Организация корневого питания растений

Содержание воды в растениях в среднем достигает 90%, и только 10% составляют сухие вещества. Основные их компоненты – органические соединения углерода, водорода и кислорода, на которые приходится 9% из 10%. Бóльшая часть этих элементов поступает в растения с водой и воздухом. Оставшийся 1% – это минеральные вещества, макро-и микроэлементы, необходимые для нормального функционирования культур. Они поглощаются вместе с водой и удобрениями. Как организовать питание растений макро- и микроэлементами в гидропонной технологии с помощью корневых подкормок, рассказывает агроном-консультант ТЕХНОНИКОЛЬ, кандидат с.-х. наук Александра Старцева.

Макроэлементы (N, P, K, Ca, Mg, S) составляют 0,01% и более в растении, микроэлементы (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo) – 0,001% и менее. Такие вещества, как хлор, натрий, кремний, никель, селен, кобальт и хром не являются обязательными элементами для питания, и потребность в них зависит от вида растений. При использовании малообъемной технологии растения потребляют из питательного раствора ионы: катионы – положительно-заряженные (К+, Ca²⁺, Mg²⁺ и др.) и анионы – отрицательно заряженные (NO^3-, PO₄^2-, SO₄^2- и др.), за исключением бора, который усваивается в виде борной кислоты или боратион-иона, в зависимости от рН.

Один из наиболее распространенных способов внесения удобрений – с помощью корневой подкормки (в гидропонике их добавляют вместе с питательным раствором путем фертигации). Удобрения подразделяют на минеральные, стимуляторы роста, микробиологические, органические и органоминеральные. В гидропонике последние два вида не применяют.

В малообъемной технологии питание растений производится путем фертигации – удобрения поступают к растениям в растворимом состоянии вместе с водой при поливе. Важно четко соблюдать необходимое количество питательных веществ в растворе. Поэтому к качеству удобрений предъявляют жесткие требования, особенно в системах выращивания с рециркуляцией дренажных стоков.

Основные требования к минеральным удобрениям – полная растворимость (уровень нерастворимых веществ ниже 0,05%), небольшое количество балластных элементов (Na, Cl, карбонатов), совпадение содержания действующего вещества с заявленным и непревышение ПДК тяжелых металлов.

 

Рецепт питательного раствора

При выборе рецепта питательного раствора необходимо учитывать многие факторы:

1. Регион выращивания (световая зона), микроклимат.

Потребность растений в питательных веществах связана с темпами их роста и развития. Она увеличивается с интенсивностью фотосинтеза, на которую влияют мощность освещенности, температура и влажность воздуха.

Так, например, при интенсивной освещенности растения поглощают больше азота в формах NO₃^— или NH₄⁺. При слабой транспирации поглощение Са²⁺ снижается.

2. Тип теплицы (промышленные фермерские, пленочные или стеклянные).
3. Тип субстрата (торф, кокос, каменная вата).

Минеральная вата относится к инертным неорганическим субстратам, она не вступает в химические реакции с питательным раствором, поэтому питанием растений легко управлять. Но в то же время любые ошибки в рецепте раствора быстро отражаются на росте растений. Минвата не требует промывания, ее сразу насыщают питательным раствором, который необходим в начале вегетационного периода.

Кроме того, она не размывается и не дает усадки, обладает однородной и стабильной структурой, что обеспечивает постоянство ее водно-физических характеристик и препятствует переуплотнению. На протяжении всего периода выращивания растений маты остаются механически стабильными и сохраняют свои свойства. За счет пористой структуры, оптимальной плотности и эластичности волокон корни легко прорастают в субстрат и беспрепятственно развиваются по всему его объему.

Органические субстраты требуют подготовительных мероприятий перед посадкой – кокос необходимо промыть от солей, используя повышенные дозы кальциевой селитры для насыщения поглощающего комплекса. В зависимости от качества торфа его подготовка может включать проведение раскисления, чтобы рН вытяжки из субстрата соответствовал оптимальным значениям для роста растений.

4. Культура, гибрид, срок и способ выращивания.

Требования к питанию различаются не только между культурами, но и зависят от особенностей гибрида. Так, черри-томатам нужно давать больше хлора и сульфатов для улучшения вкуса плодов, чем крупноплодным гибридам. Огурец – хлорофобная культура, которая негативно отзывается на накопление хлора в субстрате. При этом для выращивания огурцов на высокой шпалере требуется больше фосфора, чем при традиционной технологии.

5. Фаза развития растения.

В начальный период роста, когда формируется вегетативная масса, потребность растений в кальции и азоте наибольшая. Во время массового плодоношения растения больше всего нуждаются в калии для формирования плодов.

Для оптимального питания необходимо поддерживать:

1. Оптимальное соотношение элементов, так как ионы с одинаковым зарядом мешают усвоению друг друга. Например, поступлению кальция препятствует повышенное количество калия, натрия, аммония, а усвоению марганца – высокое содержание железа.
2. Благоприятный рН в корневой зоне (5,5-6,5 ед.).
3. Необходимую концентрацию питательного раствора (Ес).
4. Оптимальный уровень влажности субстрата и его динамику в течение дня, что обеспечивает правильная стратегия полива.
5. Требуемые условия микроклимата (температура и влажность воздуха, температура корневой зоны, освещенность, подкормка углекислым газом).
6. Минимальное количество балластных элементов (натрия и хлора) и хорошее качество воды.
7. Здоровую и активно растущую корневую систему.
8. Высокое качество водорастворимых удобрений.

При несоблюдении одного из этих требований может возникнуть нарушение питания растений. Согласно закону Либиха (закон минимума), рост и развитие растений определяется тем фактором, который больше всего отклоняется от оптимума. Чаще всего проблемы с питанием связаны с неблагоприятными условиями выращивания.

Поэтому важно постоянно проводить агрохимический анализ вытяжки из матов или клеточного сока растений, который дает более полную информацию об обеспеченности растений всеми питательными элементами, и на основе этого своевременно вносить коррективы в технологию выращивания.

Для контроля питания растений необходимо ежедневно измерять концентрацию солей (Ес) и уровень кислотности (рН) в корневой зоне.

 

Концентрация питательного раствора

От концентрации питательного раствора зависит поглощение воды и элементов питания. Этот показатель выражается через удельную электропроводность раствора (Ес, в мСм/см), который отражает активность ионов.

Оптимальная Ес для роста растений зависит от:

— выращиваемой культуры – для томата требуется более концентрированный раствор (Ес=2,5-3,5 мСм/см), чем для огурца (Ес=2,0-3,0 мСм/см);

— особенностей гибрида – для вегетативных гибридов Ес поддерживают на более высоком уровне, чем для генеративных;

— фазы развития растений – по мере их роста Ес увеличивают;

— условий микроклимата – в пасмурные дни Ес должна быть выше, чем в солнечные;

— направления развития растений – увеличение Ес будет способствовать генеративному росту, снижение Ес – вегетативному росту, так как вода станет более доступна для поглощения;

— требований к качеству плодов – увеличение Ес его улучшает, повышает содержание сахаров, но сокращает урожай. При уменьшении Ес растет количество плодов, но снижается их качество (ухудшается лежкость, падает уровень сахаров);

— качества исходной воды – Ес должна быть выше, если в исходной воде содержится много солей и балластных элементов.

Большое содержание солей в поливной воде, особенно натрия и хлора, вызывает их накопление. В такой ситуации нужно поливать с повышенной нормой дренажа или периодически промывать мат от накопившихся солей. Важно, чтобы Ес поливной воды не превышал 50% Ес питательного раствора, иначе потребуется предварительная водоподготовка.

Поэтому сложно говорить о конкретных значениях Ес. Необходимо наблюдать за растениями, чтобы точно определять их потребности. Если концентрация солей в мате слишком сильно отклоняется от оптимального диапазона, могут возникнуть проблемы. Так, при завышенной Ес поступление воды в растения замедляется, быстрее поглощаются одновалентные ионы и проявляется недостаток кальция и магния. Слишком низкое Ес способствует усиленному поглощению воды, увеличивая тургор, что приводит к растрескиванию стеблей и плодов.

 

Реакция среды

От показателя рН (мера активности ионов водорода в среде) зависит доступность питательных элементов для растений. Для поглощения всех необходимых ионов при выращивании на гидропонике оптимальный рН среды находится в диапазоне от 5,5 до 6,5 ед. При его снижении менее 5,0 ед. сокращается поглощение катионов, макроэлементы и молибден становятся недоступными для растений. А при увеличении рН более 6,5 ед. труднее усваиваются остальные микроэлементы и фосфор, ухудшается усвоение анионов. Поэтому при обнаружении визуальных признаков дефицита питательных веществ нужно в первую очередь проверить уровень рН: слишком низкие его значения отразятся в пожелтении нижних листьев, а высокие – верхних.

Уровень кислотности питательного раствора должен составлять 5,2-5,5 ед. При его значениях более 6,2 ед. образуются нерастворимые соединения, которые забивают капельницы. Если рН раствора менее 5,2 ед., это приведет к резкому снижению рН в матах и сложному ее регулированию.

В процессе роста и развития растения способны менять реакцию среды из-за обменных процессов, происходящих в корнях. Так, при поглощении катионов из корней выделяются ионы H⁺, которые подкисляют раствор. Это особенно заметно в период массового плодоношения, когда растения усиленно потребляют калий и рН снижается. При поглощении анионов корни отдают в раствор анионы НСО₃^— и ОН^—, в результате чего рН возрастает. В фазу усиленного вегетативного роста интенсивно усваивается NO₃^—, из-за этого рН в корневой зоне увеличивается. Для предотвращения резкого повышения рН из-за усиленного поступления азота заменяют часть N-NO₃^— на N-NH₄⁺, который быстро поглощается корнями и ведет к снижению рН. Также подщелачивание среды может быть вызвано слабой активностью растений при недостатке света или в начале выращивания.

Питательный раствор должен быть электрически нейтральным, то есть с равной суммой катионов и анионов.

В зависимости от того, какой ион легче всего поглощается растениями из удобрений, их подразделяют на физиологически кислые (аммиачная селитра – быстрее потребляется аммонийный ион), физиологические щелочные (кальциевая селитра – быстрее поглощается нитрат-ион) и физиологически нейтральные (калиевая селитра), когда катионы и анионы усваиваются равномерно.

С рН раствора тесно связан показатель его щелочности, который отражает содержание бикарбонатов и измеряется в мг/л или мг-экв./л HСO₃^—. Щелочность определяет кислотно-буферную емкость воды и характеризует ее способность нейтрализовать кислоты.

Для малообъемной технологии концентрация бикарбонатов в поливной воде не должна превышать 4 мМоль/л (244 мг/л), иначе питательный раствор будет со временем подщелачиваться, и в субстрате повысится рН. Кроме того, чем больше содержание бикарбонатов в воде, тем хуже растворимость средств защиты растений и ниже их эффективность. Поэтому перед приготовлением питательного раствора нужно сделать анализ поливной воды на бикарбонаты и при необходимости провести ее предварительную подготовку.

Общее количество свободных ионов НСО₃^— в растворах не должно превышать суммы ионов Са²⁺ и Mg²⁺. Для нейтрализации избыточной щелочности в воду добавляют азотную или ортофосфорную кислоту из расчета 1 ммоль/л бикарбонатов на 1 ммоль/л кислоты. В результате действия кислоты бикарбонат преобразуется в угольную кислоту (Н₂СО₃), которая затем диссоциирует на H₂O и CO₂. При этом важно создать условия, чтобы углекислый газ свободно выделялся, – производить смешивание в открытом баке. Но бикарбонаты нейтрализуют не полностью. Для поддержания буферности раствора в воде оставляют 2 мМоль/л бикарбонатов (рН около 6,0 ед.). Азот или фосфор, поступивший вместе с кислотой, учитывается при составлении питательного раствора.

Более точное регулирование рН питательного раствора происходит с помощью кислотного бака С, благодаря которому рН доводится до нормальных значений. В итоге в растворе должно оставаться не менее 0,5 мМоль/л, или 30 мг/л бикарбонатов (рН не ниже 5,0), иначе рН начнет резко снижаться, и реакцию среды будет сложно регулировать. При рН = 5,5 ед. вода обычно содержит 1 мМоль/л бикарбонатов. Вся щелочность нейтрализуется при рН = 4,5 ед.

При использовании осмотической воды возникает проблема низкого содержания бикарбонатов. В этом случае эту воду смешивают с неочищенной с таким расчетом, чтобы в полученной смеси было не менее 0,5-1 мМоль/л бикарбонатов. Есть и другой способ – повысить содержание бикарбонатов путем добавления бикарбоната или карбоната калия или гидроокиси кальция.

РН вытяжки инертного субстрата из каменной ваты при напитке дистиллированной водой составляет около 7,0 ед. Поэтому усиленный вегетативный рост растений в рассадный период способен вызвать повышение рН. Но если поддерживать уровень рН питательного раствора около 5,2-5,5 ед., то его увеличение в субстрате не окажет негативного влияния на рассаду. В связи со слабыми буферными свойствами субстрата рН в течение дня может незначительно колебаться в зависимости от активности микроорганизмов, температуры, концентрации кислорода, содержания органических веществ и растворенного углекислого газа, который выделяется при дыхании корней. Но влияние этих факторов на реакцию среды не настолько существенно, чтобы проводить корректировку рН.

Необходимо ежедневно измерять уровень рН и в случае его отклонения от оптимального значения проводить корректировки:

— при превышении рН 6,5 ед. нужно заменить монокалий фосфат на ортофосфорную кислоту, сернокислые соли микроэлементов – на хелаты, на несколько дней увеличить количество аммонийного азота до 20-25 мг/л, а норму хелата железа ДТПА на 20% (не более 2 мг/л) или применять хелат железа EDDHMA;

— при снижении рН в мате до 5,5 ед. и менее необходимо сократить концентрацию аммония в питательном растворе или исключить его из рецепта, заменить ортофосфорную кислоту на монофосфат калия, уменьшить содержание калия и дозы полива или провести нормировку плодов, если падение рН связано с сильным генеративным ростом.

 

Чтобы обеспечить растениям полноценное питание для получения высокого урожая отличного качества, следует тщательно контролировать условия выращивания, правильно готовить раствор удобрений в соответствии с потребностями растений и своевременно проводить полив.