Роль основных элементов питания в гидропонном растворе

При выращивании растений по малообъемной технологии на каждое из них приходится около 50 грамм субстрата каменной ваты для рассады и до 250 грамм для взрослого растения. Питательный раствор, который снабжает сельхозкультуры всеми необходимыми элементами для роста и развития, имеет в 10-11 раз бόльшую массу. 

О том, как правильно его составить, чтобы получить максимальный урожай высокого качества, рассказывает агроном-консультант компании ТЕХНОНИКОЛЬ, кандидат с.-х. наук Александра Старцева.

Элементы питательного раствора

Из питательного раствора растения потребляют ионы: катионы – положительно заряженные (NH4+, К+, Ca2+, Mg2+ и др.), и анионы – отрицательно заряженные (NO3-, PO42-, SO42-). Ионы с одинаковым зарядом обычно проявляют антагонистические свойства (препятствуют поступлению друг друга), но некоторые отличаются синергизмом – усиливают обоюдное действие.

Необходимое количество элементов в питательном растворе рассчитано для каждой культуры на основе их выноса в определенную фазу развития. На 1 кг продукции огурцу (или томату) в среднем требуется N = 2,2 (3,3) г, Р2О5 = 1,1 (1,2) г, К2О = 4,7 (6,3) г, СаО = 2,8 (4,6) г и МgО = 0,66 (0,8) г.

Согласно закону Либиха (закон минимума), рост и развитие растений будет определяться тем питательным веществом, содержание которого больше всего отклоняется от оптимального.

Признаки недостатка элементов питания на молодых листьях и в точках роста чаще свидетельствуют о дефиците Са и микроэлементов В, Сu, Fe, Mn, Zn, так как они не перемещаются по растению, а на старых листьях — о нехватке N, Р, К, Mg, S, Мо, поскольку они могут реутилизироваться, заново использоваться более молодыми листьями.

На поглощение элементов влияют процессы, протекающие в корнях (дыхание, рост) и в листьях (транспирация, фотосинтез). Нехватка кислорода в корневой зоне снижает дыхание корней, что ограничивает поступление ионов из питательного раствора. Поскольку в транспирационном потоке перемещаются калий, кальций, магний и нитратный азот, то условия, ограничивающие транспирацию, нередко становятся причиной проявления недостатка этих элементов.

Поэтому визуальные признаки нехватки того или иного вещества возникают не только в связи с их ограниченным количеством в питательном растворе, но и из-за невозможности поглощения в результате неоптимального рН в корневой зоне, слишком низкой температуры субстрата, избытка конкурирующих элементов, повышенной концентрации солей в растворе, неподходящих условий микроклимата, слабой корневой системы или неправильного полива.

Питательные вещества могут поступать в растения и через листья. На этом основан метод внекорневой подкормки. Но этот способ быстро старит растения и замедляет их рост. Его следует применять только как экстренную помощь при остром дефиците каких-либо элементов.

Несмотря на то, что при гидропонной технологии культуры получают все нужные вещества только из раствора, а субстрат является лишь средой для крепления корней, его качество играет значительную роль в управлении питанием. Во-первых, субстрат отвечает за легкость создания и поддержания оптимального водно-воздушного режима в зоне корней. Так, каменная вата SPELAND обладает необходимой влагоемкостью, что обеспечивает корневую среду достаточным количеством воды и кислорода. Прочность и механическая стабильность этого субстрата позволяет предсказуемо управлять условиями корневой зоны. Во-вторых, благодаря химической инертности и отсутствию емкости катионного обмена субстрат SPELAND не влияет на состав питательного раствора, а его хорошие дренажные свойства помогают избежать излишнего накопления солей.

Поэтому в гидропонной технологии большое внимание уделяется контролю питания тепличных культур.

Азот в жизни растений

Азот входит в состав хлорофилла, белков, ферментов, витаминов и органических кислот. Он необходим для построения тканей, участвует в процессах роста и помогает поддерживать водный баланс.

В растения азот поступает в виде ионов NO3- и NH4+. Аммиачный азот очень легко усваивается, и его нужно применять с осторожностью. Слишком высокие концентрации NH4+ вызывают не только интенсивный рост, но могут привести к отравлению. Аммиачный азот должен составлять до 10% от общего объема азота в растворе и до 25% в хорошо аэрируемых растворах. Для переработки аммония необходимо достаточное количество углеводов (благоприятные для фотосинтеза условия) и легкий доступ к кислороду (оптимальная температура корневой зоны, отсутствие переувлажнения). Наилучшие условия для питания аммонием складываются при более низких температурах (не менее 16 оС), тогда как с уменьшением температуры скорость передвижения нитратного азота по растениям сокращается. Поэтому при высоких температурах в питательном растворе надо снижать концентрацию аммония, а нитратный азот увеличивать.

Если в растения поступает избыточный объем азота, их вегетативная масса возрастает, плодоношение задерживается, плоды формируются в недостаточном количестве и с низким содержанием сахаров. Излишнее питание азотом приводит к укрупнению клеток, истончению их стенок, растения становятся более рыхлыми, со слабым иммунитетом, более подверженными воздействию вредителей и болезням. Повышенный аммонийный азот сдерживает поступление кальция и магния, а также может привести к отравлению растений, которое выражается в повреждении корневых волосков, замедленном росте культур, листья которых морщатся и желтеют по краям, их сосудистая ткань разрушается. Поглощение азота при снижении температуры субстрата сокращается в меньшей степени, чем потребление остальных элементов. Чтобы избежать дисбаланса питания при низких температурах и недостатке освещения концентрацию азота в растворе уменьшают.

При азотном голодании растения притормаживают рост, в результате чего листья становятся мелкими, бледно-зелеными или желтыми, а стебли тонкими. Формирование плодов ухудшается.

Если содержание азота в питательном растворе достаточно, его ограниченное поглощение может быть связано с низкой температурой субстрата в связи с отклонением рН – менее 5,5 ед. или выше 6,5 ед. При подкислении раствора усвояемость аммиачного азота уменьшается, а нитратного, наоборот, усиливается.

Необходимо следить за соотношением в питательном растворе азота и калия. До начала плодоношения оно составляет примерно 1:1-1,2. А по мере развития плодов увеличивается в пользу калия. Так, у томата при большой нагрузке плодами оно достигает 1:3 (в среднем 1:1,8-2,0), у огурцов – 1:1,4-1,6. При выращивании зеленых культур отношение азота к калию максимально в зимние месяцы и составляет 1:2, а с усилением солнечной активности снижается постепенно до 1:1,6.

Поскольку NO3- и Cl- антагонисты, то повышенная концентрация хлора в питательном растворе препятствует поступлению азота в растения и накоплению нитратов в продукции. И наоборот, если в поливной воде много хлора, то рекомендуется увеличить содержание азота в растворе, чтобы ограничить поглощение хлора. Однако существуют хлорофобные культуры, которые плохо отзываются на внесение хлора (например, огурец).

Роль фосфора

Фосфор входит в состав белков, влияет на синтез крахмала, способствует росту корневой системы и повышает устойчивость растений к болезням. Он участвует в делении клеток, в транспортировке и хранении световой энергии. Поэтому фосфор так важен для молодых растений, и его недостаток в самом начале роста нельзя компенсировать дополнительным внесением в более поздние фазы развития. Фосфор оказывает воздействие на формирование цветов, плодов и семян, поэтому потребность в нем возрастает к фазе цветения и плодоношения.

Растения поглощают фосфор в виде ионов H2PO4- и НPO42-. При рН = 5,0 весь фосфор содержится в виде легко усваиваемого H2PO4-, но чем выше рН, тем больше фосфора остается в виде НPO42-. Поскольку одновалентный ион впитывается легче, для хорошего обеспечения фосфором реакцию среды необходимо поддерживать от 5 до 6. При высоком рН фосфор с кальцием выпадают в осадок, что забивает капельницы и делает эти элементы недоступными для растений.

При высокой дозе фосфора затрудняется поступление в растения азота, магния, цинка, железа, марганца. Поэтому избыток фосфора часто проявляться как дефицит этих веществ. При значительной концентрации фосфора в условиях нехватки освещения плоды у томата бывают пустотелыми. Это можно предотвратить увеличением уровня калия в питательном растворе.

При недостатке фосфора деление клеток замедляется, снижаются темпы роста всех частей растений, листья уменьшаются, сокращается их количество, окраска цветков бледнеет, что затрудняет опыление, бутоны и завязи опадают, тормозится созревание, ухудшается объем и качество урожая.

Визуальным признаком нехватки фосфора становится антоциановая окраска нижних листьев. При сильном дефиците на них появляются некрозные пятна, листья засыхают и опадают.

Трудности в усвоении фосфора возникают при недостаточно развитой корневой системе, низкой температуре субстрата, несбалансированном питательном растворе (избытке кальция, азота или серы), высоком рН в корневой зоне.

В среднем доза фосфора в питательном растворе для огурца, томата и зеленых культур составляет 40 мг/л. В период массового плодоношения или при усиленном его поглощении она постепенно повышается до 60 мг/л.

Влияние калия

Калий участвует в синтезе и транспортировке углеводов, в построении белков, образовании пигментов и активации ферментов. Он поддерживает водный баланс растений (влияет на открытие и закрытие устьиц), регулирует иммунитет, усиливает сопротивляемость стрессам и болезням благодаря повышению прочности эпидермиса листьев и стеблей.

Растения потребляют калий в виде иона К+, источником которого являются калиевая селитра, монофосфат калия и сульфат калия. Этот элемент доступен для поглощения в широком диапазоне рН.

Избыток калия будет сдерживать поступление Ca2+, Mg2+, NH4+ и способен привести к растрескиванию плодов, так как их кожица становится очень жесткой.

При недостатке калия растения теряют тургор, снижается их жизнеспособность, листья высыхают, возникают проблемы с завязыванием и созреванием плодов, а в огурцах накапливается аммиачный азот, вызывающий отмирание тканей из-за обезвоживания. Дефицит калия проявляется на более старых листьях в виде светло-желтых пятен и краевого хлороза, плоды томата созревают неравномерно, на них образуются зеленые пятна. При высоком уровне азота и низком уровне калия семена томата могут прорастать внутри плодов. На цветочных культурах нехватка калия сдерживает появление новых бутонов, а при цветении способствует опадению листьев.

Недостаток калия возникает при серьезной плодовой нагрузке, когда растения особенно в нем нуждаются для формирования плодов. Затрудненное поступление калия связывают с низкой температурой субстрата, а также несбалансированностью раствора (высокие дозы азота, кальция или магния). Если в субстрате накапливается натрий, то поглощение калия может быть затруднено из-за конкуренции этих ионов.

Важно следить за соотношением в питательном растворе калия и кальция. С развитием культур их потребность в калии растет, а в кальции – сокращается. Для направления растений в генеративную сторону содержание калия по сравнению с кальцием в питательном растворе увеличивают, а для вегетативного роста – уменьшают. При формировании большого количества плодов необходимо много калия, тогда как значительная концентрация кальция нужна для построения новых клеток.

Кальций в развитии культур

Кальций выполняет скелетные функции – способствует созданию прочных клеточных стенок, которые повышают сопротивляемость растений неблагоприятным факторам среды, болезням и вредителям. Он необходим для формирования корневых волосков, а также пыльцевых зерен и пыльцевых трубок, оказывает влияние на вязкость протоплазмы и увеличивает плотность плодов.

Потребность в кальции особенно сильна в период активного деления клеток: в самом начале роста и в период формирования плодов. Кальций поглощается кончиками корней и движется в восходящем потоке по ксилеме растения, то есть его передвижение и доступность для молодых растущих клеток будет зависеть от интенсивности транспирации.

На усвоение кальция положительно влияют нитрат-ион и хлор. Поэтому при интенсивном плодоношении томата рекомендуют 1-3 ммоль/л кальциевой селитры заменять на 1-3 ммоль/л СaCl2.

Кальций не способен к реутилизации, поэтому он накапливается в старых органах растений, а его дефицит сказывается на растущих частях: на молодых листьях возникают жёлто-коричневые пятна и краевой некроз; новые листья бледнеют; клеточные стенки истощаются; новые побеги деформируются, что в дальнейшем может привести к гибели точки роста; затормаживается развитие корневой системы и в последствии растений; цветение замедляется, происходит опадение завязи; плоды становятся маленькими, на них появляется вершинная гниль. Чем меньше плоды томата, тем растения более устойчивы к вершинной гнили.

Кальций усваивается и передвигается по растению медленнее, чем азот, калий или фосфор. Поэтому необходимо тщательно следить за условиями его поглощения. Если культуры испытывают недостаток кальция, то нужно в первую очередь проверить его доступность: рН (в щелочной среде образуются нерастворимые формы кальция), Ес (высокая концентрация солей сдерживает поступление кальция); низкая или избыточная влажность субстрата; микроклимат (условия, ограничивающие транспирацию растений, препятствуют передвижению кальция в растущие клетки, например неправильное вентилирование, холодные макушки по утрам, низкая влажность воздуха ограничивают доступ кальция к плодам, а повышенная влажность – к листьям), несбалансированность питательного раствора (большое содержание аммиачного азота, калия и магния), накопление натрия в субстрате мешает поглощению кальция (в этом случае следует увеличить объем кальция, выдерживая соотношение с калием).

При обнаружении первых признаков недостатка кальция или в условиях, когда транспирация растений ограничена, нужно провести несколько внекорневых обработок кальциевой селитрой (0,4-0,5%) с перерывом в 4-5 дней. Если ситуация серьезная, то разрешено использовать хелат кальция.

В питательном растворе концентрация кальция в среднем составляет 180-200 мг/л для огурцов и 200-260 мг/л для томата (на привитых культурах повышают дозу кальция на 20%). По мере развития растений содержание кальция в питательном растворе снижается: для томата (огурца) соотношение магния к кальцию постепенно изменяется от 1:3,4-4 (1:4-4,5) в начале роста до 1:2,8 (1:3,6-4) в период массового плодоношения, а кальция к калию – от 0,85:1 (0,80:1) в начале роста до 0,65:1 (0,60:1) в период массового плодоношения. Эти пропорции могут несколько отличаться в зависимости от направления и условий выращивания – для более жаркого климата необходимо увеличивать количество кальция в питательном растворе.

Значение магния

Магний является ключевым элементом в составе хлорофилла. Он участвует в синтезе углеводов и их транспортировке, способствует образованию белков и липидов, задействован в дыхании и активации ферментов, входит в состав витаминов А и С, стимулирует поглощение фосфора и его превращение в растении.

Потребность в магнии у сельхозкультур особенно сильна в период цветения и завязывания плодов. Этот элемент улучшает их качество, ускоряет созревание и повышает урожайность.

В случае недостатка магния жилки листа сначала остаются зелеными, а окраска межжилкового пространства постепенно меняется с бледно-зеленой до желтой. При длительной нехватке магния листья деформируются, и на них появляются некротичные пятна, рост растений, цветение и формирование плодов замедляется. На розах листья могут опадать без визуальных признаков дефицита магния.

Проявление хлороза усиливает большая плодовая нагрузка. Необходимо следить за пропорциями К:Mg, Са:Мg, так как высокие уровни К или Ca сдерживают поглощение Mg. Для томата соотношение Mg:К должно составлять от 1:4,7-5,0 (с момента посадки) до 1:6,3-6,8 (к разгару массового плодоношения).

Симптомы переизбытка магния будут заметны в виде дефицита кальция. Содержание магния в питательном растворе составляет в среднем 2-3 ммоль/л, а концентрация его в субстрате при выращивании томата должна быть на 0,5-1 ммоль/л выше, чем значение Ес в мате. При разведении привитых томатов, а также в период массовой нагрузки плодами количество магния в питательном растворе необходимо увеличить на 15%.

Недостаток магния может проявиться из-за малой освещенности, нехватки воды или кислорода в корневой зоне (неоптимальная влажность субстрата), повышения ночной температуры и уровней азота и фосфора в питательном растворе, при рН вытяжки из субстрата менее 5,5 ед., низкой температуре матов (менее 15 оС).

Магний быстро усваивается листьями, поэтому при первых признаках его нехватки следует провести опрыскивание растений магниевой селитрой (0,5-0,7%) или сульфатом магния (0,2-0,3%). При необходимости повторить обработку через 10 дней.

Полезная сера

Сера участвует в производстве хлорофилла, входит в состав белков и витаминов. Она участвует в окислительно-восстановительных процессах, в активации ферментов, в углеводном и азотном обмене. Сера способствует метаболизму азота, таким образом замедляя накопление нитратов в продукции и увеличивая содержание белков. Она необходима для образования семян и роста корней. Этот элемент усиливает крепость растений, повышает их сопротивляемость грибным заболеваниям, в том числе мучнистой росе.

Растения поглощают серу в виде иона SO42-. В питательный раствор ее вносят в виде сульфата магния или калия.

В результате недостатка серы происходит разрушение хлорофилла, что внешне напоминает симптомы дефицита азота, только проявляется на молодых листьях. Они становятся светло-зелеными, потом желтеют, обесцвечиваются. Замедляется рост и развитие, стебли утончаются, растения ослабевают.

При расчете доз серы необходимо учитывать ее содержание в поливной воде – она не должна превышать 60 мг/л. Сера, находящаяся в воде в виде иона SO42-, при восстановлении может переходить в ион SO3-, который обладает фитотоксичным эффектом. При переувлажнении субстрата в анаэробных условиях происходит преобразования серы в сероводород, что приводит к отравлению и гибели корневой системы.

В результате избытка серы листья приобретают темно-зеленую окраску, становятся жесткими и быстро стареют.

Поглощение серы растениями может происходить также и из воздуха в виде сернистого газа (SO2). Если концентрация SO2 более 0,01%, это приводит к отравлению растений – листья белеют и засыхают, плоды деформируются.

Обычно недостаток серы проявляется при использовании неправильно приготовленного питательного раствора, а также при слишком высоком рН или избыточном количестве кальция. 

При выращивании томата содержание серы в питательном растворе колеблется от 80 до 140 мг/л, огурцов – от 40 до 130 мг/л (в зависимости от условий и направления выращивания).

Таким образом, каждый элемент питания незаменим и выполняет определенную функцию. 

Нехватку одного из них нельзя компенсировать увеличением другого. Прежде чем повышать дозы удобрений, необходимо проверить сбалансированность питательных веществ в растворе и учесть равновесие между катионами и анионами. Иногда нужно уменьшить концентрацию конкурирующих ионов или оптимизировать условия выращивания, чтобы наладить поглощение недостающего элемента.

Важно постоянно проводить агрохимический анализ вытяжки из матов, контролировать состав питательного раствора, чтобы иметь более полную информацию об обеспеченности растений всеми питательными веществами.

Для беспрепятственного поглощения элементов питания нужно создать и поддерживать оптимальный водно-воздушный режим в корневой зоне. Этот режим проще контролировать в субстратах из каменной ваты, например таких как SPELAND. В них легко обеспечить благоприятную влажность и легкий доступ корням к кислороду, что позитивно влияет на функционирование корневой системы.