Технологические и технические возможности субстратов из кокосового волокна
Существует большое разнообразие доступных субстратов. Однако хорошее качество овощной продукции можно получить только при правильном и точно скоординированном управлении выращивания в соответствии с особенностями выбранного материала.
В этой статье мне хотелось бы поговорить не об общих элементах используемой технологии кокосовых субстратов, а погрузиться в проблему изучения его свойств и качества. Знание технических характеристик упрощает агрономам в присущих им условиях проводить построение технологии выращивания растений на кокосе, создавая свои наработки.
Чтобы вещество служило хорошим субстратом, оно должно отвечать определенным требованиям: не должно содержать элементов, потенциально вредных для растений, и, конечно, токсичных для человека. Например, тяжелых металлов. Технологичный субстрат должен обладать долговечной структурой и не слишком удерживать минеральные элементы.
Физические аспекты любого субстрата касаются баланса между воздухом и водой, количеством твердых частиц и соотношением этих частиц. Расположение частиц в кокосовом мате определяют порозность твердой фазы и размер пор. Это, в свою очередь, определяет соотношение воздуха и воды.
Каждый субстрат обладает только ему присущими уникальными характеристиками. Однако есть совокупность общепринятых показателей, дающих оценку его возможностям при выращивании растений. Это физические, химические и биологические параметры, например объемная фитотоксичность. Основными показателями являются влагоудерживающая способность и влагоемкость. Эти два разных свойства не следует путать. Влагоемкость – это количество воды, которое данный объем субстрата способен впитать. Влагоудерживающая способность – это сила, с которой субстрат удерживает воду. Она определяется измерением обратной, всасывающей силы, которую корни должны приложить для впитывания воды; обычно она выражается в килопаскалях. В хорошем субстрате влагоудержание не должно быть сильным. Если сила, удерживающая воду в субстрате, больше, чем могут обеспечить корни, то растение завядает. С другой стороны, если влагоудержание слабое, субстрат высыхает слишком быстро.
Сила тяжести отвечает за первоначальное стекание воды из субстрата, но ограничивается простыми физическими законами, определяющими, сколько воды в действительности может быть выведено. Растения испытывают проблему, когда доступная вода уже использована. Очень мелкие поры удерживают воду при сжатии субстрата, она становится недоступна растениям, пытающимся получить воду корнями посредством транспирации.
Один из залогов успеха в малообъемной гидропонике – это гармонизация стратегии поливных циклов с влагоемкостью и влагоудержанием субстрата. Существует заблуждение, что пока субстрат влажный, все в порядке. Определяющим фактором является большое количество кислорода в зоне корней. Критическое количество воздуха в субстратах близко к 10% по объему. В беспочвенных культурах недостаток кислорода в прикорневой зоне вызывает нарушение функций корней, что оказывает негативное влияние на поглощение воды и питательных элементов. Например, количество кислорода, растворенного в питательном растворе для огурца, сильно снижается в течение 30 мин.
Еще один важнейший параметр – воздухоемкость. Субстрат с воздухоемкостью менее 6% не пригоден для выращивания.
Общеизвестно, что тепличные субстраты вследствие особенностей их использования испытывают активное влияние микроклимата и применяемых агротехнических навыков. В результате их качество быстро ухудшается, снижается урожайность культур. Анализируя совокупность вышеперечисленных характеристик и параметров, можно сделать вывод, что при соответствующей обработке кокос отвечает практически всем упоминаемым требованиям. Применяя способы агрегатирования различных фракций, можно легко подобрать мехсостав нужного назначения. Поэтому кокос можно рассматривать как универсальный субстрат для малообъемной технологии как в чистом виде, так и смешанный с другими субстратами.
К числу отличительных особенностей субстрата на базе кокосового волокна следует отнести:
– наличие значительного количества питательных компонентов;
– защитную функцию для корневой системы растений, обусловленную присутствием противогрибковых веществ и природных антибиотиков;
– наличие фитогормонов, обеспечивающих ускоренное прорастание и укоренение;
– длительное использование за счет значительной доли лигнина, дающего устойчивую структуру;
– отличные дренажные характеристики;
– получение экологически чистой продукции;
– оптимальный для подавляющего большинства растений уровень рН;
– простота утилизации;
– водоудерживающая способность за счет капиллярной структуры (7–10);
– высокие характеристики воздухообмена;
– возможности многоразового использования (при пересыхании легко снова напитать водой и вернуть прежние свойства);
– насыпная плотность до 180 кг/м2;
– выпускается в различных формах, удобен для транспортировки и хранения.
Но наряду с технологическими показателями немалую роль играет материальная составляющая. Ценовой диапазон на рынке субстратов достаточно велик. Однако, покупая субстрат по дешевой цене, вы рискуете получить старый кокос с измененными физико-механическими параметрами или с критическими химическими свойствами, при оптимизации которых придется вложить немало средств без уверенности в получении ожидаемого результата. Залогом покупки качественного кокоса является грамотная работа с производителем проверенного бренда определенного субстрата. Необходимо принимать во внимание и факт того, что физические и химические свойства кокосового субстрата могут различаться не только у разных производителей, но даже в разных партиях одной и той же фирмы.
Если сырьевая смесь отличается, то и субстраты отличаются по показателям. В качестве примера можно обратить внимание на разницу размера зерен. При сжатии и увлажнении зерна сокращаются по размеру. Лучше, когда размер и форма зерен различны, поскольку это не связывает их и способствует лучшему корнеобразованию, улучшению пористости и дренажа.
Поэтому до покупки и начала применения у агрономов должна быть полная экспертиза предполагаемого субстрата, четкое понимание всех положительных и отрицательных свойств, а также понимание возможностей оптимизации. Иногда картина бывает противоположной. Провели высадку, получили негативные проявления на растениях и после этого проводят комплексную экспертизу.
Химические свойства субстрата
Факторы, которые необходимо учитывать при работе с кокосовым волокном в гидропонике.
1. Концентрация и разновидности солей, присутствующих в кокосовом субстрате естественным образом.
2. Показатель ЕКО – емкость катионного обмена.
3. Углерод-соотношение (С:N).
4. Наличение фитотоксичных соединений.
Разберем эти факторы по порядку.
Виды солей, присутствующие в кокосовом субстрате.
Субстрат может содержать очень большое количество солей натрия (Na), калия (K) и (Cl).
Необработанный кокос может содержать высокие уровни хлорида натрия (NaCl). К признакам токсичности можно отнести:
– медленный рост;
– угнетение;
– пожелтение листьев;
– жжение;
– коррозия по краям листьев;
– ржавые пятна на листьях.
Кокосовый субстрат характеризуется высоким содержанием коллоидов – некристаллизующегося вещества, которое обуславливает емкость катионного обмена (ЕКО). При обменном поглощении катион почвенного раствора переходит в твердую фазу субстрата, а взамен его из состава почвенного поглощающего комплекса (ППК) выделяется эквивалентное содержание другого катиона.
Коллоидные частицы – отрицательно заряженные «сайты обмена», которые притягивают катионы. Из-за присутствия катион обменного комплекса перед применением кокосовое волокно нуждается в обработке. Комплекс насыщен калием, а также содержит большое количество натрия. Кальций из питательного раствора связывается, а натрий выделяется и может накапливаться в системе.
Сильнее поглощаются двухвалентные катионы (Ca++, Mg++), слабее – одновалентные (К+, Na+, NH4+).
Для предотвращения высвобождения натрия во время вегетации на практике всегда сначала создают буфер из нитрата кальция. Вместе с промывочным раствором удаляется и натрий.
Если буферизировать неправильно, кокос может связывать (Са ++ и Mg ++), и эти элементы могут стать недоступными для растений, пока не наступит равновесие. Таким образом, обменные «сайты» действуют в качестве резервного «пула» питательных веществ для пополнения раствора субстрата.
Фитотоксичность, которая может проявиться при разложении лигнина субстрата, легко устраняется правильно проведенной биодеградацией.
Соотношение азота к углероду
C:N – соотношение массы углерода к массе азота. Аммонифицирующие бактерии при помощи выделения ферментов в почву разлагают сложные белковые молекулы на более простые соединения. Если в почве содержится много углерода, аммонификация протекает довольно интенсивно, но высвобождается мало аммиака, так как при наличии высокого количества богатой углеродом органической массы создаются условия для активного развития микроорганизмов, расходующих аммиачный азот для формирования клеток. Азот переходит в органическую форму клеток, то есть иммобилизируется и не выделяется в почву. В основном соотношение массы углерода к массе азота в кокосе – 80:1. Оптимальное соотношение – 40:1. При ферментации кокоса стабильность наступает через 7–8 месяцев при рН < 6,0.
Механические составляющие
В зависимости от будущего использования и предназначения можно скомпоновать маты определенного дизайна по механическому составу, подбирая нужную композицию по водно-физическим свойствам. Очень важно, чтобы при достаточном количестве воды ее передача от одной части к другой шла быстрее, чем поглощение воды корнями.
Под кокосовым субстратом подразумевается смесь веществ различной зернистой консистенции, кокосовой пыли и охлопьев (очень мелких частиц), элементов кокосовой скорлупы и кокосового волокна (длинного и тонкого). У каждого вещества свои водоудерживающая способность и соотношение воздуха и воды.
Кокосовый субстрат мелкой фракции. Стружка торф – мелкие частицы размером до 1 мм отличаются повышенной способностью хорошо впитывать и накапливать влагу. Не инертен, имеет высокую буферную способность для питания элементов.
Кокосовый субстрат средней фракции представляет собой волокно в виде тонких нитей длиной 1–10 см. Необходимо учитывать, что волокно бывает довольно сухим. Особенность такого волокна – неспособность к удержанию питательных веществ, также характерна низкая буферность. Подобное волокно может легко выщелачивать растворимые питательные вещества.
Кокосовый субстрат крупной фракции. Выглядит как чипсы длиной до 1 см. Крупная фракция выделяется высокой воздухопроводимостью; такой субстрат способен накапливать питательные вещества. Например, при длине фибровых волокон 6,3 мм, 12,5 мм, 18,9 мм и на 70% состоящих из 3 фракций, на 100% НВ содержится до 37% воздуха.
Подготовка к работе
Промывка и буферизация
Подготовка кокоса к работе обусловлена изначальной концентрацией солей в рабочем материале. Необходимо подавать капельный раствор 50–75 мл на капельницу. Время напитки – 24 часа. При ЕС выше 4,5–5,0 мCм/см для экономии затрат на удобрение первую промывку делают подкисленной осмотической водой, ЕС < 0,5 мСм/см; рН= 5–5,5, до 2,5–3,0 мСм/см.
Цель буферизации – снизить в ЕКО (емкость катионного обмена) долю K+Na+ и увеличить долю Ca++ и Mg++. Есть несколько рекомендаций по буферизации, рецепт зависит от размера емкости катионного обмена.
Например:
1) Кальциевая селитра – 29 кг/м3 Кальциевая селитра – 80кг/м3
Магнитра – 25 кг/м3 Магнитра – 20 кг/м3
2) Сульфат магния 10 кг/м3 ЕС 1,2; рН 6,0
Уровень электропроводности буферного раствора должен быть 1 мCм/см или 500—700ррm, рН – 5,8 до ЕС 1,0–1,5 мСм/см. Температура раствора – около 20 гр.
Затем идет насыщение стандартным раствором, которым работают в дальнейшем по рекомендациям для выращивания культуры. Дозами по 100 мл, время напитки – 24 часа.
Элементы технологии
Первые порции дренажа из мата имеют коричневый цвет. Вымываются танины и мелкая пыль. Подача питательного раствора с рН 5,0 помогает уменьшить коричневую окраску дренажа.
Расчет раствора за один поливной цикл
Исходные данные: мат 32 л; объем воды 50–60%.
100% НВ 32лх0,6 =19,2 л.
Падение влажности до 80%.
19,2х0,2 = 3,8 л.
Воды на гектар: 3,8х6200 = 24 л + дренаж.
Примерная стратегия полива
После высадки в течение 4–5 дней проводят по 7–10 поливов, 75 мл дозами. Субстрат остается максимально влажным. При появлении корня на дне мата влажность в зависимости от мехсостава мата и культуры опускается до 50–60% для наращивания и развития корневой системы.
Бездренажный период, когда дренаж допускается до 5%, длится примерно 3 недели. Дальнейшие принципы стратегии – общепринятые для работы по малообъемной технологии. В стратегии завершения существенно снижается остаточное количество воды (на 20%), азота и фосфора. Для этого за 6 недель до ликвидации дают меньшее количество воды с пониженным содержанием рН.
полную версию статьи вы сможете читать в журнале "ГАВРИШ" №2, 2020 г.