Выбор субстратов и нюансы их эксплуатации

Современные тепличные комплексы работают по малообъемной технологии. Чаще всего они используют торф и кокос (органический материал) или минеральную вату (неорганический субстрат). Для успешного выращивания культур, эффективного управления корневой зоной и правильного реагирования на потребности растений нужно знать особенности каждого вида субстратов. О них рассказывает агроном-консультант компании ТЕХНОНИКОЛЬ, кандидат с.-х. наук Александра Старцева.

 

Поливы

При выращивании сельхозкультур в почве основная масса корней располагается в 10 кг грунта, объем раствора при этом намного меньше. При использовании гидропонной технологии субстрат служит лишь основой для крепления корней, тогда как основное взаимодействие корневой системы происходит с раствором. Так, например, на одно растение приходится около 250 г минеральной ваты, а остальные 3,5 литра занимает раствор. Поэтому в гидропонной технологии большое внимание уделяют качеству исходной воды и питательного раствора.

Если для поливов используется вода плохого качества (повышенное содержание бикарбонатов, натрия или хлора), то предпочтительнее выбрать каменную вату, так как она инертна, легко промывается и не накапливает вредные для растений элементы. В отличие от торфа и кокоса минеральная вата не способна влиять на состав питательного раствора, что облегчает контроль за питанием растений. Органические субстраты из-за буферности могут задерживать в своей структуре питательные вещества, а также нежелательные элементы. Зато медленная реакция таких субстратов на изменения питательного раствора позволяет незаметно для растений внести коррективы, если были допущены ошибки.

Подготовка органических субстратов к посадке достаточно затратна. Во многих случаях кокос требует промывания от содержащихся в нем солей, а перед использованием торфа следует провести его раскисление. Кроме того, качество органических субстратов может значительно различаться от партии к партии. Для подготовки минераловатного субстрата к посадке нужно меньше ресурсов – его сразу насыщают раствором, необходимым для начала вегетации. Каменная вата, в отличие от органических субстратов, имеет небольшой вес, что упрощает ее транспортировку.

 

Показатели качества

Субстрат для растений – это всегда взаимодействие трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Поэтому, чтобы оценить его качество, рассмотрим подробнее свойства каждой из них.

Твердая фаза включает плотность, прочность и механическую стабильность.

Прочность и механическая стабильность каменной ваты обусловлена свойством волокон и их расположением. Например, в результате добавления доломита в состав сырья минеральные волокна получаются очень тонкими (3-5 мкм) и эластичными. Это сокращает энергетические затраты растений на проникновение и распространение корней по всему объему субстрата. Хаотичное размещение волокон придает минеральной вате прочность и устойчивость к усадке. В матах горизонтально-хаотичное расположение волокон позволяет питательному раствору равномерно распределяться по горизонтали, а в кубиках их вертикально-хаотичное расположение улучшает дренажные свойства и прорастание корней в субстрат.

Органические субстраты менее устойчивы к усадке. Торф подвержен разложению и со временем может уплотняться, что чревато недостатком кислорода в корневой среде. Кроме того, минерализация органического вещества торфа способствует накоплению аммиака и нитритов, что также вредит корням растений. В кокосовом субстрате механическая устойчивость и необходимая влагоемкость обеспечиваются путем регулирования соотношения фракций разного размера. Чем больше мелкой фракции в нем, тем быстрее субстрат подвергается усадке, но по сравнению с торфом он дольше сохраняет механическую стабильность.

Каменная вата более устойчива к перегреву, чем органические субстраты. Длительное перегревание кокосового субстрата (температура более 28 ^оС) приводит к ускоренному разложению органического вещества, а недостаток кислорода – к увеличению численности анаэробных микроорганизмов. В результате этих процессов в корневой среде накапливаются фенольные вещества, выделение которых может привести к ожогу растений.

Закрытые системы с рециркуляцией питательного раствора не позволяют применять субстраты из торфа и кокоса, так как система фильтрации забивается мелкой фракцией органики. Повторное использование раствора помогает значительно экономить воду и удобрения и является обязательным в некоторых странах. Поэтому выбор каменной ваты в таких условиях очевиден.

В органических субстратах присутствуют микроорганизмы, в том числе патогенные, что увеличивает риск заражения растений. Каменная вата практически стерильна, так как ее производство осуществляется при высоких температурах (плавление камня происходит при температуре 1500 ^оС). Поэтому в минвате легче регулировать количество полезной микрофлоры внесением биопрепаратов.

Органические субстраты дешевле и легче утилизировать, чем минеральную вату. Но некоторые производители минераловатных субстратов бесплатно принимают на переработку использованный материал.

Важной характеристикой субстрата является плотность. Чем она ниже, тем больше воздуха в корневой зоне и тем легче и быстрее корни распределяются по всему объему. Например, при плотности от 72 кг/м³ в субстратах создаются благоприятные условия для роста новых корней, поглощения воды и питательных элементов.

Жидкая фаза характеризуется влагоемкостью, водоподъемной способностью и дренированием.

Газообразная фаза отличается степенью аэрации. Субстраты имеют разные водно-физические свойства, а в связи с ними – определенные недостатки и преимущества.

Наибольшее содержание легко доступной для растений воды отмечается в  субстратах из каменной ваты – здесь ее доля около 60-80%. В торфе и кокосе – всего 30-40%. Объем трудно доступной (связанной) воды в торфе и кокосе составляет 30-40%, тогда как в минеральной вате ее содержится около 5%. То есть при одинаковом снижении влажности, признаки увядания растений быстрее проявятся на торфе и кокосе. С другой стороны, снижение влажности на минеральной вате происходит быстрее, так как из-за большой площади поверхности волокон испарение с них происходит интенсивнее. Поэтому поливы на минеральной вате нужно проводить чаще. Торф можно реже поливать, поскольку он обладает наибольшей влагоемкость. Этот субстрат используют там, где система полива часто ломается. Долгие перерывы между поливами растения выдержат лучше на торфе, чем на каменной вате. Чем больше крупной фракции в кокосовом субстрате, тем субстрат более пористый. Преобладание мелкой фракции делает его более влагоемким.

Помимо влагоемкости важной характеристикой субстрата является равномерность распределения влаги по всему объему. Это обеспечивает капиллярность субстрата и правильные дозы полива. На дне субстрата вода не должна застаиваться, тогда субстрат будет хорошо дренировать. В некоторых минераловатных субстратах после полной напитки и стекания излишков питательного раствора в течение 2 часов остается 80-85% влаги, 10-15% занимает воздух. Поэтому благодаря легкому регулированию количества дренажа корни растений всегда имеют свободный доступ к кислороду.

Рассмотрев основные характеристики субстратов, можно сделать вывод, что минеральная вата обладает рядом преимуществ по сравнению с торфом и кокосом.

 

Проверка качества субстрата

Сегодня существует множество производителей, выпускающих минераловатные субстраты. Среди этого разнообразия важно выбрать качественный субстрат и проверить его основные характеристики в условиях тепличных хозяйств.

Проверка водно-физических свойств субстрата включает в себя несколько показателей.

Водопогружение определяет скорость напитывания и равномерность распределения гидрофильного вещества по всем волокнам субстрата. Это важно при подготовке субстрата к посеву или посадке растений. Для оценки этой характеристики образцы размером 10х10х10 см или 10х10х6,5 см опускают в емкость с водой и засекают время погружения, которое не должно превышать 20 секунд.

Водопоглощение должно быть не менее 80% по объему. Это свойство субстрата поглощать и удерживать воду. Вычисляется как количество воды, удерживаемой субстратом (разница между напитанным и сухим образцом), по отношению к его объему.

Усадка при полном смачивании составляет не более 10%. Эта характеристика показывает прочность и стабильность субстрата, что позволяет сохранить оптимальный водно-воздушный баланс на протяжении всей вегетации растений.

Для оценки динамики потери влажности образцы размером 10х10х10 см или 10х10х6,5 см погружают в воду на 2 часа. Затем вытаскивают и проводят два взвешивания – через 2 и через 24 часа. В зависимости от внешних условий дренаж через 2 часа в среднем составляет 3-5%, а через 24 часа – 5-10%. Если дренаж затруднен, возникают проблемы с обновлением питательного раствора и со снабжением корней кислородом. Слишком быстрое подсыхание субстрата может привести к недостаточному водообеспечению растений и повышению Ес, что потребует более частых поливов.

Капиллярная влагоемкость (водоподъемная способность) определяется помещением образцов в емкость, заполненную водой на высоту 1 см. Высота воды постоянно контролируется. Через 5 минут оценивают водоподъемную способность – в среднем подъем жидкости составляет 4-5 см. Этот параметр влияет на равномерность распределения питательного раствора в субстрате и обеспечивает оптимальный градиент влажности по высоте.

Проверка химических показателей включает в себя динамику Ес и рН. Образец субстрата напитывается дистиллированной водой до появления дренажа. Через 2 часа и 24 часа отбирается вытяжка для определения Ес и рН. Электропроводность вытяжки должна составлять до 0,3 мСм, а значение рН – от 6 до 8 ед.

Завершающим этапом определения качества субстрата является оценка реакции растений, чувствительных к загрязнениям, на выращивание в субстрате.

Для этого в запитанный дистиллированной водой образец минеральной ваты сеют семена кресс-салата, как биоиндикатора токсичности для растений. Если всхожесть более 90%, субстрат не оказывает токсичного влияния на растения. Кресс-салат очень чувствителен к токсическим примесям и не будет расти в загрязненной среде. Обилие зелени на субстрате доказывает, что каменная вата не содержит вредных веществ и компонентов.

Субстраты из каменной ваты на фитотоксичность проверяют, например, в лаборатории экотоксикологического анализа почв МГУ. Там используют три тест-культуры: горчица белая, редис посевной (двудольный) и овес посевной (однодольный). Отсутствие торможения роста корней чувствительных к загрязнению культур на субстрате доказывает пригодность минваты к выращиванию растений.

 

Нюансы эксплуатации

Помимо качества самого субстрата большое значение имеет правильная подготовка кубиков и матов к посеву или посадке растений. От этого зависит равномерность роста рассады и скорость укоренения растений.

 

Правила подготовки кубиков

Кубики готовят в течение трех дней: чтобы все поры субстрата полностью заполнились раствором, выровнялся уровень Ес и рН, их напитку следует проводить равномерно. Экономия раствора для напитки кубиков ведет к неравномерному росту рассады. Температура раствора должна быть не менее 18 ^оС (оптимально 20-23 ^оС).

Кубики размещают плотно друг к другу на ровной поверхности пола или стола так, чтобы дренажные бороздки располагались в одном направлении. При поливе подтоплением на столы заливают питательный раствор на высоту 4 см. Под действием капиллярных сил влага поднимается до верха кубика. Раствор оставляют на 3-4 часа, затем сливают. На следующий день кубики переворачивают и повторяют процедуру, а перед посевом возвращают в исходное положение и проводят последнюю напитку.

При поливе сверху объем раствора в первой напитке должен быть равен двум-трем объемам кубика. Второй и последний полив можно провести меньшим объемом (1-1,5 объема кубика). Последний полив лучше делать непосредственно перед посевом (за 2 часа до него).

При выращивании рассады трудно регулировать рН в кубиках. Если поддерживать уровень рН поливного раствора около 5,2-5,5 ед., то увеличение рН при выращивании рассады не окажет негативного влияния на рост растений. В этот период лучше использовать хелаты высокого качества, которые действуют в более широком диапазоне рН.

Полив кубиков проводят при потере веса на 30-35%. Неоптимальная влажность субстрата вызывает гибель корневых волосков, корневая система слабеет и повреждается. Редкие поливы приводят к застою питательного раствора и пересушиванию субстрата, в результате чего Ес возрастает, а усвоение питательных элементов снижается. Необходимое Ес в кубиках больше или равно Ес питательного раствора, но при этом оно не должно превышать его концентрацию более чем на 1,5 мСм. Слишком частые поливы при недостаточном снижении влажности могут привести к переувлажнению субстрата и возникновению дефицита кислорода в зоне корней.

 

Правила подготовки матов

Сухие маты необходимо разместить на ровной поверхности и не менее чем за 48 часов до посадки (24 часа на запитывание матов и 24 часа для насыщения) залить питательным раствором. Его объем для одного мата в среднем на 3-5 литров превышает объем самого субстрата.

Ес раствора должно быть на 0,2-0,5 мСм меньше Ес кубика. Насыщение матов нужно проводить постепенно маленькими дозами в течение дня до уровня «зеркала». Уровень воды в матах должен быть выше поверхности субстрата хотя бы на 2-3 мм, чтобы питательный раствор впитывался и распределялся равномерно по всему объему субстрата. После напитки в автоматическом режиме проверяют ее качество и при необходимости доливают питательный раствор из шланга вручную. Во избежание протечек раствора следует использовать пленку без дырок и отверстий.

После напитки маты настаиваются не менее 24 часов для достижения максимальной капиллярной влагоемкости. Исключением может быть слишком жаркая погода, когда для предотвращения заболеваний корней насыщение субстратов проводят ночью.

Для быстрого укоренения растений рекомендуемая температура в матах на момент посадки составляет 20-23 ^оС (не менее 18 и не более 28 ^оС). Слишком высокая или слишком низкая температура субстрата может привести к развитию корневой гнили. Разница между температурой субстратов и кубиков с рассадой на момент посадки не должна составлять более 3 ^оС.

Дренаж в матах прорезают перед посадкой или в день посадки растений. Для этого делают надрезы длиной 4-5 см снизу-вверх на расстоянии 1-2 см от края мата и 4-5 см от концов мата со стороны дренажных канавок лотка под углом 45°. Дренажные отверстия делают так, чтобы в матах не застаивалась вода. Недопустимо прорезать дренаж прямо под капельницей или под кубиком.

В метровом мате достаточно трех-четырех отверстий, в мате длиной 120 см их может быть 6. Количество и расположение отверстий зависит от уклона и длины мата. При размещении матов на неровной поверхности необходимо прорезать дополнительные дренажные отверстия в нижней точке – разрез должен находиться в самой нижней точке в конце плиты по направлению уклона.

Недопустимо пересушивание субстрата и полив с рН менее 5,0 ед.

 

В процессе выращивания

Своевременное и правильное регулирование стратегии полива в малообъемной технологии является важным элементом управления ростом и развитием растений.

Для соблюдения режима поливов в теплице необходимо контролировать следующие показатели:

1. Количество поливной воды (л/м²/день).
2. Количество дренажа (% в день). К началу сбора урожая дренаж должен составить 5-10% (пасмурно) и 10-15% (солнечно), в период массового плодоношения – 30% (светокультура – до 50%).
3. Время первого дренажа. Первый дренаж должен появляться не раньше третьего-четвертого полива. Слишком раннее или слишком позднее возникновение дренажа указывает на неправильную стратегию полива предыдущего дня.
4. Влажность, Ес и рН в субстрате. Нужно ежедневно контролировать Ес и рН вытяжки и корректировать полив в соответствии с потребностями растений. Оптимальный уровень рН колеблется в пределах 5,5 — 6,5 ед. Необходимая концентрация солей в мате находится примерно на том же уровне, что и в питательном растворе – не более чем на 1-1,5 мСм выше и не ниже, чем в поливном растворе.

Сразу после посадки растений стратегию поливов направляют на подсушивание субстратов – снижение влажности в матах с 80% до 60% происходит в течение 7-14 дней. В этот период идет наращивание корневой массы, дренажа быть не должно.

Затем следует поливать растения так, чтобы снижение влажности матов за ночь было на уровне 8-10% для огурца и 10-12% для томата.

К поливам приступают только после начала транспирации растений. Их частота зависит от погодных условий и колеблется от 5 поливов в час в очень жаркую солнечную погоду до одного полива в 60-90 минут в пасмурную погоду. Средняя доза полива составляет 100-120 мл/кап на каждые 100 Дж/см². С увеличением солнечной радиации доза поливов и время между ними сокращается.

 

Таким образом, выбор субстрата зависит от условий хозяйства. Знания об основных особенностях и характеристиках этих материалов помогут лучше понимать процессы, происходящие в корневой среде, а также быстрее реагировать на потребности растений. Зная параметры каменной ваты и их влияние на рост растений, можно самостоятельно в производственных условиях оценить качество минераловатного субстрата по большинству показателей.