Поливаем с умом

Текст: А. Старцева, канд. с.-х. наук, агроном-консультант, компания «Технониколь»

При поливе в почве у сельскохозяйственных растений образуется более крупная корневая система, так как вода в этом случае перемещается медленнее и распределяется на большей площади. В малообъемной технологии субстрат служит основой для закрепления корней. Они имеют меньшую массу, но больше корневых волосков, что позволяет им более эффективно поглощать воду и питательные элементы. Однако в этом случае растения быстрее реагируют на неблагоприятные условия в этой зоне. Такие технологии требуют тщательного контроля полива и питания.

ПРОТОЧНЫЙ МЕТОД

Проводить орошение можно разными способами, например сверху, что в промышленном производстве осуществляется с помощью дождевальных установок. Такой вариант часто применяют в питомниках, поскольку каждый источник орошает множество растений на большой площади. Ручной полив является наименее эффективным методом, поскольку субстрат не успевает впитывать большой объем воды, поступающий с высокой скоростью. Именно так в устаревших тепличных хозяйствах поливают рассаду. При малообъемном выращивании растений полив различается в зависимости от технологии производства культур — NFT, DFT, аэропоника, прилив/отлив.

При использовании NFT (Nutrient Film Technique — технология питательного слоя), или проточной методики, растения снабжают водой и питательными элементами при регулярной циркуляции раствора. Система состоит из труб под уклоном 0,2–3%, в чьих отверстиях размещают культуры. Сверху постоянно подается питательная смесь, стекающая по ним со скоростью, которая требуется для поддержания корней влажными. Слой раствора должен быть как можно тоньше, почти как пленка, и в то же время все растения в ряду нужно обеспечивать необходимым количеством элементов питания. Диаметр труб зависит от выращиваемой культуры: для салата и зелени — 4–8 см, томата и перца — 15 см, а их длина колеблется в диапазоне 1–20 м. В основном эту технологию используют для производства скороспелых культур — салата и зелени, так как она имеет недостатки. К примеру, существует риск возникновения перебоев в системе подачи раствора, что сказывается на росте растений, а также вероятность распространения болезней, передающихся через корни.

БОЛЬШИЕ ОБЪЕМЫ

Технологию глубокого потока DFT (Deep Flow Technique) также применяют для скороспелых культур со сроком вегетации 4–12 недель. В отличие от проточной методики, где водная пленка на корнях максимально тонкая, при таком подходе слой питательного раствора составляет около 5–15 см. На его поверхности размещают плавучие кассеты из полистирола, где в фиксированные отверстия вставляют горшочки с растениями. Таким образом, корни постоянно находятся в питательном растворе, а листья его не касаются. Кроме того, полное покрытие площади кассетами сводит к минимуму рост водорослей. Систему устанавливают на рабочей высоте, чтобы можно было легко высаживать и собирать урожай.

Большое количество раствора упрощает контроль за водным и питательным режимами, позволяет стабилизировать температуру. Однако, как и в системе NFT, существует риск распространения патогенов через циркулирующую смесь. Необходимо учитывать, что при повышении температуры воды содержание в ней кислорода уменьшается, поэтому важно поддерживать достаточную аэрацию корневой зоны. Уровень кислорода в питательном растворе должен быть порядка 4–8 мг/л. Важным аспектом является качество воды. Необходимо раз в 2–3 недели проводить смену питательного раствора, так как в нем накапливаются разложившиеся остатки, сера и балластные элементы.

ДРУГИЕ ТЕХНОЛОГИИ

В аэропонных системах выращивания корни растений подвешены, и форсунки регулярно их опрыскивают питательным раствором, за счет чего обеспечивается постоянное увлажнение. Таким образом, в корневой зоне создается и поддерживается влажность около 100% с постоянным доступом кислорода. Подобная технология не используется для крупных растений с продолжительным периодом вегетации из-за вероятности распространения болезней и перебоев воды.

При системе прилив/отлив культуры выращивают в контейнерах или поддонах, которые располагают на водонепроницаемой поверхности — специальных столах или бетонных полах. Для этого им придают определенный наклон и организуют дренажные каналы. Во время полива контейнеры заполняют раствором так, чтобы их дно погрузилось в воду. Продолжительность затопления зависит от капиллярности субстрата: раствор должен дойти до верхней части корневой зоны. В среднем продолжительность операции составляет 10–30 минут. После этого смесь должна полностью уйти для предотвращения повреждения корней и возникновения болезней. Слитый питательный раствор используется повторно после проверки Ес, рН и корректировок.

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ КАПЛИ

Технология полива с помощью полиэтиленовых труб и капельниц обеспечивает локальную подачу воды или раствора с удобрениями непосредственно в зону расположения корней. При такой методике вода подается равномерно к каждому растению, что позволяет легко регулировать водно-воздушный и питательный режимы. Такое орошение в основном используют в южных регионах в открытом грунте и в теплицах, поскольку выращиваемые в них растения имеют высокую ценность и финансово окупаются. Капельные линии бывают со встроенными и внешними капельницами. Первые располагают на поверхности почвы или зарывают в нее, а вторые вставляют в отверстия линии. Они используются для полива культур, выращиваемых по гидропонной технологии.

Подобный тип орошения значительно повышает урожайность и снижает затраты за счет нескольких преимуществ. Среди них — снижение количества воды и удобрений на единицу продукции из-за уменьшения поливной площади, сокращения испарения и регулируемой подачи раствора, понижение трудозатрат, в том числе благодаря автоматическому управлению и контролю, быстрый рост и хорошее развитие корневой системы. Также на листьях отсутствует вода, что предотвращает риск возникновения и распространения заболеваний, обеспечиваются независимость от внешних условий и равномерность орошения без привязки к топографии местности, а также сокращение поверхностного стока и предотвращение водной эрозии участка. При этом исключается фильтрация в нижележащие слои и вторичное засоление при близком залегании грунтовых вод, появляется возможность выращивать культуры на легких песчаных почвах и проводить орошение независимо от других работ, уменьшается количество сорняков.

Однако у системы существует несколько недостатков: высокие затраты на оборудование, его монтаж и техническое обслуживание, повреждение капельниц из-за некачественной воды, периодическая замена комплектующих, рост объема отходов. Давление в системе, благодаря которому осуществляется равномерное орошение, обеспечивают насосы. Они автоматически забирают воду из источника, фильтруют, смешивают с удобрениями, транспортируют по капельным линиям и подают непосредственно к растениям. Для правильной водоподготовки нужно провести анализ источника водоснабжения и подобрать фильтры.

ИСТОЧНИКИ ОРОШЕНИЯ

Для выполнения операции могут применяться грунтовые, поверхностные, коммунальные и дождевые воды. Поверхностные при этом могут быть загрязнены солями, недостаточно очищенными сточными или ливневыми потоками. Если вода протекает через сельскохозяйственные районы, существует риск занесения в теплицу патогенных микроорганизмов и остатков пестицидов. Также состав поверхностных вод меняется в течение года, что требует более частого проведения анализов. Летом они имеют более высокую щелочность в связи с деятельностью сине-зеленых водорослей и разложением гидрокарбонатов на СО2 и ОН–.

Качество грунтовых вод зависит от местности, при этом является более постоянным, поэтому их достаточно проверять каждые 6–12 месяцев. Кроме того, они обычно не содержат патогены. В поверхностных водах по сравнению с подземными оказывается больше нитратов и фосфатов, а в грунтовых — больше карбонатов, микроэлементов и фтора.

Наиболее чистой является дождевая вода, но для ее использования нужны системы для сбора и хранения. Ее обычно подмешивают к другим источникам водоснабжения. Водопроводная вода непригодна для малообъемной технологии, если она обработана хлором и содержит большое количество кальция. Важно, чтобы хлориды составляли менее 1,5 ммоль/л для открытых систем и менее 0,5 ммоль/л для технологий с рециркуляцией дренажного раствора.

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ

Основные показатели поливной воды, на которые нужно обратить внимание, — общая концентрация растворимых солей (Ес), содержание бикарбонатов, кальция, магния, натрия, хлора, бора и других элементов. Первый параметр возрастает при росте ионов в растворе. Основное влияние на него оказывают ионы кальция, магния, хлора и натрия. В системах NFT или при рециркуляции питательного раствора рекомендуется использовать только первый класс воды, у которой Ес не превышает 0,5 мСм/см. Для капельного полива подойдет смесь с Ес не более 0,75 мСм/см. Жидкость с Ес от 0,75 до 1,5 мСм/см можно применять в капельной системе при хороших промывных свойствах субстрата.

Бикарбонаты (HCO3) и карбонаты (СО3) в воде влияют на ее щелочность и характеризуют устойчивость к подкислению. Жидкость с водородным показателем от 5 до 8 единиц содержит в основном HCO3, а при рН от 8 единиц и более — преимущественно ионы СО3. Вода, в которой бикарбонатов оказывается более 4 мМ/л, или 244 мг/л, требует водоподготовки: нейтрализации их избытка азотной или фосфорной кислотой. При этом для буферности оставляют 2 мМ/л ионов HCO3–, в результате чего рН опускается до шести единиц. При такой кислотности предотвращается осаждение солей Са и Mg в трубах. Азот или фосфор, поступившие вместе с кислотой, учитываются при составлении питательного раствора. Обычная норма гидрокарбонатов в поливном растворе составляет 0,5–1 мМ/л. При рН смеси в 5,5 единицы в воде обычно остается 1 мМ/л HCO3, при рН в 5 единиц — 0,3 мМ/л и менее гидрокарбонатов, и раствор быстро подкисляется. Общее содержание свободных ионов HCO3 в смеси не должно превышать суммы ионов Са2+ и Mg2+. Добавление кислоты производят до резервуара запаса воды, чтобы в нем проходила реакция.

МЕНЯЕМ ВОДУ

Натрий и хлор являются балластными элементами, их высокая концентрация оказывает токсичное действие на растения. Их уровень в поливной воде выше 1,5 мМ/л не подходит для NFT и других систем с рециркуляцией питательного раствора, так как приведет к накоплению солей из-за низкого поглощения культурами этих ионов. Натрий накапливается быстрее, чем хлор. Содержание Na в питательном растворе более 60 мг/л вызывает токсичность и препятствует поступлению кальция, магния, калия в растения. Хлор снижает поглощение нитратов и фосфатов. В присутствии серы и бикарбонатов в воде натрий образует токсичное соединение NaHCO3. К вредным веществам также относятся Na2CО3, NaCl, Na2SО4, MgCl2, СаС12.

Анион SО42– необходим растениям, но высокое его содержание в поливной воде наносит вред. При количестве серы более 60 мг/л и SО42– свыше 150 мг/л усиливается усвояемость Na и снижается поглощение Са. Кроме того, в анаэробной среде сульфатные ионы восстанавливаются до сероводорода, который угнетает корневую систему. Увеличенный объем сульфатов приведет к выпадению осадка при концентрировании удобрений в баках. Негативное влияние высоких концентраций сульфата устраняют повышением уровня кальция в питательном растворе или добавлением в воду СаСО3 с активным перемешиванием воды. В результате избыток серы выпадет в осадок в виде нерастворимого соединения СаSО4.

Кальция и магния в воде должно быть меньше, чем в питательном растворе. В противном случае нарушается соотношение ионов К+, Са2+ и Mg2+, проявляется их антагонизм и сокращается поглощение калия растениями. Общее количество солей кальция и магния отражает жесткость воды, один градус которой обозначает концентрацию этих элементов, эквивалентную 10 мг/л СаО. Присутствие кальция увеличивает риск выпадения осадка в виде его сульфата, который приводит к засорению и блокировке оросительного оборудования. Количество кальция, калия, магния, азота, серы и фосфора в поливной воде следует учитывать при составлении питательного раствора. Жесткость воды и осаждение солей в системе капельного полива также могут быть связаны с большим количеством Fe, Мn, Al, Zn.

ПРОБЛЕМЫ ИЗБЫТКА

Железо чаще всего присутствует в грунтовых водах. При взаимодействии с кислородом Fe2+ быстро окисляется до Fe3+, которое выпадает в осадок и не поглощается растениями, поэтому его не учитывают при составлении питательного раствора. Железо в поливной воде не должно превышать 1 мг/л, поскольку больший уровень вызывает закупорку системы капельного полива и мешает усвоению других элементов.

Марганец также может присутствовать в грунтовой воде в значительном количестве. Его избыток не только закупоривает систему полива, но и оказывается токсичным для растений. Оптимальное количество в поливной воде составляет не более 0,5 мг/л, иначе элемент затруднит усвоение железа. Избыток бора свыше 0,3 мг/л токсичен при рециркуляции питательного раствора, так как способен накапливаться и при концентрации в 1 мг/л вызывает проблемы. Большое количество цинка затрудняет усвоение железа, поэтому при повышенном Zn норму Fe можно увеличить до 2–2,5 мг/л. В поливной воде для малообъемного выращивания этого элемента должно быть не более 0,5 мг/л. Необходимо избегать контакта питательного раствора с оцинкованными поверхностями.

Содержание меди свыше 1 мг/л оказывает токсичное действие на растения — сжигает корневые волоски. Следует исключить контакт питательной смеси с медными и латунными изделиями. Концентрация молибдена не должна превышать 0,25 мг/л. В случае его избытка в растворе сокращается поступление меди в растения.

ФИЗИЧЕСКИЙ СПОСОБ

Фильтрационная система предотвращает засорение капельниц, удаляет из воды как взвешенные органические и неорганические частицы, так и избыточные ионы. При выборе фильтров учитывают источник воды и ее качество и в зависимости от этого устанавливают до трех ступеней очистки. Мощность фильтров определяют в соответствии с объемом воды, который планируется пропускать через систему полива. Чем выше оказывается их пропускная способность и меньше сопротивление потоку, тем более эффективной будет их работа.

Первая ступень называется грубой, или физической, очисткой. Она позволяет удалить все механические включения размером свыше 100 мкм и защитить насос от крупного мусора. Для такой процедуры используют центробежные сепараторы, сетчатые, дисковые или песчано-гравийные фильтры, а также их комбинации. Сетчатые фильтры подходят только для водопроводной или грунтовой воды, так как при заборе из открытых источников быстро забиваются. Дисковый вариант способен очищать воду из водоема. Он осаждает частицы размером от 20 до 400 мкм.

Если в воде содержится много песка, его удаляют двумя способами. Первый предусматривает пропуск через отстойник. Когда жидкость медленно проходит через резервуар, тяжелые частицы легко оседают на дно. Второй метод подразумевает использование центробежного сепаратора, который хорошо удаляет тяжелые включения размером более 5 мкм. Он пропускает воду через конусовидный бак, где она вращается по кругу. Под действием центробежной силы частицы осаждаются на дно и выводятся в накопительную емкость. Эти способы не подходят для удаления взвешенных органических и неорганических включений — мелкого ила и коллоидной глины, которые благоприятствует развитию бактериальной слизи и забивают капельные линии. Для этого применяют песчано-гравийные фильтры, устанавливаемые для работы с поверхностными водами.

ТОНКАЯ ОЧИСТКА

Вторая ступень состоит из фильтров тонкой очистки, тип которых зависит от качества исходной воды. Они задерживают частицы размером более 1–5 мкм и способны очистить раствор от микроэлементов, тяжелых металлов и разных химических соединений. Сорбционный фильтр состоит из сорбирующих гранул — активированного угля, минералов, синтетических материалов и другого, которые задерживают нежелательные компоненты и микроорганизмы. К недостаткам относится невысокая скорость фильтрации, ограничение использования в зависимости от типа примесей, удаление не всех элементов и соединений. В состав ионообменного фильтра входят синтетические смолы — катиониты с высоким содержанием натрия. Они задерживают ионы магния, железа и кальция и высвобождают частицы натрия и водорода.

Мембранные, или обратноосмотические, фильтры — одни из наиболее эффективных и часто применяемых при малообъемном выращивании из-за высокой степени очистки. Она происходит по принципу обратного осмоса. Вода под давлением проходит через мелкопористую полупроницаемую мембрану, которая задерживает соединения солей и пропускает только жидкость и соединения с таким же размером молекул. В результате обратного осмоса получается практически дистиллированная вода со степенью очистки до 99,7%. Однако этот метод требует высоких затрат электроэнергии и постоянного обслуживания. Для очищения пресной воды давление должно составлять 8–15 бар. Настолько чистую жидкость нельзя применять для полива, поскольку она не обладает буферностью. Для стабилизации показателей к ней подмешивают 20–30% неочищенного раствора. Прежде чем использовать обратный осмос, нужно подготовить воду: пропустить через фильтры грубой очистки и сорбционный фильтр, а при необходимости снизить концентрацию бикарбонатов кислотой и избавить от Fe.

ЕЩЕ ОДНА СТУПЕНЬ

Растворенное железо присутствует в воде в двухвалентной форме и не поддается механической фильтрации. При взаимодействии с кислородом оно переходит в трехвалентную форму, выпадает в осадок, после чего может быть отфильтровано. При содержании этого элемента менее 10 мг/л воду предварительно аэрируют с помощью компрессора, а затем пропускают через песчано-гравийный фильтр для удаления осадка. Данная процедура также позволяет убрать марганец и сероводород. Если уровень железа превышает 10 мг/л, нужна двухступенчатая очистка с помощью катализаторов окисления: хлорирования, обработки гипохлоритом натрия или озонирования. После этого образуется гидроксид железа или основные его соли, которые легко поддаются механической фильтрации. Один из лучших способов окисления — озонирование, так как оно не увеличивает концентрацию солей и не загрязняет побочными продуктами реакций, легко поддается автоматизации. Органическое коллоидное железо представляет собой мелкую взвесь, которая практически не поддается отстаиванию и очистке. Для ускорения его осаждения добавляют коагулянты или используют сорбционные фильтры.

Для избавления капельных линий от бактериальной слизи и водорослей применяют химические методы — периодическую обработку хлором или препаратами на основе перекиси водорода. Разрастание водорослей в поливной системе возможно только при свете. Избавиться от них помогает хлорный раствор, а предотвратить появление — элементы темного цвета в системе полива. Уничтожить живые микроорганизмы в воде из открытых источников может ультрафиолетовый фильтр. Его нередко используют при рециркуляции дренажного раствора, но следует понимать, что при таком излучении также разлагаются хелаты микроэлементов.

Часто источником водоснабжения для теплиц являются скважины, температура воды в которых оказывается менее 10°С, поэтому в систему подготовки устанавливают устройства для подогрева. Кроме того, важно не забывать, что для эффективной работы фильтров требуется их регулярное обслуживание — очистка и замена различных элементов. Следование обозначенным принципам и правилам позволит не только грамотно организовать орошение в теплице, но и правильно эксплуатировать систему в целом.