Выращивание растений без почвы во влажном воздухе с помощью питательных растворов

Гидропоника

Содержание:

Термин «гидропонная культура» обозначает растение, выращенное без почвогрунтов или почв, с использованием специальных питательных растворов. На сегодняшний день существует более 500 рецептов подобных растворов.

История

Первым в истории человечества удачным опытом выращивания растений без почвы считаются легендарные сады Семирамиды в древнем Вавилоне – одно из семи чудес света, построенное при вавилонском царе Навуходоносоре во II веке до н. э. (605–562). Это была уникальная конструкция из наслаивающихся друг на друга материалов и разветвленной сети водопровода, обеспечивающего снабжение растений в садах водой.

Еще один пример использования питательного раствора для выращивания растений – плавучие сады ацтеков в Центральной Америке. Кочевые племена индейцев, вытесненные воинственными соседями с плодородных земель, применили на берегах мексиканского озера Теночитлан оригинальный способ выращивания растений. Из длинных стеблей тростника были изготовлены плоты, а на них уложен ил со дна озера. Эти плоты назывались чампас. Таким образом, индейцы выращивали обильные урожаи, позволившие племени не знать ни голода, ни нужды. В плавучих садах прекрасно росли не только овощи, но и фруктовые деревья.

Годом рождения современного растениеводства без естественной почвы считается 1860-й. Именно в этом году Вильгельм Кноп (1817–1901), профессор агрохимии и руководитель сельскохозяйственной опытной станции Лейпциг-Меккерн, совместно с профессором ботаники Боннского университета Юлиусом Заксом (1832–1897) впервые приготовили растворы солей, при помощи которых можно было выращивать зеленые растения без почвы.

Долгое время «вегетационные сосуды», наполненные питательным раствором, были неотъемлемым атрибутом научно-исследовательских лабораторий.

Первое масштабное использование водных культур для производства продуктов питания история приписывает американскому фитофизиологу профессору Уильяму Ф. Герикке, доценту Калифорнийского университета. Впервые о своих опытах он сообщил в 1929 году. Успешность его работ нашла подтверждение на практике во времена Второй мировой войны. Американские войска, находясь на бесплодных скалистых островах, выращивали овощи в гидропонных бассейнах, созданных в голой скале с помощью взрывчатых веществ. Уильяму Герикке принадлежит и термин «гидропоника».

Параллельно с американскими учеными над проблемой выращивания растений без почвы трудились и многие европейские специалисты. Наиболее крупная гидропонная установка была создана в советском институте плодоводства под руководством профессора Д.Н.Прянишникова. Опыты нашли практическое применение уже в 1937 году. Во время одной из полярных экспедиций овощи для питания получали именно таким способом.

Не отставали от своих российских и американских коллег венгерские и польские ученые. В 1932–1933 годах ими были созданы установки в Карпатах и южнее Львова. Польскими установками руководил профессор В. Пиотровский, а венгерскими – профессор Пауль Решлер. Оба предприятия были расположены в горной местности, и там выращивали ранние овощи и декоративные растения.

В 1938 году в местечке Штейнхейм, в Вестфалии (Германия), профессор Херниг создал гидропонную установку, которая успешно действует по сегодняшний день.

Сейчас гидропоника – одно из успешно развивающихся направлений растениеводства. Крупные установки для производства овощей используют в США, Японии, Германии, Швейцарии, Дании, Норвегии, России и других странах мира.

Биохимические принципы гидропоники

Растения получают углерод и кислород из воздуха, остальные элементы – из почвы, а в случае применения гидропоники – из питательного раствора.

Питательные элементы – это азот, фосфор, калий, кальций, железо и многие другие, в том числе, микроэлементы. Они необходимы растениям и не могут быть заменены ничем другим. Питательные вещества – это соединения, содержащие эти элементы. Известно, что в почве питательные элементы содержатся в четырех формах:

1. прочно фиксированные почвой и недоступные для растений;
2. труднорастворимые неорганические соли;
3. адсорбированные на поверхности коллоидов и доступные для растений благодаря ионному обмену;
4. растворенные в воде и легко доступные для растений.

За поглощение питательных элементов из почвы или питательного раствора отвечает корневая система. Основной зоной поглощения питательных веществ является зона растяжения (роста) и зона корневых волосков. Она же снабжает необходимыми веществами и надземные корни растений.

Подсчитано, что на 1 мм 2 корневой поверхности развивается от 200 до 400 корневых волосков, что позволяет корневой поверхности увеличиваться в сотни раз. Корневые волоски обладают повышенной способностью к поглощению.

В меристематической зоне (меристема – это ткань, из которой образуются остальные виды тканей корня) отсутствует дифференцированная сосудистая система. При этом флоэма дифференцируется раньше, и только выше по длине корня наблюдается образование ксилемы. Именно по ней и передвигается вода с растворенными питательными веществами. Основная масса ионов, поглощенных меристемой, используется именно в этих клетках. Некоторое количество ионов, особенно Ca 2+ , поступает из этой зоны в надземные органы растений. Поглощенные в зоне растяжения и в зоне корневых волосков ионы транспортируются как вверх, так и вниз по корню. Выше зоны корневых волосков расположена зона ветвления корня. Здесь поверхность покрывается прочным пробковым слоем и в поглощении питательных веществ участия практически не принимает.

Различные зоны корня отвечают за поглощение различных минеральных элементов. Установлено, что Ca 2+ поступает в апикальные зоны, K + , NH + ₄, фосфаты адсорбируются всей поверхностью корневой системы.

Методы и системы выращивания гидропонных культур

Методы гидропоники

Сегодня применяют следующие методы выращивания гидропонных культур:

Агрегатопоника

Искусственные субстраты после нескольких лет использования засоряются корневыми выделениями и корневыми остатками, в них развивается галловая нематода. Поэтому применение твердых заменителей почвы осложняется значительными затратами на их заготовку, доставку, перенос в теплицы, а после определенного срока эксплуатации – стерилизацию, промывание и регенерацию.

Водная культура

Хемопоника

Ионитопоника

Аэропоника

Растворы для гидропоники

Информацию о зарегистрированных удобрениях для гидропоники можно найти в разделе Минеральные удобрения, нажав фильтр «Гидропоника»

Субстраты для гидропоники

При выращивании растений без почвы используют различные субстраты. Чаще всего это местные материалы. В любом случае субстрат должен отвечать следующим требованиям:

1. Не содержать ядовитых веществ и быть химически нейтральным или инертным к питательному раствору, иначе будут изменяться физико-химические свойства питательного раствора, что отрицательно скажется на развитии растений.В частности, субстрат не должен содержать карбоната кальция (CaCO₃). Данное соединение способствует повышению щелочной реакции питательного раствора и вызывает осаждение фосфатов.
2. Иметь достаточную водоудерживающую способность и хорошую аэрацию. Эти свойства зависят от размера частиц. Чем больше частицы, тем меньше водоудерживающая способность и выше пористость. Например, измельченный вермикулит, перлит и керамзит хорошо удерживают воду, а гравий и гранитный щебень – плохо.
3. Субстрат должен обладать достаточной прочностью. Вермикулит, керамзит, перлит не отвечают данному требованию и со временем крошатся. Это ухудшает аэрацию корневой системы и экономически невыгодно, поскольку подобные субстраты требуют частой замены – не реже одного раза в три-четыре года.

При выборе необходимо учитывать, что при длительной эксплуатации субстраты подвергаются физико-химическим изменениям под действием не только питательного раствора, но и корневых выделений и различных микроорганизмов.

Субстратом для гидропоники могут служить гранитный щебень, измельченный керамзит, вспученный вермикулит, перлит, каменноугольный шлак, полихлорвиниловый субстрат. Иногда применяют органические субстраты: мох, древесные опилки, торф. Каждый из вышеперечисленных материалов имеет свои достоинства и недостатки.

В связи с этим был разработан материал, наиболее соответствующий требованиям к субстратам гидропоники, – гродан (минеральная вата). Также в качестве субстрата иногда используют высокомолекулярные синтетические соединения: вспененный полистирол, полиуретан, термопластические полимеры, синтетические пенистые смолы.

Питательные растворы

На сегодняшний день разработано более 500 рецептов питательных растворов, довольно сильно отличающихся по составу и соотношению питательных ионов. Такое разнообразие объясняется тем, что питание растений зависит от биологических особенностей и внешних факторов. Это, прежде всего, температурный и световой режимы. Кроме того, содержание и соотношение питательных элементов в растворе должно изменяться в зависимости от времени года. Летом увеличивают количество азота, а зимой – магния, калия и фосфора. Содержание и соотношение питательных элементов меняют в зависимости от фазы роста растения, поскольку потребность в минеральных элементах непостоянна на протяжении всего вегетационного периода.

При всем разнообразии питательные растворы отвечают определенным требованиям:

1. В состав сбалансированного питательного раствора входят все необходимые растениям элементы минерального питания, включая кобальт и йод.
2. Соотношение питательных элементов в растворе должно обеспечивать нормальный рост и развитие растений, а также их высокую продуктивность. Сумма шести основных ионов (N, PO₄, SO-, К, Ca и Mg) в рецептуре питательных растворов колеблется в очень широких пределах – от 3 до 178 мг-экв/лраствора. Соотношение элементов в питательной смеси оказывает большое влияние на рост, развитие и продуктивность растений. Более того, изменяя условия минерального питания, можно управлять формированием структуры растений.
3. Концентрация раствора может колебаться от 1 до 3 г/л. Встречаются растворы и с более высокой концентрацией. Следует принимать во внимание, что концентрация раствора не должна превышать критического значения, при котором осмотическое давление раствора становится равно или выше осмотического давления клеточного сока. Осмотическое давление раствора должно быть намного ниже, чем у клеточного сока, иначе растения прекратят поглощать воду и питательные элементы.
4. Решающим показателем пригодности питательного раствора считается его оптимальная кислотность pH. Она должна поддерживаться на определенном уровне на протяжении всего вегетационного периода. Каждая культура требует определенной оптимальной реакции среды. Большинство растений хорошо растут и развиваются при рН 5,5–6,5. Например, на гравийном субстрате томаты лучше всего развиваются при оптимальной реакции рН 5,0–5,8, а огурцы – при рН 6,2–6,4.

Способы подачи питательного раствора

Многообразие способов подачи питательного раствора сводится к двум типам: поверхностному увлажнению и подтоплению.

Поверхностное увлажнение

Способ подтопления

Преимущества гидропоники

Гидропонные технологии в значительной степени облегчают процесс выращивания растений. Это происходит за счет возможности автоматизировать все этапы ухода за растениями: минеральные Подкормка – способ применения удобрений. Проводятся в течение вегетационного периода. Предназначены для усиления питания растений в период максимального потребления питательных элементов.

Подробнее при переходе по ссылке

«>подкормки, температурный и световой режимы.

Преимущество гидропоники заключается в возможности формирования необходимых параметров ионного состава растительной продукции за счет программирования состава минерального питания. Полученные растения отличаются высокими темпами роста, быстрее вступают в фазу цветения и плодоношения. Их продукция более ценна в биологическом отношении, поскольку содержит повышенную концентрацию витаминов, сахаров и органических кислот. Человек имеет возможность регулировать содержание нитратов в получаемой продукции, понижая его до минимальных значений. При гидропонном выращивании растений урожаи гораздо выше, чем при выращивании в почве.

Источник

Гидропоника – выращивание растений на воде

Совсем недавно выращивание культурных растений методом гидропоники было прерогативой только тепличного бизнеса. Но теперь гидропонные установки доступны любому садоводу-огороднику: их можно купить готовыми, а можно даже собрать самостоятельно из подручных средств. О том, каким образом выращиваются растения методом гидропоники – поговорим в данной статье.

Что такое гидропоника

Гидропоника – это методика выращивания растений без почвы, на основе питательных растворов. Суть метода в том, чтобы дать растению все необходимое для роста и развития: кислород, ультрафиолет и инфракрасное излучение, минеральные вещества и воду, при этом исключая из этой цепочки грунт за ненадобностью. Каждый минерал отвечает за определенный этап развития культуры: калий способствует росту, кальций формирует корневую систему, магний и железо участвует в образовании хлорофилла, сера участвует в белковом метаболизме и т.д.

Благодаря активному насыщению корневой системы кислородом и необходимыми макро- и микроэлементами, метод гидропоники позволяет намного увеличить урожайность, при этом минимизируя ручной уход за агрокультурами. Кроме этого, у гидропоники есть еще ряд преимуществ:

• экономия воды при использовании капельного полива в гидропонной системе;
• избегание нападений большинства насекомых и грызунов, поскольку чаще всего они обитают в почве;
• использование качественных растворов позволяет минимизировать вредные вещества, накапливаемые в овощах и зелени из почвы;
• при создании необходимых условий методом гидропоники можно выращивать агрокультуры круглый год;
• чистота и гигиеничность метода.

Если говорить о недостатках гидропоники, то это, главным образом, высокая стоимость гидропонной конструкции, поскольку она представляет собой сложную циклическую систему. Но и тут есть свои лазейки, и опытные огородники давно научились создавать ее своими руками.

К каким растениям применим гидропонный способ выращивания

Если вы решили попробовать самостоятельное выращивание на гидропонике, лучше всего начать набирать свой опыт на зелени, поскольку она дает самые лучшие результаты. Укроп, петрушка, зеленые салаты, базилик, розмарин, кинза, мята и другие прекрасно растут в питательном растворе и дают хороший урожай за короткое время.

Из овощных культур методом гидропоники эффективнее всего выращивать томаты, огурцы, баклажаны и перцы. Они прекрасно растут и плодоносят как в промышленных масштабах, так и в частных огородах.

Отличной альтернативой грядкам со свежими ягодами будет гидропонные грядки с клубникой и садовой земляникой.

Возможно для кого-то станет неожиданностью, но гидропонным методом можно выращивать многие комнатные растения: плющи, хойю, папоротники, аспарагус, диффенбахии и т.п.

Источник