Развитие прогрессивных методов выращивания растений

Обновлено: 05.10.2024

О том, что растения могут расти и нормально развиваться на искусственных питательных средах, известно давно. Впервые растение на водном растворе химически чистых солей было выращено в 1559 г. немецким агрохимиком Ф. Кноппом. В России выращивание растений в искусственных условиях осуществил великий русский ученый К. А. Тимирязев. В 1896 г. в Нижнем Новгороде им были продемонстрированы знаменитые опыты по выращиванию растений без почвы, в физиологических растворах. К. А. Тимирязев подчеркивал, что по мере развития общества и его средств производства, культура растений без почвы будет приобретать все большее распространение, как способ интенсивного производства продуктов растительного происхождения.

Продолжателями идеи Тимирязева были академик Д. Н. Прянишников и его ученики. Они широко использовали беспочвенную культуру для углубленного изучения проблем минерального питания растений.

Однако, отсутствие соответствующих технических условий в то время не позволяло проводить подобные опыты в производственных условиях. Длительное время способ выращивания растений на питательных растворах использовался, в основном, только в научных экспериментах.

Впервые промышленное выращивание овощных культур на водных растворах было осуществлено в 1929 году профессором W. F. Gеnrichе (Калифорнийский университет США), который выращивал беспочвенные культуры в коммерческих целях (W. F. Gеnrichе 1949). Он внес небольшие изменения в технику этого метода и дал ему название "гидропоника", что означает в переводе с греческого "работа с водой",

Американцы первые освоили возможности промышленной гидропоники. Эллис и Суонней в 1938 году, Турнер Генри в 1939 г, д-ра Герике и Лори в 1940 г. начали широкомасштабные исследовательские работы в этой области.

Гидропонный способ выращивания растений получил широкое применение в теплицах, расположенных вблизи больших городов и промышленных центров, а также в условиях крайнего Севера, на островах Арктики и Антарктиды и в открытом грунте. В Украине это степная зона юга, в том числе

Автономная республика Крым. Возрождение интенсивного сельскохозяйственного производства базируется на широком использовании ирригации с прогрессивной технологией капельного полива и фертигацией. (Фертигация — орошение с использованием растворимых удобрений в системах полива).

Выращивание растений на питательных растворах имеет ряд преимуществ. Главное из них заключается в том, что из водных растворов растения гораздо интенсивнее поглощают питательные элементы, исключаются трудоемкие процессы, связанные с использованием почвы, отпадает необходимость заготовки, транспортировки и ее частой замены в теплицах. Вместо почвы используются искусственные субстраты: мелкий щебень, гравий, цеолит, шлак, керамзит, минеральная вата, новый тепличный субстрат — кокос, которые могут использоваться длительное время без замены. Облегчается также борьба с болезнями и вредителями растений, упрощается уход за растениями, оптимизируется питание, часть трудоемких процессов может быть автоматизирована. Поэтому выращивание овощей без почвы является одним из перспективных путей снижения себестоимости тепличной продукции. Этот способ позволяет снизить себестоимость овощей на 30—40% и повысить урожайность овощных культур на 50% щ)и значительно меньших затратах труда, чем при возделывании на почве.

В настоящее время крупные производственные площади по выращиванию овощей на питательных растворах в закрытых сооружениях имеются в ряде областей Украины: Винницкой, Донецкой, Харьковской, Сумской, Днепропетровской, Киевской, Кировоградской, АР Крым. Самое крупное гидропонное хозяйство Украины — акционерное общество "Комбинат Тепличный" Броварското района Киевской области. Здесь площадь закрытого грунта составляет 44,5 га.

Наряду с широким внедрением этого метода в теплицах получены положительные результаты по выращиванию овощей и в открытом грунте. В южных регионах, пустынях открытая гидропоника может найти применение на всех почвах, на скалистых и каменных массивах, песках, склонах гор. Кроме того, гидропонное выращивание растений можно практиковать при полетах на космических кораблях на дальние расстояния.

Еще в 1915—1991 гг, последователь Циолковского — Цандер, развивая мысль своего учителя о необходимости применения на космических кораблях "гидропоники" приступил к разработке "оранжерей авиационной легкости" без почвы. Позднее Цандер признал гидропонную культуру наиболее удачным способом выращивания растений в космических кораблях. За рубежом только в 1958 г. С. Келер (США) опубликовал предложение использовать гидропонику в обитаемых космических кораблях. Подобные эксперименты проведены и украинскими учеными в условиях космоса.

Промышленное выращивание овощных культур методом гидропоники на Украине и в других республиках бывшего СССР можно условно разделить на два этапа:

1-ый этап 1960—1980гг. — гидропоника на щебне, керамзите;

2-ой этап с 1980 г. по настоящее время – малообъемная гидропоника с капельным поливом на различных субстратах.

В совхозе "Киевская овощная фабрика" (директор Ю. А. Дюкарев) с 1960

года началось освоение и широкое внедрение в тепличное производство нового прогрессивного метода выращивания овощей на искусственных субстратах, увлажняемых питательными растворами методом подтопления. Были заложены производственные опыты, началась разработка новых установок автоматической подачи питательных растворов и их усовершенствование.

В 1962 г. выращивание овощей без почвы проводилось на площади 9000 м 2 , а в 1963 сдано в эксплуатацию еще 16000 м 2 теплиц.

Таким образом коллектив совхоза "Киевская овощная фабрика" первым в Советском Союзе освоил промышленную гидропонику.

Гидропонный метод выращивания тепличных овощей на гравийных субстратах нашел международное признание во многих странах мира и в процессе совершенствования получил дальнейшее развитие в виде малообъемного метода выращивания растений на различных субстратах. В настоящее время — это основной промышленный способ, позволяющий получать высокие урожаи в теплицах.

Киевским научно-исследовательским институтом питания (Л. Н. Кононко) на протяжении ряда лет было проведено изучение химического состава и биологической ценности плодов огурцов и томата, выращенных гидропонным способом в совхозе "Киевская овощная фабрика" на питательных растворах, дифференцированных по периодам роста и развития растений (также огурцов и томата, выращенных на почве в теплицах). Полученные данные убедительно свидетельствуют о том, что по химическому составу и биологической ценности плоды огурца и томата выращенные гидропонным способом и на почвах в теплицах существенных различий не имеют, и являются полноценными продуктами питания. Это подтверждено и многочисленными зарубежными исследованиями.

Многие занимаются выращиванием растений. Кто-то предпочитает заниматься комнатными цветами. Кто-то организовал целую оранжерею на приусадебном участке. Однако не все знают о том, что способы прогрессивного растениеводства позволяют выращивать те же культуры, но значительно продуктивнее.

Что такое гидропоника?

Означенная методика выращивания растений отличается компактностью. Суть в следующем. Корни растений находятся не в земле, а в специальном субстрате. Фактически они расположены на воздухе.

Однако при помощи специализированного оборудования появляется возможность подведения прямо к корням всех питательных веществ.

Кроме того, если обеспечить достаточное освещение для растения, то рост происходит существенно быстрее.

Более того, опыт показывает, что урожайность увеличивается практически в два раза.

Все преимущества гидропоники указаны ниже:

простота организации;
возможность использования в бытовых условиях;
возможность выращивания практически любых растений;
высокая урожайность;
отсутствие необходимости использования инсектицидов.

Действительно, растения, которые используют технологии гидропоники, практически не имеют никаких проблем с насекомыми. Ведь почвы, как таковой нет. Благодаря этому появляется возможность выращивания экологически чистых овощей и фруктов.

Капельный полив

Суть гидропоники заключается в том, что субстрат всегда должен быть влажным. Ведь почва хорошо удерживает влагу. Следовательно необходимо создать похожие условия. Как нельзя лучше для решения означенной проблемы подходит капельный полив.

Любой агроном скажет, что значительно эффективнее поливать любое растение медленно. В этом случае вода не превращает почву в ком грязи, который не пропускает воздух вообще.

То же самое можно сказать и в отношении гидропоники. Капельный полив позволяет поддерживать корни в постоянной влаге. Но при этом избежать их загнивания.

Гидропонику многие учёные считают технологией будущего, которая поможет человечеству решить проблему нехватки продуктов питания и питьевой воды. В статье рассмотрим методы гидропоники, изучим питательные растворы, ответим, какие современные материалы подойдут в качестве субстратов для выращивания.

Гидропоника — метод выращивания растений без почвы с использованием искусственных субстратов и питательных растворов. Этот прогрессивный метод основывается на современных технологиях, но в основе его лежат простые природные принципы. На самом деле, гидропоника — это древнейшая форма жизни растений. Ведь, как известно, жизнь зародилась в воде, и гидропонные фотосинтетические водоросли существовали задолго до появления различных растений на суше.

Немного истории

Уже в 18 веке учёным удалось обнаружить, что растения способны поглощать питательные вещества из воды. В природных условиях почва выступает так называемым резервуаром с необходимыми минералами, но её наличие не является абсолютным условием для жизни различных культур. Следует отметить, что минеральные вещества из почвы растения начинают поглощать только тогда, когда они растворяются в воде.

Уильям Ф. Герик

Использование гидропоники в крупных масштабах впервые произошло во время второй мировой войны, когда на тихоокеанских островах армия США столкнулась с нехваткой продовольствия. Этот метод там так прижился, что выращивание растений методом гидропоники продолжалось и после войны, вплоть до 50-х годов.

Новую жизнь гидропоника получила в 60–70-е года двадцатого века, когда началось промышленное производство различных синтетических материалов. Так, в качестве субстрата начали использовать минеральную вату, а на смену гидропонным ваннам из бетона пришли лёгкие пластмассовые конструкции. В это же время начали производить искусственные хелаты, что позволило удерживать минеральные вещества в питательных растворах гораздо эффективнее.

В 1986 году на Всероссийской промышленной выставке впервые был продемонстрирован метод выращивания культур на искусственных субстратах, автором которого был Тимирязев. В этом же году израильский агроном Хиллель Соффер изобрёл водоворот-вертушку, которая и до нынешнего времени считается наиболее эффективной гидропонной системой.

С середины 80-х годов в гидропонике появилось два противоположных направления — промышленное и домашнее. Такое разделение сохранилось и на сегодняшний день. Сегодня на сельскохозяйственном рынке представлено немало вариантов гидропонных систем, начиная от промышленных масштабных установок и заканчивая домашними конструкциями, которые можно разместить практически в любой квартире. Давайте подробно рассмотрим, какие сейчас существуют методы гидропоники, и в чём заключается особенность каждого из них.

Основные методы гидропоники

Главной особенностью этого способа выращивания является то, что растения культивируются без почвы, а все необходимые питательные вещества получают из влажно-воздушной, водной или твёрдой пористой среды. Этот способ выращивания требует частого или постоянного капельного полива специальным раствором, в котором присутствуют все необходимые элементы, требуемые для каждой отдельной культуры. На сегодняшний день специалисты различают три основных метода гидропоники:

Водная культура.
Субстратная культура.
Воздушная культура (аэропоника).

Водная культура

Водная культура считается основополагающим методом гидропоники. При этом методе выращивания растение укореняют в тонком слое какого-либо органического субстрата (мох, торф и тому подобное), который уложен на сетку. Сетка опускается в поддон, наполненный питательным раствором. Корни растений через субстрат и отверстия в поддоне попадают в раствор, откуда растение и получает все необходимые для развития и роста питательные вещества. Более подробно о составе питательного раствора мы поговорим немного позже.

Водная культура считается самым старым методом гидропоники, но, отнюдь, не самым лучшим. Главной проблемой при таком способе выращивания является аэрация корней, потому что того количества кислорода, который содержится в растворе, для растения недостаточно, поэтому полностью опускать корневую систему в питательную среду нельзя. Для обеспечения нормального дыхания между основой и питательным раствором оставляют воздушное пространство высотой 3 см для молодых растений и 6 см для взрослых культур. При этом в такой воздушной подушке необходимо поддерживать высокую влажность воздуха, иначе корневая система может быстро засохнуть. При выращивании методом водной культуры питательный раствор нужно менять каждый месяц.

Субстратная культура

При таком способе выращивания корневая система помещается в толстый слой субстрата, в качестве которого может выступать керамзит, гравий, вермикулит и другие. Более подробно о качествах материалов, используемых для субстратов, мы поговорим в следующей главе. Питание растений при использовании этого метода гидропоники может осуществляться по трём разным принципам: принцип подпора, принцип периодического увлажнения, полив сверху.

Принцип подпора заключается в том, что питательный раствор постоянно находится лишь в нижнем слое субстрата. Питание обеспечивается благодаря длинным корням, которые могут проникнуть на самый низ — необходимые вещества поднимаются к растению, проходя по капиллярам корневой системы и тканям стебля.

Ёмкость с растением и субстратом полностью помещают в питательный раствор на некоторое время, субстрат пропитывается питательными веществами, после чего раствор сливается — это работа принципа периодического увлажнения.

Наиболее прост в применении принцип полива сверху. В данном случае несколько раз в неделю растения поливают питательным раствором, один раз — обычной водой.

В отличие от водной, субстратная культура позволяет обеспечить корневую систему кислородом по максимуму и поддерживать без проблем необходимую влажность в районе корней. Именно поэтому она пользуется наибольшей популярностью среди людей, занимающихся выращиванием растений с помощью гидропоники.

Воздушная культура (аэропоника)

Аэропоника — метод выращивания растений вообще без какого-либо субстрата. В данном случае используют два метода:

Растения прикрепляют специальными зажимами к крышке ёмкости с питательным раствором так, чтобы нижняя часть корневой системы находилась в нем на 1/3. Остальные корни располагаются в воздушной подушке между крышкой ёмкости и питательным раствором, их нужно периодически увлажнять. Для того чтобы избежать повреждения и утолщения стебля в районе прикрепления, используют поролоновые прокладки между зажимом и стеблем.
Корневую систему растения помещают в сосуд с туманообразующим распылителем, который 2 раза в сутки на протяжении 3–4 минут распыляет питательный раствор в виде очень мелких капель.

При использовании аэропоники проблем с обеспечением кислородом не возникает, однако необходимо постоянно поддерживать высокую влажность воздуха, чтобы избежать засыхания корней.

Состав питательных растворов

Питательные растворы играют огромную роль при выращивании растений с помощью гидропоники. Именно из них культуры получают все необходимые для нормального развития и роста минеральные вещества. При приготовлении питательных растворов очень важно придерживаться следующих рекомендаций:

необходимо обращать внимание на качество воды;
питательный раствор должен содержать все необходимые для жизнедеятельности той или иной культуры макро- и микроэлементы;
в разные периоды жизни растению требуется разное соотношение питательных веществ, поэтому и раствор должен приготовляться, учитывая фазы роста культуры;
очень важно соблюдать не только правильное соотношение, но и общую концентрацию, которая должна быть достаточно высокой, но, в тоже время, и не токсичной для растений.

Как видим, приготовление питательного раствора — дело достаточно сложное, поэтому для тех, кто желает организовать гидропонные грядки на подоконнике лучше всего воспользоваться готовыми растворами, которые можно приобрести в специализированных магазинах или через интернет. Более подробно про выращивание растений в условиях городской квартиры, используя гидропонику, мы поговорим в следующей статье.

Субстраты для гидропонного выращивания

Как уже отмечалось, благодаря оптимальному насыщению корневой системы кислородом и возможности поддержания необходимой влажности воздуха, субстратная культура считается лучшим методом гидропоники. Сегодня в качестве субстрата используются различные материалы, наиболее распространёнными из которых являются:

гидрогель
гравий
древесные опилки
минеральная вата
керамзит
кокосовое волокно
торф и мох

Гидрогель изготавливается на основе поллиакриламида и используется для основного выращивания культур, а также для укоренения черенков и проращивания семян. Изначально гидрогель представляет собой порошок или гранулы, которые при добавлении воды превращаются в гелеобразную массу. Гидрогель отлично поглощает и удерживает воду и питательные растворы, воздух между его гранулами циркулирует очень хорошо. Этот материал отличается стерильностью, совершенно нетоксичен для растений и не засоряет окружающую среду (через 5 лет распадается на воду, углекислый газ и азот).

Гравий используется для гидропонного выращивания уже много лет, в течение которых прекрасно зарекомендовал себя в качестве субстрата. Отличительной особенностью этого материала считается его способность замечательно пропускать воздух, однако при этом он плохо сохраняет воду, поэтому его целесообразнее всего использовать при применении принципа периодического затопления. Ещё одним недостатком гравия является его вес, однако невысокая стоимость и доступность делают этот материал достаточно популярным при гидропонном выращивании. Кроме того, гравий можно использовать повторно, и не один раз, главное хорошо простерилизовать его между урожаями.

Минеральная вата используется в качестве субстрата редко. Основным достоинством этого материала считается способность очень быстро принимать кислотность питательного раствора. Однако минеральная вата сохраняет слишком много воды, не оставляя при этом места для кислорода вокруг корней.

Керамзит большинство опытных специалистов считают лучшим материалом для использования в качестве субстрата. Керамзит изготовляется путём выпечки глины в печах при очень высокой температуре. Этот способ производства определяет специфические особенности материала — шарики керамзита наполнены крошечными пузырьками с воздухом, что придаёт этому субстрату чрезвычайную лёгкость. Использование керамзита обеспечивает оптимальное поступление кислорода к корням и сохранение необходимой влажности. Эти свойства позволяют использовать его в качестве субстрата и при периодическом затоплении, и при поливе сверху, и при применении принципа подпора. Наряду с вышеописанными положительными качествами керамзит отличается ещё и низкой стоимостью.

Кокосовое волокно является идеальным материалом для использования в качестве субстрата при выращивании растений без почвы. У него имеется всего лишь один недостаток — относительно высокая цена. В том, что касается обеспечения корневой системы кислородом и поддержания необходимой влажности кокосовому волокну нет равных. Кроме того, этот материал замечательно защищает корни от грибковых заболеваний и отличается рядом неоспоримых преимуществ:

экологическая чистота, отсутствие всяческих химических добавок;
кислотность кокосового волокна близка к оптимальной, подходящей для большинства культур;
субстрат можно использовать достаточно долго (около 6–8 лет);
при постоянном поступлении питательного раствора обеспечивает идеальную сбалансированность всех питательных элементов.

Торф и мох используются в качестве субстрата в основном при ведении водной культуры для укоренения саженцев на сетчатом поддоне. Для выращивания растений наиболее пригоден сфагновый торф и мох с верховых болот. Этот материал хорошо пропускает кислород и сохраняет достаточное количество влаги. Основным недостатком этого субстрата является то, что со временем он может разлагаться на мелкие частицы, которые засоряют элементы гидропонной системы.

Основные виды гидропонных систем

Сегодня на сельскохозяйственном рынке представлен широкий выбор конструкций для выращивания растений способом гидропоники. Все эти системы делят на две основные группы: активные и пассивные.

Активные гидропонные установки снабжены механическими устройствами (насосами), обеспечивающими постоянную необходимую циркуляцию питательного раствора. Здесь также предусмотрена принудительная система аэрации, то есть насыщения корневой системы кислородом. Наглядным примером активной гидропонной установки являются конструкции, работающие по принципу аэропоники.

В пассивных гидропонных установках питательный раствор подаётся к корням и поверхностной части растения только благодаря капиллярным силам самой культуры, никакому механическому воздействию в данном случае он не подвергается. Наглядным примером пассивных гидропонных установок можно считать системы, работающие по принципу периодического затопления субстратных культур.

На сегодняшний день выращивание растений без почвы используется всё чаще и чаще, особенно в условиях небольших фермерских хозяйств, где на малых площадях, благодаря гидропонике, удаётся выращивать приличные урожаи зелени, овощей, ягодных и цветочных культур.

Гидропоника обладает рядом неоспоримых преимуществ, по сравнению с традиционным почвенным выращиванием:

экономное расходование воды и земельных ресурсов;
растение не тратит силы на поиск питательных веществ, они подаются прямо к корням, а вся сэкономленная энергия идёт на рост и дополнительное плодоношение.

Многие ученые считают гидропонику решением проблем человечества, связанных с перенаселением, нехваткой пресной воды и продуктов питания. Данная система выращивания растений особенно актуальна в странах с засушливым климатом и отсутствием плодородных земель. С помощью гидропоники удаётся получить несколько урожаев в год, применяя этот метод, помидоры, огурцы и другие овощи можно выращивать даже в регионах с пониженными круглогодичными температурами.

Во время Второй мировой войны на этой технологии были запущены первые гидропонные плантации. С 1970-х в разных уголках мира начали появляться гидропонные установки различных модификаций. Сегодня в НАСА создают надувную разворачиваемую теплицу , где будет использована именно гидропоника. Ее планируют установить на Марсе, чтобы его первые поселенцы обеспечили себя свежими овощами, ягодами и зеленью как на Земле.

Гидропоника объединяет несколько способов выращивания растений в искусственных средах: системы фитильного и капельного полива, периодическое подтопление, техника питательного слоя и др. На вертикальных фермах по технологиям iFarm используется метод проточной гидропоники: семена высеиваются в один из видов субстрата (торф или минеральную вату), а питательный раствор подается под горшочки снизу.

Огромный плюс гидропоники — управляемость. Технология дает возможность создать для растений идеальные условия с точки зрения питания, освещенности, температуры и влажности. В оптимальном микроклимате они раскрывают свой максимальный потенциал, полезные свойства, обладают выраженным вкусом и ароматом.

Потребление питательных веществ

Все элементы корневого питания растения усваивают только в форме ионов. Они поглощают их либо из почвы, либо из смеси водорастворимых удобрений.

Выращивание в почве

Выращивание на гидропонике

Агрохимики iFarm подбирают сбалансированное питание не только для каждой культуры, но и для конкретной фазы ее развития (от нее зависит количество и соотношение потребляемых макро- и микроэлементов). Они могут контролировать поступление питательных веществ к растениям и получать плоды с заданными вкусовыми характеристиками, управляя содержанием железа, кремния, витаминов, каротина и других важных для здоровья человека компонентов.

Читайте также: