Промышленное выращивание растений на питательных растворах

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

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.

07.12.2017

Гидропоника представляет собой модель выращивания растительных культур без наличия земельного грунта, поскольку растение получает подкормку из специального раствора, который содержит все необходимые питательные вещества (комплекс макро и микро элементов).

Исторические факты

Ученые, внесшие вклад в создание и развитие гидропоники

Одним из первых ученых, кто попытался разобраться в процессе питания растений, был Аристотель.

Позже над данной задачей трудились такие умы как Эдме Мариот, Марчелло Мальпиги, Стефан Хэйлс и Джон Вудворд.

Далее эстафету подхватил голландский ученый Иоганн Ван Гельмонт, который долгое время проводил опыты над растениями, пытаясь определить для них оптимальную модель питания.

Впервые определение гидропоники, как методу выращивания растений дал известный американский ученый Уильям Герикке, который ставил эксперименты над овощами, которые высаживал в емкости с различными питательными растворами (без использования земельного грунта). В 1936 году, после целого ряда удачных проб, Герикке издал свою научную работу, где впервые применил новый термин.

В девятнадцатом веке Климент Аркадьевич Тимирязев продолжил разработку метода выращивания культур в водных растворах. Он детально изучал не только физиологию растений, но и исследовал воду, почву, питательные вещества, удобрения и субстраты, которые оказывают влияние на рост культур.

Современные ученые-агрономы на протяжении нескольких десятков лет пытаются определить оптимальный состав минеральных солей и элементов, который необходим культурам для нормального роста и развития. Результат их длительной работы показал, что для полноценного питания крайне важны такие макро и микроэлементы как железо, магний, кальций, фосфор, азот, сера и другие. Всего, помимо углерода, водорода и кислорода растениям требуется около шестнадцати обязательных микроэлементов.

Ученым удалось выяснить, что при отсутствии в питании, к примеру, калия, рост растений останавливается, а при недостатке кальция, корневая система прекращает свое развитие. Для образования хлорофилла растениям необходимы такие важные элементы как магний и железо, а оказывается, что без фосфора и серы не образуются белки, жизненно необходимые растительным клеткам для формирования протоплазмы и ядра.

Гидропоника позволяет искусственным путем регулировать условия выращивания растений. Применяя ее можно создавать для различных культур специальный режим питания, который по максимуму обеспечит их потребности всеми необходимыми элементами, благодаря чему можно получать максимальный урожай, причем превосходного качества.

Суть самой технологии, если описать ее в нескольких словах – это выращивание сельскохозяйственных и декоративных культур гидропонным путем, при котором корневая система растений находятся не в плодородном грунте, а его заменителе, то есть некоем субстрате, наполненным питательными веществами и создающим опору для корней.

В теплицах и оранжереях закрытого типа метод гидропоники позволяет выращивать растения в несколько ярусов, что экономит значительную часть площади. При этом оборудование позволяет производить регулировку концентрации углекислого газа, что благоприятно влияет на процесс фотосинтеза, дает возможность устанавливать оптимальную для растений влажность и температуру воздуха, а также изменять интенсивность и продолжительность освещения внутри помещения.

А поскольку питание при данном способе выращивания подается в корневую систему растений дозировано и в легкодоступной для растений форме - это значительно экономит ресурсы и снижает трудозатраты. По этой причине гидропоника особенно актуальна для районов со сложными климатическими условиями, где существует недостаток природной влаги.

Существующие методы гидропоники

При данном методе выращивания растений их корневая система размещается в твердых инертных, неорганических субстратах, таких как керамзит, щебень, песок, гравий и им подобные.

При данном способе выращивания субстратом служит мох, опилки, верховой торф, а также органические материалы.

При данном методе основной субстрат состоит из ионообменных материалов.

При выращивании культур методом аэропоники твердый субстрат не применяется, а корневая система растений находится в подвешенном состоянии. Обычно при этом используют специальные затемненные камеры.

Поскольку в гидропонике субстраты не содержат питательных веществ или вообще отсутствуют, единственно доступным методом питания растений является фертигация (способ внесения растворимых в воде минеральных или органических удобрений). Более подробно об этом можно прочитать здесь.

Достоинства гидропоники, как метода выращивания растений

Главным преимуществом гидропоники является то, что данный метод позволяет значительно поднимать урожайность культур, поскольку все необходимые полезные вещества направляются непосредственно в корневую систему. При этом в растениях абсолютно отсутствуют какие-либо ядовитые соединения, нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды и прочие вредные для человеческого организма соединения и элементы. Растения выращиваются в чистой среде без наличия грязи и посторонних запахов.

Гидропоника позволяет применять индивидуальный подход к каждой разновидности растений и полностью исключает такие негативные факторы как пересыхание, недостаток влаги, освещения, кислородное голодание растений и так далее.

Кроме того, используя метод гидропоники, можно не бояться, что растения будут повреждаться вредителями, инфекциями, грибками и прочими заболеваниями, поэтому вопрос использования инсектицидов и прочих ядохимикатов отпадает сам собой.

Упрощается и технология пересаживания растений, поскольку корневая система при применении данного метода не травмируется.

Недостатки применения гидропоники

Безусловным и пожалуй единственным минусом данного метода является высокая стоимость оборудования, задача которого состоит в том, чтобы обеспечить полноценную систему жизнеобеспечения растений. Тем не менее, инвестиции в гидропонику окупятся с лихвой, поскольку культуры при использовании данной технологии растут быстрее и дают более богатый урожай.

Будущее принадлежит гидропонике

По прогнозам футурологов, через пятьдесят лет все жители планеты будут жить в городах, а сел практически не останется. Кто и где будет выращивать продукты питания, чтобы накормить человечество?

Ученые делают ставку на гидропонику.

В настоящее время данный метод развивается стремительными темпами, поскольку ему на службу приходят ультрасовременные технологии и новейшие достижения науки. Благодаря инновациям постоянно улучшается качество питательной среды, усовершенствуется модель выращивания растений, повышается качество оборудования. Например, последние разработки в проектировании систем гидропоники позволяют использовать рабочую площадь помещений по максимуму. Это уменьшает затраты на единицу продукции, значительно повышая урожайность.

Нам уже не кажутся фантастикой огромные промышленные теплицы и оранжереи, где по данному методу выращиваются самые различные культуры: овощи, ягоды, декоративные растения. При этом гидропоника позволяет компьютеризировать и автоматизировать абсолютно все операционные процессы, благодаря чему происходит значительная экономия ресурсов, а выращивание растений заключается исключительно в подготовке рассады и уборке урожая.

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.

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.

Гидропоника в нынешнем её понимании возникла в начале двадцатого века (20–30-е годы).

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.

Читайте также: