Измерить свойства: испытания субстратов для теплиц
Текст: Е. П. Петров, д-р с.-х. наук, проф.; Г. С. Кусаинова, канд. с.-х. наук, проф.; Д. А. Смагулова, д-р филос. наук, преподаватель, НАО «Казахский национальный аграрный университет»
Овощи являются главным источником витаминов, минеральных солей и органических кислот, без регулярного употребления которых невозможна нормальная физиологическая деятельность организма человека. Поскольку возделывание этих культур в открытом грунте ограничивается периодом с мая по сентябрь, получение их в другое время года возможно лишь в теплицах.
За последние десятилетия в России выращивание овощных культур в защищенном грунте на искусственных субстратах, представляющих собой один из компонентов метода гидропоники, стало повсеместным, в то время как в Республике Казахстан тенденция только становится популярной. Тем не менее исследования и опыт коллег в данном направлении могут быть актуальными и полезными для российского сельхозпроизводителя.
ИСКУССТВЕННАЯ СРЕДА
Во всем мире экономически обоснованно применение методов гидропоники в земледелии, позволяющей снижать затраты на обработку почвы, защиту от вредителей и сорняков. При этом безгрунтовые субстраты дают возможность выращивать больше растений на ограниченной площади, точно прогнозировать урожай и им управлять. Как известно, такая среда должна быть химически инертной, то есть не может содержать растворимые элементы, хорошо удерживать водный раствор и в то же время способствовать его стоку.
Ранее в качестве субстратов использовались различные материалы: песок, гравий, кварц, гранит, кварцит и речная галька, а также пористые компоненты: пемза, лава, кокосовой шлак, дробленый кирпич и тому подобные. Из-за легкости выработки и низкой стоимости неплохое распространение получили речной гравий и горный щебень, но более подходящими для этих целей считались туфы лавового происхождения. Помимо этого, в качестве добавки мог использоваться торф — до 30% от объема гравия. Сегодня для выращивания по методу малообъемной гидропоники пригодны другие субстраты: минеральная вата, керамзит, перлит, вермикулит и цеолит. Кроме того, могут использоваться органические материалы: древесные опилки, рисовая шелуха, соломенная резка, торф, мох сфагнум, компостированная сосновая кора, кокосовые стружка, волокно и щепа, а также синтетические: гранулированные пенопласт и полиуретан. Большое разнообразие субстратов, применяемых в рамках данной технологии, предполагает, что при возделывании овощных культур в разных регионах задействуются те, которые можно изготовить из местного сырья.
ПРИРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Постепенно гидропонные системы, базирующиеся на минеральных субстратах, стекловате или перлите, пришли на смену торфяной культуре как наиболее популярные методы возделывания овощных растений в защищенном грунте. Еще с середины 1990-х годов передовые хозяйства стали переходить на выращивание таких культур малообъемным гидропонным способом с использованием минеральной ваты различных марок, причем широко распространенным стал продукт Grodan. Данные плиты могут применяться повторно в течение четырех лет.
Другим подходящим вариантом для теплиц считается агроперлит, специальным образом обработанный перлит. Он является природным материалом, представляющим собой вулканическое стекло, в состав которого входят различные химические элементы: SiО2 — 70–75%, Al2О3 — 12–14%, Na2О — 3–5%, K2О — 3–5%, Fe2О3, CaО, MgО — до 1%. Отличительная особенность данной породы заключается в том, что содержание в ней связанной воды достигает 2–5%. Ведущие овощеводы Великобритании утверждают, что на таких субстратах урожайность томатов оказывается в среднем на 7% выше, чем на почвах с применением минеральной ваты. Еще один интересный материал, который сравнительно недавно стал использоваться как среда для выращивания овощных культур, — вермикулит. Он является вторичным минералом, образовавшимся в природе при гидролизации слюды, и содержит значительные количества оксидов кремния, магния, алюминия и кальция, закисное железо и многие другие микроэлементы. В зависимости от происхождения и технологической обработки, его объемная масса варьирует от 48 до 169 кг/куб. м. Подвергшийся термическому воздействию минерал представляет собой легкий, зернистый, сыпучий материал серебристой или золотистой окраски. Когда вермикулит продолжительное время применяется как субстрат в чистом виде, происходит деформация структуры частиц, в результате чего ухудшается дренаж и ослабевает аэрация корневой системы. По этой причине данное сырье рекомендуется смешивать с перлитом или торфом.
РАСТИТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
В связи с широким распространением метода выращивания овощей на малообъемной гидропонике в качестве субстратов нередко применяются органические материалы. Одним из них послужили древесные опилки, однако не свежие, а перепревшие. В подобной среде практически отсутствуют смолистые вещества, неблагоприятно влияющие на развитие корневой системы возделываемых на них культурных растений. Кроме того, такие опилки имеют почти нейтральную реакцию рН — 6–6,5, а также содержат основные элементы питания, в частности азот, фосфор, калий и кальций. Некоторыми специалистами отмечается перспективность выращивания томата методом малообъемной гидропоники на опилочном сырье.
Субстрат из кокоса — продукт кокосовой промышленности, который представляет собой измельченные остатки волокон кожуры этого ореха. Его скорлупа выполняет для семени две функции: защиту от солнца и соли даже при плавании в океане, ускорение прорастания и укоренения растения за счет содержащихся гормонов и противогрибковых веществ. Измельченная и пастеризованная паром стружка является для сельскохозяйственных культур хорошим материалом, который оберегает корневую систему от болезней и грибков. Кроме того, кокосовое волокно хорошо удерживает воду и воздух. В некоторых странах перспективным считается субстрат из рисовой шелухи. Например, в южных областях Республики Казахстан большие площади заняты данной культурой, после уборки которой зерно обычно отделяется от оболочек — шелухи. Она уже используется как рыхлящий материал на обычных полях и в почвенных теплицах, а в некоторых среднеазиатских республиках СНГ активно ведутся ее испытания в качестве субстрата для малообъемной гидропоники.
ПЕРВЫЕ ПРОБЫ
Несмотря на широкую популярность минерального субстрата, многие тепличные комплексы выбирают альтернативные, в том числе органические, варианты. Однако специалистами часто упускается из виду вопрос изменения водно-физических свойств материалов в процессе использования. В связи с этим ученые НАО «Казахский национальный аграрный университет» провели исследования, объектом которых послужили как импортные субстраты, в частности минеральная вата и кокосовая стружка, так и сырье местного производства: перлит, вермикулит, древесные опилки и рисовая шелуха. Для опыта был взят гибрид тепличного томата фирмы Rijk Zwaan. Важные характеристики материалов, взятых для изучения, в частности объемная и удельная масса, гигроскопическая влага, полная и капиллярная влагоемкость, до оборота овощной культуры и после него определялись по общепринятым методикам.
Перед посадкой растений полученные водно-физические свойства материалов показали их значительные различия по этим показателям. Так, наименьшую объемную массу из минерального сырья имела вата — 0,056 г/куб. см, а наибольшую — перлит, у которого данное значение достигало 0,12 г/куб. см. У органических сред минимальная масса была у рисовой шелухи — 0,101 г/куб. см, максимальная, равная 0,125 г/куб. см, — у кокосовой стружки. Самый маленький удельный вес для минеральных материалов отмечался у ваты — 0,297 г/куб. см, наиболее высокий — у перлита — 0,48 г/куб. см. У органических продуктов соответствующие значения отмечались у древесных опилок и кокосовой стружки — 0,222 и 0,335 г/куб. см. Определение содержания гигроскопической влаги в минеральных субстратах показало максимальные показатели у ваты — 2,214%, минимальные, равные 0,914%, — у перлита. Наибольший и наименьший показатели концентрации такой влаги у органических сред наблюдались в кокосовой стружке и рисовой шелухе — 10,358 и 5,62% соответственно. В отношении полной влагоемкости лидером оказалась минеральная вата — 81%, в то время как у второй группы субстратов фиксировались более низкие цифры: у рисовой шелухи — 54%, кокосовой стружки — 47,9%. Максимальной капиллярной влагоемкостью среди минеральных субстратов отличался вермикулит — 710,46%, а минимальной — перлит с величиной 403,32%. Из органических материалов наибольшие значения данного показателя были зарегистрированы у кокосовой стружки — 837,133%, наименьшие, равные 14%, — у древесных опилок.
ПОСЛЕ ОБОРОТА
По окончании сборов урожая также устанавливались водно-физические свойства субстратов, на которых выращивался томат. Наименьшая объемная масса среди минеральных материалов оказалась у ваты — 0,063 г/куб. см, наибольшая — у вермикулита, у которого это значение достигало 0,162 г/куб. см. Среди органических сред соответствующие показатели приходились на рисовую шелуху и древесные опилки — 0,083 и 0,154 г/куб. см. Данные материалы также обладали максимальным и минимальным удельным весом в своей категории — 0,155 и 0,201 г/куб. см соответственно.
Лидером по содержанию гигроскопической влаги среди минеральных материалов стал вермикулит со значением 4,775%, а проиграла по этому показателю вата — 0,221%. Наибольшие величины данного критерия у органических субстратов наблюдались у кокосовой стружки — 5,655%, наименьшие, равные 3,712%, — у рисовой шелухи. Максимальная полная влагоемкость среди минеральных сред отмечалась у перлита — 84,8%, минимальная — у керамзита, у которого цифры равнялись 17%. Из органических материалов большие значения по этой характеристике были зарегистрированы у рисовой шелухи — 46,6%, меньшие — у кокосовой стружки — 15,8%. На первом месте по капиллярной влагоемкости среди минеральных субстратов находилась вата — 521,483%, на последнем — перлит с показателем 227,096%. Из органических сред максимальные значения данного критерия наблюдались у кокосовой стружки — 730,552%, наименьшие, равные 25,231%, — у опилок.
КАЧЕСТВО И КОЛИЧЕСТВО
Сравнительный анализ водно-физических свойств субстратов, взятых для проведения опыта, до окончания оборота и после него выявил некоторые изменения. Из минеральных материалов в большей степени увеличилась объемная масса вермикулита, в меньшей — ваты, а у перлита данный показатель после уборки томата снизился. Из органических сред этот параметр сильнее всего возрос у древесных опилок, слабее — у кокосовой стружки, а у рисовой шелухи он уменьшился. После сбора урожая перлит и вермикулит увеличили долю содержания гигроскопической влаги, а минеральная вата — сократила. При этом все органические субстраты после сбора плодов также демонстрировали уменьшение данного показателя. Выращивание томата на перлите увеличило его полную влагоемкость, на минеральной вате и вермикулите — уменьшило. Органические материалы после оборота показали снижение этого параметра. Также отмечалось уменьшение капиллярной влагоемкости на минеральных средах, в то время как на древесных опилках и кокосовой стружке данное значение повысилось.
Анализ результатов исследования позволил специалистам сделать определенные выводы. В частности, субстраты, взятые для выращивания томата, различались по водно-физическим свойствам. Из минеральных материалов наименьшую объемную массу имела вата, из органических сред — древесные опилки, причем эти же продукты характеризовались минимальным удельным весом. Максимальной гигроскопичностью обладали вата и кокосовая стружка, лидерство по показателю полной влагоемкости среди минеральных сред удерживала вата, из органических — рисовая шелуха. Самая большая капиллярная влагоемкость была зарегистрирована у вермикулита и кокосовой стружки. После сбора урожая томата произошло изменение водно-физических свойств субстратов. Так, существенно трансформировалось качество органических материалов, практически используемых в течение одного оборота, — древесных опилок и рисовой шелухи, в то время как у продуктов другой категории изменения были не столь значительными. В результате исследования показали, что выращивать томат целесообразнее на минеральной вате, особенно в течение одного оборота. При этом для многократного использования можно применять перлит и вермикулит при условии их постоянной дезинфекции.