4.2 Беспочные системы

4 июн. 2020 г. · Aquaponics Food Production Systems

Интенсивные исследования, проведенные в области гидропонного возделывания, привели к разработке самых разнообразных систем возделывания (Hussain et al. 2014). В практическом плане все они также могут быть реализованы в сочетании с аквакультурой, однако некоторые из них более подходят, чем другие (Maucieri et al. 2018). Большое разнообразие систем, которые могут использоваться, обусловливает необходимость классификации различных безпочных систем (таблица 4.1).

** Таблица 4.1** Классификация гидропонных систем по различным аспектам

стол тхед tr class=“заголовок» Характеристика/г Текатегории/г Примеры/th /tr /thead тбоди tr class=“нечетный» td rowspan=“6"безпочная системы/td td rowspan=“3"Нет подстраны/td TDNft (техника питательной пленки) /td /tr tr class=“даже» Tdaeroponics/TD /tr tr class=“нечетный» TDDFt (метод глубокого потока) /td /tr tr class=“даже» td rowspan=“3"с подложей/td TDOrganic субстраты (торф, кокосовое волокно, кора, древесное волокно и т.д.) /td /tr tr class=“нечетный» td Неорганические субстраты (каменная вата, пемза, песок, перлит, вермикулит, керамная глина) /td /tr tr class=“даже» TDSynthetic субстраты (полиуретан, полистирол) /td /tr tr class=“нечетный» td rowspan=“2"Открытые/закрытые системы/td TDOpen или перекачивание в отходы системы/td td Растения непрерывно питаются «свежим» раствором без восстановления раствор, осушенный из культивационных модулей (рис. 4.1a) /td /tr tr class=“даже» TDЗакрытые или рециркуляционные системы/td td Слитый раствор питательных веществ перерабатывается и пополняется недостатком питательные вещества до нужного уровня ЕС (рис. 4.1b) /td /tr tr class=“нечетный» td Rowspan=“2"Водоснабжение TDнепрерывность/TD TDNFt (технология питательной пленки) DFT (технология глубокого потока) /td /tr tr class=“даже» TDПериодические/TD TDкапельное орошение, отливы и течения, аэропоника/td /tr /tbody /таблица

4.2.1 Твердые системы подложки

В начале безпочвенного культивирования в 1970-х годах многие субстраты были протестированы (Wallach 2008; Blok et al. 2008; Verwer 1978). Многие из них потерпели неудачу по таким причинам, как слишком влажная, слишком сухая, неустойчивая, слишком дорогостоящая и высвобождение токсичных веществ. Сохранилось несколько твердых субстратов: каменная вата, перлит, койра (кокосовое волокно), торф, пенополиуретан и кора. Твердые системы подложки можно разделить следующим образом:

Волокнистые субстраты Они могут быть органическими (например, торф, солома и кокосовое волокно) или неорганическими (например, каменная вата). Они характеризуются наличием волокон разных размеров, что придает подложке высокую водоудерживающую способность (60— 80%) и скромную воздухоемкость (свободная пористость) (Wallach 2008). Высокий процент оставленной воды легко доступен для установки, что напрямую отражается на минимальном объеме субстрата на каждую установку, необходимом для обеспечения достаточного водоснабжения. В этих подложках по профилю нет очевидных градиентов воды и солености, и, следовательно, корни растут быстрее, равномерно и обильно, используя весь имеющийся объем.

Гранулированные субстраты_ Они, как правило, неорганические (например, пемза, перлит, керамовидная глина) и характеризуются различными размерами частиц и, таким образом, текстурами; они обладают высокой пористостью и свободным сливом. Водоудерживающая способность является довольно низкой (10— 40%), и большая часть оставленной воды нелегко доступна для завода (Maher et al. 2008). Поэтому требуемый объем субстрата на растение выше по сравнению с волокнистыми. В гранулированных подложках по профилю наблюдается заметный градиент влаги, что приводит к развитию корней в основном на дне емкостей. Для установки требуются меньшие размеры частиц, увеличение емкости для удержания воды, однородность влаги и больший EC и меньший объем субстрата.

Подложки обычно окутываются в пластиковые покрытия (так называемые мешки или плиты) или вставляются в другие типы контейнеров различных размеров и из синтетических материалов.

Перед посадкой субстрат должен быть насыщен, чтобы:

Обеспечить достаточную подачу воды и питательных веществ во всей плите подложки.
Достижение однородных уровней EC и pH.
Изгнать присутствие воздуха и сделать однородное смачивание материала.

Не менее важно, чтобы субстрат сухой фазы после посадки стимулировал растения к развитию однородной субстрат исследования корней, чтобы получить обильную и хорошо распределенную корневую систему на различных уровнях и подвергать корни воздуху. Использование подложки во второй раз путем повторного смачивания может быть проблемой, так как насыщение невозможно из-за сливных отверстий в пластиковой оболочке. В органической субстрате (например, койра), принимая короткие и частые оросительные повороты, можно восстановить способность удерживать воду, чтобы использовать ее во второй раз, легче, чем инертные субстраты (каменная вата, перлит) (Perelli et al. 2009).

4.2.2 Подложки для средних систем

Субстрат необходим для крепления корней, опоры для растения, а также как водопитательный механизм благодаря его микропористости и способности катионов.

Растения, выращенные в безпочных системах, характеризуются несбалансированным соотношением ростков и корней, потребностью в воде, воздухе и питательных веществах, которые значительно выше, чем в условиях открытого поля. В последнем случае темпы роста медленнее, а количество субстрата теоретически неограничено. Для удовлетворения этих требований необходимо прибегать к субстратам, которые самостоятельно или в смеси обеспечивают оптимальные и стабильные химико-физические и питательные условия. В качестве подложек можно использовать массив материалов с различными характеристиками и затратами, как показано на рис. 4.2. Однако пока нет ни одного субстрата, который можно было бы использовать повсеместно во всех ситуациях выращивания.

Рис. 4.2 Материалы, используемые в качестве подложек в безпочных системах

4.2.3 Характеристика подложек

Объемная плотность (BD) BD выражается сухим весом субстрата на единицу объема. Это позволяет закреплять корни и обеспечивает поддержку растений. Оптимальный BD для посевов в контейнере колеблется от 150 до 500 кг мсуп-3/суп (Wallach 2008). Некоторые субстраты, из-за их низкого BD и их рыхлости, как в случае перлита (около 100 кг msup-3/sup), полистирола в гранулах (около 35 кг msup-3/sup) и несжатого торфа Sphagnum_ (около 60 кг msup-3/sup), не подходят для использования в одиночку, особенно для растений, которые растут вертикально.

** Таблица 4.2** Основные химико-физические характеристики торфа и кокосового волокна. (dm = сухое вещество)

стол тхед tr class=“заголовок» th rowspan=“2"характеристики/г th colspan=“2"Поднятые болоты/г ThFen болот/т th rowspan=“2"Кокосовое волокно (койр) /т /tr tr ТДБлонд/ТД TDкоричневый/TD TDblack/TD /tr /thead тбоди tr class=“даже» TdОрганическое вещество (% dm) /td td94—99/td td94—99/td тд55—75/тд td94—98/td /tr tr class=“нечетный» TDash (% дм) /тд td1—6/td td1—6/td тд23—30/тд td3—6/td /tr tr class=“даже» TDОбщая пористость (% объема) /td тд84—97/тд тд88—93/тд тд55—83/тд тд94—96/тд /tr tr class=“нечетный» ВНП водоудерживающая способность (% объема) /тд тд52—82/тд тд74—88/тд тд65—75/тд тд80—85/тд /tr tr class=“даже» TDСвободная пористость (% объема) /td тд15—42/тд тд6—14/тд td6—8/td тд10—12/тд /tr tr class=“нечетный» Плотность TDBulk (кг мсуп3/суп) /тд тд60—120/тд тд140—200/тд тд320—400/тд тд65—110/тд /tr tr class=“даже» TdCEC (meq%) /td тд100—150/тд тд120—170/тд тд80—150/тд тд60—130/тд /tr tr class=“нечетный» TdОбщий азот (% дм) /тд тд0.5—2.5/тд тд0.5—2.5/тд td1.5—3.5/td тд0.5—0.6/тд /tr tr class=“даже» TDC/N/TD тд30—80/тд тд20—75/тд тд10—35/тд тд70—80/тд /tr tr class=“нечетный» TdКальций (% дм) /тд td<0.4/td td<0.4/td td>2/td td—/td /tr tr class=“даже» TdPh (Hsub2/subo) /td td3.0—4.0/td td3.0—5.0/td td5.5—7.3/td td5.0—6.8/td /tr /tbody /таблица

Источник: Энзо и др. (2001 год)

Porosity Идеальный субстрат для горшечных культур должен иметь пористость не менее 75% с переменным процентом макропор (15— 35%) и микропор (40— 60%) в зависимости от культивируемых видов и условий окружающей среды и посевов (Wallach 2008; Blok et al. 2008; Maher et al. 2008). В малогабаритных контейнерах общая пористость должна достичь 85% от объема (Bunt 2012). Структура должна быть стабильной с течением времени и выдерживать уплотнение и уменьшение объема на фазах обезвоживания.

Водоудерживающая способность обеспечивает достаточный уровень влажности субстрата для сельскохозяйственных культур, не прибегая к частым орошениям. Тем не менее, водоудерживающая способность не должна быть слишком высокой, чтобы избежать удушья корней и чрезмерного охлаждения. Вода, имеющаяся для установки, рассчитывается на основе разницы между количеством воды в удерживающей способности и количеством воды, оставленной в точке увядания. Это должно составлять около 30— 40% от видимого объема (Kipp et al. 2001). Наконец, необходимо учитывать, что при постоянном увеличении биомассы корневой системы во время роста свободная пористость в субстрате постепенно снижается и изменяются гидрологические характеристики субстрата.

_Катионно-обменная способность (CEC) _ CEC представляет собой меру того, сколько катионов можно сохранить на поверхности частиц субстрата. В целом органические материалы обладают более высокой КЭС и более высокой буферной способностью, чем минеральные (Wallach 2008; Blok et al. 2008) (таблица 4.2).

pH Соответствующий рН необходим для удовлетворения потребностей культивируемых видов. Субстраты с низким рН более подходят для сельскохозяйственных культур в контейнерах, поскольку их легче модифицировать в сторону желаемого уровня путем добавления карбоната кальция, а также потому, что они отвечают потребностям более широкого числа видов. Кроме того, во время возделывания значение рН, как правило, возрастает благодаря орошению водой, богатой карбонатами. Уровень pH также может варьироваться в зависимости от типа используемого удобрения. Поправить щелочную субстрат сложнее. Однако это может быть достигнуто путем добавления серы или физиологически кислотных удобрений (сульфат аммония, сульфат калия) или конституционно кислотных удобрений (минеральный фосфат).

_Электропроводимость (EC) _ Подложки должны иметь известное содержание питательных веществ и низкие значения EC (см. также таблицу 4.4). Часто предпочтительнее использовать химически инертный субстрат и добавлять питательные вещества в соответствии с конкретными требованиями к посевам. Особое внимание следует уделять уровням ЕС. Высокий уровень EC указывает на наличие ионов (например, NASUP+/SUP), которые, хотя и не являются важными питательными веществами, могут играть решающую роль в пригодности субстрата.

Здоровье и безопасность_ Здоровье в системах и безопасность оперативников обеспечивается отсутствием патогенов (нематод, грибков, насекомых), потенциально фитотоксичных веществ (пестицидов) и семян сорняков. Некоторые промышленные материалы (керамогранит, перлит, каменная вата, вермикулит и полистирол) гарантируют высокий уровень стерильности благодаря высоким температурам, применяемым при их обработке.

Sustainability Другой важной характеристикой субстрата является его профиль устойчивости. Многие часто используемые субстраты сталкиваются с экологическими проблемами, связанными с их происхождением, производственным процессом и/или последующей обработкой и истечением срока службы. В этой связи дополнительной характеристикой, которую следует учитывать, являются субстраты, происходящие из материалов с низким экологическим воздействием (модифицированные экологически чистым способом и в конечном итоге биоразлагаемыми). Повторное использование субстрата также может быть важным аспектом устойчивости субстрата.

Стоимость И последнее, но не менее важное, субстрат должен быть недорогим или, по крайней мере, экономически эффективным, легкодоступным и стандартизированным с химической и физической точки зрения.

4.2.4 Тип подложек

Выбор субстратов варьируется от продуктов органического или минерального происхождения, которые присутствуют в природе и подвергаются специальной переработке (например, торф, перлит, вермикулит), до продуктов органического происхождения, полученных в результате деятельности человека (например, отходы или побочные продукты сельскохозяйственного, промышленного и городского хозяйства) ) и промышленного происхождения, полученных в результате процессов синтеза (например, полистирола).

4.2.4.1 Органические материалы

К этой категории относятся натуральные органические субстраты, включая остатки, отходы и побочные продукты органического характера, полученные из сельского хозяйства (навоз, солома и т.д.) или, например, промышленных, побочных продуктов деревообрабатывающей промышленности и т.д., или из городских поселений, например, шлама сточных вод и т.д. дополнительная обработка, такая как экстракция и созревание.

Все материалы, которые могут быть использованы в гидропонике, также могут быть использованы в AP. Однако, поскольку бактериальная нагрузка в растворе АП может быть выше, чем в обычных гидропонных растворах, можно ожидать, что органические субстраты могут быть подвержены повышенной скорости разложения, что вызывает уплотнение субстрата и проблемы аэрации корней. Поэтому органические материалы можно рассматривать для культур с более коротким циклом роста, в то время как минеральные субстраты могут быть предпочтительны для культур с длительным циклом роста.

Торфя

Торф, используемый отдельно или с другими субстратами, в настоящее время является наиболее важным материалом органического происхождения для подготовки субстрата. Термин торф относится к продукту, полученному из остатков брофитов (Sphagnum), Cyperacea (Trichophorum, Eriophorum, Carex) и других (Calluna, Phragmites и т.д.), преобразованных в анаэробные условия.

Поднятые болота образуются в холодных и очень дождливых условиях. Дождевая вода, без солей, сохраняется на поверхности мхами и растительными остатками, создавая насыщенную среду. В поднятых болотах можно выделить более глубокий, сильно разложенный слой темного цвета (brown peat) и слегка разложенный, более мелкий слой светлого цвета (blond peat). Оба торфа характеризуются хорошей структурной стабильностью, очень низкой доступностью питательных веществ и кислотным рН, в то время как они в основном различаются по своей структуре (таблица 4.2).

Коричневые торфы с очень маленькими порами имеют более высокую водоудерживающую способность и менее свободную пористость для воздуха, а также более высокую CEC и буферную способность. Физические характеристики варьируются в зависимости от размера частиц, что позволяет поглощать воду от 4 до 15 раз больше собственного веса. Поднятые болота обычно удовлетворяют требованиям, необходимым для хорошей подложки. Кроме того, они обладают постоянными и однородными свойствами и поэтому могут быть промышленно эксплуатированы. Однако использование этих торфов требует коррекции рН, например, с карбонатом кальция (CacoSub3/Sub). Как правило, для торфа Sphagnum с pH 3—4 необходимо добавить 2 кг msup-3/sup CacoSub3/sub для увеличения pH для одной единицы. Необходимо обратить внимание на то, чтобы избежать полного высыхания субстрата. Следует также учитывать, что торф подвергается процессам микробиологического разложения, которые со временем могут увеличить водоудерживающую способность и уменьшить свободную пористость.

Болота Фен в основном присутствуют в умеренных районах (например, в Италии и западной Франции), где доминируют Cyperaceae, Carex и Phragmites. Эти торфы образуются в присутствии застойной воды. Содержание кислорода, соли и кальция в воде обеспечивают более быстрое разложение и увлажнение по сравнению с тем, что происходит в поднятых болотах. Это приводит к образованию очень темного, коричневого и черного торфа с более высоким содержанием питательных веществ, в частности азота и кальция, более высоким рН, более высокой объемной плотностью и гораздо более низкой свободной пористостью (таблица 4.2). Они довольно хрупки в сухом состоянии и обладают замечательной пластичностью во влажном состоянии, что придает высокую восприимчивость к сжатию и деформации. Соотношение углерода и азота (C/N), как правило, составляет 15-48 (Kuhry and Vitt 1996; Abad et al. 2002). Из-за своих свойств черный торф имеет низкую ценность и не подходит в качестве подложки, но может быть смешан с другими материалами.

Следует отметить, что в некоторых странах предпринимаются усилия по сокращению использования и добычи торфа в целях уменьшения воздействия на окружающую среду и что различные заменители торфа были успешно определены.

Кокосовое волокно

Кокосовое волокно (койр) получается в результате удаления волокнистой шелухи кокосовых орехов и является побочным продуктом производства копры (производство кокосового масла) и экстракции волокон и состоит почти исключительно из лигнина. Перед использованием он компостируется в течение 2—3 лет, а затем обезвоживается и сжимается. Перед его использованием он должен быть регидратирован путем добавления воды в 2—4 раза ее сжатого объема. Кокосовое волокно обладает химико-физическими характеристиками, схожими с белоснежным торфом (табл. 4.2), но с преимуществом более высокого рН. Он также оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем торф (чрезмерная эксплуатация торфяных болот) и каменная вата, где существуют проблемы с утилизацией. Это одна из причин, по которой она становится все более предпочтительной в безпочных системах (Olle et al. 2012; Fornes et al. 2003).

Подложки на основе дерева

Органические субстраты, получаемые из древесины или ее побочных продуктов, таких как кора, древесная щепа или пильная пыль, также используются в мировом коммерческом производстве растений (Maher et al. 2008). Подложки на основе этих материалов, как правило, обладают хорошим содержанием воздуха и высокой насыщенной гидравлической проводимостью. К числу недостатков могут относиться низкая водоудерживающая способность, недостаточная аэрация, вызванная микробной активностью, неправильное распределение частиц по размерам, иммобилизация питательных веществ или негативные последствия, вызванные скоплением соли и токсичных соединений (Dorais et al. 2006).

4.2.4.2 Неорганические материалы

К этой категории относятся природные материалы (например, песок, пемза) и минеральные продукты, полученные в результате промышленных процессов (например, вермикулит, перлит) (таблица 4.3).

** Таблица 4.3** Основные химико-физические характеристики неорганических субстратов, используемых в безпочвенных системах

стол тхед tr class=“заголовок» THSBPRATION/th Толстая плотность (кг мсуп3/суп) /т ThОбщая пористость (%vol) /th ThСвободная пористость (%vol) /th Вместимость влагоудерживания (%vol) /th THCEC (мэк%) /т ТеC (мс смсуп1/суп) /ч THPH/th /tr /thead тбоди tr class=“нечетный» TDSand/TD тд1400—1600/тд тд40—50/тд тд1—20/тд тд20—40/тд тд20—25/тд тд0.10/тд td6.4—7.9/td /tr tr class=“даже» TDPumice/TD тд450—670/тд тд55—80/тд тд30—50/тд td24—32/td td—/td тд0.08—0.12/тд td6.7—9.3/td /tr tr class=“нечетный» TdВулканические туфсы/td тд570—630/тд тд80—90/тд тд75—85/тд td2—5/td td3—5/td td—/td td7.0—8.0/td /tr tr class=“даже» ТДвермикулит/ТД тд80—120/тд тд70—80/тд тд25—50/тд тд30—55/тд тд80—150/тд тд0.05/тд td6.0—7.2/td /tr tr class=“нечетный» ТДперлит/ТД тд90—130/тд тд50—75/тд td30—60/td тд15—35/тд td1.5—3.5/td тд0.02—0.04/тд td6.5—7.5/td /tr tr class=“даже» TDexPanded глина/td тд300—700/тд тд40—50/тд тд30—40/тд тд5—10/тд td3—12/td тд0,02/тд td4.5—9.0/td /tr tr class=“нечетный» TDStone шерсть/td тд85—90/тд тд95—97/тд тд10—15/тд тд75—80/тд td—/td td0.01/td td7.0—7.5/td /tr tr class=“даже» TDexPanded Полистирол/TD тд6—25/тд тд55/тд тд52/тд td3/td td—/td td0.01/td td6.1/td /tr /tbody /таблица

Источник: Энзо и др. (2001 год)

Песок

Пески являются природным неорганическим материалом с частицами диаметром от 0,05 до 2,0 мм, возникающими в результате выветривания различных минералов. Химический состав песков может варьироваться в зависимости от происхождения, но в целом он состоит из 98,0— 99,5% кремнезема (SiOSub2/Sub) (Perelli et al. 2009). Пески с более низким содержанием карбоната кальция и pH 6,4—7,0 лучше подходят в качестве субстрата, поскольку они не влияют на растворимость фосфора и некоторых микроэлементов (например, железа, марганца). Как и все подложки минерального происхождения, пески имеют низкую CEC и низкую буферизацию (таблица 4.3). Мелкие пески (0,05—0,5 мм) наиболее пригодны для использования в гидропонных системах в смесях 10— 30% по объему с органическими материалами. Крупные пески (\ >0,5 мм) могут быть использованы для увеличения дренажной способности подложки.

Пумика

Пемза состоит из силиката алюминия вулканического происхождения, очень легкая и пористая, и может содержать небольшое количество натрия и калия, а также следы кальция, магния и железа в зависимости от места происхождения. Он способен удерживать кальций, магний, калий и фосфор из питательных растворов и постепенно выбрасывать их на растение. Обычно он имеет нейтральный рН, но некоторые материалы могут иметь чрезмерно высокий рН, хорошую свободную пористость, но низкую водоудерживающую способность (таблица 4.3). Однако структура, как правило, ухудшается довольно быстро, из-за легкого разрушения частиц. Пемза, добавленная в торф, увеличивает дренаж и аэрацию субстрата. Для садоводства предпочтительнее использовать частицы пемзы диаметром от 2 до 10 мм (Kipp et al. 2001).

Вулканические туф

Туфы происходят от извержений вулкана, с частицами диаметром от 2 до 10 мм. Они могут иметь объемную плотность в диапазоне от 850 до 1100 кг мсуп-3/суп и способность удерживать воду от 15% до 25% по объему (Kipp et al. 2001).

Вермикулит

Вермикулит состоит из водных филосиликатов магния, алюминия и железа, которые в естественном состоянии имеют тонкую пластинчатую структуру, которая сохраняет крошечные капли воды. Отшелушиваемый вермикулит обычно используется в садоводческой промышленности и характеризуется высокой буферной способностью и значениями CEC, аналогичными показателям лучших торфов (таблица 4.3), но, по сравнению с ними, он имеет более высокую доступность питательных веществ (5— 8% калия и 9— 12% магния) (Perelli et al. 2009). NHSub4/subsup+/SUP особенно сильно удерживается вермикулитом; однако активность нитрифицирующих бактерий позволяет восстановить часть фиксированного азота. Точно так же вермикулит связывает более 75% фосфата в необратимой форме, в то время как он обладает низкой абсорбирующей способностью для CLSUP-/SUP, NOSub3/SubSup-/SUP и SOSub4/SubSup-/SUP. Эти характеристики должны быть тщательно оценены при использовании вермикулита в качестве субстрата. Структура вермикулита не очень устойчива из-за низкой устойчивости к сжатию и имеет тенденцию ухудшаться с течением времени, уменьшая дренаж воды. Его можно использовать отдельно, однако предпочтительно смешивать его с перлитом или торфом.

Перлит

Перлит содержит силикат алюминия вулканического происхождения, содержащий 75% SiOSub2/Sub и 13% AlSub2/Sub3/Sub. Сырье измельчается, просеивается, сжимается и нагревается до 700—1000 ˚C. При этих температурах небольшое количество воды, содержащейся в сырье, превращается в пар, расширяя частицы в мелкие бело-серые агрегаты, которые, в отличие от вермикулита, имеют замкнутую ячейку. Он очень легкий и обладает высокой свободной пористостью даже после замачивания. Он не содержит питательных веществ, имеет незначительную CEC и является практически нейтральным (таблица 4.3) (Verdonk et al. 1983). pH, однако, может легко изменяться, потому что емкость буфера незначительна. pH должен контролироваться с помощью качества оросительной воды и не должен опускаться ниже 5,0, чтобы избежать фитотоксичности эффекты алюминия. Закрытая структура клеток позволяет удерживать воду только на поверхности и в промежутках между агломерациями, поэтому водоудерживающая способность варьируется в зависимости от размеров агломераций. Он продается в различных размерах, но наиболее подходящими для садоводства являются диаметр 2—5 мм. Он может быть использован в качестве субстрата в корневых клубах, потому что обеспечивает хорошую аэрацию. В смесях с органическими материалами это повышает мягкость, проницаемость и аэрацию субстрата. Перлит может быть повторно использован в течение нескольких лет, пока он стерилизуется между использованием.

Расширенная глина

Керамическая глина получается путем обработки глинистого порошка при температуре около 700 С. Формируются стабильные заполнители, и, в зависимости от используемого глинистого материала, они имеют переменные значения по CEC, pH и объемной плотности (табл. 4.3). Керамная глина может использоваться в смесях с органическими материалами в количестве около 10— 35% по объему, для чего она обеспечивает большую аэрацию и дренаж (Lamanna et al. 1990). Расширенные глины со значениями рН выше 7,0 не подходят для использования в безпочвенных системах.

Каменная шерсть

Каменная вата является наиболее используемым субстратом в безпочвенном выращивании. Она происходит в результате слияния силикатов алюминия, кальция и магния и углеродного кокса при температуре 1500—2000 ˚C. Сжиженная смесь экструдируется в нити диаметром 0,05 мм, после сжатия и добавления специальных смол материал приобретает очень легкую волокнистую структуру с высокой пористостью (табл. 4.3).

Каменная вата химически инертна и при добавлении к подложке улучшает аэрацию и дренаж, а также обеспечивает отличное крепление для корней растений. Используется отдельно, как посевная субстрат и для безпочвенного выращивания. Плиты, используемые для выращивания, могут быть использованы в течение нескольких производственных циклов в зависимости от качества, при условии, что структура может гарантировать достаточную пористость и доступность кислорода для корневых систем. Как правило, после нескольких циклов выращивания большая часть пористости подложки заполняется старыми, мертвыми корнями, что связано с уплотнением субстрата с течением времени. В результате этого уменьшается глубина субстрата, где стратегии ирригации могут нуждаться в адаптации.

Цеолиты

Цеолиты состоят из гидратированных силикатов алюминия, характеризующихся способностью поглощать газообразные элементы; они обладают высоким содержанием макро- и микроэлементов, обладают высокой абсорбирующей способностью и имеют высокую внутреннюю поверхность (структуры с порами 0,5 мм). Этот субстрат представляет большой интерес, поскольку он поглощает и медленно высвобождает ионы KSUP+/SUP и NHSub4/SubsUP+/SUP, но не способен поглощать CLSUP и NASUP+/SUP, которые опасны для растений. Цеолиты продаются в составах, отличающихся по содержанию N и P и которые могут использоваться при посеве семян, для укоренения черенков или на этапе культивирования (Pickering et al. 2002).

4.2.4.3 Синтетические материалы

Синтетические материалы включают как низкоплотные пластмассовые материалы, так и ионообменные синтетические смолы. Эти материалы, называемые «расширенными», поскольку они получены путем расширения при высоких температурах, пока еще не широко используются, но обладают физическими свойствами, подходящими для сбалансирования характеристик других субстратов.

Расширенный полистирол

Пенополистирол выпускается в гранулах диаметром 4—10 мм с закрытой ячейкой структурой. Он не разлагается, очень легкий и имеет очень высокую пористость, но с крайне низкой водоудерживающей способностью (таблица 4.3). Он не имеет CEC и практически нулевой буферной способности, поэтому он добавляется к подложке (например, торф) исключительно для улучшения его пористости и дренажа. Предпочтительный размер частиц 4—5 мм (Bunt 2012).

Пенополиуретановая пена

Пенополиуретан представляет собой материал низкой плотности (12—18 кг msup-3/sup) с пористой структурой, что позволяет поглощать воду, равную 70% ее объема. Он химически инертен, имеет почти нейтральный рН (6,5—7,0), не содержит полезных питательных веществ, доступных растениям, и не подвергается разложению (Kipp et al. 2001). На рынке можно найти его в виде гранул, укореняющих кубиков или блоков. Как и каменная вата, его также можно использовать для безпочвенного выращивания.

4.2.5 Подготовка субстратов смешанного культивирования

Смешанные подложки могут быть полезны для снижения общих затрат на подложку и/или улучшения некоторых характеристик оригинальных материалов. Например, торф, вермикулит и койр могут быть добавлены для увеличения водоудерживающей способности; перлит, полистирол, грубой песок и керамовидная глина для увеличения свободной пористости и дренажа; светлый торф для повышения кислотности; большее количество органического материала или подходящее количество глинистой почвы для увеличения КЭС и буфера и низкое разлагаемое основание для повышения долговечности и стабильности. Характеристики смесей редко представляют собой среднее значение компонентов, так как при смешивании структуры изменяются между отдельными частицами и, следовательно, соотношение физических и химических характеристик. В целом, смеси с низким содержанием питательных веществ предпочтительнее, чтобы лучше управлять культивацией. Правильная взаимосвязь между различными компонентами смеси также варьируется в зависимости от условий окружающей среды, в которых она работает. При высоких температурах целесообразно использовать компоненты, обладающие более высокой водоудерживающей способностью и не допускающие быстрого испарения (например, торф) и в то же время устойчивые к разложению. В отличие от этого, во влажных условиях с низким уровнем солнечного излучения компоненты, характеризующиеся высокой пористостью, предпочтительнее обеспечить хороший дренаж. В этом случае необходимо будет добавить грубые субстраты, такие как песок, пемза, керамовидная глина и пенополистирол (Bunt 2012).