Особенности питания культур при гидропонном выращивании

В гидропонике субстрат служит лишь средой для крепления корней. Для получения хорошего урожая важным аспектом становится легкость в управлении водно-воздушным режимом в корневой зоне. Большое значение также приобретают состав и качество питательного раствора. О том, что нужно знать о его приготовлении, рассказывает агрономконсультант, кандидат с.-х. наук Александра Старцева.

Состав поливной воды

Прежде чем готовить питательный раствор, необходимо провести анализ поливной воды на содержание ионов К+ , Са2+, Мg2+, SО4 2-, NН4 + и NO3 - . Исходя из количества этих элементов в воде, следует сделать корректировку питательного раствора.

Содержание ионов Са и Mg в используемой воде должно быть меньше требуемого количества этих ионов в рабочем растворе, иначе нарушится их соотношение и снизится поглощение калия растениями.

Железо в воде нестабильно: двухвалентное железо под действием кислорода быстро окисляется до Fe3+ и становится недоступным растениям. Содержание железа в поливной воде больше 1 мг/л может привести к засорению капельниц. Независимо от концентрации железа в воде для полива в питательный раствор необходимо вносить его в полной дозе в виде хелатов. Это органические соединения, которые удерживают ион металла в своей структуре, предотвращая его реакции с образованием нерастворимых веществ. Стабильность хелатов в питательном растворе зависит от рН и их формы Так, хелат железа ДТПА стабилен в диапазоне рН от 1,5 до 7 ед.

Чтобы скорректировать рН, нужно знать содержание бикарбонатов (НСО3 - ) в поливной воде. Если оно превышает суммарное количество ионов кальция и магния, то при выращивании растений рН питательного раствора легко сместится в щелочную сторону.

Для нейтрализации лишних бикарбонатов в поливную воду вводят ортофосфорную или азотную кислоты. Количество кислоты рассчитывается по содержанию бикарбонатов – на 1 мМоль НСО3 в воде необходимо 1 мМоль кислоты. При этом нейтрализуют не все бикарбонаты, а оставляют 0,5-1 мМоль бикарбонатов, чтобы обеспечить буферность раствора (устойчивость к изменению реакции среды). При содержании бикарбонатов в воде менее 0,5 мМоль/л реакция среды будет иметь тенденцию к подкислению. При использовании физиологически кислых удобрений оставляют 1,5-2,0 мМмоль НСО3 . При рН раствора = 5,5 ед. обычно остается в воде 1 мМоль/л НСО3 , а при рН = 5 ед. – 0,3 мМоль/л и менее.

Большое значение имеет наличие в поливной воде балластных элементов: натрия и хлора. Эти ионы быстро проникают в растение и повышают осмотическое давление внутриклеточного сока, что снижает поглощение полезных питательных веществ (хлор уменьшает поглощение серы, азота и фосфора, а натрий – калия, кальция и магния). Поэтому против негативного действия избыточного количества натрия в питательных растворах и в дренаже следует увеличивать норму кальция, магния, калия, выдерживая соотношение этих элементов.

Обновление питательного раствора легче проводить в субстратах, не обладающих емкостью катионного обмена, например таких, как субстрат из каменной ваты. Его хорошие дренажные свойства позволяют избежать накопления солей в субстрате.

Повышенное количество серы в растворе усиливает усвояемость натрия и одновременно уменьшает усвояемость кальция. Если в поливной воде содержится много хлора, то увеличение азота в питательном растворе будет препятствовать поступлению хлора в растения.

Хлор и натрий способны накапливаться в субстрате, повышая Ес мата. Особенно опасно высокое содержание хлора при выращивании хлорофобных культур, к которым относится огурец и салат. Наличие хлора в субстрате в количестве 1,5 мМоль/л повреждает корневую систему этих культур и сильно снижает урожайность. Поливная вода, имеющая более 3 мМоль/л натрия или хлора, не пригодна для использования для малообъемной технологии.

Хлор на томатах в разумных количествах полезен – он участвует в обмене азотистых веществ, восстанавливает нитраты и тем самым снижает их избыток в растении, улучшая вкусовые качества плодов. В период массового плодоношения томата будет полезно в питательном растворе заменить 1 мМоль кальциевой селитры на 1 мМоль хлорида кальция (допустимо повышать уровень хлора до 3 мМоль/л). Оптимальное содержание хлора в мате составляет 1,5-4 мМоль/л.

В вытяжке из мата допустимый уровень натрия равен 6 мМоль/л (138 мг/л) при выращивании огурца и 8 мМоль/л (184 мг/л) – при выращивании томата.

Соотношение элементов питания

В питательном растворе важно поддерживать определенное соотношение азота, калия, кальция, магния и фосфора, которое основано на потребностях растений в этих элементах в разные периоды развития, а также на явлении антагонизма между катионами или анионами.

Так, в начале выращивания растениям нужно много азота для увеличения вегетативной массы, а также больше кальция для создания прочных клеточных стенок. К цветению и плодоношению повышается потребление калия, фосфора, магния. По ходу развития культур их потребность в калии увеличивается, а в кальции – уменьшается. В начале роста оптимальное соотношение азота к калию примерно 1:1, а по мере появления плодов пропорция меняется в пользу калия, и при большой нагрузке плодами у томата может достигать 1:3 (в среднем 1:1,8-2,0). Салату, капусте и остальным зеленым культурам необходимо большее содержание азота в питательном растворе.

Важно следить за соотношением магния к калию и кальцию, так как высокие уровни этих элементов сдерживают поглощение магния. Для томата соотношение Mg:К должно составлять от 1:4,7-5,0 (с момента посадки) до 1:6,3-6,8 (к массовому плодоношению), соотношение Мg:Са – от 1:3,4- 4,0 (с момента посадки) до 1:2,8 (к массовому плодоношению).

При повышенном содержании марганца в растворе нужно увеличить количество вносимого железа, так как избыточный объем марганца снижает доступность железа для растений. Рекомендованное соотношение марганца к железу – 1:2-5.

Составом питательного раствора можно стимулировать растения к вегетативному или генеративному росту. Так, для стимулирования плодообразования содержание калия по отношению к кальцию в питательном растворе увеличивают, а для вегетативного роста – уменьшают.

При подготовке питательного раствора следует помнить, что субстраты из каменной ваты химически и биологически инертны, поэтому они не влияют на состав питательного раствора. Отсутствие буферности упрощает регуляцию питательного режима растений, но не прощает агрохимических ошибок.

Значение рН для роста растений

Растения оказывают влияние на реакцию среды. При поглощении катионов из корней выделяются ионы водорода, которые подкисляют питательный раствор. При поглощении отрицательно заряженных ионов появляются гидроксильные ионы, которые его подщелачивают. Поэтому питательный раствор должен быть сбалансирован по содержанию катионов и анионов.

От реакции среды зависит растворимость удобрений и доступность питательных веществ для растений. Часто проблемы с питанием у них возникают не в связи с недостатком того или иного элемента, а из-за невозможности их поглощения, когда рН питательной среды выходит за пределы оптимального диапазона. Для большинства тепличных культур, выращиваемых на гидропонике, он составляет 5,5-6,5 ед. Стандартные значения рН поливного раствора равны 5,2-5,5 ед.

При повышении рН более 6,5 ед. растворимость микроэлементов (железа, марганца, цинка, меди, бора и фосфора) снижается. При рН более 7,2 ед. поглощение фосфора почти полностью прекращается, кальций и магний переходят в нерастворимые соли. Нельзя допускать рН поливного раствора более 6,2 ед., так как образование нерастворимых соединений приведет к засорению капельниц.

Для снижения рН необходимо заменить в питательном растворе монофосфат калия на ортофосфорную кислоту, а также увеличить дозу NH4 до 20-25 мг/л. Когда рН стабилизируется нужно вернуться к обычному уровню аммиачного азота (не более 1,5 мМоль/л). Для подкисления нельзя использовать яблочный уксус, лимонную кислоту и другую органику, так как она может вызвать гниение корней.

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.

При понижении рН ниже оптимума сокращается поглощение молибдена, кальция, магния и усиливается потребление железа, марганца, цинка, меди, повышается растворимость алюминия. Высокие концентрации этих элементов могут повредить корневой системе. Если рН слишком низкий, то на старых листьях появляются симптомы токсичности железа или марганца. В очень кислой среде (рН<4) ионы водорода действуют на растение токсично, вытесняя катионы с поверхности корня, нарушая процесс поглощения всех других катионов.

Нельзя допускать рН дренажа ниже 5 ед. – нужно уменьшить количество NH4 в рабочем растворе до 0-0,5 мМоль/л, сократить дозу калия, заменить ортофосфорную кислоту на монофосфат калия.

Реакция среды может понизиться до 5,5 ед. и менее, когда на растениях развивается много плодов и они потребляют много калия. В данном случае необходимо провести нормировку кистей и уменьшить дозу калия в питательном растворе.

Следует регулярно измерять рН питательного раствора в субстрате и в дренаже. В связи с низкими буферными свойствами субстрата рН в течение дня способна колебаться в зависимости от температуры, содержания органических веществ и растворенного углекислого газа, который выделяется при дыхании корней. Однако влияние этих факторов не существенно и не требует ежедневной корректировки.

Концентрация солей

Интенсивность поглощения воды и элементов питания зависит от концентрации солей питательного раствора, которая измеряется как электропроводность (Ес, в мСм/см). Ес поливной воды не должна быть более 1-1,5 мСм/см.

На значение Ес рабочего раствора влияет время года, условия выращивания и стадии роста культур. Летом Ес стоит поддерживать на более низком уровне, чем зимой, поскольку в солнечную и жаркую погоду растениям нужно достаточное водоснабжение для транспирации. Ес поливного раствора и мата следует оставлять примерно на одном уровне – концентрация солей в мате не должна превышать

Ес питательного раствора более чем на 1 мСм/см. Если содержание солей в мате слишком высокое, то поглощение воды будет затруднено, конкуренция между питательными веществами усилится, что создаст препятствия для усвоения кальция и других элементов и приведет к снижению урожая. В данном случае необходимо увеличить норму дренажа, чтобы удалить ненужные соли. При слишком низкой концентрации солей питательного раствора растет корневое давление, что чревато растрескиванием стеблей или ухудшением качества плодов.

Ес можно повысить к концу выращивания культуры для улучшения качествапродукции, а также если в поливной воде много солей (на 0,3-0,5 мСм/см). При этом следует избегать резких изменений электропроводности раствора.

Выводы

Для приготовления питательного раствора необходимо знать состав поливной воды, регулярно контролировать рН и Ес в субстрате, а также проводить агрохимический анализ вытяжки, что даст более полную информацию об обеспеченности питательными веществами. На растениях визуальные признаки отсутствия каких-либо элементов могут проявиться не только из-за их реального недостатка, но и в случаях невозможности их усвоения. Например, в результате слишком низкой или слишком высокой температуры субстрата, сдвига рН от оптимального значения, нарушенного соотношения питательных компонентов, наличия балластных элементов или неподходящих условий микроклимата (при слабой транспирации возникает нехватка кальция).

Качество субстрата также имеет большое значение, так как для полноценного поглощения элементов питания корневая система должна быть хорошо развита и не испытывать недостатка в кислороде.