Source material

Глава 4 Гидропонные технологии

1. 4.1 Введение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   В садоводческом растениеводстве определение безпочвенного культивирования охватывает все системы, обеспечивающие растениеводство в безпочвенных условиях, при которых снабжение водой и минералами осуществляется в питательных растворах с или без растущей среды (например, каменная вата, торф, перлит, пемза, кококос волокна и т.д.). Системы безпочвенной культуры, широко известные как гидропонные системы, могут быть далее разделены на открытые системы, где излишки питательных веществ не перерабатываются, и закрытые системы, где избыточный поток питательных веществ из корней собирается и перерабатывается обратно в систему (рис. 4.1).

   Системы безпочвенной культуры стали одним из возможных решений, позволяющих избежать почвенных заболеваний, которые всегда были проблемой в отрасли выращивания тепличных культур.

   В настоящее время системы безпочвенного выращивания широко распространены в садоводческой практике в большинстве европейских стран, хотя не во всех странах это происходит в больших масштабах. Преимущества безпочвенных систем по сравнению с почвенными культурами:

   • Без патогенов начинается с использования субстратов, отличных от почвы, и/или упрощенного контроля почвенных патогенов.
   • Рост и урожайность не зависят от типа/качества почвы обрабатываемой площади.
   • Улучшение контроля роста за счет целенаправленной поставки питательного раствора.
   • Потенциал повторного использования биогенного раствора, позволяющего максимизировать ресурсы.
   • Повышение качества продукции за счет более эффективного контроля других параметров окружающей среды (температуры, относительной влажности) и вредителей.

   

   Рис. 4.1 Схема систем открытого цикла (a) и замкнутого контура (b)

   В большинстве случаев используются системы с открытым контуром или перекачиванием отходов, а не системы замкнутого контура или рециркуляции, хотя во все большем числе европейских стран такие системы являются обязательными. В этих открытых системах отработанный и/или избыточный питательный раствор осаждается в грунтовые и поверхностные водные объекты или используется при выращивании на открытом поле. Однако, что касается экономических и экологических проблем, то безпочвенные системы должны быть как можно более закрыты, т.е. там, где происходит рециркуляция питательного раствора, где субстрат повторно используется и где используются более устойчивые материалы.

   К преимуществам закрытых систем можно отнести:

   • сокращение количества отходов.

   • Меньшее загрязнение грунтовых и поверхностных вод.

   • Более эффективное использование воды и удобрений.

   • Увеличение производства благодаря лучшим вариантам управления.

   • Снижение затрат за счет экономии материалов и увеличения производства.

   Существует также ряд недостатков, таких как:

   • Требуемое высокое качество воды.

   • Высокие инвестиции.

   • Риск быстрого рассеяния почвенных патогенов рециркулирующим раствором питательных веществ.

   • Накопление потенциальных фитотоксических метаболитов и органических веществ в рециркулирующем питательном растворе.

   В коммерческих системах проблемы диспергирования патогенов решаются путем дезинфекции воды с помощью методов физической, химической и/или биологической фильтрации. Однако одним из основных факторов, препятствующих использованию культуры рециркулирующих питательных растворов для тепличных культур, является накопление солей в оросительной воде. Как правило, наблюдается устойчивый рост электропроводности (EC) за счет накопления ионов, которые не полностью поглощаются посевами. Это особенно справедливо в условиях аквапонии (AP), где хлорид натрия (NaCl), включенный в корм для рыб, может накапливаться в системе. Чтобы исправить эту проблему, было высказано предположение о том, что дополнительный шаг опреснения может улучшить баланс питательных веществ в многоконтурных системах AP (Goddek and Keesman 2018).

2. 4.2 Беспочные системы

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Интенсивные исследования, проведенные в области гидропонного возделывания, привели к разработке самых разнообразных систем возделывания (Hussain et al. 2014). В практическом плане все они также могут быть реализованы в сочетании с аквакультурой, однако некоторые из них более подходят, чем другие (Maucieri et al. 2018). Большое разнообразие систем, которые могут использоваться, обусловливает необходимость классификации различных безпочных систем (таблица 4.1).

   ** Таблица 4.1** Классификация гидропонных систем по различным аспектам

   стол тхед tr class="заголовок» Характеристика/г Текатегории/г Примеры/th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» td rowspan="6"безпочная системы/td td rowspan="3"Нет подстраны/td TDNft (техника питательной пленки) /td /tr tr class="даже» Tdaeroponics/TD /tr tr class="нечетный» TDDFt (метод глубокого потока) /td /tr tr class="даже» td rowspan="3"с подложей/td TDOrganic субстраты (торф, кокосовое волокно, кора, древесное волокно и т.д.) /td /tr tr class="нечетный» td Неорганические субстраты (каменная вата, пемза, песок, перлит, вермикулит, керамная глина) /td /tr tr class="даже» TDSynthetic субстраты (полиуретан, полистирол) /td /tr tr class="нечетный» td rowspan="2"Открытые/закрытые системы/td TDOpen или перекачивание в отходы системы/td td Растения непрерывно питаются «свежим» раствором без восстановления раствор, осушенный из культивационных модулей (рис. 4.1a) /td /tr tr class="даже» TDЗакрытые или рециркуляционные системы/td td Слитый раствор питательных веществ перерабатывается и пополняется недостатком питательные вещества до нужного уровня ЕС (рис. 4.1b) /td /tr tr class="нечетный» td Rowspan="2"Водоснабжение TDнепрерывность/TD TDNFt (технология питательной пленки) DFT (технология глубокого потока) /td /tr tr class="даже» TDПериодические/TD TDкапельное орошение, отливы и течения, аэропоника/td /tr /tbody /таблица

   4.2.1 Твердые системы подложки

   В начале безпочвенного культивирования в 1970-х годах многие субстраты были протестированы (Wallach 2008; Blok et al. 2008; Verwer 1978). Многие из них потерпели неудачу по таким причинам, как слишком влажная, слишком сухая, неустойчивая, слишком дорогостоящая и высвобождение токсичных веществ. Сохранилось несколько твердых субстратов: каменная вата, перлит, койра (кокосовое волокно), торф, пенополиуретан и кора. Твердые системы подложки можно разделить следующим образом:

   Волокнистые субстраты Они могут быть органическими (например, торф, солома и кокосовое волокно) или неорганическими (например, каменная вата). Они характеризуются наличием волокон разных размеров, что придает подложке высокую водоудерживающую способность (60— 80%) и скромную воздухоемкость (свободная пористость) (Wallach 2008). Высокий процент оставленной воды легко доступен для установки, что напрямую отражается на минимальном объеме субстрата на каждую установку, необходимом для обеспечения достаточного водоснабжения. В этих подложках по профилю нет очевидных градиентов воды и солености, и, следовательно, корни растут быстрее, равномерно и обильно, используя весь имеющийся объем.

   Гранулированные субстраты_ Они, как правило, неорганические (например, пемза, перлит, керамовидная глина) и характеризуются различными размерами частиц и, таким образом, текстурами; они обладают высокой пористостью и свободным сливом. Водоудерживающая способность является довольно низкой (10— 40%), и большая часть оставленной воды нелегко доступна для завода (Maher et al. 2008). Поэтому требуемый объем субстрата на растение выше по сравнению с волокнистыми. В гранулированных подложках по профилю наблюдается заметный градиент влаги, что приводит к развитию корней в основном на дне емкостей. Для установки требуются меньшие размеры частиц, увеличение емкости для удержания воды, однородность влаги и больший EC и меньший объем субстрата.

   Подложки обычно окутываются в пластиковые покрытия (так называемые мешки или плиты) или вставляются в другие типы контейнеров различных размеров и из синтетических материалов.

   Перед посадкой субстрат должен быть насыщен, чтобы:

   • Обеспечить достаточную подачу воды и питательных веществ во всей плите подложки.

   • Достижение однородных уровней EC и pH.

   • Изгнать присутствие воздуха и сделать однородное смачивание материала.

   Не менее важно, чтобы субстрат сухой фазы после посадки стимулировал растения к развитию однородной субстрат исследования корней, чтобы получить обильную и хорошо распределенную корневую систему на различных уровнях и подвергать корни воздуху. Использование подложки во второй раз путем повторного смачивания может быть проблемой, так как насыщение невозможно из-за сливных отверстий в пластиковой оболочке. В органической субстрате (например, койра), принимая короткие и частые оросительные повороты, можно восстановить способность удерживать воду, чтобы использовать ее во второй раз, легче, чем инертные субстраты (каменная вата, перлит) (Perelli et al. 2009).

   4.2.2 Подложки для средних систем

   Субстрат необходим для крепления корней, опоры для растения, а также как водопитательный механизм благодаря его микропористости и способности катионов.

   Растения, выращенные в безпочных системах, характеризуются несбалансированным соотношением ростков и корней, потребностью в воде, воздухе и питательных веществах, которые значительно выше, чем в условиях открытого поля. В последнем случае темпы роста медленнее, а количество субстрата теоретически неограничено. Для удовлетворения этих требований необходимо прибегать к субстратам, которые самостоятельно или в смеси обеспечивают оптимальные и стабильные химико-физические и питательные условия. В качестве подложек можно использовать массив материалов с различными характеристиками и затратами, как показано на рис. 4.2. Однако пока нет ни одного субстрата, который можно было бы использовать повсеместно во всех ситуациях выращивания.

   

   Рис. 4.2 Материалы, используемые в качестве подложек в безпочных системах

   4.2.3 Характеристика подложек

   Объемная плотность (BD) BD выражается сухим весом субстрата на единицу объема. Это позволяет закреплять корни и обеспечивает поддержку растений. Оптимальный BD для посевов в контейнере колеблется от 150 до 500 кг мсуп-3/суп (Wallach 2008). Некоторые субстраты, из-за их низкого BD и их рыхлости, как в случае перлита (около 100 кг msup-3/sup), полистирола в гранулах (около 35 кг msup-3/sup) и несжатого торфа Sphagnum_ (около 60 кг msup-3/sup), не подходят для использования в одиночку, особенно для растений, которые растут вертикально.

   ** Таблица 4.2** Основные химико-физические характеристики торфа и кокосового волокна. (dm = сухое вещество)

   стол тхед tr class="заголовок» th rowspan="2"характеристики/г th colspan="2"Поднятые болоты/г ThFen болот/т th rowspan="2"Кокосовое волокно (койр) /т /tr tr ТДБлонд/ТД TDкоричневый/TD TDblack/TD /tr /thead тбоди tr class="даже» TdОрганическое вещество (% dm) /td td94—99/td td94—99/td тд55—75/тд td94—98/td /tr tr class="нечетный» TDash (% дм) /тд td1—6/td td1—6/td тд23—30/тд td3—6/td /tr tr class="даже» TDОбщая пористость (% объема) /td тд84—97/тд тд88—93/тд тд55—83/тд тд94—96/тд /tr tr class="нечетный» ВНП водоудерживающая способность (% объема) /тд тд52—82/тд тд74—88/тд тд65—75/тд тд80—85/тд /tr tr class="даже» TDСвободная пористость (% объема) /td тд15—42/тд тд6—14/тд td6—8/td тд10—12/тд /tr tr class="нечетный» Плотность TDBulk (кг мсуп3/суп) /тд тд60—120/тд тд140—200/тд тд320—400/тд тд65—110/тд /tr tr class="даже» TdCEC (meq%) /td тд100—150/тд тд120—170/тд тд80—150/тд тд60—130/тд /tr tr class="нечетный» TdОбщий азот (% дм) /тд тд0.5—2.5/тд тд0.5—2.5/тд td1.5—3.5/td тд0.5—0.6/тд /tr tr class="даже» TDC/N/TD тд30—80/тд тд20—75/тд тд10—35/тд тд70—80/тд /tr tr class="нечетный» TdКальций (% дм) /тд td<0.4/td td<0.4/td td>2/td td—/td /tr tr class="даже» TdPh (Hsub2/subo) /td td3.0—4.0/td td3.0—5.0/td td5.5—7.3/td td5.0—6.8/td /tr /tbody /таблица

   Источник: Энзо и др. (2001 год)

   Porosity Идеальный субстрат для горшечных культур должен иметь пористость не менее 75% с переменным процентом макропор (15— 35%) и микропор (40— 60%) в зависимости от культивируемых видов и условий окружающей среды и посевов (Wallach 2008; Blok et al. 2008; Maher et al. 2008). В малогабаритных контейнерах общая пористость должна достичь 85% от объема (Bunt 2012). Структура должна быть стабильной с течением времени и выдерживать уплотнение и уменьшение объема на фазах обезвоживания.

   Водоудерживающая способность обеспечивает достаточный уровень влажности субстрата для сельскохозяйственных культур, не прибегая к частым орошениям. Тем не менее, водоудерживающая способность не должна быть слишком высокой, чтобы избежать удушья корней и чрезмерного охлаждения. Вода, имеющаяся для установки, рассчитывается на основе разницы между количеством воды в удерживающей способности и количеством воды, оставленной в точке увядания. Это должно составлять около 30— 40% от видимого объема (Kipp et al. 2001). Наконец, необходимо учитывать, что при постоянном увеличении биомассы корневой системы во время роста свободная пористость в субстрате постепенно снижается и изменяются гидрологические характеристики субстрата.

   _Катионно-обменная способность (CEC) _ CEC представляет собой меру того, сколько катионов можно сохранить на поверхности частиц субстрата. В целом органические материалы обладают более высокой КЭС и более высокой буферной способностью, чем минеральные (Wallach 2008; Blok et al. 2008) (таблица 4.2).

   pH Соответствующий рН необходим для удовлетворения потребностей культивируемых видов. Субстраты с низким рН более подходят для сельскохозяйственных культур в контейнерах, поскольку их легче модифицировать в сторону желаемого уровня путем добавления карбоната кальция, а также потому, что они отвечают потребностям более широкого числа видов. Кроме того, во время возделывания значение рН, как правило, возрастает благодаря орошению водой, богатой карбонатами. Уровень pH также может варьироваться в зависимости от типа используемого удобрения. Поправить щелочную субстрат сложнее. Однако это может быть достигнуто путем добавления серы или физиологически кислотных удобрений (сульфат аммония, сульфат калия) или конституционно кислотных удобрений (минеральный фосфат).

   _Электропроводимость (EC) _ Подложки должны иметь известное содержание питательных веществ и низкие значения EC (см. также таблицу 4.4). Часто предпочтительнее использовать химически инертный субстрат и добавлять питательные вещества в соответствии с конкретными требованиями к посевам. Особое внимание следует уделять уровням ЕС. Высокий уровень EC указывает на наличие ионов (например, NASUP+/SUP), которые, хотя и не являются важными питательными веществами, могут играть решающую роль в пригодности субстрата.

   Здоровье и безопасность_ Здоровье в системах и безопасность оперативников обеспечивается отсутствием патогенов (нематод, грибков, насекомых), потенциально фитотоксичных веществ (пестицидов) и семян сорняков. Некоторые промышленные материалы (керамогранит, перлит, каменная вата, вермикулит и полистирол) гарантируют высокий уровень стерильности благодаря высоким температурам, применяемым при их обработке.

   Sustainability Другой важной характеристикой субстрата является его профиль устойчивости. Многие часто используемые субстраты сталкиваются с экологическими проблемами, связанными с их происхождением, производственным процессом и/или последующей обработкой и истечением срока службы. В этой связи дополнительной характеристикой, которую следует учитывать, являются субстраты, происходящие из материалов с низким экологическим воздействием (модифицированные экологически чистым способом и в конечном итоге биоразлагаемыми). Повторное использование субстрата также может быть важным аспектом устойчивости субстрата.

   Стоимость И последнее, но не менее важное, субстрат должен быть недорогим или, по крайней мере, экономически эффективным, легкодоступным и стандартизированным с химической и физической точки зрения.

   4.2.4 Тип подложек

   Выбор субстратов варьируется от продуктов органического или минерального происхождения, которые присутствуют в природе и подвергаются специальной переработке (например, торф, перлит, вермикулит), до продуктов органического происхождения, полученных в результате деятельности человека (например, отходы или побочные продукты сельскохозяйственного, промышленного и городского хозяйства) ) и промышленного происхождения, полученных в результате процессов синтеза (например, полистирола).

   4.2.4.1 Органические материалы

   К этой категории относятся натуральные органические субстраты, включая остатки, отходы и побочные продукты органического характера, полученные из сельского хозяйства (навоз, солома и т.д.) или, например, промышленных, побочных продуктов деревообрабатывающей промышленности и т.д., или из городских поселений, например, шлама сточных вод и т.д. дополнительная обработка, такая как экстракция и созревание.

   Все материалы, которые могут быть использованы в гидропонике, также могут быть использованы в AP. Однако, поскольку бактериальная нагрузка в растворе АП может быть выше, чем в обычных гидропонных растворах, можно ожидать, что органические субстраты могут быть подвержены повышенной скорости разложения, что вызывает уплотнение субстрата и проблемы аэрации корней. Поэтому органические материалы можно рассматривать для культур с более коротким циклом роста, в то время как минеральные субстраты могут быть предпочтительны для культур с длительным циклом роста.

   Торфя

   Торф, используемый отдельно или с другими субстратами, в настоящее время является наиболее важным материалом органического происхождения для подготовки субстрата. Термин торф относится к продукту, полученному из остатков брофитов (Sphagnum), Cyperacea (Trichophorum, Eriophorum, Carex) и других (Calluna, Phragmites и т.д.), преобразованных в анаэробные условия.

   Поднятые болота образуются в холодных и очень дождливых условиях. Дождевая вода, без солей, сохраняется на поверхности мхами и растительными остатками, создавая насыщенную среду. В поднятых болотах можно выделить более глубокий, сильно разложенный слой темного цвета (brown peat) и слегка разложенный, более мелкий слой светлого цвета (blond peat). Оба торфа характеризуются хорошей структурной стабильностью, очень низкой доступностью питательных веществ и кислотным рН, в то время как они в основном различаются по своей структуре (таблица 4.2).

   Коричневые торфы с очень маленькими порами имеют более высокую водоудерживающую способность и менее свободную пористость для воздуха, а также более высокую CEC и буферную способность. Физические характеристики варьируются в зависимости от размера частиц, что позволяет поглощать воду от 4 до 15 раз больше собственного веса. Поднятые болота обычно удовлетворяют требованиям, необходимым для хорошей подложки. Кроме того, они обладают постоянными и однородными свойствами и поэтому могут быть промышленно эксплуатированы. Однако использование этих торфов требует коррекции рН, например, с карбонатом кальция (CacoSub3/Sub). Как правило, для торфа Sphagnum с pH 3—4 необходимо добавить 2 кг msup-3/sup CacoSub3/sub для увеличения pH для одной единицы. Необходимо обратить внимание на то, чтобы избежать полного высыхания субстрата. Следует также учитывать, что торф подвергается процессам микробиологического разложения, которые со временем могут увеличить водоудерживающую способность и уменьшить свободную пористость.

   Болота Фен в основном присутствуют в умеренных районах (например, в Италии и западной Франции), где доминируют Cyperaceae, Carex и Phragmites. Эти торфы образуются в присутствии застойной воды. Содержание кислорода, соли и кальция в воде обеспечивают более быстрое разложение и увлажнение по сравнению с тем, что происходит в поднятых болотах. Это приводит к образованию очень темного, коричневого и черного торфа с более высоким содержанием питательных веществ, в частности азота и кальция, более высоким рН, более высокой объемной плотностью и гораздо более низкой свободной пористостью (таблица 4.2). Они довольно хрупки в сухом состоянии и обладают замечательной пластичностью во влажном состоянии, что придает высокую восприимчивость к сжатию и деформации. Соотношение углерода и азота (C/N), как правило, составляет 15-48 (Kuhry and Vitt 1996; Abad et al. 2002). Из-за своих свойств черный торф имеет низкую ценность и не подходит в качестве подложки, но может быть смешан с другими материалами.

   Следует отметить, что в некоторых странах предпринимаются усилия по сокращению использования и добычи торфа в целях уменьшения воздействия на окружающую среду и что различные заменители торфа были успешно определены.

   Кокосовое волокно

   Кокосовое волокно (койр) получается в результате удаления волокнистой шелухи кокосовых орехов и является побочным продуктом производства копры (производство кокосового масла) и экстракции волокон и состоит почти исключительно из лигнина. Перед использованием он компостируется в течение 2—3 лет, а затем обезвоживается и сжимается. Перед его использованием он должен быть регидратирован путем добавления воды в 2—4 раза ее сжатого объема. Кокосовое волокно обладает химико-физическими характеристиками, схожими с белоснежным торфом (табл. 4.2), но с преимуществом более высокого рН. Он также оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем торф (чрезмерная эксплуатация торфяных болот) и каменная вата, где существуют проблемы с утилизацией. Это одна из причин, по которой она становится все более предпочтительной в безпочных системах (Olle et al. 2012; Fornes et al. 2003).

   Подложки на основе дерева

   Органические субстраты, получаемые из древесины или ее побочных продуктов, таких как кора, древесная щепа или пильная пыль, также используются в мировом коммерческом производстве растений (Maher et al. 2008). Подложки на основе этих материалов, как правило, обладают хорошим содержанием воздуха и высокой насыщенной гидравлической проводимостью. К числу недостатков могут относиться низкая водоудерживающая способность, недостаточная аэрация, вызванная микробной активностью, неправильное распределение частиц по размерам, иммобилизация питательных веществ или негативные последствия, вызванные скоплением соли и токсичных соединений (Dorais et al. 2006).

   4.2.4.2 Неорганические материалы

   К этой категории относятся природные материалы (например, песок, пемза) и минеральные продукты, полученные в результате промышленных процессов (например, вермикулит, перлит) (таблица 4.3).

   ** Таблица 4.3** Основные химико-физические характеристики неорганических субстратов, используемых в безпочвенных системах

   стол тхед tr class="заголовок» THSBPRATION/th Толстая плотность (кг мсуп3/суп) /т ThОбщая пористость (%vol) /th ThСвободная пористость (%vol) /th Вместимость влагоудерживания (%vol) /th THCEC (мэк%) /т ТеC (мс смсуп1/суп) /ч THPH/th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» TDSand/TD тд1400—1600/тд тд40—50/тд тд1—20/тд тд20—40/тд тд20—25/тд тд0.10/тд td6.4—7.9/td /tr tr class="даже» TDPumice/TD тд450—670/тд тд55—80/тд тд30—50/тд td24—32/td td—/td тд0.08—0.12/тд td6.7—9.3/td /tr tr class="нечетный» TdВулканические туфсы/td тд570—630/тд тд80—90/тд тд75—85/тд td2—5/td td3—5/td td—/td td7.0—8.0/td /tr tr class="даже» ТДвермикулит/ТД тд80—120/тд тд70—80/тд тд25—50/тд тд30—55/тд тд80—150/тд тд0.05/тд td6.0—7.2/td /tr tr class="нечетный» ТДперлит/ТД тд90—130/тд тд50—75/тд td30—60/td тд15—35/тд td1.5—3.5/td тд0.02—0.04/тд td6.5—7.5/td /tr tr class="даже» TDexPanded глина/td тд300—700/тд тд40—50/тд тд30—40/тд тд5—10/тд td3—12/td тд0,02/тд td4.5—9.0/td /tr tr class="нечетный» TDStone шерсть/td тд85—90/тд тд95—97/тд тд10—15/тд тд75—80/тд td—/td td0.01/td td7.0—7.5/td /tr tr class="даже» TDexPanded Полистирол/TD тд6—25/тд тд55/тд тд52/тд td3/td td—/td td0.01/td td6.1/td /tr /tbody /таблица

   Источник: Энзо и др. (2001 год)

   Песок

   Пески являются природным неорганическим материалом с частицами диаметром от 0,05 до 2,0 мм, возникающими в результате выветривания различных минералов. Химический состав песков может варьироваться в зависимости от происхождения, но в целом он состоит из 98,0— 99,5% кремнезема (SiOSub2/Sub) (Perelli et al. 2009). Пески с более низким содержанием карбоната кальция и pH 6,4—7,0 лучше подходят в качестве субстрата, поскольку они не влияют на растворимость фосфора и некоторых микроэлементов (например, железа, марганца). Как и все подложки минерального происхождения, пески имеют низкую CEC и низкую буферизацию (таблица 4.3). Мелкие пески (0,05—0,5 мм) наиболее пригодны для использования в гидропонных системах в смесях 10— 30% по объему с органическими материалами. Крупные пески (\ >0,5 мм) могут быть использованы для увеличения дренажной способности подложки.

   Пумика

   Пемза состоит из силиката алюминия вулканического происхождения, очень легкая и пористая, и может содержать небольшое количество натрия и калия, а также следы кальция, магния и железа в зависимости от места происхождения. Он способен удерживать кальций, магний, калий и фосфор из питательных растворов и постепенно выбрасывать их на растение. Обычно он имеет нейтральный рН, но некоторые материалы могут иметь чрезмерно высокий рН, хорошую свободную пористость, но низкую водоудерживающую способность (таблица 4.3). Однако структура, как правило, ухудшается довольно быстро, из-за легкого разрушения частиц. Пемза, добавленная в торф, увеличивает дренаж и аэрацию субстрата. Для садоводства предпочтительнее использовать частицы пемзы диаметром от 2 до 10 мм (Kipp et al. 2001).

   Вулканические туф

   Туфы происходят от извержений вулкана, с частицами диаметром от 2 до 10 мм. Они могут иметь объемную плотность в диапазоне от 850 до 1100 кг мсуп-3/суп и способность удерживать воду от 15% до 25% по объему (Kipp et al. 2001).

   Вермикулит

   Вермикулит состоит из водных филосиликатов магния, алюминия и железа, которые в естественном состоянии имеют тонкую пластинчатую структуру, которая сохраняет крошечные капли воды. Отшелушиваемый вермикулит обычно используется в садоводческой промышленности и характеризуется высокой буферной способностью и значениями CEC, аналогичными показателям лучших торфов (таблица 4.3), но, по сравнению с ними, он имеет более высокую доступность питательных веществ (5— 8% калия и 9— 12% магния) (Perelli et al. 2009). NHSub4/subsup+/SUP особенно сильно удерживается вермикулитом; однако активность нитрифицирующих бактерий позволяет восстановить часть фиксированного азота. Точно так же вермикулит связывает более 75% фосфата в необратимой форме, в то время как он обладает низкой абсорбирующей способностью для CLSUP-/SUP, NOSub3/SubSup-/SUP и SOSub4/SubSup-/SUP. Эти характеристики должны быть тщательно оценены при использовании вермикулита в качестве субстрата. Структура вермикулита не очень устойчива из-за низкой устойчивости к сжатию и имеет тенденцию ухудшаться с течением времени, уменьшая дренаж воды. Его можно использовать отдельно, однако предпочтительно смешивать его с перлитом или торфом.

   Перлит

   Перлит содержит силикат алюминия вулканического происхождения, содержащий 75% SiOSub2/Sub и 13% AlSub2/Sub3/Sub. Сырье измельчается, просеивается, сжимается и нагревается до 700—1000 ˚C. При этих температурах небольшое количество воды, содержащейся в сырье, превращается в пар, расширяя частицы в мелкие бело-серые агрегаты, которые, в отличие от вермикулита, имеют замкнутую ячейку. Он очень легкий и обладает высокой свободной пористостью даже после замачивания. Он не содержит питательных веществ, имеет незначительную CEC и является практически нейтральным (таблица 4.3) (Verdonk et al. 1983). pH, однако, может легко изменяться, потому что емкость буфера незначительна. pH должен контролироваться с помощью качества оросительной воды и не должен опускаться ниже 5,0, чтобы избежать фитотоксичности эффекты алюминия. Закрытая структура клеток позволяет удерживать воду только на поверхности и в промежутках между агломерациями, поэтому водоудерживающая способность варьируется в зависимости от размеров агломераций. Он продается в различных размерах, но наиболее подходящими для садоводства являются диаметр 2—5 мм. Он может быть использован в качестве субстрата в корневых клубах, потому что обеспечивает хорошую аэрацию. В смесях с органическими материалами это повышает мягкость, проницаемость и аэрацию субстрата. Перлит может быть повторно использован в течение нескольких лет, пока он стерилизуется между использованием.

   Расширенная глина

   Керамическая глина получается путем обработки глинистого порошка при температуре около 700 С. Формируются стабильные заполнители, и, в зависимости от используемого глинистого материала, они имеют переменные значения по CEC, pH и объемной плотности (табл. 4.3). Керамная глина может использоваться в смесях с органическими материалами в количестве около 10— 35% по объему, для чего она обеспечивает большую аэрацию и дренаж (Lamanna et al. 1990). Расширенные глины со значениями рН выше 7,0 не подходят для использования в безпочвенных системах.

   Каменная шерсть

   Каменная вата является наиболее используемым субстратом в безпочвенном выращивании. Она происходит в результате слияния силикатов алюминия, кальция и магния и углеродного кокса при температуре 1500—2000 ˚C. Сжиженная смесь экструдируется в нити диаметром 0,05 мм, после сжатия и добавления специальных смол материал приобретает очень легкую волокнистую структуру с высокой пористостью (табл. 4.3).

   Каменная вата химически инертна и при добавлении к подложке улучшает аэрацию и дренаж, а также обеспечивает отличное крепление для корней растений. Используется отдельно, как посевная субстрат и для безпочвенного выращивания. Плиты, используемые для выращивания, могут быть использованы в течение нескольких производственных циклов в зависимости от качества, при условии, что структура может гарантировать достаточную пористость и доступность кислорода для корневых систем. Как правило, после нескольких циклов выращивания большая часть пористости подложки заполняется старыми, мертвыми корнями, что связано с уплотнением субстрата с течением времени. В результате этого уменьшается глубина субстрата, где стратегии ирригации могут нуждаться в адаптации.

   Цеолиты

   Цеолиты состоят из гидратированных силикатов алюминия, характеризующихся способностью поглощать газообразные элементы; они обладают высоким содержанием макро- и микроэлементов, обладают высокой абсорбирующей способностью и имеют высокую внутреннюю поверхность (структуры с порами 0,5 мм). Этот субстрат представляет большой интерес, поскольку он поглощает и медленно высвобождает ионы KSUP+/SUP и NHSub4/SubsUP+/SUP, но не способен поглощать CLSUP и NASUP+/SUP, которые опасны для растений. Цеолиты продаются в составах, отличающихся по содержанию N и P и которые могут использоваться при посеве семян, для укоренения черенков или на этапе культивирования (Pickering et al. 2002).

   4.2.4.3 Синтетические материалы

   Синтетические материалы включают как низкоплотные пластмассовые материалы, так и ионообменные синтетические смолы. Эти материалы, называемые «расширенными», поскольку они получены путем расширения при высоких температурах, пока еще не широко используются, но обладают физическими свойствами, подходящими для сбалансирования характеристик других субстратов.

   Расширенный полистирол

   Пенополистирол выпускается в гранулах диаметром 4—10 мм с закрытой ячейкой структурой. Он не разлагается, очень легкий и имеет очень высокую пористость, но с крайне низкой водоудерживающей способностью (таблица 4.3). Он не имеет CEC и практически нулевой буферной способности, поэтому он добавляется к подложке (например, торф) исключительно для улучшения его пористости и дренажа. Предпочтительный размер частиц 4—5 мм (Bunt 2012).

   Пенополиуретановая пена

   Пенополиуретан представляет собой материал низкой плотности (12—18 кг msup-3/sup) с пористой структурой, что позволяет поглощать воду, равную 70% ее объема. Он химически инертен, имеет почти нейтральный рН (6,5—7,0), не содержит полезных питательных веществ, доступных растениям, и не подвергается разложению (Kipp et al. 2001). На рынке можно найти его в виде гранул, укореняющих кубиков или блоков. Как и каменная вата, его также можно использовать для безпочвенного выращивания.

   4.2.5 Подготовка субстратов смешанного культивирования

   Смешанные подложки могут быть полезны для снижения общих затрат на подложку и/или улучшения некоторых характеристик оригинальных материалов. Например, торф, вермикулит и койр могут быть добавлены для увеличения водоудерживающей способности; перлит, полистирол, грубой песок и керамовидная глина для увеличения свободной пористости и дренажа; светлый торф для повышения кислотности; большее количество органического материала или подходящее количество глинистой почвы для увеличения КЭС и буфера и низкое разлагаемое основание для повышения долговечности и стабильности. Характеристики смесей редко представляют собой среднее значение компонентов, так как при смешивании структуры изменяются между отдельными частицами и, следовательно, соотношение физических и химических характеристик. В целом, смеси с низким содержанием питательных веществ предпочтительнее, чтобы лучше управлять культивацией. Правильная взаимосвязь между различными компонентами смеси также варьируется в зависимости от условий окружающей среды, в которых она работает. При высоких температурах целесообразно использовать компоненты, обладающие более высокой водоудерживающей способностью и не допускающие быстрого испарения (например, торф) и в то же время устойчивые к разложению. В отличие от этого, во влажных условиях с низким уровнем солнечного излучения компоненты, характеризующиеся высокой пористостью, предпочтительнее обеспечить хороший дренаж. В этом случае необходимо будет добавить грубые субстраты, такие как песок, пемза, керамовидная глина и пенополистирол (Bunt 2012).

3. 4.3 Типы гидропонных систем по распределению воды/питательных веществ

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   4.3.1 Техника глубокого потока (DFT)

   Техника глубокого течения (DFT), также известная как глубоководная техника, представляет собой выращивание растений на плавающей или подвесной опоре (плоты, панели, доски) в контейнерах, заполненных питательным раствором 10—20 см (Van Os et al. 2008) (рис. 4.3). В AP это может быть до 30 см. Существуют различные формы применения, которые можно отличить в основном по глубине и объему раствора, а также методам рециркуляции и оксигенации.

   

   Рис. 4.3 Иллюстрация системы DFT с плавающими панелями

   Одна из самых простых систем состоит из резервуаров глубиной 20—30 см, которые могут быть изготовлены из различных материалов и гидроизолированы полиэтиленовыми пленками. Резервуары оснащены плавающими плотами (несколько типов доступны у поставщиков), которые служат для поддержки растений над водой, в то время как корни растений проникают в воду. Эта система особенно интересна, так как сводит к минимуму затраты и управление. Например, существует ограниченная потребность в автоматизации контроля и коррекции питательного раствора, особенно в таких сельскохозяйственных культурах, как салат, где относительно большой объем раствора облегчает пополнение питательного раствора только в конце каждого цикла, и только Необходимо периодически контролировать содержание кислорода. Уровень кислорода должен быть выше 4—5 мг LSUP-1/SUP; в противном случае дефицит питательных веществ может возникнуть из-за низкой производительности корневых систем. Циркуляция раствора обычно приводит к добавлению кислорода, или могут быть добавлены системы Вентури, которые значительно увеличивают воздух в систему. Это особенно важно, когда температура воды превышает 23 ˚C, так как такие высокие температуры могут стимулировать болты салата.

   4.3.2 Техника питательной пленки (NFT)

   Метод NFT используется повсеместно и может рассматриваться как классическая гидропонная система возделывания, где питательный раствор течет и циркулирует в корытах с слоем воды размером 1—2 см (Cooper 1979; Jensen and Collins 1985; Van Os et al. 2008) (рис. 4.4). Рециркуляция питательного раствора и отсутствие субстрата являются одним из основных преимуществ системы NFT. Дополнительным преимуществом является его большой потенциал автоматизации для экономии затрат на рабочую силу (посадка и сбор урожая), а также возможность управления оптимальной плотностью растений во время цикла сбора урожая. С другой стороны, отсутствие подложки и низкий уровень воды делает NFT уязвимым к отказу насосов, например, из-за засорения или сбоя в электроснабжении. Колебания температуры в питательном растворе могут вызвать стресс растений, за которым следуют болезни.

   

   Рис. 4.4 Иллюстрация системы NFT (слева) и многослойного корыта NFT, разработанного и реализуемого компанией New Growing Systems (NGS), Испания (справа)

   Развитие корневой системы, часть которой остается взвешенной в воздухе над потоком питательных веществ и которая подвержена раннему старению и утрате функциональности, представляет собой серьезное препятствие, поскольку препятствует выращиванию культур длительного цикла (более 4—5 месяцев). Из-за высокой подверженности колебаниям температуры эта система не подходит для возделывания культур, характеризующихся высоким уровнем облучения и температуры (например, в южных районах Средиземноморского бассейна). Однако в ответ на эти проблемы был разработан многослойный корыт NFT, который позволяет более длительные производственные циклы без проблем засорения (NGS). Он изготовлен из серии взаимосвязанных слоев, помещенных в каскад, так что даже у сильных корнеплодов видов растений, таких как томаты, питательный раствор все равно находит свой путь к корням, обходя засоренный корневой слой через нижний позиционируемый слой.

   4.3.3 Аэропонные системы

   Аэропонная техника в основном ориентирована на более мелкие садоводческие виды и пока еще не получила широкого применения из-за высоких инвестиционных затрат и затрат на управление. Растения поддерживаются пластиковыми панелями или полистиролом, расположены горизонтально или на наклонных вершинах растущих коробок. Эти панели опираются на конструкцию из инертных материалов (пластик, сталь, покрытая пластиковой пленкой, полистирольные плиты), чтобы сформировать закрытые коробки, в которых может развиваться подвесная корневая система (Рис. 4.5).

   

   Рис. 4.5 Иллюстрация техники аэропоники

   Питательный раствор непосредственно распыляется на корни, которые подвешены в коробке в воздухе, с помощью статических спринклеров (опрыскивателей), вставленных на трубы, размещенные внутри модуля коробки. Продолжительность распыления составляет от 30 до 60 с, а частота варьируется в зависимости от периода выращивания, стадии роста растений, вида и времени суток. Некоторые системы используют вибрирующие пластины для создания микрокапель воды, образующих пар, который конденсируется на корнях. Выщелачивание собирается на дне модулей коробки и транспортируется в резервуар для повторного использования.

4. 4.4 Физиология растений

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   4.4.1 Механизмы поглощения

   Среди основных механизмов, участвующих в питании растений, наиболее важным является поглощение, которое для большинства питательных веществ происходит в ионной форме после гидролиза солей, растворенных в питательном растворе.

   Активные корни являются основным органом растения, участвующим в поглощении питательных веществ. Анионы и катионы поглощаются из питательного раствора, и, находясь внутри растения, они вызывают выход протонов (HSUP+/SUP) или гидроксилов (OHSUP-/SUP), которые поддерживают баланс между электрическими зарядами (Haynes 1990). Этот процесс, сохраняя ионное равновесие, может привести к изменению рН раствора по отношению к количеству и качеству поглощаемых питательных веществ (рис. 4.6).

   Практические последствия этого процесса для садовода имеют двоякое значение: обеспечить адекватную буферную способность питательного раствора (при необходимости добавление бикарбонатов) и вызвать незначительные изменения рН при выборе удобрения. Влияние удобрений на рН связано с различными химическими формами используемых соединений.

   

   Рис. 4.6 Поглощение ионов корневой системой растения

   Например, в случае N наиболее распространенной формой является азотный азот (NOSub3/subsup-/SUP), однако при снижении pH азот может подаваться в виде аммонийного азота (NHSub4/Subsup+/SUP). Эта форма, когда она поглощается, вызывает высвобождение HSUP+/SUP и, следовательно, подкисление среды.

   Климатические условия, особенно температура воздуха и субстрата и относительная влажность, оказывают существенное влияние на поглощение питательных веществ (Pregitzer and King 2005; Masclaux-Daubresse et al. 2010; Marschner 2012; Cortella et al. 2014). В целом, наилучший рост происходит там, где есть несколько различий между температурой подложки и температурой воздуха. Тем не менее, устойчиво высокие температурные уровни в корневой системе оказывают отрицательное воздействие. Неоптимальные температуры снижают поглощение N (Dong et al. 2001). В то время как NHSub4/Subsup+/SUP эффективно используется при оптимальных температурах, при низких температурах бактериальное окисление снижается, вызывая накопление внутри растения, которое может вызвать симптомы токсичности и повреждения корневой системы и воздушной биомассы. Низкие температуры на корневом уровне также тормозят усвоение K и P, а также транслокацию P. Хотя имеющаяся информация о влиянии низких температур на поглощение микроэлементов менее ясна, как представляется, поглощение Mn, Zn, Cu и Mo в наибольшей степени затронуто (Tindall et al. 1990; Fageria et al. 2002).

   4.4.2 Основные питательные вещества, их роль и возможные антагонизмы

   Надлежащее управление питанием растений должно основываться на основных аспектах, которые зависят от поглощения и использования макро- и микропитательных веществ (Sonneveld and Voogt 2009). Макропитательные вещества необходимы в относительно больших количествах, в то время как микроэлементы или микроэлементы необходимы в небольших количествах. Кроме того, наличие питательных веществ в растении в случае безпочвенных систем представляет собой более или менее последовательные явления синергии и антагонизма (рис. 4.7).

   Азот (N) _ Азот поглощается растениями для получения аминокислот, белков, ферментов и хлорофилла. Наиболее используемыми азотными формами для удобрения растений являются нитраты и аммония. Нитраты быстро усваиваются корнями, сильно подвижны внутри растений и могут храниться без токсического воздействия. Аммоний может поглощаться растениями только в небольших количествах и не может храниться в больших количествах, поскольку он оказывает токсическое воздействие. Количество, превышающее 10 мг LSUP-1/SUP, ингибирует поглощение растений кальция и меди, увеличивает рост побегов по сравнению с ростом корней и приводит к сильному зеленому цвету листьев. Дальнейшие эксцессы концентрации аммиака приводят к фитотоксическому воздействию, например хлорозу на окраинах листьев. Избыток предложения азота приводит к высокому вегетативному росту, увеличению продолжительности цикла посевов, сильному зеленому цвету листьев, низкому набору плодов, высокому содержанию воды в тканях, низкому лигнификации тканей и высокому накоплению нитратов в тканях. Как правило, дефицит азота характеризуется бледно-зеленым цветом старых листьев (хлороз), снижением роста и старением.

   

   Рис. 4.7 Синергия питательных веществ и антагонизмы среди ионов. Связанные ионы представляют синергетическое или антагонистическое отношение в зависимости от направления стрелки

   Калий (К) _ Калий является фундаментальным для деления и расширения клеток, синтеза белка, активации ферментов и фотосинтеза, а также выступает в качестве транспортера других элементов и углеводов через клеточную мембрану. Он играет важную роль в поддержании осмотического потенциала клетки в равновесии и регулировании открытия устьицы. Первые признаки дефицита проявляются в виде желтоватых пятен, которые очень быстро некротизируют по краям старых листьев. Растения с дефицитом калия более восприимчивы к внезапным перепадам температуры, стрессу воды и грибковым атакам (Wang et al. 2013).

   Фосфор (P) _ Фосфор стимулирует развитие корней, быстрый рост почек и количество цветков. P впитывается очень легко и может накапливаться без повреждения растения. Его фундаментальная роль связана с образованием высокоэнергетических соединений (АТФ), необходимых для метаболизма растений. Средние объемы, запрашиваемые растениями, являются довольно скромными (10— 15% потребностей N и K) (Le Bot et al. 1998). Однако, в отличие от того, что происходит в почве, P легко выщелачивается в безпочных культурах. Повидимому, поглощение P снижается при низких температурах субстрата (\ 13 ˚C) или при увеличении значений pH (\ 6,5), что может привести к симптомам дефицита (Vance et al. 2003). В этих условиях повышение температуры и/или снижение рН эффективнее, чем дополнительные поправки фосфорных удобрений. Избыток P может уменьшить или заблокировать поглощение некоторых других питательных веществ (например, K, Cu, Fe) (рис. 4.7). Дефицит фосфора проявляется в зелено-фиолетовом цвете старых листьев, который может сопровождаться хлорозом и некрозом в дополнение к задержке роста вегетативной верхушки. Однако эти симптомы неспецифичны и затрудняют выявление недостатков P (Uchida 2000).

   _Кальций (Ca) _ Кальций участвует в формировании клеточной стенки, мембранной проницаемости, делении и расширении клеток. Хорошая доступность дает растению большую устойчивость к грибковым атакам и бактериальным инфекциям (Liu et al. 2014). Поглощение очень тесно связано с потоком воды между корнями и надземными частями. Его перемещение происходит через ксилему и поэтому особенно зависит от низких температур на корневом уровне, уменьшения подачи воды (засуха или соленость раствора) или чрезмерной относительной влажности воздуха. Поскольку Ca не является подвижным в пределах завода, недостатки начинаются с последних образованных частей (Adams 1991; Adams and Ho 1992; Ho et al. 1993). Основными симптомами являются задержка роста растений, деформация краев младших листьев, светло-зеленая или иногда хлоротическая окраска новых тканей и задержка роста корневой системы без мелких корней. Недостатки проявляются по-разному, например, апикальная гниль в помидорах и/или окрашивание листьев салата.

   _Магний (Mg) _ Магний участвует в формировании молекул хлорофилла. Он иммобилизован при значениях pH ниже 5,5 и вступает в конкуренцию с поглощением K и Ca (рис. 4.7). Симптомами дефицита являются пожелтение между жилками листьев и внутренний хлороз базальных листьев. Поскольку Mg можно легко мобилизовать, растения с дефицитом магния сначала ломают хлорофилл в старых листьях и переносят Mg в более молодые листья. Таким образом, первым признаком дефицита магния является межвеинальный хлороз в старых листьях, в отличие от дефицита железа, где сначала появляется межвеинальный хлороз в самых молодых листьях (Sonneveld and Voogt 2009).

   Сера (S) _ Сера требуется для установки в количествах, сопоставимых с количеством фосфора, и для оптимизации ее поглощения она должна присутствовать в соотношении 1:10 с азотом (McCutchan et al. 2003). Он всасывается в виде сульфата. Недостатки обнаруживаются нелегко, поскольку симптомы можно спутать с симптомами дефицита азота, за исключением того, что дефицит азота начинает проявляться из старых листьев, в то время как дефицит серы из самых молодых (Schnug and Haneklaus 2005). Питание S играет важную роль в уменьшении повреждений фотосинтетических аппаратов, вызванных дефицитом ФЭ (Muneer et al. 2014).

   _Железо (Fe) _ Железо является одним из наиболее важных микропитательных веществ, поскольку он является ключевым во многих биологических процессах, таких как фотосинтез (Briat et al. 2015; Heuvelink and Kierkels 2016). Для улучшения абсорбции питательный раствор pH должен составлять около 5,5—6,0, а содержание Mn не должно становиться слишком высоким, поскольку эти два элемента впоследствии вступают в конкуренцию (рис. 4.7). Оптимальное соотношение Fe— Mn составляет около 2:1 для большинства культур (Sonneveld и Voogt 2009). При низких температурах эффективность усвоения снижается. Симптомы дефицита характеризуются межвеинальным хлорозом от молодых листьев к более старшим базальным, а также снижением роста корневой системы. Симптомы дефицита не всегда связаны с низким присутствием Fe в питательном растворе, но часто они обусловлены недоступностью Fe для растения. Использование хелатирующих агентов гарантирует постоянную доступность Fe для завода.

   _Хлор (Cl) _ Хлор в последнее время считается микропитательным веществом, даже если его содержание в растениях (0,2— 2,0% dw) довольно высокое. Он легко впитывается растением и очень подвижен внутри него. Он участвует в фотосинтетическом процессе и регулировании открытия устьиц. Недостатки, которые довольно редко, возникают при типичных симптомах высыхания листьев, особенно на окраинах. Гораздо более распространенным является ущерб, вызванный избытком Cl, что приводит к заметной усадке растений, которая относительно различных чувствительности различных видов. Во избежание повреждения урожая всегда рекомендуется проверять содержание Cl в воде, используемой для приготовления питательных растворов, и выбирать подходящие удобрения (например, Ksub2/subSOSub4/Sub, а не KCl).

   _Натрий (Na) _ Натрий, если он превышает его, вредно для растений, так как он токсичен и мешает поглощению других ионов. Например, антагонизм с K (рис. 4.7) не всегда вреден, поскольку у некоторых видов (например, томатов) он улучшает вкус фруктов, в то время как у других (например, бобов) он может снизить рост растений. Подобно Cl, важно знать концентрацию в воде, используемой для приготовления питательного раствора (Sonneveld and Voogt 2009).

   _Марганец (Mn) _ Марганец является частью многих коферментов и участвует в расширении корневых клеток и их резистентности к патогенам. Его доступность контролируется рН питательного раствора и конкуренцией с другими питательными веществами (рис. 4.7). Симптомы дефицита аналогичны симптомам Fe, за исключением появления слегка затонувших областей в межвеинных областях (Uchida 2000). Коррекцию можно внести путем добавления MnSOSub4/sub или понижения pH питательного раствора.

   _Boron (B) _ Boron необходим для посадки фруктов и развития семян. Методы поглощения аналогичны тем, которые уже описаны для Ca, с которыми он может конкурировать. Уровень pH питательного раствора должен быть ниже 6,0, а оптимальный уровень, как представляется, составляет от 4,5 до 5,5. Симптомы дефицита могут быть обнаружены в новых структурах, которые выглядят темно-зелеными, молодые листья значительно увеличивают свою толщину и имеют кожистую консистенцию. Впоследствии они могут появиться хлоротические, а затем некротические, с ржавой окраской.

   Цинк (Zn) _ Цинк играет важную роль в некоторых ферментативных реакциях. Его поглощение сильно зависит от pH и P питания питательного раствора, а значения pH от 5,5 до 6,5 способствуют поглощению Zn. Низкая температура и высокий уровень P уменьшают количество цинка, поглощаемого растением. Недостатки цинка встречаются редко, и они представлены хлоротическими пятнами в межвеальных областях листьев, очень короткими междоузлами, эпинастией листьев и плохим ростом (Gibson 2007).

   Медь (Cu) _ Медь участвует в дыхательных и фотосинтетических процессах. Его поглощение снижается при значениях pH выше 6,5, в то время как значения pH ниже 5,5 могут привести к токсическому воздействию (Rooney et al. 2006). Высокие уровни аммония и фосфора взаимодействуют с Cu, снижая доступность последнего. Чрезмерное присутствие Cu мешает поглощению Fe, Mn и Mo. Недостатки проявляются в межвеинальном хлорозе, который приводит к коллапсу тканей листьев, которые выглядят как высушенные (Gibson 2007).

   _Молибден (Mo) _ Молибден имеет важное значение в синтезе белка и в метаболизме азота. В отличие от других микропитательных веществ, он лучше доступен при нейтральных значениях рН. Симптомы дефицита начинаются с хлороза и некроза вдоль основного ребра старых листьев, в то время как молодые листья появляются деформированные (Gibson 2007).

   4.4.3 Управление питательными веществами в соответствии с требованиями растений

   После развития систем безпочвенного садоводства в 1970-х годах (Verwer 1978; Cooper 1979) были разработаны и скорректированы различные питательные растворы в соответствии с предпочтениями производителей (таблица 4.4; De Kreij et al. 1999). Все смеси следуют принципам избыточной доступности всех элементов для предотвращения недостатков и баланса между (двувалентными) катионами, чтобы избежать конкуренции между катионами в поглощении питательных веществ растений (Hoagland and Arnon 1950; Steiner 1961; Steiner 1984; Sonneveld and Voogt 2009). Как правило, ЕС разрешается подниматься в корневой зоне в ограниченной степени. Например, в томатах питательный раствор обычно имеет EC около 3 dS msup-1/sup, в то время как в корневой зоне плит каменной ваты ЕС может вырасти до 4—5 dS msup-1/sup. Однако в странах Северной Европы для первого орошения новых каменноватных плит в начале производственного цикла биогенный раствор может иметь EC до 5 dS msup-1/sup, насыщая подложку каменной ваты ионами до EC 10 dS msup-1/sup, который впоследствии будет промываться через 2 недели. Для обеспечения достаточной промывки корневой зоны в типичной системе капельного орошения каменной ваты около 20— 50% дозируемой воды собирается в качестве дренажной воды. Затем дренажная вода перерабатывается, фильтруется, смешивается с пресной водой и пополняется питательными веществами для использования в следующем цикле (Van Os 1994).

   При производстве томатов увеличение ЕС может быть применено для усиления синтеза ликопина (способствуя ярко-красной окраске плодов), общего содержания растворимых твердых веществ (TSS) и содержания фруктозы и глюкозы (Fanasca et al. 2006; Wu and Kubota 2008). Кроме того, растения томатов имеют более высокую степень поглощения N, P, Ca и Mg и низкое поглощение K на ранних (вегетативных) стадиях. После того, как растения начинают развивать фрукты, производство листьев замедляется, что приводит к сокращению потребностей в N и Ca, в то время как потребность в K возрастает (например, Zekki et al. 1996; Silber, Bar-Tal 2008). В листьях салата, с другой стороны, увеличение EC может способствовать заболеванию ожогом в условиях горячего выращивания. Huett (1994) продемонстрировал значительное сокращение количества листьев с болезнью ожога на растение, когда ЕС был снижен с 3,6 до 0,4 дС мсуп-1/суп, а также когда состав питательных веществ K/Ca был уменьшен с 3, 5:1 до 1, 25:1. В ЗС управление питательными веществами сложнее, чем в гидропонике, поскольку они в основном зависят от плотности рыбных запасов, типа корма и скорости кормления.

   4.4.4 Свойства питательных растворов

   Фосфор - это элемент, который встречается в формах, сильно зависящих от рН окружающей среды. В корневой зоне этот элемент можно найти как POSub4/Subsup-3/SUP, HPOSub4/Subsup2-/SUP и HSub2/subposub4/subsup-/SUP ионы, где последние два иона являются основными формами P, поглощаемых растениями. Таким образом, когда рН слегка кислый (pH 5—6), наибольшее количество P представлено в питательном растворе (De Rijck and Schreens 1997).

   Калий, кальций и магний доступны растениям в широком диапазоне рН. Однако наличие других ионов может помешать их растительности из-за образования соединений с различными сортами растворимости. При pH выше 8,3 ионы Casup2+/SUP и MgSUP2+/SUP легко осаждаются в виде карбонатов, реагируя с COSub3/Subsup2-/SUP. Кроме того, сульфаты образуют относительно прочные комплексы с Casup2+/SUP и MgSUP2+/SUP (De Rijck and Schreens 1998). По мере увеличения рН с 2 до 9 увеличивается количество SOSub4/Subsup2-/SUP, образующих растворимые комплексы с MGSUP2+/SUP в виде MGSOSub4/Sub и KSUP в виде KSOSub4/SubSup-/SUP (De Rijck and Schreens 1999). В целом наличие питательных веществ для поглощения растений при рН выше 7 может быть ограничено из-за осадков Boron, Fesup2+/SUP, MnSup2+/SUP, PoSub4/SubsUp3-/SUP, Casup2+/SUP и MgSup2+/SUP из-за нерастворимых и недоступных солей. Наиболее подходящие значения рН биогенного раствора для развития сельскохозяйственных культур лежат между 5,5 и 6,5 (Sonneveld and Voogt 2009).

   4.4.5 Качество воды и питательные вещества

   Качество подаваемой воды крайне важно в гидропонных системах и системах АП. Для долгосрочной рециркуляции химический состав должен быть хорошо известен и часто контролироваться во избежание дисбаланса в питании питательных веществ, а также во избежание накопления некоторых элементов, приводящих к токсичности. De Kreij et al. (1999) сделали обзор химических требований к качеству воды для гидропонных систем.

   Перед началом работы необходимо провести анализ водоснабжения на макро- и микроэлементах. На основе анализа может быть составлена схема питательного раствора. Например, если используется дождевая вода, особое внимание следует уделять Zn, когда сбор осуществляется через необработанные желоба. В водопроводной воде могут возникнуть проблемы с Na, Ca, Mg, SOSub4/Sub и HCOSub3/Sub. Кроме того, могут использоваться поверхностные и скважинные воды, которые также могут содержать количество Na, Cl, K, Ca, Mg, SOSub4/Sub и Fe, а также микроэлементов Mn, Zn, B и Cu. Следует отметить, что все клапаны и трубы должны быть изготовлены из синтетических материалов, таких как ПВХ и ПЭ, и не содержать деталей Ni или Cu.

   Часто бывает так, что запасы воды содержат определенное количество Ca и Mg, поэтому содержание необходимо вычесть из количества в питательном растворе, чтобы избежать накопления этих ионов. HCOSub3/sub должен компенсироваться предпочтительно азотной кислотой, около 0,5 ммоль LSU-1/SUP, которую можно поддерживать в качестве pH буфера в питательном растворе. Фосфорная и серная кислоты также могут использоваться для компенсации pH, но и то, и другое быстро дает избыток HSub2/subposub4/subsup-/SUP или SOSub4/sup2-/SUP в питательном растворе. В системах АП азотная кислота (HNOSub3/Sub) и гидроксид калия (KOH) могут также использоваться для регулирования рН и в то же время подачи макроэлементов в систему (Nozzi et al. 2018).

   4.5.1 Управление качеством воды

   Для приготовления питательных растворов предпочтительно использовать простые удобрения (гранулированные, порошковые или жидкие) и вещества (например, кислотные соединения), влияющие на рН. Интеграция питательных элементов в раствор учитывает оптимальные значения количества каждого элемента. Это должно быть сделано с учетом потребностей вида и его сортов с учетом фенологических фаз и субстрата. Расчет питательных добавок должен производиться с учетом условий используемой воды в соответствии со строгим набором приоритетов. В приоритетном масштабе магний и сульфаты расположены на дне, на одном уровне, потому что они имеют меньшую питательную ценность, и растения не несут ущерба, даже если их присутствие в обильном питательном растворе. Эта характеристика имеет благоприятную практическую обратную связь, поскольку позволяет использовать эти два элемента, чтобы сбалансировать питательный состав по отношению к другим макроэлементам, дефицит или избыток которых может быть отрицательным для производства. В качестве примера можно рассмотреть питательный раствор, в котором требуется интеграция только калия или только нитрата. В данном случае используются соли сульфат калия или нитрат магния. Фактически, если бы использовался наиболее распространенный нитрат калия или нитрат кальция, то уровни нитрата, в первом случае, и кальция, во втором случае, автоматически увеличились бы. Кроме того, когда анализ используемой воды показывает дисбаланс между катионами и анионами, и для того, чтобы иметь возможность рассчитать питательный раствор с ЕС в равновесии, проводится коррекция значений воды, снижающих уровни магния и/или сульфатов.

   Ниже приводятся руководящие принципы в отношении формулирования питательных растворов:

   1. Определение вида и требований к сорту. Необходимо учитывать условия возделывания и характеристики воды. Для удовлетворения потребностей растений в теплое время и при интенсивном излучении раствор должен обладать более низким содержанием EC и K, что контрастирует с большим количеством Ca. Вместо этого, когда температура и яркость достигают суб-оптимальных уровней, рекомендуется повысить значения EC и K, уменьшая значения Ca. В отношении сортов важно отметить, что существуют значительные вариации, особенно для значений NOSub3/subsup-/SUP, из-за различной вегетативной активности сортов. Для томатов фактически используется в среднем 15 ммоль LSup-1/SUP NOSub3/sup-/SUP (таблица 4.4), а в случае сортов, характеризующихся низкой вегетативной энергией, и в некоторых фенологических фазах (например, создание плодов в четвертой ферме) принимается до 20 мм LSUP-1/SUP NOSub3/sup-/SUP. В случае, если некоторые элементы, такие как Na, присутствуют в воде, чтобы уменьшить ее эффект, который особенно отрицателен для некоторых культур, необходимо увеличить количество NOSub3/sup-/SUP и Ca и, возможно, уменьшить K, сохраняя EC на том же уровне.

   Таблица 4.4 Питательный раствор при гидропонном выращивании салата (DFT) томатов, перца и огурцов (капельное орошение плит из каменной ваты) в Нидерландах (De Kreiji et al.1999)

   стол тхед tr class="заголовок» th rowspan="2"/th THPH/th ТЭ/ТХ THNHSub4/Sub/th ТК/ч ТКА/т тмг/т ThnoSub3/sub/th THSOSub4/Sub/th ТС/т THFE/th THMN/th THZN/th В тайб/т THCU/th THMO/th /tr tr class="заголовок» ч/т ТНД мсуп-1/суп/т thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th thmmol LSup-1/Sup/th /tr /thead tbody tr class="нечетный» TDSalate (Вагенинген УР) /td td5.9/td td1.7/td td1.0/td td4.4/td td4.5/td td1.8/td тд10.6/тд td1.5/td td1.5/td td28.1/td td1.5/td td6.4/td тд47.0/тд td1.0/td td0.7/td /tr tr class="даже» TDСалатце/TD td5.8/td td1.2/td td0.7/td td4.8/td td2.3/td td0.8/td td8.9/td td0.8/td td1.0/td td35.1/td td4.9/td тд3.0/тд тд18.4/тд тд0.5/тд тд0.5/тд /tr tr class="нечетный» TDСалатце/TD td5.8/td td1.2/td td/td тд3.0/тд td2.5/td td1.0/td тд7.5/тд td1.0/td тд0.5/тд тд50.0/тд td3.7/td td0.6/td td4.8/td тд0.5/тд td0.01/td /tr tr class="даже» TdTomatorative/td td5.5/td td2.6-3.0/td td1.2/td тд13.0/тд td4.2/td td1.9/td тд15.4/тд td4.7/td td1.5/td тд15.0/тд тд10.0/тд тд5.0/тд тд30.0/тд td0.8/td тд0.5/тд /tr tr class="нечетный» TdТоматный вегетативный/td td5.5/td td2.6/td td1.2/td td8.3/td td5.7/td td2.7/td тд15.4/тд td4.7/td td1.5/td тд15.0/тд тд10.0/тд тд5.0/тд тд30.0/тд td0.8/td тд0.5/тд /tr tr class="даже» TDОгумбер/TD td5.5/td td3.2/td td1.2/td тд10.4/тд td6.7/td тд2.0/тд тд23.3/тд td1.5-2.0/td td1.5-2.0/td тд15.0/тд тд10.0/тд тд5.0/тд тд25.0/тд td0.8/td тд0.5/тд /tr tr class="нечетный» TDPepper/TD td5.6/td тд2.5-3.0/тд td1.2/td тд5-7/тд td4-5/td тд2.0/тд тд17.0/тд td1.8-2.0/td td1.5-2.5/td тд25.0/тд тд10.0/тд тд7.0/тд тд30.0/тд td1.0/td тд0.5/тд /tr tr class="даже» Распространение TDPlant/td td5.5/td td2.3/td td1.2/td td6.8/td td4.5/td тд3.0/тд td16.8/td td2.5/td td1.3/td тд25.0/тд тд10.0/тд тд5.0/тд тд35.0/тд td1.0/td тд0.5/тд /tr /tbody /таблица

   Принято и изменено из Vermeulen (2016, личное общение)

   2. Расчеты потребностей в питательных веществах должны быть получены путем вычитания значений химических элементов воды из указанных выше химических элементов. Например, установленная потребность в Mg перца (Capsicum sp.) составляет 1,5 мм LSup-1/SUP, имеющих воду при 0,5 мм LSup-1/SUP, и 1,0 мм LSUP-1/SUP Mg должна быть добавлена к воде (требование 1,5 — 0,5 подачи воды = 1,0).

   3. Выбор и расчет удобрений и кислот для использования. Например, имея в виду Mg, как в примере пункта 2 выше, можно использовать MgSOSub4/Sub или Mg (NOSub3/Sub) sub2/sub. Решение будет принято с учетом сопутствующего вклада сульфата или нитрата.

   4.4.6 Сравнение гидропонной и аквапонной продукции

   В течение своего жизненного цикла растения нуждаются в нескольких основных макро- и микроэлементах для регулярного развития (бор, кальций, углерод, хлор, медь, водород, железо, магний, марганец, молибден, азот, кислород, фосфор, калий, сера, цинк), обычно поглощаемые питательным раствором (Bittsanszky et сол. 2016). Концентрация и соотношение питательных веществ среди них являются наиболее важными переменными, способными влиять на поглощение растений. В системах ЗС отходы метаболизма рыбы содержат питательные вещества для растений, однако следует учитывать, особенно в коммерческих масштабах, что концентрации питательных веществ, поставляемых рыбой в системах ЗС, значительно ниже и несбалансированны для большинства питательных веществ по сравнению с гидропонными системами (Nicoletto et al. 2018). Как правило, в АП с соответствующими темпами вылова рыбы уровни нитратов достаточны для хорошего роста растений, в то время как уровни К и Р, как правило, недостаточны для максимального роста растений. Кроме того, кальций и железо также могут быть ограничены. Это может привести к снижению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, и поэтому необходимо обеспечить интеграцию питательных веществ в целях содействия эффективному повторному использованию питательных веществ. Микробные сообщества играют решающую роль в динамике питательных веществ систем АП (Schmautz et al. 2017), превращая аммоний в нитрат, а также способствуя переработке твердых частиц и растворенных отходов в системе (Bittsanszky et al. 2016). Усвоение N и P растениями представляет собой лишь часть количества, удаляемого из воды (Trang and Brix 2014), что указывает на то, что микробные процессы в корневой зоне растений и в субстрате (при наличии) и во всей системе играют важную роль.

   Состав кормов для рыб зависит от типа рыбы, и это влияет на высвобождение питательных веществ от метаболического выхода рыбы. Как правило, рыбный корм содержит источник энергии (углеводы и/или липиды), незаменимые аминокислоты, витамины, а также другие органические молекулы, необходимые для нормального обмена веществ, но некоторые из которых клетки рыбы не могут синтезировать. Кроме того, следует учитывать, что потребности растений в питании варьируются в зависимости от видов (Nozzi et al. 2018), разновидности, жизненного цикла, продолжительности дня и погодных условий и что недавно (Parent et al. 2013; Baxter 2015) закон Liebig (рост растений контролируется самым скудным ресурсом) были заменены сложными алгоритмами, которые учитывают взаимодействие между отдельными питательными веществами. Оба этих аспекта не позволяют просто оценить последствия изменения концентраций питательных веществ в гидропонных системах или системах АП.

   Таким образом, возникает вопрос о том, необходимо ли и эффективно добавлять питательные вещества в системы АП. Как сообщает Bittsanszky et al. (2016), системы АП могут эксплуатироваться эффективно и, таким образом, успешно, если особое внимание будет уделяться непрерывному мониторингу химического состава рециркулирующей воды на предмет адекватных концентраций и соотношений питательных веществ и потенциально токсичного компонента, аммония. Необходимость добавления питательных веществ зависит от вида растений и стадии роста. Часто, хотя плотность рыб является оптимальной для подачи азота, следует, по крайней мере, добавлять P и K минеральными удобрениями (Nicoletto et al. 2018). В отличие от, например, салата, помидоры, которые должны приносить плоды, созревают и созревают, нуждаются в дополнительных питательных веществах. Для того, чтобы рассчитать эти потребности, можно использовать программное обеспечение, например HydroBuddy, которое является свободным программным обеспечением (Fernandez 2016), которое используется для расчета количества необходимых минеральных питательных добавок.

5. 4.5 Дезинфекция рециркулирующего питательного раствора

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Для минимизации риска распространения почвенных патогенов необходима дезинфекция циркулирующего раствора питательных веществ (Postma et al. 2008). Первым методом была термическая обработка (Runia et al. 1988). Van Os (2009) сделал обзор наиболее важных методов и резюме приводится ниже. Рециркулирование питательного раствора открывает возможности для экономии воды и удобрений (Van Os 1999). Большим недостатком рециркуляции питательного раствора является растущий риск распространения корневых патогенов по всей производственной системе. Чтобы свести к минимуму такие риски, решение следует обработать перед повторным использованием. Использование пестицидов для такой обработки ограничено, поскольку эффективные пестициды доступны не для всех таких патогенов, и, если таковые имеются, может появиться резистентность, а экологическое законодательство ограничивает сброс воды с пестицидами (и питательными веществами) в окружающую среду (Европейский парламент и Европейский совет 2000). Кроме того, в системах АП использование пестицидов оказывает негативное воздействие на здоровье рыб и не может быть осуществлено даже в том случае, если гидропонная и АП части системы находятся в разных помещениях, поскольку распыление химических веществ может попадать в питательный раствор с помощью конденсационной воды или прямого распыления на подложку плиты. В связи с этим для борьбы с болезнями вредителей может быть принят подход к биологическому контролю, доступ к которому можно получить через Информационный бюллетень Центра аквапоники ЕС (Центр аквапоники ЕС). В то же время подобные проблемы могут наблюдаться и при обработке рыбы с использованием ветеринарных препаратов, несовместимых с циклом растений.

   4.5.1 Описание методов дезинфекции

   Дезинфекция циркулирующего раствора питательных веществ должна проходить непрерывно. Весь возвращенный дренаж (10—12 ч в дневное время) должен быть обработан в течение 24 часов. Для теплицы объемом 1000 мсуп2/суп в культивировании субстрата (каменная вата, койра, перлит) необходима дезинфекционная способность примерно 1—3 мсуп3/сап в день, чтобы дезинфицировать требуемый избыток воды, составляющий 30% от капельной воды орошение растений томатов в течение 24 часов в летних условиях. Из-за переменной нормы возврата дренажной воды требуется достаточно большой водосборный резервуар для дренажной воды, в котором вода хранится до того, как она перекачивается в дезинфекционную установку. После дезинфекции требуется еще один резервуар для хранения чистой воды перед регулировкой EC и pH и смешиванием с новой водой для подачи на растения. Оба резервуара имеют средний размер 5 мсуп3/суп на 1000 мсуп2/суп. В питательной пленочной системе (NFT) ежедневно необходимо дезинфицировать около 10 мсуп3/сап в день. В целом считается, что такой потенциал неэкономичен для дезинфекции (Ruijs 1994). DFT требует аналогичного лечения. Это основная причина, по которой производственные установки NFT и DFT обычно не дезинфицируют питательный раствор. Дезинфекция осуществляется либо нехимическими, либо химическими методами следующим образом:

   4.5.1.1 Нехимические методы

   В целом эти методы не изменяют химического состава раствора и не образуют остатков:

   1. Тепловая обработка. Нагрев дренажной воды до температуры, достаточно высокой, чтобы искоренить бактерии и патогены, является самым надежным методом дезинфекции. Каждый тип организма имеет свою смертельную температуру. Неспорообразующие бактерии имеют летальные температуры от 40 до 60° C, грибы от 40 до 85° C, нематоды от 45 до 55° C и вирусы от 80 до 95° C (Runia et al. 1988) во время воздействия 10 с. Хотя это может показаться очень энергоемким, следует отметить, что энергия восстанавливается и повторно используется с теплообменниками. Наличие дешевого источника энергии имеет большее значение для практического применения.

   2. УФ радиация. Ультрафиолетовое излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны от 200 до 400 нм. Длины волн от 200 до 280 нм (UV-C), с оптимальным 254 нм, оказывают сильное убивающее воздействие на микроорганизмы, так как сводит к минимуму размножение цепочек ДНК. Разные уровни радиации необходимы для различных организмов, с тем чтобы достичь одинакового уровня эффективности. Runia (1995) рекомендует дозу, которая варьируется от 100 мДж смсуп-2/sup для устранения бактерий и грибов до 250 мДж смсуп-2/sup для устранения вирусов. Эти относительно высокие дозы необходимы для компенсации изменений мутности воды и изменений в проникновении энергии в раствор из-за низкой турбулентности вокруг УФ-лампы или вариаций выхода УФ-лампы. Zoschke et al. (2014) рассмотрели, что ультрафиолетовое излучение при 185 и 254 нм обеспечивает контроль и дезинфекцию органических загрязнителей воды. Более того, Moriarty et al. (2018) сообщили, что УФ-излучение эффективно инактивированных колиформ в системах АП.

   3. Фильтрация_. Фильтрация может использоваться для удаления любого нерастворенного материала из питательного раствора. Различные типы фильтров доступны в зависимости от диапазона размеров частиц. Фильтры быстрого песка часто используются для удаления крупных частиц из сточной воды перед добавлением, измерением и контролем EC, рН и внесением новых удобрений. После прохождения установки удобрений часто в поток воды встраивается мелкодисперсный синтетический фильтр (50—80 мкм) для удаления нерастворенных солей удобрений или осадок, чтобы избежать засорения оросительных капельниц. Эти синтетические фильтры также используются в качестве предварительной обработки для методов дезинфекции с термообработкой, озоновой обработкой или УФ-излучением. При уменьшении размера пор фильтрации поток тормозится, так что удаление очень мелких частиц требует сочетания адекватных фильтров и высокого давления с последующей частой очисткой фильтра (фильтров). Удаление патогенов требует относительно небольших размеров пор (\ 10 мкм; так называемая микро-, ультра- или нанофильтрация).

   4.5.1.2 Химические методы

   1. _Озон (O<sub3/sub) _. Озон производится из сухого воздуха и электричества с помощью озонегенератора (преобразование 3OSub2/Sub → 2OSub3/Sub). Обогащенный озоном воздух впрыскивается в воду, которая очищается и хранится в течение 1 часа. Runia (1995) пришла к выводу о том, что для устранения всех патогенов, включая вирусы, достаточно подачи озона 10 г в час в час на дренажную воду msup3/sup со временем воздействия 1 ч достаточно. Снижение микробных популяций в овощной продукции в безпочных системах, управляемых озоном, было также отмечено Nicoletto et al. (2017). Следует избегать воздействия озона на человека, который выходит из системы или резервуаров для хранения, поскольку даже короткое время воздействия концентрации 0,1 мг LSP-1/SUP озона может вызвать раздражение слизистых оболочек. Недостатком использования озона является то, что он реагирует с железным хелатом, как УФ. Следовательно, необходимы более высокие дозы железа, и необходимо принять меры по борьбе с залежами железа в системе. Недавние исследования (Van Os 2017) с современными установками по озону выглядят многообещающими, где достигается полная ликвидация патогенов и разрушение остающихся пестицидов без проблем с безопасностью.

   2. Перекись водорода (HSub2/Sub2/Sub) _. Перекись водорода является сильным, нестабильным окислителем, который реагирует на образование HSub2/subo и O- радикалов. Для стабилизации исходного раствора и повышения эффективности в растворе добавляются так называемые активаторы. Активаторы в основном муравьиная кислота или уксусная кислота, которые уменьшают рН в питательном растворе. Рекомендуются различные дозы (Runia 1995) против Pythium spp. (0,005%), других грибов (0,01%), таких как Fusarium, и вирусов (0,05%). Концентрация 0,05% также вредна для корней растений. Пероксид водорода особенно полезен для очистки системы полива, в то время как использование для дезинфекции было принято другими методами. Метод считается недорогим, но неэффективным.

   3. Гипохлорит натрия (NaOCl) _. Гипохлорит натрия представляет собой соединение, имеющее различные коммерческие названия (например, бытовые отбеливатели) с различной концентрацией, но с одной и той же химической структурой (NaOCl). Он широко используется для очистки воды, особенно в бассейнах. Продукт относительно недорого. При добавлении в воду гипохлорит натрия разлагается до HoCl и NaOH и в зависимости от pH до OCLSup-/SUP; последний разлагается до Cl и Osup. /sup для сильного окисления. Он непосредственно реагирует с любым органическим веществом, и если гипохлорита достаточно, он также реагирует с патогенами. Le Quillec et al. (2003) показали, что устойчивость гипохлорита зависит от климатических условий и связанных с ними реакций разложения. Высокие температуры и контакт с воздухом вызывают быстрое разложение, при котором NacloSub3/Sub образуется с фитотоксическими свойствами. Руния (1995) показала, что гипохлорит не эффективен для устранения вирусов. Хлорирование с концентрацией 1—5 мг Cl LSup-1/SUp и временем воздействия 2 ч позволило сократить на 90— 99,9% Fusarium oxysporum, но некоторые споры сохранились при всех концентрациях. Для безопасного хранения и обработки должны быть приняты меры безопасности. Гипохлорит может работать против ряда патогенов, но не всех, но в то же время концентрация NASUP+/SUP и CLSUP-/SUP увеличивается в закрытой системе выращивания, что также приведет к уровням, которые снижают продуктивность урожая и в то время необходимо выщелачивать питательный раствор. Несмотря на вышеупомянутые недостатки, продукт используется и рекомендован коммерческими операторами в качестве дешевого и полезного метода.

   4.5.2 Химические и нехимические методы

   Производители предпочитают методы дезинфекции с отличной производительностью в сочетании с низкими затратами. Хорошую производительность можно описать путем устранения патогенов с уменьшением на 99,9% (или редукцией журнала 3) в сочетании с четким, понятным и контролируемым процессом. Низкие затраты предпочтительно сочетаются с низкими инвестициями, низкими затратами на техническое обслуживание и отсутствием необходимости в том, чтобы производитель выполнял функции специалиста лаборатории. Термическая обработка, УФ-излучение и обработка озона показывают хорошую производительность. Вместе с тем инвестиции в обработку озона весьма высоки, что приводит к высоким ежегодным расходам. Термообработка и УФ-излучение также имеют высокие годовые затраты, но инвестиции ниже, в то время как процесс устранения легко контролировать. Последние два метода наиболее популярны среди производителей, особенно в питомниках площадью более 1 или 2 га. Медленная фильтрация песка менее совершенна по производительности, но имеет значительно более низкие годовые затраты. Этот метод может быть рекомендован производителям менее 1 га и производителям с более низким инвестиционным капиталом, поскольку песочные фильтры могут быть построены самими производителями. Гипохлорит натрия и перекись водорода также являются дешевыми методами, но производительность недостаточна для устранения всех патогенов. Кроме того, это биоцид, а не пестицид, что означает по закону, в ЕС по крайней мере юридически запрещено использовать его для устранения патогенов.

   4.5.3 Биообработка и предварительная обработка

   Методы дезинфекции не очень селективны между патогенами и другим органическим материалом в растворе. Поэтому предварительная обработка раствора (фильтры быстрого песка или механические фильтры 50—80 мкм) перед дезинфекцией рекомендуется при термической обработке, ультрафиолетовом излучении и обработке озоном. Если после дезинфекции остатки химических методов остаются в воде, они могут реагировать с биопленками, образовавшимися в трубопроводных линиях систем полива. Если биопленка будет выпущена из стенок труб, они будут транспортироваться в капельницы и вызывать засорение. Для очистки трубопроводов и оборудования в основном используются несколько методов окисления (гипохлорит натрия, перекись водорода с активаторами, диоксид хлора), что создает особый риск засорения капельниц с течением времени.