневая система растения, 8 – капельная линия, 9 – питательный раствор

Рис. 2.
1 – вегетационный лоток, 2 – левый канал вегетационного лотка, 3 – правый канал вегетационного лотка, 4 – влагоудерживающий материал, 5 – светонепроницаемая пленка, 6 – фиксатор,
7 – емкость (минераловатный кубик) с растением, 8 – корневая система растения, 9 – капельная линия, 10 – питательный раствор

Рис. 4.
1 – вегетационный лоток, 2 – левый канал вегетационного лотка, 3 – правый канал вегетационного лотка, 4 – влагоудерживающий материал, 5 – светонепроницаемая пленка, 6 – фиксатор, 7 – разрезы в покровной пленке под установку емкости (минераловатного кубика) с растением, 8 – емкость (минераловатный кубик) с растением, 9 – корневая система растения, 10 – капельная линия, 11 – питательный.
Рис. 3.
1 – вегетационный лоток, 2 – левый канал вегетационного лотка, 3 – правый канал вегетационного лотка, 4 – влагоудерживающий материал, 5 – крышка вегетационного лотка, 6 – отверстие в крышке вегетационного лотка, 7 – емкость (минераловатный кубик) с растением, 8 – корневая система растения, 9 – капельная линия, 10 – питательный раствор.
ОПИСАНИЕ СПОСОБА
Предлагаемый нами способ гидропонного бессубстратного выращивания растений с подачей питательного раствора непосредственно к корневой системе растений с помощью капельных линий отличается тем, что емкости (минераловатные кубики) с растениями размещаются посередине двухканального вегетационного лотка таким образом, что при росте корневой системы растений одна ее половина занимает левый канал вегетационного лотка, а вторая половина – правый его канал. При этом питательный раствор подается в каналы вегетационного лотка поочередно: сначала в один канал (к одной половине корневой системы), а при следующем цикле полива – в другой канал (ко второй половине корневой системы), что позволяет обеспечивать оптимальный водно-воздушный режим для корневой системы растений (всегда 50:50)
Вместо жесткой крышки вегетационный лоток может накрываться светонепроницаемой пленкой, которая удерживается на краях лотка с помощью специальных фиксаторов. Емкости (минераловатные кубики) с растениями устанавливаются в вегетационный лоток через разрезы в покровной пленке, которые делаются в центральной рамке фиксатора, имеющей размер емкости (минераловатного кубика) с растением. Расстояние по вертикали от средней части вегетационного лотка, на которую устанавливается емкость (кубик) с растением, до верха фиксатора на 1,0-1,5 см меньше высоты емкости (кубика), что обеспечивает надежную фиксацию емкости (кубика) с растением в вегетационном лотке. Таким образом, фиксаторы выполняют двойную функцию: фиксируют как покровную пленку, так и емкости (кубики) с растениями. По длине вегетационного лотка фиксаторы могут размещаться с изменяемым шагом, обеспечивая изменение плотности посадки растений.
В изометрическом изображении оба варианта выглядят следующим образом:
Данный способ бессубстратного гидропонного выращивания:
-
• обладает высокой технологичностью (вегетационный лоток устанавливается один раз, не нуждается в замене, ежегодном перемонтаже-переустановке, может устанавливаться как на поверхность грунта, так и на подставках или подвешиваться к конструкциям культивационного сооруже-
- ния, легко моется и дезинфицируется);
-
• обеспечивает снижение капитальных затрат и экономию поливной воды и удобрений за счет отсутствия необходимости в дренаже и инженерных системах, связанных с циркуляцией питательного раствора (возвратные магистрали, накопительные
емкости, насосы, фильтры, дезинфекционные установки);
-
• обеспечивает снижение эксплуатационных затрат за счет отказа от использования субстрата;
-
• устраняет проблему корневых гнилей, типичную для всех известных способов бес-
- субстратной гидропоники, что позволяет успешно выращивать растения с большим объемом корневой системы и длительным периодом вегетации.
Работоспособность данного способа выращивания подтверждена многолетними натурными испытаниями в теплицах (см. фото). Было показано, что плодовые овощные культуры (в том числе и огурец, корневая система которого особенно чувствительна к кислородному голоданию) прекрасно растут, развиваются и плодоносят в вегетационных лотках нашей конструкции.
В 2015 году на экспериментальной базе компании «Агротип» в опытах по выращиванию среднеплодных гибридов партенокар-пического огурца были получены следующие результаты (см. табл.).
Как видно из приведенных данных, урожайность гибрида Тристан, который выращивали бессубстратным способом, оказалась выше средней урожайности всех гибридов, выращенных на субстрате. В «индивидуальном зачете» гибрид Тристан уступил только гибриду Мева, что позволяет констатировать работоспособность и перспективность предлагаемого нами способа бессуб-стратного гидропонного выращивания плодовых овощных растений.
На данный способ и устройство для гидропонного бессубстратного выращивания подана заявка на патент, получена приоритетная справка.
Таблица Урожайность среднеплодных гибридов огурца на светокультуре (2015 год)
№ п/п |
Гибрид |
Площадь грядки, м2 |
Январь |
Февраль |
Март |
Апрель |
Всего |
Малообъемная гидропоника
1 |
Кафкас |
6 |
18,203 |
30,941 |
46,912 |
26,640 |
178,252 |
Урожайность, кг/м2 |
3,0 |
5,2 |
|||||
Пакта |
6 |
24,013 |
31,543 |
||||
Урожайность, кг/м2 |
4,0 |
5,3 |
3,9 |
2,2 |
14,8 |
||
2 |
Святогор |
12 |
17,365 |
49,553 |
50,339 |
31,543 |
148,800 |
Урожайность, кг/м2 |
1,4 |
4,1 |
4,2 |
2,6 |
12,4 |
||
3 |
Мева |
12 |
37,272 |
71,354 |
66,650 |
27,384 |
202,660 |
Урожайность, кг/м2 |
3,1 |
5,9 |
5,6 |
2,3 |
16,9 |
||
Итого валовой сбор, кг |
36 |
529,712 |
|||||
Средняя урожайность, кг/м2 |
14,7 |
||||||
Бессубстратная гидропоника |
|||||||
4 |
Тристан |
12 |
14,384 |
70,844 |
56,380 |
39,190 |
180,798 |
Урожайность, кг/м2 |
1,2 |
5,9 |
4,7 |
3,3 |
15,07 |
Примечание
Все гибриды, включенные в опыт, относятся к группе среднеплодных гибридов. Все они выращивались способом малообъемной гидропоники с применением капельного полива на различных субстратах (минеральная вата и кокосовое волокно различных производителей), за исключением гибрида Тристан, который выращивался бессубстратным способом.
Площадь каждой грядки составляла 12 м2, на каждой грядке располагалось 32 растения. Контролем служила грядка с гибридами Кафкас и Пакта.