Субстраты для гидропоники

В современных условиях все большее потребительское значение приобретает выращивание растений методом гидропоники (на искусственных средах, не обладающих питательным значением). Под этими средами понимаются влажные, хорошо аэрированные пористые субстраты. Они способствуют дыханию корневой системы растений и требуют достаточно частого полива растворами минеральных солей, которые готовятся в соответствии с потребностями выращиваемых культур. Субстраты являются опорными средами для роста растений, заменителями грунта.

Способность субстратов к удержанию воды, растворов минеральных солей и воздуха обусловлена величиной пространства между отдельными волокнами либо гранулами искусственной среды. В настоящее время наибольшую популярность приобрели субстраты, приготовленные с использованием перлита, керамзита, торфа, кокосового волокна, минеральной ваты.

Выбор субстрата осуществляется в зависимости от типа используемой гидропонной системы. При этом ключевыми факторами являются:

способность субстратной среды удерживать влагу;
экологическая чистота;
хорошая аэрация;
высокие опорные характеристики;
обеспечение ускоренного роста растений;
продолжительный период использования;
простота утилизации;
экономическая эффективность применения.

Каждый из видов субстратов может применяться как по отдельности, так и в соединении с другими искусственными средами. Во многих случаях грамотное соединение почвозаменителей позволяет получить наилучший результат.

Кокосовое волокно

Субстраты, изготовленные с использованием измельченных, стерилизованных паром, высушенных и спрессованных оболочек кокоса, являются ценным органическим материалом, нашедшим широкое применение для выращивания растений, в том числе, методом гидропоники.

Кокосовый субстрат

К числу отличительных особенностей субстратов на базе кокосового волокна следует отнести обеспечение:

наличия значительного количества питательных компонентов;
защитной функции для корневой системы растений, обусловленной присутствием противогрибковых веществ и природных антибиотиков;
наличия фитогормонов, обеспечивающих ускорение прорастания и укоренения растений;
длительного использования (около 8 лет) за счет устойчивой структуры, мало подверженной микробиологическому разложению;
отличных дренажных характеристик;
получения экологически чистой продукции;
оптимального для подавляющего большинства растений уровня pH;
простоты утилизации;
существенной водоудерживающей способности за счет капиллярной структуры;
высоких характеристик воздухообмена.

Перечисленные особенности кокосовых субстратов самым благоприятным образом отражаются на развитии корневой системы и надземных частей растений.

Внимание! Субстраты, изготовленные с использованием кокосового волокна, очень удобны в применении. Этот материал существенно упрощает использование гидропонных технологий в жилых помещениях, поскольку не пачкает различные поверхности и легко удаляется в случае рассыпания.

Торфяные субстраты

Основным ингредиентом торфяных субстратов является торф, содержание которого может достигать 35-100% общего объема. Торфяные субстраты признаются одной из лучших сред для выращивания растений.

К числу преимуществ торфяных субстратов следует отнести:

возможность создания заменителей грунта со свойствами, которые необходимы конкретным видам растений;
устойчивую структуру, которая в течение продолжительного времени не поддается микробиологическому разложению, что позволяет не заменять субстрат в течение 3 и более лет;
оптимальные водно-воздушные характеристики;
высокую пористость;
продуцирование в процессе разложения торфа углекислого газа, что обуславливает нормальное развитие растений в условиях защищенного грунта.

Обеспечение необходимого объема питания и благоприятного водно-воздушного режима в зоне размещения корневой системы, возможно только при использовании определенных видов торфяных субстратов.

Как показывает опыт, наибольшую эффективность демонстрирует торф верхового типа, относящийся к моховой группе. При этом качественный субстрат должен обладать следующими характеристиками: наличием сфагнового мха в объеме свыше 85%, лигнина - менее 5%, зольности – менее 5%, уровня разложения - менее 20%.

Верховому торфу присуща высокая кислотность, сорбционная способность, влагоемкость и пористость, что отличает его от торфа переходного и низинного типов. Даже при осуществлении обильного полива, субстраты, изготовленные с использованием верхового торфа, содержат до 25% воздуха. Это дает возможность применять растворы с повышенным содержанием минеральных веществ и в широких диапазонах обеспечивать регулирование уровней питания. Кроме того, верховой торф за счет наличия в них фенольных соединений демонстрирует высокие антисептические качества.

Низинный торф, имеющий показатели кислотности, близкие к нейтральному уровню, обладает менее ценными потребительскими характеристиками. Применение для изготовления субстрата лишь низинного торфа, способствует формированию непроницаемой среды. Для создания качественного субстрата рекомендуется использовать верховой сфагновый торф, имеющий невысокую степень разложения, либо его смесь с низинным торфом. При этом в целях нейтрализации субстратов, изготовленных из верхового торфа, имеющего сильнокислую реакцию, традиционно используют известняковую муку.

Внимание! При пересыхании торфяные субстраты плохо впитывают влагу. В данном случае горшечные растения рекомендуется размещать на поддонах, заполненных водой таким образом, чтобы ее уровень почти достигал края горшков. При этом необходимо добиться полного пропитывания торфяного кома влагой.

Перлит

Перлит представляет собой особо легкую (в 4 раза легче воды), имеющую кислую реакцию, породу вулканического происхождения. В процессе производства перлита осуществляется измельчение и сортировка породы с последующим ее калением при температуре, достигающей 1000⁰С. В результате формируются мелкие (до 5 мм) обезвоженные гранулы, имеющие пористую структуру. В субстратах, изготовленных с применением перлита, минеральные компоненты находятся в формах, которые недоступны для усвоения растениями.

Ключевым преимуществом субстратов, изготовленных с использованием перлита, является их долговечность. К иным особенностям этого материала относятся:

высокая способность удерживать воздух;
наличие мощной системы капилляров, что обеспечивает подъем влаги с той же скоростью, с которой ее поглощают растения;
обеспечение продольного распространения влаги, что позволяет использовать перлитовые субстраты в системах фитильного типа;
высокая стабильность структуры, что дает возможность применять материал в течение нескольких агрономических сезонов;
обеспечение слива излишков жидкости в резервуар.

Условным недостатком перлитовых субстратов принято считать их легкость. С одной стороны, это свойство является залогом простоты транспортировки и работы с этим материалом. С другой стороны, ввиду своей легкости, такой субстрат с трудом удерживает растения и может смываться водой. Это качество делает перлитовые среды неподходящим материалом для применения в открытых системах гидропоники, пребывающих под воздействием ненастья и ветров, а также в системах проточного и затопляемого типа.

Внимание! Ввиду низкой поглощающей способности перлитовых субстратов, необходимо обеспечивать их регулярное увлажнение.

Керамзит

Керамзит изготавливается в процессе обжига во вращающихся печах слабо вспучивающихся глинистых масс. Нередко обжиг ведется с использованием дополнительных компонентов (щепы, торфа, солярки). Для создания субстратов традиционно применяют дробленые керамзитовые частицы величиной до 5 мм. Они имеют пористую стекловидную структуру с «запечатанными» порами.

Отличительными чертами керамзита являются:

высокая механическая прочность;
средние показатели влагоемкости (около 60%);
хорошая способность обеспечивать удержание питательных растворов;
достаточно высокая стоимость;
возможность использования в течение нескольких агрономических сезонов.

Субстраты, изготовленные с применением керамзита, хорошо подходят для систем гидропоники, имеющих частые циклы полива. Керамзитовые гранулы целесообразно смешивать с иными субстратами в целях увеличения способности к удержанию воздуха.

Внимание! Под воздействием выделений корневой системы керамзитовые частицы через 4 года использования подвергаются разрушению и накапливают продукты метаболизма растений, которые содействуют развитию бактерий и грибковых организмов. Чтобы исключить эту проблему, требуется каждый сезон промывать керамзитовые гранулы перекисью водорода (3%).

Минеральная вата

Минеральная вата изготавливается плавлением (при температуре в 2000⁰С) смеси ингредиентов, включающей 20% кокса, 20% известнякового щебня и 60% базальтовой породы. Субстрат, созданный с использованием минеральной ваты, не является источником питательных компонентов. Ввиду отсутствия буферной способности, несмотря на то, что минеральная вата обладает щелочной реакцией, подобные субстраты стремительно принимают pH применяемого минерального раствора.

В числе отличительных свойств минеральной ваты следует выделить:

исключение уплотнения субстрата в течение продолжительного времени вследствие поддержки волокон ваты связующим веществом на определенном расстоянии друг от друга;
высокую пористость;
хорошие капиллярные качества;
высокую влагоемкость;
легкость;
стерильность, что обуславливает отсутствие патогенных организмов и токсических компонентов;
обеспечение контрольного доступа к корневой среде растений;
возможность использования в течение 2-х агрономических сезонов.

Как показывает опыт, в процессе использования минеральной ваты наблюдается сохранение излишков влаги. Это не оставляет вокруг корневой системы достаточного места для воздуха, что снижает качественные характеристики процесса воздухообмена. Следует также учитывать, что в большинстве случаев минеральная вата обрабатывается химическими веществами в целях обеспечения пожарной устойчивости. Это может существенно снизить уровень экологической чистоты выращиваемой продукции. Минеральная вата может использоваться для гидропонного выращивания различных овощей и зелени в пропитанных влагой пробках, которые размещаются в ящиках для рассады.

Для получения полной характеристики субстратов для гидропоники, требуется изучить их химические, физические и агрофизические свойства.

Химические свойства субстратов для гидропоники

В агрессивной среде минеральных растворов, используемых в гидропонике для питания растений, под воздействием микрофлоры используемые субстраты (керамзит, перлит, минеральная вата, кокосовое волокно, торф) подвержены значительным химическим изменениям.

Так, исследования показывают, что содержание диоксида кремния (SiO₂) составляет:

в торфе – 33%;
в кокосовом волокне – 23,5%;
в перлите – 75,3%;
в керамзите – 57,3%;
в минеральной вате - 46%.

Наибольшее количество алюминия в форме Al₂O₃ (16,8%) содержится в керамзите, а наименьшее - (4,8%) – в кокосовом волокне. Следует учитывать, что оксиды алюминия, обладающие кислой реакцией и высокой подвижностью, способны оказывать негативное воздействие на корневую систему, вызывать ее старение и, как следствие, снижать урожайность.

Диоксид кремния (SiO₂), взаимодействуя с ионами алюминия, выпадает в осадок, вследствие чего наблюдается рост содержания кремнезема во всех частях растения. При этом фиксируются процессы, сходные с подзолообразованием. Поэтому во время регенерации субстратов с высоким содержанием диоксида кремния (перлит, керамзит, минеральная вата) требуется применять КОН (0,2%), что позволит удалить из почвозаменяющей среды кремнезем.

Результаты исследований позволяют утверждать, что наибольшее количество диоксида титана (TiO₂) содержится в минеральной вате – 1,98%. Наименьшая концентрация этого элемента зафиксирована в перлите (0,11%) и кокосовом волокне (0,07%). Максимальное количество оксида железа (Fe₂O), демонстрирует керамзит (10,5%) и минеральная вата (9%), при этом в перлите его имеется лишь 2,2%, а в кокосовом волокне – 1,7%. Высокое содержание оксида фосфора (Р₂О₅) зафиксировано в минеральной вате (0,3%) и верховом торфе (0,2%).

Отдельные исследования доказывают, что в гранулах керамзита образуется вивианит, что формирует резерв Fe2+, благотворно сказывающийся на здоровье растений и их урожайности.

Физические свойства субстратов для гидропоники

Все субстраты, предназначенные для использования в гидропонике, размещаются в изолированных емкостях и подлежат периодическому смачиванию питательным минеральным раствором, подаваемым из запасных резервуаров. В результате, растения постоянно пребывают в контакте со смоченной минеральным раствором средой и получают определенное количество питательных элементов и влаги. Условия их доставки растениям сопряжены с гранулометрическим составом применяемого почвозаменителя, его физической активностью, пористостью, а также параметрами смачиваемости.

Высокая пористость характерна для таких материалов, как верховой торф, перлит, керамзит. Минеральные растворы в пористых материалах сохраняются лучше, что является залогом их равномерного использования растениями.

Ценным физическим качеством почвозаменителей является их буферность, обеспечивающая нивелирование колебаний концентрации минеральных растворов. В наибольшей степени этим качеством обладает перлит, позволяющий гарантировать слив в резервуар излишков жидкости.

Пористые материалы имеют высокую поглотительную способность и инерционность при удалении минерального раствора. При этом в капиллярах наблюдается накопление минеральных солей и метаболитов. Поэтому особо ценной физической характеристикой является высокая устойчивость структуры почвозаменителя. Это свойство характерно для всех рассматриваемых субстратов.

Легкость материала является еще одной востребованной потребительской характеристикой заменителей грунта. Она становится залогом удобной транспортировки и работы с материалом, а также гарантией получения здоровых растений, корни которых не повреждаются при извлечении из субстрата. Это свойство особенно характерно для кокосового волокна, перлита, минеральной ваты.

Влагоудерживающая способность почвозаменителя зависит от особенностей его капиллярной системы. Отличными капиллярными свойствами обладают минеральная вата, кокосовое волокно, керамзит и перлит. При этом перлиту присуще значительное количество закрытых пор, что обуславливает его исключительную влаго- и воздухоудерживающую способность.

Агрофизические свойства субстратов для гидропоники

Принято считать, что высокое качество искусственных сред для гидропоники обуславливается возможностью их непрерывной эксплуатации в течение нескольких сезонов. Поэтому применяемые субстраты должны иметь высокую механическую прочность. Как показывают исследования, наиболее высоким показателем прочности на одноосное сжатие обладает керамзит – 2,1 МПа. Этот же материал демонстрирует наибольшую насыпную плотность – 510 м³. Максимальным водопоглощением по массе обладает перлит – 86% от веса сухого материала, а по объему – минеральная вата – 1113%.

Большое значение имеет также такой показатель, как объем пор, занимаемых воздушной массой при насыщении субстрата влагой. Максимальное значение этого показателя зафиксировано у перлита – 63%.

Заключение

Общеизвестно, что тепличные субстраты, вследствие особенностей их использования, испытывают активное влияние микроклимата и применяемых агротехнических приемов. В результате, их качество быстро ухудшается, снижается урожайность растений.

В фермерских и небольших домашних хозяйствах наиболее предпочтительным является использование кокосового субстрата, имеющего низкую степень разложения, поскольку он максимально отвечает требованиям тепличной агрокультуры. В частности, субстраты на основе такого кокоса способны в течение 3 лет сохранять свою рыхлую структуру, не уплотняются, не подвергаются микробиологическому разложению, не имеют значительных колебаний по содержанию органических веществ. Физические, агрофизические и химические свойства такого субстрата при его эксплуатации в промышленных и небольших домашних хозяйствах почти не изменяются при внесении четверти объема свежего грунта ежегодно. Установлено, что приживаемость растений при их пересадке в такой грунт приближается к 100%. Субстраты, изготовленные с применением кокосового волокна, обладают невысокой (до 180 кг/м^З) насыпной плотностью, что делает их особенно пригодными для тепличного хозяйства.

Перлитовые субстраты подлежат использованию только в условиях закрытого грунта. Особую эффективность они демонстрируют в системах фитильного типа. Этот материал абсолютно не подходит для промышленных систем гидропоники проточного и затопляемого типа.

Минеральную вату рекомендуется использовать для гидропонного выращивания различных овощей и зелени в промышленных условиях. Субстраты, изготовленные с применением керамзита, хорошо подходят для систем гидропоники, имеющих частые циклы полива. Высокая насыпная плотность этого материала несколько ограничивает его применение в тепличном хозяйстве. Почвозаменители на основе кокосового волокна и торфа наилучшим образом подойдут для небольших частных зимних садов и выращивания горшечных культур.

Дата: Понедельник, 06 Апреля 2015