Стандартные субстраты – минеральная вата, верховой торф, переработанная кожура кокосового ореха – пришли на сити-фермы из «классической» тепличной гидропоники. Преимущества таких субстратов несомненны, но достаточно необычные условия закрытых помещений и развитие новых технологий выращивания растений привели к тому, что постепенно свое место начали отвоевывать и инертные сыпучие субстраты, например, цеолит, керамзит, песок, сосновая и березовая кора и др.
Самыми популярными на сегодня остаются пеностекло, перлит, вермикулит и керамзит.
Все перечисленные субстраты инертны, свободны от наличия вредителей и возбудителей болезней. Однако основные свойства, влияющие на рост и развитие растений — влагоемкость и воздухопроводность — существенно отличаются. Процентное соотношение воздуха и воды в различных сыпучих субстратах представлены в таблице 1.
Многочисленными исследованиями установлено, что оптимальное содержание воды в почве или субстрате — 50-60%, воздуха — 40-50%.
Из приведенной таблицы видно, что кокос, торф, цеолит, песок и субстрат на основе сосновой коры по балансу влаги и содержания воздуха более или менее далеки от оптимума, и поэтому для культивирования растений желательно подбирать так называемые субстратные смеси. Например, торфо-перлитные или кокосово-перлитные субстраты – практически универсальны, подходят для выращивания овощей, зелени, цветов, ягод и тд.
В данной статье рассмотрим сыпучие вещества, подходящие для выращивания растений без использования дополнительных примесей.
1. Перлит
Перлит – материал, полученный из вулканического стекла, обсидиана, уникальной горной породы, формирующейся из быстро остывшей выплеснувшейся из вулкана лавы. При переработке крупные обсидиановые частицы измельчают, нагревают до 1000°С. Под давлением содержащегося внутри водяного пара происходит вспучивание, значительное увеличение объема и формируется перлит – пористый зернистый материал цвета. Само название «перлит» происходит от «pearl» - «жемчужина». И действительно, матовые округлые чешуйчатые частицы по внешнему виду немного напоминают россыпь жемчуга. Цвет перлита чаще всего серо-белый, но, в зависимости от примесей минералов, бывает зеленоватым, слегка коричневым, красновато-бурым. Ядра перлита могут быть как очень мелкими (доли миллиметра), так и достаточно крупными, 4-5 мм в диаметре.
Для сельского хозяйства подходят средняя и крупная фракции – частицы от 1,5 до 5 мм. Кроме того, для растений используется только перлит белого или серо-белого цвета, без посторонних примесей, состоящий из достаточно плотных сохраняющих форму окатышей.
Другие виды перлита предназначены для строительных и технических нужд.
Химический состав перлита достаточно сложен, так как его основа – смесь различных горных руд, подвергшихся расплавлению и соединению под действием огромного давления и гигантских температур земных недр. Некоторые из веществ, входящих в состав перлита, представлены в таблице 2.
Таблица 2. Химический состав перлита.
| Наименование | Содержание,% |
| Вода | 2-6 |
| Диоксид кремния | 65-75 |
| Оксид алюминия | 10-16 |
| Оксид калия | 1-5 % |
| Оксид железа (III) | Максимум 3% |
Перлит химически инертен, а это значит, что химические элементы в его составе достаточно прочно связаны и тяжело переходят в водный раствор. Таким образом, перлитные калий, железо, кремний и тд не могут быть стабильным источником питания растения.
Частицы перлита не подкисляют и не защелачивают водный или солевой раствор, не влияют на изменение концентрации солей в питательном растворе.
Преимущество материала – способность впитывать огромный объем воды – до 300-400 раз больший, чем объем сухих частиц. Вода не связывается «намертво» и постепенно высвобождается - то есть в субстратах, содержащих агроперлит, создается специфический «запасной объем», необходимый растениям в процессе жизнедеятельности.
Наряду с несомненными плюсами у перлитного субстрата есть и минус — низкая плотность, всего 100-150 кг/м3 (для сравнения, плотность воды – 1000 кг/м3).
Перлит легко всплывает и размывается потоком воды или питательного раствора. Из-за этой особенности перлит в основном использовали только в смеси с более плотными субстанциями – торфом или кокосом.
В последние 10-15 лет использование перлита на гидропонике постепенно расширяется. Для выращивания взрослых овощных культур используются маты из легкого материала крупной фракции, более дешевые по сравнению с минераловатным и кокосовым субстратом. Существенное преимущество таких матов — сохранение запаса влаги в течение длительного времени, возможность использования в условиях ручного (неавтоматизированного) полива. Кроме того, использованный перлит не нуждается в специальной утилизации, подходит для применения в открытом грунте в качестве разрыхлителя. К сожалению, перлитные маты неоднородны по структуре, под действием корня и корневых выделений некоторые участки субстрата быстрее измельчаются, становятся плотнее — это затрудняет массовое внедрение субстрата в крупные тепличные хозяйства.
Благодаря сыпучести и хорошей влагоемкости агроперлит часто используется для укоренения различных черенков. Субстрат хорошо зарекомендовал себя в цветоводстве, подходит также для черенкования хвойников и ягодных культур.
В отличие от других субстратов перлит не требует дополнительной подготовки и обработки перед началом работы, достаточно смочить необходимый объем материала питательным раствором — и можно начинать укоренение. Внутри частиц остается запас воздуха — это препятствует загниванию молодых корешков, предотвращает развитие грибковых инфекций. Перлит не требует частых поливов — в зоне развития новых корней не застаивается влага, нет риска размягчения погруженной в субстрат части черенка.
2. Вермикулит
Немного схож с перлитом вермикулит— вспученные слоистые частицы слюды. Сухой вермикулит очень сыпуч, но во влажном виде представляет собой достаточно плотную массу с многочисленными насыщенными воздухом порами. Изначально вермикулитный субстрат использовался в строительстве для звуко- и гидроизоляции, в качестве огнеупорного или теплоизолирующего материала, и лишь в начале XX века нашел свое применение в сельском хозяйстве.
Частицы вермикулита обладают очень высоким процентом водопоглощения, но по-настоящему удобным и уникальным делает субстрат его огромная капиллярность — способность впитывать влагу из других влажных плотных субстратов.
Подробнее об использовании вермикулита в нашей статье:
Благодаря этому сегодня вермикулит — единственный материал, подходящий для присыпки семян на любых искусственных и органических субстратах.
Присыпка семян вермикулитом позволяет создать в зоне проращивания условия, максимально приближенные к природным: влажные пористые частицы легко отдают семени необходимую влагу, и в то же время обеспечивают зародыш необходимым кислородом.
Вермикулит широко используется для укоренения черенков, подходит для выращивания рассады цветов и зеленных культур в условиях высокой влажности и риска поражения корневыми гнилями. Можно использовать тонкий слой влажного вермикулита для проращивания семян. Семя выдерживают в вермикулите до образования проростка длиной несколько миллиметров, и после этого переносят вместе с частицами субстрата в емкость для постоянного выращивания.
Нередко этот субстрат смешивают с торфом или кокосом вместо перлита, вносят в почву в качестве разрыхлителя, используют в качестве дренажа или мульчи.
3. Керамзит
Еще один популярный «строительный» материал, пришедший в сельское хозяйство — керамзит. Это легкие пористые глиняные окатыши размером от 5 до 15 мм, полученные путём обжига глины или глинистого сланца. При выборе качественного керамзита следует обратить внимание на следующие признаки. Поверхность зерен должна быть ровной, без трещин и сколов. Если это не так — при изготовлении была нарушена технология, вполне возможно, что и свойства материала будут изменены. На изломе керамзитной частицы можно увидеть небольшие округлые ячеистые поры, диаметром 1-3 мм. Каверны, слившиеся ячейки и тд говорят о низком качестве субстрата, нарушениях температурного режима в процессе производства.
Керамзитовые окатыши стабильно сохраняют свою форму, не накапливают в своем составе соли или органические вещества из питательного раствора. В то же время керамзит частично разрушается и растворяется в водной среде, при этом изменяется рН, а также происходит высвобождение в раствор ионов калия, кальция, магния, железа. Для предотвращения этого процесса керамзит перед использованием необходимо промыть от механических загрязнений, выдержать несколько часов в воде, а затем подвергнуть так называемой стабилизации —обработке растворами кислот по специальной технологии.
В связи со сложностями предварительной подготовки керамзит не получил широкого распространения при выращивании растений в теплицах, однако достаточно часто используется на сити-фермах.
Подробнее об использовании керамзита в нашей статье:
Керамзит — субстрат с низкой влагоемкостью и хорошими дренирующими свойствами. Пористая структура позволяет задерживать достаточно большое количество воздуха между частицами и внутри них. Эти свойства делают материал подходящим для использования на системах периодического затопления, в DWC – системах. Кроме того, керамзитные частицы — хорошая основа для фиксации корня на системах аэропоники. Глиняные окатыши также используются в качестве дренирующего нижнего слоя при выращивании растений в емкостях большого объема.
В отличие от многих других субстратов, керамзит может быть использован повторно — для этого отработанный материал достаточно тщательно промыть и прокалить, уничтожая вредные микроорганизмы. После этого субстрат просеивают, чтобы избавиться от разрушенных в процессе обработки окатышей.
4. Пеностекло (GrowPlant)
Рынок искусственных субстратов постоянно обновляется, появляются новые разработки, например, пеностекло. Для его производства используются различные стеклянные отходы (так называемый стеклобой). Под воздействием температуры около 800 градусов в специальных печах происходит вспенивание, увеличение стеклянных частиц в размере, и в результате образуются гранулы, состоящие из газонаполненных хаотично расположенных изолированных друг от друга тонкостенных ячеек.
Внешний (наружный) слой ячеек менее влагоемок по сравнению с внутренним, легко впитывает воду или питательный раствор, но и подсыхает за 0,5-2 часа. Для того, чтобы напитать влагой слой, расположенный глубже, необходимо до двух суток воздействия водной среды, осушение же внутренней части пеностекла идет очень долго — до десяти суток. Такая особенность позволяет субстрату «запасать» определенный объем воды и постепенно отдавать его корневой системе растений. Пеностекло (или, как его называют на российском рынке, GrowPlant) химически полностью инертно.
При замачивании субстрата в питательном растворе баланс ионов между внутренним и внешним слоями устанавливается в течение нескольких суток — в этот период возможны небольшие колебания кислотности.
Желательно использовать питательный раствор с ЕС около 1,0-1,2 мсм/см. Бывает, что для запитывание пеностекла проводится с помощью чистой осмотической воды или питательного раствора с ЕС около 1,0 мсм/см и ниже. В этом случае рекомендуется закисление водной среды до рН 5,2-5,5 — это позволит быстрее стабилизировать кислотность субстрата. В дальнейшем частицы пеностекла никак не взаимодействуют с ионами питательных растворов, не влияют на скорость усвоения тех или иных питательных элементов.
GrowPlant, благодаря наличию большого количества наполненных воздухом ячеек обладает оптимальной для растений влагоемкостью и воздухопроводностью.
Кроме того, ячейки с плотными стенками обеспечивают физическую стабильность гранул, устойчивость к воздействию повышенной влажности и перепадов температуры Это позволяет использовать субстрат для фиксации корневой системы, постоянно находящейся в питательном растворе (например, в DWC — системах культивирования). Неплохие результаты получены и при применении пеностекла в качестве грунта для аквариумных растений.
Структура пеностекла позволяет создать правильный баланс влаги и воздуха в корнеобитаемой зоне, поэтому субстрат полностью подходит для укоренения черенков и усов.
В отличие от перлита, частицы GrowPlant тяжелее воды, не «всплывают» при поливе, образующиеся при укоренении новые корневые волоски не травмируются.
Гранулы, состоящие из диоксида кремния и других оксидов, устойчивы к воздействию высоких температур и различных дезинфицирующих веществ, сохраняют форму и ячеистую структуру. Благодаря этому возможно повторное использование пеностекла — достаточно тщательно вымыть частицы субстрата от загрязнений, высушить досуха, прокалить (или обработать нетоксичными дезинфицирующими веществами, такими, как перекись водорода) и повторно провести процедуру запитывания.
В зависимости от размера гранул выделяют мелкую, среднюю и крупную фракции пеностекла. Особенности применения каждой фракции представлены в таблице 3.
Таблица 3. Использование различных фракций пеностекла
| Фракция | Размер частиц, мм | Особенности использования |
| Мелкая | 0,7-4 | Присыпка верхней части субстрата («антимошка») |
| Средняя | 5-10 | Улучшение аэрации почвы открытого грунта, органических субстратов в малообъемном выращивании |
| Крупная | 10-20 | Субстрат для гидропоники, аэропоники |
| Крупная, с высокой капиллярностью | 10-20 | Субстрат для нижнего дренирующего слоя |
«Антимошка» - GrowPlant самой мелкой фракции, подходит для борьбы с неприятными обитателями сити-ферм и квартир - сциаридами (грибными комариками) или другими мелкими насекомыми, личинки которых развиваются в верхнем влажном слое субстрата.
Слой пеностекла толщиной 1,5-2 см, уложенный поверх минеральной ваты, торфа или кокоса, препятствует проникновению взрослых особей внутрь субстрата, а также нарушает нормальное развитие уже существующих личинок, обезвоживая их.
Желательно применять субстрат профилактически, до массового размножения личинок. Если же заражение грунта произошло, необходимо снять верхние 1-2 см, содержащие максимальное количество личинок и куколок, и заменить «антимошкой» - это позволит максимально быстро сократить число жизнеспособных особей.
Внесение пеностекла в открытый грунт позволяет улучшить структуру тяжелых глинистых почв, увеличить влагоемкость. Пористые частицы положительно влияют на аэрацию, и таким образом косвенно способствуют улучшению микробиоценоза почвы и развитию корневой системы растений. Чаще всего для этого используется средняя фракция, но вполне подходят и гранулы других размеров. Частицы размером от 5 до 20 мм (средняя и крупная фракции) отлично подходят для разрыхления торфяного или кокосового субстрата, могут заменить перлит и вермикулит в субстратных смесях.
Возможно использование GrowPlant в качестве декоративной мульчи в различных композициях ландшафтного дизайна, при оформлении альпийских горок, дендрариев и тд.
На сити-фермах и в условиях домашнего выращивания наибольшее распространение получила крупная фракция GrowPlant. Такое пеностекло универсально: подходит для DWC-систем, для гидро- и аэропоники, может использоваться для зелени, овощных и ягодных культур как основной субстрат или в качестве дренирующего слоя.
Гранулы размером 10-20 мм не могут обеспечить хорошую фиксацию семени при посеве, поэтому при выращивании растений в пеностекле используется следующий технологический прием.
Рассаду выращивают в минераловатных пробках размером 22*28 или 45*45 мм, после формирования хорошо видимой корневой системы пробку с растением переносят в стаканчики, заполненные пеностеклом.
Укорененное таким образом молодое растение может в дальнейшем культивироваться на любой современной системе полива.
Разработаны различного размера блоки, состоящие из крупной и средней фракции пеностекла в специальной пластиковой оболочке. Такие блоки подходят для выращивания рассады овощей и ягод, а также могут использоваться при культивировании взрослых растений.
Использование сыпучих субстратов в тепличном производстве, на сити-фермах позволяет оптимизировать многие процессы, в домашних условиях — превращает выращивание растений в достаточно удобное хобби. С их помощью можно легко составить субстратные смеси с необходимыми свойствами, и в результате — получить более здоровые растения и лучший урожай.
