Комплекс условий, в котором произрастают тепличные растения, специфичен и определяет его своеобразие по сравнению с растениями открытого грунта. Это проявляется в характере роста, развития, особенностях формирования продуктивных органов и урожая. Наблюдаются определённые морфологические отличия, изменения в протекании многих физиологических процессов, большая реакция на благоприятные факторы среды. Очень важны и вопросы устойчивости: приспособленность растений к специфическому микроклимату теплиц, адаптационный потенциал культуры и сорта, повреждаемость болезнями и вредителями [3].
Глубокое знание организма растений, вегетирующих в теплице, их потребностей на разных этапах онтогенеза — основа для разработки технологии получения высоких, устойчивых и экологически чистых урожаев овощных культур в защищённом грунте [1]. Специалисты тепличных комбинатов в большинстве своем знают требования культур к условиям выращивания и те нарушения, которые вызывают отклонения от технологических норм. Однако во многих случаях эти отклонения значительны от оптимальных условий произрастания и их отрицательное влияние на продуктивность растений значительно, а пониженные урожаи тепличных культур далеко не единичны.
В этих условиях большим резервом повышения урожайности томата является применение, внедрение новых и адаптированных к конкретным условиям производства технологий производства (гидропонные системы), расширение ассортимента культур, изучение и введение в производство новых высокоурожайных сортов и гибридов.
Общей характеристикой большинства субстратов для гидропоники является то, что их пористость на единицу объема выше, чем в любой почве. Увеличение пористого пространства может составлять в среднем на 35%. Дополнительные поры обеспечивают больше кислорода в корневой зоне. Это воздействует на рост растения и является одной из причин бурного роста растений на гидропонике по сравнению с почвой. Растущим корням не приходится пробивать себе путь, как в грунте. Эта сэкономленная энергия может быть использована в любом другом месте растения.
Чтобы вещество служило хорошим субстратом, оно должно отвечать определенным требованиям:
Вещество не должно содержать избыточного хлорида натрия — поваренной соли. (Это постоянная проблема с субстратом на кокосовом волокне.). Вещество не должно содержать элементов, потенциально вредных для растений, и никаких элементов, токсичных для человека, например, тяжелых металлов. Субстрат должен обладать долговечной структурой и не слишком удерживать минеральные элементы.
В хорошем субстрате влагоудержание не должно быть очень сильным. Если сила, удерживающая воду в субстрате, больше, чем могут обеспечить корни, то растение погибнет. С другой стороны, если влагоудержание слабое, субстрат высыхает слишком быстро. Один из основных залогов успеха в гидропонике — это гармонизация оросительного цикла с влагоемкостью и влагоудержанием субстрата.
Другое важное свойство субстрата — его максимальная нейтральность. Он не должен влиять ни на pH, ни на электропроводность среды. Поверхность частиц некоторых субстратов обладаем электрическим зарядом, который захватывает определенные растворенные ионы, тем самым изменяя состав питательного раствора. Не все элементы в равной степени подвержены такому захвату. Например, нитрат (NO3-), главный источник азота в гидропонике обладает высокой растворимостью и низкой притягательностью для положительно заряженных частиц, поэтому он всегда доступен для растений. И напротив, другой распространенный источник азота, ион аммония NH4+ обладает высокой притягательностью для отрицательно заряженных частиц, что отражается на его доступности.
Субстраты бывают двух типов — неорганические и органические. На применение органических субстратов базируется один из методов гидропоники — хемопоника. Ниже представленный перечень некоторых из наиболее популярных субстратов.
Неорганические субстраты: минеральная вата, стекловата, лавовые породы, пемза, перлит, вермикулит, гравий, гранитный щебень, песок, керамзит, цеолиты.
Органические субстраты: торфяной мох, сфагновый мох, кокосовая койра, опилки, древесная кора, рисовая шелуха, отходы хлопчатника.
С целью подбора оптимального субстрата нами была проведена работа по выращиванию тепличного томата методом гидропоники.
Схема опыта предусматривала 3 варианта в 4-х кратной повторности:
- Торфяной мох;
- Керамзит;
- Вермикулит.
Исследования проводились в тепличном комплексе, расположенном в Урванском районе КБР в ООО «Каскад». Участок располагается в относительно низких широтах, это обуславливает интенсивный приток солнечной радиации, в связи с этим, характерной особенностью климата является обилие солнечного света и тепла. Наибольшее значение радиационного баланса приходится на июль (7,7 ккал/см²), а наименьшее на декабрь (1,9 ккал/см² до 14,9 ккал/см², а за год она достигает 105,3 ккал/см².
Зима относительно мягкая, длительный вегетационный период, достаточное количество осадков, обилие света и тепла создает благоприятные условия для роста и плодоношения томата. Таким образом, предгорная зона характеризуется достаточным количеством осадков, тепла, продолжительным периодом вегетации, отсутствием длительных засух и вполне благоприятна для развития овощеводства.
Вышеуказанное географическое месторасположение распределило и климатическое условия хозяйства. Оно расположено в предгорной зоне Северного Кавказа.
Закладку и проведение опытов осуществляли в соответствии с рекомендациями и требованиями методики опытного дела и методическими рекомендациями по проведению опытов с овощными культурами в сооружениях защищённого грунта.
Экспериментальные исследования проводили в 2015-2016 гг. в условиях зимних теплиц, расположенных в VI световой зоне (по Ващенко С. Ф.). В опытах использовали гибрид F1 томата Скиф.
Проведенные нами биометрические наблюдения (табл.1) показали, что по комплексу рассматриваемых показателей лучшими были растения, выращенные на субстрате вермикулит и керамзит. Вместе с тем, изучаемые субстраты не оказали значимого влияния на диаметр стебля и высоту заложения первой кисти.
№ п/п | Варианты опыта | Высота стебля, см | Диаметр стебля, см | Количество листьев, шт. | Высота заложения 1-ой кисти, лист | Количество кистей, шт. | Длина листа, см | Ширина листа, см |
1 | Торфяной мох | 87,6 | 1,0 | 18,0 | 7 | 3,0 | 46,8 | 46,6 |
2 | Керамзит | 90,5 | 1,0 | 18,5 | 7 | 3,2 | 48,5 | 47,6 |
3 | Вермикулит | 92,6 | 1,1 | 19,0 | 7 | 3,4 | 49,0 | 47,3 |
Одним из наиболее важных показателей потенциальной продуктивности томата является количество генеративных органов на растении. Из полученных в ходе наблюдений данных, растения томата на изучаемых субстратах не имели существенного различия по первым 3-м кистям. Завязываемость на этих кистях составила 100%.
В дальнейшем, количество цветков, плодов и завязываемость существенно снижались у растений, выращиваемых на торфе. Так, количество цветков на 4-7 кистях составило 4,6-5,6 шт., а завязываемость — 43-75%. И это, не смотря на то, что формирование их проходило в более благоприятных, по сравнению с первыми 3-мя кистями, условиях.
В вариантах с применением в качестве субстрата керамзита и смеси вермикулита снижения количества генеративных органов и завязываемости на последующих 4-7 кистях не отмечалось. Наряду с благоприятным влиянием на цветение и завязываемость, керамзит, как при самостоятельном применении, так и при использовании вермикулита, оказал положительное влияние и на процессы плодообразования, способствуя увеличению массы плодов томата.
Данные таблицы 2 показали, что применение в качестве субстрата керамзита и вермикулита способствует получению большего, по сравнению с торфяным мхом, урожая — 21,0 кг/м² (керамзит) — 21,8 кг/м² (вермикулит). При этом ранний урожай не увеличивался, а прибавка обеспечивалась за счет более поздней (май-июль) продукции.
№ п/п | Варианты опыта | Урожайность, кг/м² | Всего за оборот, кг/м² | ||||
март | апрель | май | июнь | июль | |||
1 | Торфяной мох | 1,5 | 2,8 | 4,5 | 5,7 | 4,8 | 19,3 |
2 | Керамзит | 1,3 | 3,0 | 5,0 | 5,6 | 5,9 | 20,8 |
3 | Вермикулит | 1,6 | 3,2 | 5,1 | 5,7 | 6,0 | 21,6 |
Таким образом, в результате проведенных исследований установлена возможность и высокая эффективность применения в качестве субстрата керамзита и вермикулита при выращивании тепличного томата методом гидропоники.