Наиболее распространенные субстраты

    Для эффективного управления ростом и развитием растений, получения высоких урожаев субстраты должны быть: долговечными, безопасными для окружающей среды при изготовлении, применении и утилизации, пригодными для пропаривания (стерилизации), инертными, с хорошим соотношением воздуха, воды. Субстраты должны обладать достаточной влагоемкостью, не засоляться и легко промываться от избытка солей. Кроме того, они должны быть дешевыми и не требующими высоких затрат на эксплуатацию.

    Физические свойства некоторых инертных субстратов, которые используют за рубежом и в нашей стране, показаны на рисунке 29.

    Щебенка (гранитная), гравий других пород (исключая известковые) — наиболее долговечные субстраты. Влагоемкость зависит от размера частиц. Чем мельче частицы, тем больше общая поверхность частиц в единице объема и тем больше питательного раствора при увлажнении задерживается на их поверхности.

Диаметр частиц гравия или гранитной крошки должен составлять 2-6 мм. Однако на практике используют смесь, куда входят и более крупные фракции (до 20-30 мм).

    Гравий, состоящий из известковых материалов, сильно поглощает из питательного раствора водорастворимый фосфор, переводя его в недоступное состояние — трехзамещенный фосфат кальция Са3(Р04)2. Для предотвращения снижения количества водорастворимого фосфора в растворе при использовании известкового гравия рекомендуется его предварительно подвергать зафосфачиванию (насыщению фосфором).

    Песок (кварцевый, речной) также используют в тепличном овощеводстве. Однако при насыщении влагой он содержит около 5 % воздуха, при этом воздухообмен между почвенным и атмосферным воздухом происходит очень медленно. Песок (как и гранитная щебенка, цеолит) относится к так называемым «холодным» субстратам. Сочетание этих факторов приводит к слабому развитию корневой системы у молодых растений.

    Керамзит использовался в качестве субстрата в чистом виде; его и сейчас используют при малообъемном выращивании овощных культур с применением капельного полива. Получают керамзит путем обжига во вращающихся печах из легкоплавких вспучивающихся сырых окатышей глинистых пород. Этот субстрат менее долговечен, так как он благодаря высокой пористости быстро засоляется, его труднее регенерировать. Однако его можно использовать в течение нескольких лет при условии ежегодной стерилизации. Керамзит с размером частиц от 2 до 8-10 мм лучше всего подходит для выращивания овощных культур. Перекаленный керамзит с высоким содержанием серы непригоден к использованию.

    Перлит получают из алюмосиликатных минералов (породы вулканического происхождения — липариты, дациты и др.). При нагревании этих минералов до температуры 850-1000 °С, а иногда до 1200 °С перлит вспучивается, превращаясь в высокопористый легкий материал белого цвета. Его объем увеличивается в 10-12 раз и более. Перлит широко используют при укоренении декоративных, цветочных и других культур, а также применяют в смеси с торфом для выращивания рассады цветов и при малообъемном способе выращивания овощных культур.

    Вермикулит — очень легкий материал, имеющий форму плоских пластинок, как у слюды. Добытую слюду (плотность 2,4-2,7 т/м3) измельчают и подвергают тепловой обработке. При нагревании до 900-1000 °С порода вспучивается (в результате расщепления частиц под действием испаряющейся межслоевой воды) с увеличением объема в 15-20 раз. Вермикулит добавляют к субстратам в основном для увеличения их буферной способности и улучшения физических свойств. Применяют также как вспомогательный продукт для покрытия семян при выращивании на минеральной вате, для зеленого черенкования. В чистом виде в качестве субстрата для выращивания овощных культур его практически не используют, так как он обладает способностью удерживать определенные катионы, нарушая баланс элементов питания в зоне корней.

    Цеолит очень широко используется в Болгарии в смеси с торфом, вермикулитом, с добавлением азотных и фосфорных удобрений (так называемый балканин). Он также используется в некоторых тепличных хозяйствах нашей страны. Это естественно встречающийся в природе алюмосиликатный минерал. В зависимости от месторождений состав его сильно различается, поэтому перед использованием необходимо знать, какие элементы в избытке и какие элементы нужно внести. При выращивании овощей на цеолитах следует вносить азотные и фосфорные удобрения. Используют цеолит преимущественно при малообъемной культуре выращивания, насыпая его тонким слоем (7-15 см) или в ящики.

    Минеральная вата, иногда ее называют каменной ватой (гродан, культилен, мультигроу, базалан, орсил и др.), получила широкое распространение как субстрат благодаря многим положительным свойствам. Производят ее из базальтовых горных пород или других сходных по природе диабазов. Эти минералы при температуре, близкой к 1500 °С, расплавляют, превращают в волокна, которые затем по определенной технологии комбинируют с другими компонентами для склеивания волокон и производства плит, а также других продуктов из минеральной ваты. Поскольку при изготовлении ваты добавляют известковые материалы, субстрат в начальной фазе выращивания растений обладает щелочной реакцией. Поэтому при первоначальном использовании ваты ее иногда промывают водой (особенно для сеянцев), питательный раствор при насыщении должен иметь рН 5,2-5,5. Раствор с рН ниже 4,8 не только отрицательно воздействует на корневую систему растущих растений, но и способствует разрушению структуры и сокращению срока использования ваты.

    В нашей стране применяли также минеральную вату вилан Э1 и Э2 (разработаны Вильнюсским ВНИИ теплоизоляционных материалов) и минеральную вату гравилен. Однако из-за наличия побочных продуктов типа фенолов они не получили широкого распространения и теперь их больше не применяют.

    Минеральную вату в зависимости от ее свойств и характеристики используют в течение 1-3лет (обязательна стерилизация или смена культуры после эксплуатации ваты в течение 1 года), а для культуры роз — до 5 лет. Минераловатные плиты очень сильно могут различаться по плотности и по расположению волокон. От этих свойств зависят их влагоемкость, воздухоемкость и долговечность. Плотность может составлять 40-70 кг/м3. Волокна могут располагаться вертикально, горизонтально (при горизонтальном расположении волокон по слоям может быть разная плотность — верхний плотный, нижний рыхлый).

    Полиуретановую пену (поролон — отходы мебельной промышленности) используют в качестве субстрата в измельченном виде или в виде плит для выращивания овощных и цветочных культур. Для связывания измельченной полиуретановой пены используют водяной пар температурой 120 °С, что обеспечивает стерилизацию конечного продукта. Полиуретановую вату можно использовать в течение 8-10 лет; при этом она сохраняет однородность структуры и плотность на протяжении всего периода эксплуатации, при работе с ней легче обеспечить генеративную направленность роста растений. Это «сухой» субстрат, так как вла-гоемкость его небольшая (1,5-2 л/м2 в час), поэтому потребность в орошении очень велика. В пиковый период (культура перца) требуется до 17 л/м2 воды в день, поэтому при работе с полиуретановой ватой желательно проводить регенерацию дренажного раствора с повторным использованием. Полиуретановая пена (вата) легко транспортируется, из нее нетрудно удалить излишнюю влагу перед стерилизацией. При пропаривании очень важно, чтобы температура пара не превышала 103 °С, иначе могут нарушиться структура и плотность субстрата. Подход к питанию в процессе вегетации примерно такой же, как и для минеральной ваты.

    Пемза — легкий пористый материал, относительно инертный субстрат (плотность примерно 500 кг/м3). Это горная порода вул-канического происхождения, содержащая определенное количество калия, натрия, хлоридов и незначительное количество кальция и магния. Перед использованием пемзу измельчают, иногда промывают для удаления хлоридов, калия. В зависимости от размера частиц изменяются и свойства субстрата (соотношение воды и воздуха). Чем меньше частицы пемзы, тем выше водоудержива- ющая способность субстрата и меньше в нем воздуха. Этот субстрат можно стерилизовать паром без изменения структуры и ис-пользовать в течение нескольких лет.

    Пемзу, как и перлит, применяют как в чистом виде, так и в смеси с торфом, почвой, корой и другими компонентами.

    Пемза — относительно инертный субстрат, однако при первом использовании материал выделяет натрий в питательный раствор, и поэтому для некоторых культур уровень содержания натрия на короткое время может превышать порог токсичности или являться препятствием для поступления в растения кальция, калия и фосфатов. После стабилизации обмена между раствором и субстратом влияние субстрата на поступление элементов питания в растения прекращается.

    Коковита -это органический субстрат, который производят из луба кокосового ореха. Его выпускают в виде сухих прессованных плит (25 % первоначального объема) и непрессованных тюков. Коковиту можно отнести к инертным субстратам, так как в процессе использования она практически не разлагается и не уменьшается в объеме, а также имеет большой водный буфер, то есть может удерживать большое количество воды (больше, чем минеральная вата).

    Отличия в выращивании растений на кокосе от выращивания на минеральной вате заключаются в том, что в начальной фазе использования кокоса требуется больше кальция, железа, бора и меньше калия, цинка, марганца, серы и фосфора. Дозы остальных элементов зависят от содержания этих элементов в субстрате.

    Кокосовые пальмы в процессе своего роста потребляют из почвы большие количества калия и натрия, которые концентрируются в плодах и поэтому содержатся в субстрате. Перед употреблением и использованием субстрата необходимо иметь данные анализа субстрата (сертификат), для того чтобы определить его качество. После использования коковиты в теплицах ее можно применять для улучшения грунта в теплицах и почв в открытом грунте.

    При выращивании растений в ограниченном объеме вместо минераловатных и других инертных неорганических материалов применяют торфяной субстрат на основе верхового торфа (хемопоника). На одно растение требуется 5-10 л субстрата. Этот объем зависит от культуры; он меньше для томата, больше для огурца, перца, баклажана. Торф используют как в чистом виде, так и в смеси с отходами деревоперерабатывающей промышленности (опилки, стружка, щепа, кора), перлитом, пемзой и другими материалами.

    Верховой торф применяют в виде плит сухого или мокрого прессования, а также насыпью, в контейнерах, мешках как в чистом виде, так и в смеси с другими компонентами.

    К верховому торфу, который используется при малообъемной культуре выращивания в чистом виде, предъявляют высокие требования. Торф не должен содержать: гербицидов и других соединений, губительных для растений; болезнетворных начал (нематод, грибов, бактерий, вирусов, насекомых); семян сорных растений; радиоактивных элементов. Торф нужно добывать на целинных землях, никогда не использовавшихся в сельскохозяйственных целях. В нем должно содержаться более 90 % органического вещества; степень разложения не должна превышать 15%, содержание окисных форм железа —не более 1%, содержание серы — не более 0,5 %. Торф при хранении не должен подвергаться самовозгоранию, так как при этом образуются токсические вещества, отрицательно воздействующие на растения. Торф, добытый фрезерным способом, непригоден, так как содержит много мелких частиц. Наиболее пригоден грубый торф с частицами размером более 6 мм.

    При выращивании растений на торфе трудность заключается в создании благоприятных условий водно-воздушного режима. Содержание воздуха в торфе не должно быть ниже 20 %. Избыточные поливы и высокая влажность торфа даже в течение 1-2 дней, а также плохие условия дренажа могут привести не только к резкому снижению роста корней из-за недостатка кислорода, но и к заболеванию корней и потере корневой массы, а при сухом режиме появляется вершинная гниль плодов.

    При выращивании растений на чистом торфе значительно труднее, чем на инертных субстратах, поддерживать оптимальный уровень содержания элементов питания. В связи с этим торф часто используют в смеси с перлитом, пемзой, вермикулитом и другими материалами. При отсутствии инертных субстратов для создания лучших условий водно-воздушного режима к торфу добавляют до 30-50 % (по объему) древесных отходов (опилок, стружки, щепы, коры).

    Опилки хвойных пород в чистом виде также используют в качестве субстрата. Их насыпают в мешки, контейнеры или изготовляют гряды, которые закрывают белой пленкой. Применяют опилки средней фракции, так как мелкие опилки очень быстро разлагаются, нарушается водно-воздушный режим, а очень крупные (щепа) способствуют неравномерному распределению влаги.

    Мешки или контейнеры для 2-3 растений томата или 1 растения огурца должны содержать 15-25 л опилок.

    В опилках может быть избыточное количество марганца. В начальный период выращивания требуется тщательный контроль за содержанием азота, поэтому в первые 2 мес необходимо чаще проводить агрохимический анализ (через каждые 2 нед).

    Питательные растворы для гидропоники. Эти растворы содержат все необходимые для растений элементы питания.

    Число рецептов питательных растворов очень велико; их состав зависит от культуры.

   Растворы можно разделить на две группы: стабильные по периодам роста и дифференцированные по периодам роста и плодоношения, учитывающие потребность растений в питательных веществах в процессе выращивания (принята во внимание не только генеративная или вегетативная направленность роста растений, но и нагрузка плодами и др.).

    Для приготовления питательных растворов используют безбалластные минеральные удобрения, как концентрированные, так и простые. В качестве микроэлементов лучше использовать хелат- ные формы железа, марганца и др. Для повышения растворимости удобрений в растворы вносят комплексоны (хелатообразующие соединения) в дозе 0,4-1,5 кг на 1 м3 маточного раствора, что также способствует улучшению работы системы капельного полива, реже забиваются капельницы.

    Маточные растворы, как правило, готовят так, чтобы при добавлении 1 части маточного раствора к 100 частям воды получить рабочий раствор, реакция среды (рН) которого доводится до заданного уровня, как правило, добавлением азотной кислоты (реже фосфорной). Так как качество воды очень сильно меняется в течение вегетации и зависит от источника и климатической зоны, иногда для доведения кислотности раствора до оптимального уровня к раствору добавляют щелочь (КОН).

    Значение рН раствора, подаваемого к растениям, для большинства культур находится в пределах 5,5-6,5. Концентрация солей в растворе, которая контролируется датчиками по электропроводности на растворных узлах и при агрохимическом анализе растворов, находится в пределах 1,2-3 мСм/см.

    Малообъемная гидропоника — наиболее прогрессивный метод выращивания овощных культур в защищенном грунте. Этот метод требует высокой культуры производства и специального оборудования с высокой степенью надежности для подготовки растворов. Необходимо контролировать состав, чистоту раствора, подавать его к растениям в заданном количестве и в соответствии с потребностью растения (во времени). Примерная схема работы растворного узла и системы капельного полива представлена на рисунке 30.

    Особое внимание при использовании метода гидропонной культуры уделяют качеству воды, используемой для полива, так как от этого зависят срок службы системы, надежность работы капельниц и буферность самого раствора. При составлении питательного раствора необходимо учитывать содержание элементов питания в воде. Основное внимание обращают на наличие в воде Na, CI, S, Са, Mg, Fe, НС03 и общее содержание солей, а также на значение рН.

    Натрий и хлор отрицательно влияют на растения. Если содержание кальция, магния, железа больше, чем необходимо растениям, то они не только накапливаются в субстрате, но и, соединяясь с бикарбонатом, образуют нерастворимый осадок, что приводит к закупорке капельниц.

    По общему содержанию солей (мСм/см) существует несколько градаций: если содержание меньше 0,75, вода считается хорошей, 0,75- 1,5 — пригодной, 1,5-2,35 — малопригодной, больше 2,35 — непригодной.

    Для большинства культур пригодна только вода, содержащая соли в количестве меньше 0,75 мСм/см, особенно при выращивании растений на малом объеме субстрата.

    Пригодность воды для гидропоники определяют также по содержанию отдельных элементов после агрохимического анализа.

    Учитывая содержание элементов питания в воде и необходимый уровень элементов питания в рабочем растворе, который подается к растениям, по разности определяют количество элемента, необходимое для составления маточных растворов. Маточные растворы разливают в два бака —А и Б. Физическая масса растворенных удобрений в баке А должна быть равна массе удобрений в баке В. В баке А растворяют удобрения, не содержащие сернокислых солей (сульфатов), а в баке Б не должно быть удобрений, содержащих кальций, так как при смешивании концентрированных растворов могут образовываться гипс и нерастворимые соли, содержащие железо и фосфор. Например, для томата, выращиваемого на минеральной вате, стандартный раствор (Ммоль/л) должен иметь рН 5,5, ЕС— 2,6 мСм/см. Содержание элементов приведено в таблице 36.

    Очень важно иметь подсубстратный обогрев и применять теп-лоизоляцию субстрата от грунта (пенопласт толщиной 2-3 см). Теплоизоляция не только улучшает температурный режим растения в зоне корней, но и способствует равномерному распределению влаги в субстрате.

    Подготовка теплицы к выращиванию растений. Система капельного полива — это система соединенных сосудов с раствором, поэтому одно из важнейших условий успеха — тщательное нивелирование поверхности грунта. Это необходимо для того, чтобы каждое растение получало одинаковое количество воды. Старые грунты содержат огромное количество болезнетворных начал (нематода, бактериоз, фузариум и др.). Для уменьшения инфекционного фона перед нивелированием грунт можно пропарить.

    В процессе нивелирования удаляют весь грунт или часть грунта так, чтобы дорожка была на 10-15 см выше уровня грунта в теплице. Уровень грунта в месте подачи раствора в трубки с капельницами должен быть не более чем на 10 см ниже от самого верхнего уровня поливной трубы. Это очень важно при использовании капельниц с некомпенсированным давлением.

    Согласно схеме посадки необходимо рядом с зоной, где будут лежать маты, устроить канавки для отвода или сбора дренажных вод.

    После удаления всех растений из теплицы нужно тщательно промыть в теплице стекла, трубы и провести дезинфекцию. После завершения дезинфекции в течение 24 ч надо поддерживать высокую температуру воздуха в теплице, а затем тщательно ее проветрить.

    Обязательный прием при малообъемном выращивании растений — покрытие поверхности грунта светоотражающей (белой) пленкой. Благодаря свойствам этой пленки увеличивается освещенность в начальный период, когда естественного света очень мало, а также в периоды с пасмурной погодой. Она предотвращает рост сорняков и является изоляцией грунта с болезнетворными началами.

    Пленку укладывают таким образом, чтобы она покрывала всю поверхность; даже незначительное количество грунта не должно попадать на нее.

    Затем укладывают регистры, субстрат (маты с минеральной ватой или мешки, контейнеры с другими субстратами), раскладывают поливные трубки, субстрат насыщают раствором необходимого состава.

    Рассаду для культуры на минеральной вате выращивают в теплице с бетонными полами или на стеллажах с подачей раствора к рассаде методом подтопления. При выращивании рассады на поверхности грунта его тщательно нивелируют, покрывают пленкой и на пленке выращивают рассаду. Поливы раствором соответствующего состава проводят с помощью шланга с сетчатой лейкой. Последовательность выращивания рассады и установка ее в теплицы показаны на рисунке 32. Семена укладывают на поверхностьмаленьких пробок из минеральной ваты, находящихся в специальных кассетах. Вату промывают водой и насыщают раствором перед посевом семян (перца, томата, баклажана и других культур). Кассеты лучше всего помещать в камеры, где можно поддерживать постоянную температуру и влажность. При отсутствии камер кассеты расставляют на поверхность почвы, покрытой светоотражающей пленкой. Для создания нормальных температур (24-25 °С) и влажности кассеты накрывают пленкой. При появлении 50 % всходов пленку снимают. Сеянцы поливают растворами концентрацией 1,4-2 мСм/см, рН 5,5-6 в зависимости от культуры и возраста рассады. Затем сеянцы пикируют в кубики из минеральной ваты. Рассаду огурца выращивают в кубиках без пикировки.

Концентрация раствора для полива рассады в кубиках колеблется от 2 до 3 мСм/см в зависимости от культуры, субстрата, концентрации раствора в кубике, возраста рассады.  рН поддерживают на уровне 5,5-6,0.

    Режим полива рассады в теплице выбирают с учетом культуры, периода выращивания и фазы развития растений. Суточная потребность в воде 50-300 мл, а после перемещения растений в теплицу дозы полива увеличивают с 0,2 до 2,5 л, а в отдельные жаркие дни — до 3-3,5 л на одно растение в день.

    В начальный период поливы проводят в заданное время и норму определяют в зависимости от влажности субстрата, погодных условий, состояния растений. Начиная с марта — апреля поливную норму определяют в зависимости от прихода солнечной радиации, объема дренажного стока или изменения массы субстрата (контрольного мата). Если есть прибор для определения коэффициента испаряющей поверхности растений (величины эвапотран- спирации), учитывают и этот показатель.

    Число поливов может достигать 50 в день. Оно зависит от субстрата, культуры, периода роста и разовой дозы. Например, на по- лиуретановой пене нужно проводить полив в летний период 30-50 раз в день малыми дозами (80-100 мл), а на торфе — 4-10 раз в день, в пасмурную погоду на полиуретановой вате — 10-20 раз в день, а на торфе — 1-2 раза в день.