Финские инновации: аэропоника в картофелеводстве
Финскими специалистами в области картофелеводства была разработана новая технология выращивания семенного картофеля с помощью аэропоники, что позволило заметно повысить урожайность
Аэропоника – процесс выращивания растений без использования почвенного или водного субстрата. Корни при этом просто висят в воздухе, а питательные вещества доставляются к ним в форме аэрозолей. Данная технология позволяет экономить энергию и воду, а также увеличивает эффективность контроля за здоровьем растений.
Расположенный в Тюрнаве (Финляндия) Финский Центр Семенного Картофеля (Finnish Seed Potato Centre Ltd, SPK) – один из наиболее передовых в Европе исследовательских центров, изучающих возможность применения аэропоники в промышленных масштабах.
В частности, в ходе проекта, длившегося два с половиной года, специалистами SPK был разработан новый эффективный метод выращивания картофеля, позволяющий увеличить число клубней, получаемых с одного растения, до десяти раз. По словам управляющего директора SPK Лаури Юолы, лишь немногие сельскохозяйственные компании Европы обладают близкими аналогами новой технологии. Данные разработки также вызвали интерес и на мировом уровне.
«Этот проект» — говорит господин Юола – «сочетает в себе передовые технологии и традиционные сельскохозяйственные приёмы». Корни растения помещены в пустую тёмную камеру, где они регулярно опрыскиваются жидкостью, содержащей все необходимые для роста и развития вещества, причём содержание тех или иных веществ меняется в зависимости от вида растения и стадии роста. Главную сложность составляла разработка аппаратуры, способной осуществлять подачу питательного раствора в автоматическом режиме, однако учёные SPK справились с этой задачей. В отличие от корней, столоны картофеля (особые побеги, из которых и формируются клубни) расположены вне аэропонной камеры, на свету. Интенсивность освещения также регулируется автоматикой.
Современное производство семенного картофеля – длительный и трудоёмкий процесс, начинающийся с выращивания мини-клубней. В начале в стерильных лабораторных условиях размножают проверенные на отсутствие заболеваний растения генетически чистых линий. Затем полученные саженцы высаживают в торфяной грунт в теплицах. Именно этот, «тепличный» этап картофельного производства и призвана заменить аэропонная система, не нуждающаяся в торфе или любом другом твёрдом субстрате. Полученные в результате испытания нового метода мини-клубни SPK планирует далее высаживать на собственных полях или предлагать заинтересованным фермерам.
Удесятирение урожая.
При традиционных методах выращивания одно растение даёт от 4 до 8 мини-клубней в течение трёх-четырёх месяцев и собираются они в один приём. Новая же технология, как утверждает руководитель производства SPK Юкка-Пекка Палохухта, позволяет увеличить число мини-клубней с растения почти до 100. Не все клубни собирают в один приём – их сбор растянут во времени, что позволяет снимать клубни определённого размера и стимулирует растение к формированию новых клубней. Всё это позволяет получать значительно большую отдачу при тех же производственных затратах.
Полевые испытания клубней, полученных с помощью аэропоники, показывают, что их качество и жизнеспособность не ниже, чем у выращенных традиционным способом, а число глазков на клубне в среднем даже выше.
Всё перечисленное делает новую технологию аэропонного выращивания семенного картофеля крайне перспективной, и руководство SPK планирует в ближайшем будущем выпустить на финский рынок картофель, выращенный с её помощью.
Источник
Получение семенного картофеля с помощью аэропоники.
В развивающихся странах большинство производителей картофеля не используют качественные семена, из-за высоких затрат и отсутствия доступа. В результате создалась высокая потребность в экономичных методах производства качественных семян, которые смогут получить мелкие фермерам по доступным цена.
Целью данного руководства является содействие распространению аэропоники в получении качественных семян для производства картофеля в развивающихся странах с целью улучшения доступа и снижение затрат. Аэропоника является методом для производства семенного картофеля .Этот метод может производить высокие урожаи (до 10 раз выше), более быстро, и с меньшей стоимостью, чем традиционные методы выращивания.
Традиционный способ качественного семенного картофеля основан на получении растения из пробирки, который затем выращивается в теплице. Этот метод обычно дает от 5 до 10 миниклубней на растение. Обычный способ использует стерильный субстрат, изготовленный из почвы и смеси различных компонентов. В современном сельском хозяйстве, метилбромид используется в качестве дезинфицирующего средства при обработки почвы, из-за его низкой стоимости и способности эффективно устранять членистоногих, нематод, патогены и сорняки, без изменения других характеристик грунта. Тем не менее, было обнаружено, что метилбромид значительно влияет на озоновый слой атмосферы и в настоящее время запрещен в сельскохозяйственной деятельности. Международного центра по картофелю оценивал альтернативные методы (например, паровое отопление, соляризация, метам натрий и хлорпикрин) и обнаружили, самой надежной была паровая стерилизация. Тем не менее, это значительно дороже по сравнению с метилбромидом из-за оборудования и расходы на топливо.
Аэропоника предлагает потенциал для улучшения производства и снижения затрат по сравнению с традиционными методами или другим способом беспочвенной гидропоники (рост в воде). Аэропоника эффективно использует баланс влажного воздуха в вертикальном пространстве парника, чтобы оптимизировать развитие корней, клубней и листьев.
Коммерческое производство семян картофеля с использованием аэропоники уже развивается в Корее и Китае. В Южной Америки, технология успешно применяется с 2006 г. В Уанкайо, Перу объекте Международного центра по картофелю, урожайность более 100 миниклубней с 1 растения были получены с использованием относительно простых материалов. В настоящее время предпринимаются усилия, чтобы использовать систему аэропоники для получения семенного картофеля в Сахаре и Африканских странах.
Что мы знаем и что известно об аэропоники:
Аэропоника впервые был использована для производства овощей. Это относительно новый метод, особенно для производства семенного картофеля. Первоначальные тесты дают нам следующую информацию:
• Производство семенного картофеля может быть значительно увеличено в теплице.
• Картофельные сорта по-разному реагируют на выращивание методом аэропоники. То же самое проявляется при выращивание в субстрате.
• Аэропонное производство особенно чувствительно к климату.
• Необходимо получение последовательных урожаи.
• Вегетационный период растений увеличивается от 1 до 2 месяцев.
• У аэропонных семян урожайность как и у обычных семян в поле.
• Первоначальные инвестиции быстро окупаются.
• Антибактериальные препараты для питательного раствора очень перспективны для увеличении производства семян, используя аэропонику.
• Аэропоника может значительно увеличить доход и уменьшить затраты на производство качественного семенного картофеля, чтобы сделать его более доступным для производителей.
• Нетрадиционные источники энергии (солнца, ветра), кажется перспективными для аэропоники.
Оптимизация семеноводства картофеля с использованием аэропоники все еще возможно.
Следующие факторы должны быть изучены с этой целью:
• Новые сорта должны быть проверены. Искусственные условия, такие как дополнительное освещение может быть легко установлено в теплице для выращивания сортов, выращиваемых в разных широтах.
• Для различных сортов могут потребоваться различные по составу питательные растворы . Должна быть подобрана оптимальная концентрация питательного раствора.
• Питательные вещества, должны быть проверены в разных частях аэропоники. Вещество которое не указано в смеси для питательного раствора может быть токсичным
• Расстояние между растениями для каждого сорта необходимо четко определить.
• Лучшая продукция в сезоне должна быть определена для каждого места в зависимости от погодных и полевых условий производства.
• Традиционные методы борьбы с вредителями / болезнями, не применимы к аэропоники. Новые методы должны быть разработаны для аэропоники.
Есть также некоторые ограничения, ограничения или недостатки технологии:
• Технология зависит от электроэнергии. Длительные перебои в электроснабжении могут привести к полной потере в производственном цикле.
• Персонал должен пройти специальное обучение.
• Некоторые материалы / оборудование не могут быть доступны в некоторых странах.
• Любой корневой патоген распространяется легко и быстро все загрязняет.
Источник
Мини-клубни методом аэрогидропоники
УДК 635.21:631.589.2
О.С. Хутинаев, Б.В. Анисимов, С.М. Юрлова, А.А. Мелешин
Выявлены особенности роста и развития растений и клубнеобразования в аэрогидропонной культуре в естественных условиях освещенности, проведен количественный и структурный анализ урожая мини-клубней. Среднее число стандартных мини-клубней в расчете на растение составило 57 штук. Общее число клубней с 60 растений – 3467 шт. Из них более 75% – клубни оптимальной фракции (от 20 до 30 мм).
Ключевые слова: картофель, мини-клубни, аэрогидропоника.
Современные инновации в системе клонального микроразмножения меристемного материала и новые технологические решения позволили существенно усовершенствовать способы получения пробирочных микроклубней и успешно использовать их для выращивания мини-клубней в условиях вегетационных сооружений различных типов и конструкций [1, 2, 3, 4].
Развитие традиционных (базовых) технологий выращивания миниклубней было долго ориентировано на использование стеклянных грунтовых зимних теплиц. Однако сегодня многие предприятия стали переходить на использование весенне-летних каркасных теплиц (тоннелей) с применением синтетических легких укрывных материалов (антимоскитная сетка, ультрасил, лутрасил, спанбонд). Около 80% мини-клубней получают на основе тепличных технологий, но в последние годы заметно повысилась заинтересованность производителей в использовании усовершенствованных технологий, основанных на применении гидропонной (водной) и аэропонной (воздушной) культуры. Эти технологии становятся все более востребованными, особенно для ускоренного размножения новых и дефицитных сортов [5, 6, 7]. В последние годы значительное развитие также получили комбинированные аэрогидропонные технологии, где периодическая активная аэрация корневой системы (аэропоника) сочетается с погружением ее в питательный раствор (гидропоника).
Цель работы – оптимизация условий для формирования вегетативной массы, развития корневой системы и клубнеобразования, что позволило бы при использовании аэрогидропонного способа выращивания мини-клубней значительно упростить технологический процесс, снизить затраты и существенно снизить себестоимость конечной продукции.
В ходе исследований был разработан аэрогидропонный способ выращивания мини-клубней на специально изготовленном для этих целей опытном образце аэрогидропонного модуля АГМ.
Особенности технологического процесса получения мини-клубней на аэрогидропонном модуле:
- растения культивируют на дифференцированных средах в биотехнологическом устройстве с активно-пассивной системой питания;
- устройство позволяет увеличить плотность размещения растений на единице площади и значительно повысить количественный выход мини-клубней с квадратного метра;
- технология позволяет провести целенаправленные мероприятия по инициации и стимулированию репродуктивных процессов в определенные фазы роста и развития растений, а также применить дифференцированный метод поэтапной уборки при визуальном контроле развития клубней;
- схема размещения растений на модуле 190×190 мм с общим количеством посадочных мест 60. Общая площадь модуля под высадку – 3000×760мм (2,28 м 2 );
- модуль снабжен устройством фиксирования растений, для удержания растений в вертикальном положении в процессе их онтогенеза;
- модуль компактен, универсален, мобилен и разработан с учетом работы в любых условиях окружающей среды, при естественном или искусственном освещении. Модули могут комплектоваться друг с другом в один комплексный узел в любом количестве;
- техническим решением конструкции модуля предусмотрено дооснащение источником света для реализации способа выращивания в закрытых помещениях;
- техническим решением конструкции модуля предусмотрено дооснащение собственным энергоисточником (солнечные батареи) для реализации способа в автономном режиме в любых условиях.
- Опытный образец аэрогидропонного модуля АГМ оборудован активной и пассивной системами питания, одним водяным насосом высокого давления мощностью 100Вт с напряжением 12/24В, развивающим давление воды до 0,7МПа. Модуль размещен на опытной площадке ВНИИКХ в незащищенных условиях среды. На рис. 1, 2 и 3 представлены общий вид модуля в процессе вегетации и фрагменты развития корневой части растений с клубнеобразованием и размером собираемых миниклубней.
- Картофель выращивали в естественных условиях освещенности и применяли дифференцированную схему подачи сбалансированного питательного раствора. Достаточно просторный объем прикорневого пространства обеспечивал полный визуальный мониторинг и легкий доступ к корневой системе, бережное обращение с корнями при многократном сборе миниклубней. Ограничение доступа света к корневой системе позволяет избежать нежелательной засветки корней.
Цикл операций на аэрогидропонной установке начинался с высадки пробирочных растений непосредственно в модуль, без их предварительного подращивания. Перед высадкой, растения аккуратно и тщательно отмывали от остатков агаризованной среды, для предотвращения попадания остатков агар-агара в систему активного питания.
В нашем эксперименте использовали составы макро- и микросолей, которые, по результатам ранее проведенных исследований наиболее полно отвечают требованиям технологического процесса получения миниклубней. Для первой фазы роста и развития растений применяли питательный раствор со следующим содержанием макросолей в растворе в (мг/л): N (85), P (45), K (180), Ca (60), Mg (35), pH (5,8–6,0), ЕС (0,8); для второй фазы N (45), P (30), K (90), Ca (35), Mg (20), pH (5,8–6,0), ЕС (0,7); для третьей фазы N (70), P (45), K (200), Ca (60), Mg (35), pH (5,8–6,0), ЕС (1,2). Содержание микросолей в растворе в (мг/л) представлено в следующем составе Fe-ЭДТА (8), B (0,5), Mn (0,5), Zn (0,1), Cu (0,05), I (0,63), Co (0,006), Mo (0,1). ЕС среды варьировала в зависимости от фаз и сроков вегетации, в целом ее поддерживали в пределах 0,7–1,3. Контроль и корректировку рН проводили раз в 2–3 дня. Раствор меняли ежемесячно. В процессе эксплуатации объем питательного раствора восполняли по мере выноса минеральных элементов и транспирационных потерь.
Технологический режим подачи питательного раствора в дневное и ночное время по периодам вегетации был следующим. Первый режим: 60 дней с 6–00 ч до 22–00 ч цикл 1 мин. – работа и 9 мин. – перерыв; ночью с 22–00 ч до 6–00 ч цикл 1 мин. – работа и 29 мин. – перерыв. За 30 дней насос работает 3360 мин. или 56 ч (56 ч×100 Вт = 5,6 КВт). Второй режим: 30 дней с 6–00 ч до 22–00 ч цикл 1 мин. – работа и 19 мин. – перерыв; ночью с 22–00 ч до 6–00 ч цикл 1 мин. работа и 29 мин. перерыв. За 30 дней насос работает 1980 мин. или 33 ч (33 ч×100 КВт = 3,3 КВт). Третий режим: 30 дней и до конца вегетации с 6–00 ч до 22–00 ч цикл 1 мин. – работа и 29 мин. – перерыв; ночью с 22–00 ч до 6–00 ч цикл 1 мин. – работа и 59 мин. – перерыв. За 30 дней насос работает 1080 мин. или 18 час (18 ч ×100 КВт = 1,8 КВт).
Первые два месяца применяли первый раствор. После раствор сменили на второй, стимулирующий, и держали в течение двух недель. После этого растения перевели на третий раствор до конца вегетации. По мере расходования жидкости для ее восполнения на всех этапах добавляли необходимое количество воды. Концентрацию макро-, мезо- и микроэлементов корректировали еженедельно. В период вегетации проводили лабораторное тестирование листовых проб растений на вирусную инфекцию методом ИФА.
Клубни снимали после достижения ими 20–30 мм в диаметре через каждые 7 дней. После сбора клубни обрабатывали 0,1% раствором гипохлорита натрия с последующим ополаскиванием в воде в профилактических целях, чтобы избежать бактериального загрязнения. Собранные мини-клубни просушивали при высокой относительной влажности воздуха в течение недели, после чего их выдерживали при комнатной температуре в течение 3–5 сут. Далее мини-клубни хранили по традиционной технологии при температуре 3–4 °C.
В результате учетов и наблюдений при выращивании мини-клубней в аэрогидропонной культуре на сорте Жуковский ранний выявлено, что с одного квадратного метра полезной площади можно получить более 1500 мини-клубней. От 60 растений, высаженных на площади 2,28 м 2 , было получено 3467 мини-клубней.
Количественный выход мини-клубней в расчете на растение составил в среднем 57 шт. В расчет брали клубни размером от 10 мм и выше. Вследствие вынужденного прекращения вегетации растений мелкие клубни размером менее 10 мм не собирали и не учитывали, хотя, теоретически, они могли дать существенный прирост количества полноценных мини-клубней.
На основе анализа структуры урожая клубней выявлено, что количественный выход миниклубней оптимального размера от 20 до 30 мм в диаметре был более 75%. Количество клубней более крупной фракции (>30мм) составило около 7%. Фракция клубней от 15 до 20 мм) составляла около 9%. Фракция мелких клубней (от 10 до 15 мм) не превышала 7% (табл. ).
За 90 дней эксплуатации установки, на производство 3467 мини-клубней расход электроэнергии составил 10,7 КВт, расход воды 2600 л. При среднем количестве полученных мини-клубней в расчете на одно растение 57 штук, более 82% составили клубни оптимальной фракции для высадки в открытый грунт и 18% – клубни более мелкой фракции, которые можно высаживать в защищенном грунте.
В денежном выражении, материальные затраты на производство 3467 шт. мини-клубней составили 200 р., из них около 56 р. за электричество, 73 р. за воду и примерно 71 р. на химические препараты.
Энергозатраты на получение одного мини-клубня составили 3,08 Вт. Сравнение результатов выращивания мини-клубней в искусственных условиях с комбинированным освещением с применением натриевых ламп ДНАТ-400 и светодиодных светильников показало, что в себестоимости одного мини-клубня при искусственном освещении затраты на электричество составляли от 6 до 9 р., а в условиях естественного освещения на модуле АГМ – менее 1 р.
Таким образом, аэрогидропонный способ выращивания мини-клубней в естественных условиях освещения на модуле АГМ имеет неоспоримые преимущества в сравнении с другими, альтернативными способами производства мини-клубней.
Подбор оптимальных питательных сред, в зависимости от фенологических фаз роста и развития растений и условий освещенности при эксплуатации установок в закрытых помещениях, также представляется весьма актуальным и перспективным направлением дальнейших исследований в целях обеспечения возможности регулировать процесс клубнеобразования и создания наиболее благоприятных условий выращивания миниклубней.
Использование аэрогидропонного метода в естественных условиях освещения с весны до ранней осени позволяет избежать высоких энергозатрат и других ресурсов, требующихся при искусственном освещении в закрытых помещениях или осенне-зимнем обороте в условиях теплиц.
Библиографический список
- Технологический процесс производства оригинального, элитного и репродукционного семенного картофеля / ФГБУ «Россельхозцентр», ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии. М. 2011. 32 с.
- Анисимов Б.В., Смолеговец Д.В. Инновации в системе клонального микроразмножения картофеля // Картофель и овощи. 2008. № 4. С. 26–27.
- Анисимов Б.В., Смолеговец Д.В., Шатилова О.Н. Рекомендации по технологии выращивания in vitro микроклубней и их использования в процессе оригинального семеноводства. М.: Россельхозакадемия, ВНИИКХ; 2009. 21 с.
- Овэс Е.В., Колесова О.С., Фенина Н.А. Выращивание in vitro микроклубней с применением контейнерной технологии // Современная индустрия картофеля: Состояние и перспективы развития: Материалы VI межрегиональной научно-практической конференции. Чебоксары, 2014. С. 111–115.
- Мартиросян Ю.Ц. Аэропонные технологии в первичном семеноводстве картофеля – преимущества и перспективы. Картофелеводство. Материалы научно-практической конференции «Методы биотехнологии в селекции и семеноводстве». ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии; М. 2014. С.175–179.
- Морданшин И.С., Лобастова Е.Ю. Эффективный метод ускоренного размножения оздоровленного картофеля. // Картофель и овощи, 2014, № 5. С. 23–24.
- Хутинаев О.С., Юрлова С.М., Анисимов Б.В. Особенности гидропонного выращивания мини- и микроклубней на установках КД-10 и «Минивит». Картофелеводство. Сб. научных трудов. Всероссийского НИИ картоф. хоз-ва; М., 2012. С. 125–131.
Об авторах
Хутинаев Олег Сосланбекович, канд. с. – х. наук, в. н.с. Тел.: 8 (903) 240–10–50. E–mail: okosk@mail.ru.
Анисимов Борис Васильевич, канд. биол. наук, зав. отделом стандартов и сертификации. Тел.: 8 (905) 744–04–94, 8 (495) 557–10–18.
E–mail: anisimov.bv@gmail.com.
Юрлова Светлана Михайловна, канд. с. – х. наук, зав. лабораторией семеноведения. Тел.: 8 (903) 216–62–51. E–mail: s.jurlova@mail.ru.
Мелешин Алексей Алексеевич, канд. с. – х. наук, зав. отделом генетики. Тел.: 8 (916) 138–74–35. E–mail: aleksej-meleshin@yandex.ru.
Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха.
E–mail: coordinazia@mail.ru
Mini-tubers by aero- and hydroponic method
Department of seed growing, Leading researcher, E-mail: okosk@gmail.com
O.S. Khutinaev, PhD, leading research fellow. Phone: 8 (903) 240–10–50,
E–mail: okosk@mail.ru.
B.V. Anisimov, PhD, head of the Department of standards and certification.
Phone: 8 (905) 744–04–94.
E–mail: anisimov.bv@gmail.com
S.M. Yurlova, PhD, head of the laboratory of seed. Phone: 8 (903) 216–62–51.
E–mail: s.jurlova@mail.ru
A.A. Meleshin, PhD, head of the Department of genetics. Phone: 8 (916) 138–74–35,
E-mail: aleksej-meleshin@yandex.ru
All-Russian Research Institute of Potato Industry after A.G. Lorkh.
E-mail: coordinazia@mail.ru.
Summary. Features of growth and development of potato plants and tuber formation in aero and hydroponic culture under natural light conditions are presented, results of quantitative and structural analyses of the mini-tubers harvest are given. The average number of standard mini-tubers per plant was 57 pieces. The total number of tubers with 60 plants was 3467 EA. More than 75% of these tubers belong to optimal fraction (20 to 30 mm).
Keywords: potato, mini-tuber, aero and hydroponics.
Источник