Гидропоника

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.^[4]

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 мм² 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 Ca²⁺, 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 Ca²⁺ поступает в апикальные зоны, K⁺, NH⁺₄, фосфаты адсорбируются всей поверхностью корневой системы.^[6] (фото)

Методы и системы выращивания гидропонных культур

Методы гидропоники

Сегодня применяют следующие методы выращивания гидропонных культур:

Агрегатопоника

– растения выращиваются на твердых субстратах, обладающих малой влагоемкостью (гравии, гранитной щебенке, песке, керамзите и др.) В данном случае корневая система размещается в гравии, щебне или другом заменителе почвы. В субстрат подается питательный раствор, из которого растения получают минеральные элементы.

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.^[1]

Водная культура

– выращивание растений в водной среде. Этот способ нашел широкое применение в Болгарии, Германии и других странах. Наряду с устранением свойственных агрегатопонике недостатков, возникают сложности с поддержанием точной концентрации и реакции питательного раствора. Параллельно составляет сложность одновременно бесперебойно снабжать корневые системы раствором минеральных солей и кислородом воздуха.^[1]

Хемопоника

– в качестве субстрата используют органические материалы: верховой торф (степень разложения 30 %) (фото) , мох сфагнум, опилки, древесную кору, отходы хлопчатника, рисовую шелуху и прочее. Срок использования органических материалов не превышает двух лет. Некоторые из них требуют предварительной подготовки – измельчения или корректировки реакции среды. Минеральное питание осуществляется путем поверхностного полива питательным раствором. Этот метод не требует специального оборудования и может применяться во всех видах защищенного грунта.^[1]

Ионитопоника

– субстрат составлен из смеси двух синтетических ионообменных смол: катионита КУ-2 и анионита ЭДЭ-10П. Оба вещества характеризуются прочностью, химической стойкостью, устойчивостью к окислению, свету и температуре. Питательные вещества находятся в составе субстрата. Полив производят чистой водой. По сути, это больше похоже на искусственную почву.^[1]

Аэропоника

– корневая система развивается в воздушной среде, твердый субстрат отсутствует. Через определенные промежутки времени (12–15 минут) корни в течение 5–7 секунд опрыскивают питательным раствором из форсунок. Этот метод обеспечивает наиболее полное снабжение корней кислородом, а подсыхание предупреждается периодическим смачиванием. При использовании данного метода отпадает необходимость в субстрате и связанных с ним затратах, но требуется безотказная автоматика.^[1]

Преимущества гидропоники

Гидропонные технологии в значительной степени облегчают процесс выращивания растений. Это происходит за счет возможности автоматизировать все этапы ухода за растениями: минеральные 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.^[5]