Выращивание овощей в гидропонных теплицах
В этом разделе освещены вопросы приготовления и корректировки питательных растворов, подготовки субстрата, регулирования мнкроклимата в гидропонных теплицах, составления культурооборотов. Изложены прогрессивная технологии основных овощных культур, меры борьбы с вредителями и болезнями. Описан биологический метод борьбы с вредителями и болезнями. Информация рассчитана на агрономов, бригадиров, работников агрохимических лабораторий, тепличных хозяйств и комбинатов.
Метод выращивания растений на водных растворах минеральных солей не новый. Великие русские ученые К. А. Тимирязев и Д. Н. Прянишников и их ученики широко использовали гидропонную культуру при изучении проблем минерального питания растений. Этот метод, представлявший раньше чисто научный интерес, в настоящее время нашел широкое применение в народном хозяйстве нашей страны. Построены большие гидропонные тепличные комбинаты в разных городах страны.
Выращивание растений без почвы, в искусственно регулируемых условиях, имеет много преимуществ перед выращиванием в обычных грунтовых теплицах. При гидропонике рационально используется территория, улучшаются условия корневого питания, создаются благоприятные условия водно-воздушного режима.
В растениеводстве защищенного грунта этот метод открывает большие возможности для механизации и автоматизации производственных процессов.
Гидропонный метод выращивания растительной продукции особенно эффективен в районах крайнего Севера, пустынных и горных районах, где нет плодородной земли, в крупных тепличных хозяйствах, расположенных в зоне больших городов, где заготовка и доставка почвы являются трудоемкими процессами.
Методы гидропоники
Методов выращивания растений без почвы много. Они отличаются по способам снабжения корневой системы растений воздухом, водой и элементами минерального питания. Различают следующие методы гидропопики: агрегатопоника; водная культура; хемопоника; ионитопоника; аэропоника.
Агрегатопоника - выращивание растений на твердых субстратах, обладающих небольшой влагоемкостью (гранитная щебенка, гравий, песок, керамзит и др.).
При выращивании растений на твердых искусственных субстратах корневая система размещается в гравии, щебне или других заменителях почвы и поглощает минеральные элементы из раствора, подаваемого в субстрат.
После нескольких лет использования искусственные субстраты засоляются, загрязняются корневыми остатками и корневыми выделениями, ухудшающими рост растений, поэтому возникает необходимость в их химической регенерации. В этих субстратах довольно быстро размножается галловая нематода.
Применение твердых заменителей почвы в качестве субстрата требует значительных затрат на их заготовку и доставку, на переноску в теплицы, стерилизацию, промывание и регенерацию.
Водная культура. Выращивание растений в водной среде нашло применение в гидропонных установках многих стран.
При водной культуре устраняются свойственные агрегатопонике недостатки, но возникают трудности в поддержании определенной концентрации и реакции питательного раствора, изменение которых за оптимальные пределы может привести к снижению урожайности или гибели растений. Кроме того, затрудняется одновременное и бесперебойное снабжение корневой системы растений раствором минеральных солей и кислородом воздуха. Растворимость кислорода в воде очень низкая. В 1 л питательного раствора при температуре 20°С содержится всего 9,4 мг этого элемента. Такое низкое его содержание не может обеспечить нормального дыхания корневой системы, поэтому корни растений в водном растворе испытывают кислородное голодание, т. е. находятся в состоянии удушья. Для обеспечения нормального роста культур водный раствор необходимо обогащать кислородом. С этой целью применяют продувание воздуха через раствор специальными компрессорными установками.
Для улучшения снабжения корневой системы кислородом воздуха только незначительную часть ее погружают в питательный раствор, а остальную размещают во влажном пространстве над раствором.
Учеными различных стран начаты разработки более приемлемых для промышленного возделывания овощей методов водной культуры. Один из таких методов успешно применяют. Он заключается в том, что растения выращивают в желобах из светонепроницаемой полиэтиленовой пленки. Желоба, в которых находится корневая система, устанавливают на ровной поверхности грунта теплицы с небольшим уклоном (1:100). Из специальных резервуаров, установленных внутри теплицы, питательный раствор через водопроводные трубы поступает в желоба и по наклонной плоскости равномерно стекает (слоем 1-2 см), смачивая корни растений. Раствор, достигший конца желоба, поступает в общую канавку с небольшим резервуаром и с помощью небольшого электрического насоса снова возвращается в резервуар.
Рисунок. Схема проточной малообъемной гидропонной установки: 1 - пластмассовые лотки; 2 - магистральный трубопровод; 3 насос; 4 - резервуар с питательным раствором; 5 - приемный желоб; 6 - трубки для подачи раствора в лотки.
При этом строго контролируется кислотность раствора и его электропроводность. Чем выше концентрация питательного раствора, тем больше его электропроводность. Когда электропроводность снижается до определенной величины, проводят корректировку раствора. Если он подщелачивается, его корректируют внесением ортофосфорной кислоты, а при подкислении вносят едкий калий. Преимущество этого метода водной культуры заключается главным образом в том, что для роста корневой системы создаются оптимальные условия. Растения постоянно получают в достаточном количестве влагу, питательные вещества и кислород воздуха. Все это способствует получению высокого урожая выращиваемых культур.
В некоторых странах урожайность огурца составляет 53 кг с 1 м2 полезной площади теплиц. Используя этот метод гидропоники, с 1 м2 получают до 32 кг томатов.
При этом методе отпадает необходимость в строительстве громоздких дорогостоящих водонепроницаемых поддонов и поддонного обогрева.
Хемопоника. Этот метод близок к культуре растений на почвосмесях. В качестве субстрата используют следующие виды органических материалов: верховой торф со степенью разложения 30%, сфагновый мох, древесную кору, опилки, рисовую шелуху, отходы хлопчатника и др. Срок использования этих материалов в качестве субстрата 1-2 года. Некоторые из органических материалов требуют предварительной подготовки - измельчения (кора, стружка) и корректировки реакции среды. Минеральное питание осуществляют поверхностным поливом питательным раствором. Хемопоника не требует специального оборудования, ее можно применять во всех видах защищенного грунта.
Ионитопоника - совершенно новый метод, по своему существу близок к агрегатопонике. Субстрат состоит из смеси двух типов синтетических ионообменных смол: катионита КУ-2 и анионита ЭДЭ-10П. Катионит - это не растворимый в воде светло-желтого цвета полимер, имеющий сильнокислую реакцию, хорошую сыпучесть. Размер его гранул 0,3-0,5 - это желтый сыпучий полимер, размер его гранул 0,3-1,5 мм. Оба ионита прочные, химически стойкие, не разлагаются при воздействии кислорода, света и при обычной температуре. В отличие от агрегатопоники, питательные вещества находятся в составе субстрата, поэтому поливают только чистой водой. По существу это искусственная почва.
Аэропоника. Этот метод возделывания растений является более удачной модификацией беспочвенной культуры, чем метод водной культуры. Сущность его заключается в том, что корневая система растений развивается в условиях воздушной среды в полом пространстве, где через каждые 12-15 минут в течение 5-7 с ее опрыскивают питательным раствором из форсунок. При этом методе корни растений наиболее полно обеспечиваются кислородом воздуха. Для предупреждения подсыхания необходимо вовремя смачивать их питательным раствором.
Аэропоника имеет неоспоримые преимущества перед гравийной культурой, так как при се применении отпадает необходимость в завозе, подготовке, стерилизации субстратов. Нет опасности поражения растений галловой нематодой. Однако этот метод выращивания растений требует безотказной автоматики и при усовершенствовании он как более экономичный найдет широкое применение в тепличных хозяйствах страны.
Способы подачи питательного раствора к растениям
Питательный раствор при гидропонной культуре подается путем поверхностного увлажнения или подтопления.
Поверхностное увлажнение заключается в том, что питательный раствор подастся на поверхность субстрата струей или каплями, а излишек раствора отводится через дренажные трубы, уложенные на дне стеллажей или поддонов. К этому способу подачи раствора относится так называемый бенгальский, который получил широкое применение в Индии, Австралии, Пакистане и Бирме.
При бенгальском способе растения выращивают в негерметических поддонах, наполняемых песчано-гравийной смесью. Через каждые 10 дней в междурядья вносят сухую питательную смесь (по 50-70 г/м2), после чего субстрат поливают так, чтобы влага достигла корневой системы растений. В течение недели поливают 2-3 раза. Избыток раствора сбрасывается через отверстия в поддонах.
Meтод поверхностного увлажнения применяется также при выращивании овощей в бороздках. В качестве субстрата здесь используются предварительно пропаренные опилки хвойных и лиственныx пород, а также перлит или вермикулит. На песчаном основании теплиц делаются бороздки шириной и глубиной 20 см. Их выстилают кусками полиэтиленовой пленки шириной 60-70 см с отверстиями для удаления излишков раствора по продольной оси. Борозды засыпают предварительно пропаренными древесными опилками так, чтобы они образовали валик.
Подкармливают растения дождеванием через определенные промежутки времени. После прекращения подкормки излишки питательного раствора уходят в дренаж, не вызывая заболачивания.
Рыхлая структура опилок обеспечивает хорошую аэрацию корневой системы растений, а малые объемы субстрата и борозде быстро прогреваются воздухом теплицы, обеспечивая необходимый температурный режим в корнеобитаемом слое. Пленка, выстилающая борозду, до определенной степени играет роль экрана, предотвращающего переохлаждение корневой системы растений подстилающим дренажным песком. По принципу обеспечения растений водой и питательными элементами эта система относится к хемопонике. Она выгодно отличается от гравийной культуры своей простотой и доступностью для любого хозяйства. Однако при этом безвозвратно теряется значительная часть питательного раствора, загрязняя окружающую среду.
Более совершенным является автоматический капельный полив, применяемый в гидропонных теплицах Дании. В таких теплицах в качестве субстрата используется инертный материал гродан (минеральная вата), укладываемый на обычную полиэтиленовую пленку на ровной поверхности грунта в теплице (рис. 5). Через систему полихлорвиниловых труб к каждому растению подведена капиллярная трубочка (капельница) для одновременного орошения и подкормки растений. Компьютер регулирует концентрацию, кислотность, время и количество подачи питательного раствора, необходимого для увлажнения субстрата.
Этот метод увлажнения имеет несомненные преимущества перед другими, так как может обеспечить очень точное и равномерное распределение малого количества раствора на площади без увлажнения вегетативной массы растений и воздуха теплиц.
При капельном методе орошения вместо гродана можно использовать предварительно произвесткованный малоразложившийся сфагновый торф. Состав питательного раствора при орошении торфа капельным методом должен составляться с учетом содержания в нем питательных элементов. Потеря раствора здесь также неминуема.
В тепличных гидропонных комбинатах питательный раствор подают способом подтопления (так называемый субирригационный метод). Растения высаживают в водонепроницаемые стеллажи или поддоны, наполненные искусственными, хорошо водопроницаемыми субстратами, в которые питательный раствор подается снизу. После прекращения подачи он самотеком удаляется из стеллажа или поддона. Такое увлажнение субстрата создает оптимальные условия для аэрации корневой системы растений.
Особенности, преимущества и экономическая эффективность выращивания овощей в гидропонных теплицах
Гидропонный метод имеет ряд важных преимуществ перед выращиванием овощей в грунтовых теплицах.
При гидропонном методе рационально используется территория. Для гидропонных сооружений целесообразно использовать не пахотные земли, а площади, непригодные для обычного земледелия: каменистые, скалистые участки, злостные солончаки, пески и обнаженные площади, малоразвитые, бесплодные почвы и т. д. При этом методе возделывания растительной продукции увеличивается коэффициент использования производственной площади. Гидропонные сооружения можно поднять ввысь - в виде многоэтажных гидропонных теплиц или вегетационных камер с регулируемым климатом.
При гидропонном методе сокращаются затраты труда на возделываемую продукцию.
В практике овощеводства закрытого грунта для выращивания растений заготавливают специальные почвенно-перегнойные смеси. Заготовка и транспортировка дерновой земли, перегноя, торфа связаны с огромными затратами, особенно в крупных тепличных хозяйствах, расположенных в зоне больших промышленных городов. На гектар тепличной площади необходимо заготовить не менее 2,5 тыс. м3 такой смеси.
Кроме того, при длительном использовании почвы в теплицах изменяются ее первоначальные химические и физические свойства. Даже при использовании свежей дерново-перегнойной почвенной смеси в течение одного культурооборота ее структура значительно разрушается в результате частых поливов, подкормок и рыхлений. В почве накапливаются возбудители болезней и вредителей, увеличивается количество вредных корневых выделений и неиспользованных минеральных удобрений, что намного снижает урожайность растений. В связи с этим почву в теплицах необходимо периодически менять.
При выращивании овощей в течение ряда лет на одной; и той же почвенной смеси возникает необходимость дезинфицировать ее. В практике тепличных хозяйств с этой целью применяют термическую обработку почвы. Эти дорогостоящие и трудоемкие процессы приводят к разрушению структуры почвы, усиленной минерализации органического вещества, чрезмерному повышению концентрации отдельных элементов в почвенном растворе. Все это создает неблагоприятные условия для вегетации растений, особенно в начальных фазах их роста и развития.
К тому же термическая обработка почвы не исключает возможности повреждения растений очень распространенным в теплицах вредителем - галловой нематодой, которая не всегда уничтожается в более глубоких слоях почвы.
Выращивание овощей методом гидропоники исключает трудоемкие процессы, связанные с использованием почвы (заготовка, транспортировка и частая ее замена). При этом способе вместо почвы применяют искусственные субстраты, которые могут быть использованы без замены на протяжении 20-30 лет. Работы по уходу за растениями (поливы, подкормки) заменяются автоматической подачей питательного раствора. В гидропонных теплицах облегчается также борьба с галловой нематодой. Субстрат, на котором выращивают растения, можно легко продезинфицировать формалином или другими инсектицидами.
В гидропонных теплицах облегчается уход за растениями. Тепличное овощеводство при обычной культуре на почве остается очень трудоемким, многие процессы не механизированы, что обусловливает высокую себестоимость тепличных овощей.
При гидропонном методе улучшаются условия минерального питания и сокращается расход оросительной воды, успешно решается задача бесперебойного снабжения корневой системы растений водой, питательными веществами и кислородом воздуха.
Расходование воды в гидропонных теплицах происходит очень экономно. Если при поливе почвы в грунтовых теплицах часть воды проникает за пределы корнеобитаемого слоя, часть соединяется с коллоидными частицами почвы и становится недоступной для растений и, наконец, значительное количество ее теряется при испарении с поверхностных слоев почвы, то при выращивании растений на искусственных субстратах эти потери сведены к минимуму.
В гидропонных сооружениях вода полностью расходуется на транспирацию и синтез органических веществ.
В почвенном растворе содержится относительно мало питательных элементов в доступном для растений состоянии, что нередко является причиной низкой продуктивности культур. При почвенной культуре часть биологически важных элементов адсорбируется почвенными частицами, вступает в химическую реакцию и становится недоступной для корней растений. Часть этих веществ вместе с водой выщелачивается в глубокие слои почвы и уходит из сферы биологического кругооборота. Кроме того, питание растений усложняется тем, что ряд необходимых для них элементов, таких как азот, фосфор, часто содержится в почве в форме органических соединений. Они становятся доступными для растений только после разложения этих соединений микроорганизмами.
В условиях гидропоники коренным образом улучшаются условия корневого питания растений, так как питательный раствор содержит оптимальное количество макро- и микроэлементов в благоприятных соотношениях в соответствии с биологическими потребностями самого растения.
При этом методе легче удовлетворить изменяющиеся требования растений к корневому питанию по периодам их роста и развития.
Водоснабжение и питание растений, культивируемых на искусственных средах, осуществляются одновременно при оптимальных количествах питательных веществ и наиболее благоприятной реакции раствора. При этом удобряется не почва, а растение, которое использует питательные вещества непосредственно из раствора.
Одним из важных условий интенсивности поглощения питательных элементов корнями растения является хорошая аэрация искусственного субстрата.
В структурной почве воздух, находящийся между комками, вполне удовлетворяет потребность растений в кислороде. Но в бесструктурной, распыленной почве теплиц количество кислорода, как правило, явно недостаточное для нормального роста и развития растений. В такой почве во время поливов ухудшается ее воздушный режим, а между поливами - водный.
Хороший рост корневой системы возделываемых культур наблюдается па почвах, в достаточной мере снабжаемых кислородом. Рост корней заметно ослабляется при снижении концентрации кислорода в почвенном воздухе ниже 10 % и прекращается при падении его ниже 5 %. Критический минимум кислорода для сохранения корней живыми находится на уровне около 3 %. Среди тепличных культур максимальную потребность в кислороде имеет томат.
В условиях гидропоники для растений создаются благоприятные условия водно-воздушного режима благодаря тому, что в крупных норах субстрата содержится воздух, а на поверхности его частичек - пленка питательного раствора, образуемая после увлажнения. Следовательно, корни растений при беспочвенной культуре непрерывно питаются и снабжаются достаточным количеством кислорода.
При выращивании растений без почвы с автоматическим программным управлением представляется возможность регулировать дозировки и частоту подачи питательного раствора также в зависимости от температурного режима и интенсивности освещения гидропонного помещения.
При гидропонной культуре, как правило, повышается качество продукции, улучшается биохимический состав плодов. Возрастают возможности правильного регулирования качества возделываемой продукции, так как технология производства растений становится управляемой.
При гидропонике открывается возможность создания новой отрасли - лечебного растениеводства. Уже теперь имеется полная возможность регулировать в овощах содержание сахаров, органических кислот, витаминов и получать овощи с повышенным содержанием йода в районах эндемического зоба или овощи с повышенным содержанием меди, марганца, калия, кальция и других элементов. Кроме того, в отличие от грунтовой культуры, для гидропоники характерно получение незагрязненной продукции.
В гидропонных теплицах улучшаются гигиенические условия труда. Работа в таких сооружениях намного чище, чем в грунтовых. Здесь легче обеспечить более строгие санитарно-гигиенические условия производства, так как отпадает необходимость в подкормках навозом и поливах.
Производство свежей растительной продукции - овощей, картофеля, цветов - при помощи гидропоники возможно в самых необычных условиях: на высокогорьях, на кораблях дальнего плавания, на крышах домов и фабрик и т. д. Гидропоника на крышах домов, несомненно, увеличит растительный покров в городах, очистит воздух от углекислого газа.
Все эти особенности и преимущества выращивания растений в теплицах без почвы позволяют получать максимальные урожаи овощных культур при низкой себестоимости продукции.
Результаты экономического анализа работы гидропонных хозяйств свидетельствуют о том, что урожайность возделываемых культур в гидропонных условиях значительно выше, чем в почвенных.
Кроме того, на искусственных субстратах плодоношение томата начинается на 15-20, огурца - на 5-7 дней раньше, отдача урожая в первые месяцы плодоношения более дружная, чем на почве. Раннее поступление урожая позволяет хозяйствам значительно увеличить доходы от реализации благодаря более высоким реализационным ценам.
В результате автоматизации и механизации ряда трудоемких процессов при возделывании огурца на гидропонике затраты труда сократились на 34,5 %, томата - на 51,1 % по сравнению с почвенной культурой.
Себестоимость тепличной продукции определяется в основном урожайностью возделываемых культур и затратами на заработную плату, обогрев, амортизацию, общепроизводственные расходы, семена и посадочный материал, удобрения. Эти расходы имеют наибольший удельный вес и достигают 80-85 %.
Общие затраты в гидропонных теплицах снижаются благодаря механизации трудоемких работ, а также уменьшению расхода воды, удобрений, пестицидов.
Расходы на удобрения сокращаются в 1,5-2 раза по сравнению с почвенной культурой.
Затраты на пестициды при этом методе выращивания овощей также снижаются.
Таким образом, в гидропонных теплицах получают более высокий и ранний урожай, значительно сокращаются затраты труда, снижаются расходы на удобрение и пестициды по сравнению с выращиванием в грунтовых теплицах, что положительно влияет на себестоимость продукции, которая при выращивании огурца в гидропонных теплицах на 15,7 %, томата - на 37,6 % ниже, чем в грунтовых.
Как уже отмечалось выше, в гидропонных теплицах полностью отпала необходимость в заготовке и завозе почвосмесей для замены грунта. В грунтовых теплицах его меняют раз в 8-10 лет, т. е. ежегодно заменяют 10-12 % тепличного грунта. На 1 га теплиц требуется 2500-3000 м3 грунта.
Выращивание овощных растений методом гидропоники является экономически выгодным. Несмотря на то, что капитальные вложения при строительстве тепличных комбинатов на гидропонике выше по сравнению со стоимостью строительства грунтовых теплиц и амортизационные отчисления на гидропонике тоже выше, чем на почве, в целом себестоимость овощей, выращенных гидропонным способом, значительно ниже, чем при выращивании на почве.
Гидропонный метод возделывания овощей в теплицах экономически выгоден. Необходимы поиски новых путей снижения стоимости и упрощения гидропонных сооружений. В этом отношении большие возможности имеет выращивание растений в малообъемных субстратах: на гродане, в желобах, узких пленочных лотках и контейнерах.
