Влияние органо-минеральных субстратов на урожайность томатов в условиях малообъемной гидропоники

УДК 635.1/8 : 631.531 (083.131)

Г. С. КУСАИНОВА, Е.П.ПЕТРОВ

ВЛИЯНИЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СУБСТРАТОВ

НА УРОЖАЙНОСТЬ ТОМАТА

В УСЛОВИЯХ МАЛООБЪЕМНОЙ ГИДРОПОНИКИ

(Казахский национальный аграрный университет, г. Алматы)

Аннотация

В статье приводятся данные влияния органо-минеральных субстратов на урожайность томата в условиях малообъемной гидропоники.

Из ассортимента овощных культур, выращиваемых в Казахстане, томат является наиболее полноценной овощной культурой. Плоды его содержат комплекс витаминов, макро- и микроэлементов, органических и аминокислот, фитонциды и др., что делает культуру востребованной в течение круглого года. Из открытого грунта свежая продукция томата поступает в течение ограниченного времени - 2-3 месяца в году. Получение же свежей продукции томата в остальное время года возможно только из защищенного грунта, основная часть которого представлена различными видами теплиц.

Наряду с традиционным субстратом (дерновая земля, перегной, навоз) все большее количество хозяйств осваивает технологию выращивания овощных растений на искусственных субстратах - органических и минеральных.

Традиционная гидропонная культура (бассейны, заполненные субстратом и периодически подтопляемые питательным раствором) в последние годы заменяется методом выращивания овощей на малообъемной гидропонике. Суть ее заключается в размещении в теплице узких лотков, заполненных субстратом, на который сверху периодически подается питательный раствор [1].

В настоящее время для выращивания по методу малообъемной гидропоники используют различные субстраты. Самым распространенным из них является торф. Но в Казахстане торф не добывается; он импортируется, в основном, из России, Украины, Белоруссии. Второе место по использованию для малообъемной гидропоники, занимает минеральная вата импортируемая из Финляндии, Нидерландов. Третье место принадлежит кокосовой стружке, которая импортируется из Шри-Ланка, Нидерландов.

Использование в малообъемной гидропонике вышеперечисленных субстратов имеет и существенные недостатки. Так весьма, проблематична утилизация минеральной ваты после ее использования. Минеральная вата, торф и кокосовая стружка - импортируемые материалы, их стоимость и затраты по транспортировке накладываются на себестоимость продукции. Вследствие этого происходит удорожание овощной продукции, а возможная прибыль от приобретения субстратов остается за пределами республики.

Поэтому возникла необходимость поиска наиболее дешевых субстратов, предпочтительно из местного сырья. Эти субстраты будут дёшевы и могут быть эффективно утилизированы после использования.

Для томата необходим рыхлый, хорошо аэрируемый и свободный от вредителей и болезней субстрат [2, 3]. Важным фактором плодородия грунтов является их механический состав, от которого зависят их аэрация, поглотительная способность, влагоемкость, водоотдача, тепловые, и другие свойства, которые создают основные условия для роста и развития корневой системы [4, 5].

Минеральную вату получают при плавлении смеси из 60% базальта, 20% известняка и 20% кокса при 1500-2000 "С. По составу минеральная вата аналогична почвенным материалам, но не является источником питательных веществ. В связи с добавлением известняка минеральная вата имеет щелочную реакцию (pH 7,5-8,5), но не обладая буферной способностью, быстро принимает реакцию используемого питательного раствора. Связывающее вещество, которое используют при получении минеральной ваты, поддерживает волокна на определенном расстоянии друг от друга. Минеральная вата легка, по физическим свойствам приближается к верховом торфу и стерильная [6].

Перлит - это силикатный материал вулканического происхождения. После измельчения и сортировки его нагревают в печах при 750-1000"С, вода испаряется и частицы перлита расширяются, образуя белые мелкие агрегаты, похожие на грибы - перлы. Перлит в 3-4 раза легче воды, имеет объемную массу 96-128 кг/м2, это делает его удобным в работе. При нагревании объем перлита увеличивается в 10-15 раз. Изготовленный из пористых гранул, перлит отлично удерживает кислород. Перлит имеет большую систему капилляров, которые поглощают воду с той же скоростью, с которой вода поглощается растением [7, 8].

Керамзит производится из глины, прошедшей термическую обработку. В гидропонике используют дробленый керамзит с размером частиц 2-5 мм. Керамзит отличается высокой механической прочностью на раздавливание и относительно небольшой влагоемкостью (60%). Слабо вспучивающаяся глина с малым содержанием окислов одновалентных металлов, железа и алюминия служит основным сырьем для получения химически стабильного

«сельскохозяйственного» керамзита. Такой керамзит имеет объемную массу 550-650 кг/м2 [9].

Субстрат из кокоса - продукт кокосовой промышленности, представляющий собой измельченные остатки кожуры волокон кокосового ореха. Кокосовый субстрат является органическим субстратом из кокосовых стружек. Наличие в субстрате большого количество питательных элементов, необходимых для растений, обусловлено тем, что во время формирования и роста кокосового ореха через волокна, окружающие его, проходит огромное количество необходимых питательных веществ, которые остаются в них после извлечения кокосового ореха

[9].

Древесные опилки - мелкая стружка, получаемая при пилении древесины. Опилки содержат около 70% углеводов (целлюлозы и гемицеллюлозы) и 27% лигнина. Насыпная плотность сухих древесных опилок 220-420 кг/м3, влажность 8-15%. В качестве субстрата для гидропоники используют перепревшие опилки, без смолистых веществ. Показана перспективность выращивания томата методом малообъемной гидропоники на опилочном субстрате [10].

В южных районах Казахстана большие площади заняты рисом. После сбора урожая зерно риса отделяют от оболочек (рисовая шелуха). Используют рисовую шелуху как рыхлящий материал, внося ее в почву открытого грунта и почвенных теплиц. В среднеазиатских республиках СНГ начали испытание рисовой шелухи в качестве субстрата для малообъемной гидропоники, показав перспективность ее применения [11].

В разных регионах выращивания используют, прежде всего, доступные субстраты из местного сырья. В большинстве республик СНГ таким субстратом является торф, природные запасы которого в России, Украине, Белоруссии огромны. Там, где нет торфа, предпочитают выращивать овощные растения на минеральной вате или кокосовой стружке - довольно дорогих импортных материалах.

В Казахстане большие природные запасы перлита, производство риса дает практически нигде не используемые отходы - рисовую шелуху. В большом количестве имеются и древесные опилки. Поэтому поиск подходящих для роста овощных растений субстратов из местного сырья является весьма актуальной задачей малообъемной гидропоники в Казахстане.

Нами была поставлена задача изучения влияния субстратов, при выращивании методом малообъемной гидропоники, на рост, развитие и урожайность томата Гг Кюеридо. Работа проведена в

Для изучения взяли следующие субстраты и их смеси:

1. минеральная вата (контроль);

2. перлит;

3. керамзит;

4. кокосовая стружка;

5. древесные опилки;

6. рисовая шелуха;

7. перлит + кокосовая стружка (1:1);

8. перлит + древесные опилки (1:1);

9. перлит + рисовая шелуха (1:1).

Проведение фенологических наблюдений выявило различия во времени наступления очередных фаз развития томата в зависимости от вида субстрата. Выращивание растений томата на минеральных субстратах показало, что при выращивании на перлите вступление в очередные фазы развития было на 3-4 дня раньше, чем на минеральной вате и вермикулите.

При выращивании томата на органических субстратах, отставание в начале очередных фаз развития растений отмечено на рисовой шелухе, по сравнению с кокосовой стружкой и древесными опилками.

Выращивание томата на смеси перлита с кокосовой стружкой, древесными опилками, рисовой шелухой (1:1) не выявило различий в сроках наступления очередных фаз развития.

Биометрия растений томата Б] Кюеридо проведена в фазы массового цветения и бланжевой спелости.

В фазу массового цветения наибольшая длина у растений, растущих на минеральных субстратах, в варианте с перлитом - 81,5 см, наименьшая - на керамзите (71,8 см). Растения, растущие на кокосовой стружке, имели наибольшую длину стебля (87,5 см) по сравнению с другими органическими субстратами. Растения, растущие на смеси перлита с органическими субстратами (1:1) имели большую длину стебля в варианте перлит + кокосовая стружка (83,7 см).

Наибольшую площадь листовой поверхности имели растения, из растущих на минеральном субстрате, в варианте с перлитом - 2564 см2, на органических субстратах - в варианте с кокосовой стружкой (2689 см2); на смеси перлита с органическими субстратами растения имели наибольшую площадь листьев в варианте перлит + рисовая шелуха - 3172 см2 (таблица 1).

Больше плодовых кистей было сформировано в вариантах с минеральной ватой, кокосовой стружкой, на смеси перлита с древесными опилками.

Таблица 1 - Биометрия томата Б! Кюеридо на различных субстратах в фазу массового цветения, 2013 г.

Субстрат

Высота растения, см

Площадь

листьев,

см2

Количество цветков на

кисти, шт.

Число завязавшихся плодов на кисти, шт.

1-й

2-й

3-й

1-й

2-й

3-й

Минеральная вата

(контроль)

72,3

1897

4,8

бд

6,9

3,9

3,6

4,6

Перлит

81,5

2564

5,6

5,8

5,3

3,6

3,6

3,1

Керамзит

71,8

2427

4,4

5,1

5,4

3,2

3,8

3,9

Кокосовая стружка

87,5

2689

4,9

4,8

5,1

4,6

4,1

4,4

Древесные опилки

82,8

2502

4,9

4,6

5,3

4,8

4,3

4,4

Рисовая шелуха

82,8

2235

3,9

5,2

5,1

2,5

2,9

4,0

Перлит + кокосовая стружка (1:1)

83,7

2751

4,5

4,2

4,5

4,2

2,7

3,6

Перлит + древесные опилки (1:1)

83,1

2958

4,4

5,5

5,5

3,2

4,4

4,2

Перлит + рисовая шелуха (1:1)

79,1

3172

3,7

5,6

4,7

3,2

4,4

3,8

Биометрия, проведенная в период бланжевой спелости показала, что растения, растущие на минеральных субстратах имели большую длину стебля в варианте с перлитом (151,7 см); на органических субстратах - в варианте с кокосовой стружкой (168,1 см); на смеси перлита с органическими субстратами - в варианте перлит + древесные опилки - 149 см (таблица 2).

Таблица 2 - Биометрия томата Б! Кюеридо на различных субстратах в фазу бланжевой спелости, 2013 г.

Субстрат

Высота растения, см

Площадь листьев, см2

Количество на 4 кисти

цветков

ПЛОДОВ

Минеральная вата (контроль)

93,1

2451

5,4

5,0

Перлит

151,7

4519

6,5

4,3

Керамзит

150,7

5719

5,7

4,0

Кокосовая стружка

168,1

5693

5,7

5,0

Древесные опилки

165,1

5508

5,4

3,8

Рисовая шелуха

102,4

3931

5,3

4,2

Перлит + кокосовая стружка (1:1)

137,1

5548

6,3

4,0

Перлит + древесные опилки (1:1)

149,0

5343

5,6

4,7

Перлит + рисовая шелуха (1:1)

140,7

4836

5,2

4,0

Наибольшая площадь листовой поверхности была у растений, растущих на минеральных субстратах, в варианте с керамзитом - 5719 см2; на органических субстратах - в варианте с кокосовой стружкой (5693 см2); на смеси перлита с органическими субстратами - в варианте перлит + кокосовая стружка (5548 см2).

Изучение биохимической полноценности плодов томата выявило различия в содержании сухого вещества, сахаров, кислот, нитратов и металлов в зависимости от вида субстрата (таблица 3). Наибольшее содержание сухого вещества при выращивании на минеральных субстратах, было в плодах томата, выросшего на керамзите (5,5%), наименьшее - на перлите (5,2%).

Таблица 3 - Содержание сухого вещества, сахаров, кислот, нитратов и металлов в плодах томата F1 Кюеридо на различных субстратах

Субстрат

Сухое вещес­тво, %

Сахара, % на сырое вещество

Аскорби­

новая

кислота, мг %

Общая

кислот-ность

по яблочной кислоте, %

Нитраты,

мг/кг

Цинк,

мг/кг

Медь,

мг/кг

Минеральная вата (контроль)

5,2

3,12

15,95

0,54

33,8

1,02

0,69

Перлит

5,2

2,94

16,95

0,55

33,3

0,99

0,75

Керамзит

5,5

2,76

15,06

0,53

34,0

1,20

0,75

Кокосовая стружка

5,9

2,71

16,94

0,47

33,3

0,96

0,70

Древесные опилки

5,5

2,75

17,14

0,55

31,7

1,14

0,71

Рисовая шелуха

5,4

2,97

18,25

0,55

33,3

1,21

0,77

Перлит + кокосовая стружка (1:1)

5,4

2,93

15,05

0,55

32,5

1,05

0,69

Перлит + древесные опилки (1:1)

5,1

2,55

13,55

0,48

33,3

1,13

0,71

Перлит + рисовая шелуха (1:1)

4,0

2,94

13,94

0,53

34,8

0,96

0,70

Выращивание на органических субстратах показало, что наибольшее содержание сухого вещества было в плодах томата растений выросших на кокосовом субстрате - 5,9%, а на смеси органо-минерального субстрата - в варианте перлит + кокосовая стружка (5,4%).

Выращивание томата на минеральных субстратах показало, что больше сахаров накапливали плоды в варианте с минеральной ватой - 3,12%, а меньше - с керамзитом (2,76%). При выращивании растений на органическом субстрате, больше сахаров в плодах томата было в варианте с рисовой шелухой - 2,97%, а на смеси минеральных и органических субстратов - в варианте перлит + рисовая шелуха (2,94%).

Наибольшее содержание в плодах томата аскорбиновой кислоты, при выращивании на минеральных субстратах, было в варианте с перлитом (16,95 мг%), на органических субстратах - в варианте с рисовой шелухой (18,25 мг%), на смеси органо-минеральных субстратов - в варианте перлит + кокосовая стружка (15,05 мг%).

Наименьшее содержание в плодах томата общей кислотности, при выращивании растений на минеральных субстратах, было в варианте с керамзитом - 0,53%, на органических субстратах - в варианте с кокосовой стружкой (0,47%), на смеси органо-минеральных субстратов - в варианте керамзит + древесные опилки (0,48%).

Допустимый уровень содержания нитратов, согласно Сан ПиН - 42-123-4619-88 и Сан ПиН 4.01.71.03 в томате из защищенного грунта - 300 мг/кг [12].

Меньше нитратов, при выращивании растений на минеральных субстратах, накапливали плоды томата в варианте с перлитом - 33,3 мг/кг; больше их содержалось в варианте с керамзитом (34,0 мг/кг). При выращивании растений на органических субстратах, меньше нитратов накапливали плоды в варианте с древесными опилками - 31,7 мг/кг, а больше - в вариантах с кокосовой стружкой и рисовой шелухой (33,3 мг/кг). При выращивании растений на смеси перлита с органическими субстратами, плоды томата содержали меньше нитратов в варианте перлит + кокосовая стружка - 32,5 мг/кг, а больше - в варианте перлит + рисовая шелуха (34,8 мг/кг).

При выращивании растений на минеральных субстратах меньше цинка накапливали плоды на перлите - 0,99 мг/кг, а больше - на керамзите (1,20 мг/кг). Выращивание на органических субстратах показало, что больше цинка накапливали плоды томата в варианте с рисовой шелухой 1,21 мг/кг, а меньше - в варианте с кокосовой стружкой (0,96 мг/кг).

Минимальное содержание цинка в плодах растений, выращиваемых на смеси перлита с органическими субстратами было в варианте перлит + рисовая шелуха - 0,96 мг/кг, а максимальное - в варианте перлит + древесные опилки (1,13 мг/кг).

Наименьше содержание меди, при выращивании на минеральных субстратах, было в варианте с минеральной ватой - 0,69 мг/кг, на органических - в варианте с кокосовой стружкой (0,70 мг/кг), на смеси с органо-минеральными субстратами - в варианте перлит + кокосовая стружка (0,69 мг/кг). Свинца и кадмия в плодах томата выросших на различных субстратах не обнаружено.

Анализ полученного урожая показал, что при выращивании на минеральных субстратах, наибольший урожай в ранних сборах получен в варианте с перлитом - 4,8 кг/м2. При выращивании на органических субстратах - на кокосовой стружке (4,5 кг/м2); при выращивании на смеси органо-минеральных субстратов - в варианте перлит + кокосовая стружка (5,3 кг/м2), немного меньше - в варианте перлит + древесные опилки 5,1 кг/м2 (таблица 4).

Урожай за вегетацию, при выращивании томата на минеральных субстратах, наибольшим был в варианте с перлитом (17,4 кг/ м2), при выращивании на органических субстратах - на кокосовой стружке (19,8 кг/ м2), при выращивании на смеси с органо-минеральными субстратами - в варианте перлит + кокосовая стружка (21,6 кг/ м2).

При выращивании томата на различных субстратах наиболее крупные плоды были в варианте с перлитом (в ранних сборах 156 г, за вегетацию 116 г). При выращивании томата на органических субстратах наиболее крупные плоды были на кокосовой стружке, а при выращивании на смеси органо-минеральных субстратов - в варианте перлит + кокосовая стружка.

Таблица 4 - Урожайность и масса плода томата Р; Кюеридо на различных субстратах, ()

Субстрат

Урожай сім2

Прибавка урожая, кг/м2

Масса плода, г

за 3 сбора

за вегетацию

ран-

него

за вегета­цию

В

ранних

сборах

за вегета­цию

КГ

%

кг

%

Минеральная вата (контроль)

4,3

100

13,9

100

-

-

136

104

Перлит

4,8

111,6

17,4

125,2

0,5

3,5

156

116

Керамзит

2,7

62,8

12,0

86,3

-

-

101

86

Кокосовая стружка

4,5

104,6

19,8

142,4

0,2

5,9

138

97

Древесные опилки

4,0

93,0

15,9

114,4

-

2,0

123

95

Рисовая шелуха

3,4

79,0

10,6

76,3

-

-

по

90

Перлит + кокосовая стружка (1:1)

5,3

123,2

21,6

155,4

1,0

7,7

138

ПО

Перлит + древесные опилки (1:1)

5,1

118,6

16,3

117,3

0,8

2,4

130

103

Перлит + рисовая шелуха (1:1)

3,6

83,7

14,5

104,3

0,6

125

96

НСР0,5

Б* %

0,09-0,1

2,1-2,3

0,68-0,89

4,4-5,8

Подсчет экономической эффективности показал, что при выращивании томата на минеральных субстратах наибольший чистый доход получен в варианте с перлитом - 2601 тг/м2; при выращивание на минеральной вате дохода не получено, т.к. затраты, на выращивание были больше, чем выручка от реализации продукции. При выращивании на органических субстратах наибольший чистый доход получен в варианте с древесными опилками (1926 кг/м2); в варианте кокосовой стружкой дохода не получено. При выращивании растений на смеси органо­минеральных субстратов наибольший чистый доход получен в варианте перлит + древесные опилки (2110 кг/ м2).

Наименьший себестоимостью полученной продукции томата, при выращивании на минеральных субстратах, отличался перлит - 231,8 тг/кг; на органических субстратах - в варианте с древесными опилками (253,7 тг/кг); на смеси органо-минеральных субстратов - в варианте перлит + древесные опилки - 247,5 тг/кг (таблица 5).

Таблица 5 - Экономическая эффективность выращивания томата Рі Кюеридо на различных субстратах, ()

Субстрат

Урожай,

кг/м2

Выручка,

тг/м2

Затраты на выращи­вание, тг/м2

Чистый

доход,

тг/м2

Себесто­имость 1 кг, тг

Рента-бель- ность, %

Минеральная вата (контроль)

13,9

5365

5609

-

403,5

-

Перлит

17,4

6635

4034

2601

231,8

64,5

Керамзит

12,0

4465

4034

431

336,2

64,5

Кокосовая стружка

19,8

7570

8407

-

424,6

-

Древесные опилки

15,9

5960

4034

1926

253,7

47,7

Рисовая шелуха

10,6

4090

4034

56

380,6

1,4

Перлит + кокосовая стружка (1:1)

21,6

8095

6222

1873

288,1

30,1

Перлит + древесные опилки (1:1)

16,3

6145

4035

2110

247,5

52,3

Перлит + рисовая шелуха (1:1)

14,5

5455

4035

1420

278,3

35,2

Обобщая результаты полученных данных можно сделать следующие выводы:

— изученные субстраты оказывают влияние на рост, развитие и урожайность томата;

— субстраты оказывают влияние на биологическую полноценность плодов томата;

— наибольшая урожайность томата при выращивании на минеральных субстратах получена на перлите, на органических - на кокосовой стружке, на смеси органоминеральных субстратов - в варианте перлит с кокосовой стружкой (1:1);

— для экономически оправданного выращивания томата методом малообъемной гидропоники в качестве субстрата следует использовать перлит, древесные опилки или смесь перлита с древесными опилками (1:1).

ЛИТЕРАТУРА

1 Белхороев Я.К. Овощеводство защищенного грунта. М.: Колос, 2009. 94 с.

2 Кузнецова А.М., Булганина Н.В. Торфяная продукция для использования в сельском хозяйстве. - Л.: ВНИИТП, 1987.-С. 12-13.

3 Тараканов Г.П., Гавриш С.Ф. Гетерозисные гибриды тепличного томата селекции ТСХА и особенности их выращивания. Методические указания. М., 1987,- 35 с.

4 Алиев Э.А., Смирнов НА. Технология возделывания овощных культур и грибов в защищенном грунте. М.: Агропромиздат, 1987. 348 с.

5 Ващенко С.Ф. и др. Рекомендации по возделыванию овощей в зимних теплицах. М., 1970. С. 15-16.

6 Куропатина Н.Д. Параметры качества минераловатного субстрата для производства сельхозпродукции. // Ж-л Гавршн№5, 2012. С. 10-14.

7 ГОСТ 108 32-91. Песок и щебень перлитовые вспученные. Технические условия. С. 42.

8 ГОСТ 30566-98. Порошок перлитовый фильтрованный. Технические условия. С. 37.

9 Майрапетян С.Х. Промышленная гидропоника. Ереван: Изд-во Арм. ССР, 1988. 162 с.

10 Дямуришева Э.Б. Агробиологические основы малообъемной технологии выращивания томатов. Реф. дис. магистра с.-х. наук. Кызылорда, 2012. С. 16.

11 Дямуришева Э.Б. Томаты (пособие по выращиванию в теплице). - Астана, 2012. - 52 с.

12 Бюллетень нормативных правовых актов центральных исполнительных и иных государственных органов Республики Казахстан №27-28, 2003. - Алматы: ЗАН. - С. 160.

Кусаинова Г.С., Петров Е.П.

ВЛИЯНИЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СУБСТРАТОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ ТОМАТА В УСЛОВИЯХ МАЛООБЪЕМНОЙ ГИДРОПОНИКИ

В статье приводятся данные влияния органо-минеральных субстратов на урожайность томата в условиях малообъемной гидропоники.

Кусаинова Г.С., Петров ЕЛ I.

КИШ КОЛЕМД1 ГИДРОПОНИКА ЖАЕДАЙЫНДА КД13АНА^ ОШМДШПНЕ ОРГАНО-МИНЕРАЛДЫ СУБСТРАТТАРДЬЩ 0CEPI

Kinii келемд1 гидропоника жагдайында цызанак; ешмдшгггне органо-минералды субстраттардыц ocepi бойынша мэлшеттер мацалада келтфшген.

G.Kusainova, Е.Petrov

EFFECT OF ORGANIC-MINERAL SUBSTRATES ON THE YIELD OF TOMATO IN SMALL-VOLUME HYDROPONICS

The article presents tire data of influence of organic-mineral substrates on the yield of tomato in tire conditions of low- capacity hydroponics.

Петров Е.П. - доктор сельскохозяйственных наук, академик Российской академии естественных наук, профессор кафедры плодоовощеводства, химии и защиты растений, Казахский национальный аграрный университет

Кусаинова Г.С. - кандидат сельскохозяйственных наук, профессор кафедры плодоовощеводства, химии и защиты растений, Казахский национальный аграрный университет

21.09.2020г.