Изучение оптимальных условий выращивания томатов на аэропонике



В статье автор рассказывает о проблемах выращивания томатов на установке аэропоника и подбирает условия оптимального выращивания томатов на установке «аэропоника».

Ключевые слова: томаты, аэропоника, выращивание овощей.

Томаты рекомендуют для ежедневного употребления, как один из самых полезных овощей, причем помимо пищевого значения, их плоды можно использовать даже для профилактики и лечения некоторых болезней [5]. Например, годовая медицинская норма на одного человека тепличных томатов — 5 кг, а ежегодное потребление томатов на одного жителя России вместе с томатами, выращенными на полях и в садах — около 11–14 кг [1]. Не смотря на высокую популярность, пользу и востребованность культуры томатов, только 25 % площадей закрытого грунта на предприятиях агропромышленного комплекса занято их возделыванием [7]. В регионах, где возделывание томатов в открытом грунте затрудняется погодно-климатическими условиями, свежие овощи приходится привозить, что влияет на цену. Сочный плод томатов (ягода) легко повреждается при тряске, перекладывании и подмораживании во время транспортировки, появляется выбраковка товара, поскольку он должен соответствовать установленным показателям качества [4]. Рациональнее всего в регионах с суровым климатом использовать для производства томатов защищенный грунт и выращивание в искусственных условиях [11]. Это удешевляет товар, так как снижает затраты на логистику.

На Урале одним из крупнейших производителей свежих овощей и зелени является холдинг «УГМК АГРО», они имеют высокопроизводительные теплицы пятого поколения [8, 14]. Их преимущества в том, что установлена автоматизированная система климат контроля Ultima Clima, которая имеет ограниченный воздухообмен внутреннего воздуха с наружным, а также энергосберегающие системы освещения. Эти теплицы покрывают до 40 % потребность жителей региона в тепличных овощах [14]. Судя по материалам СМИ [8], в теплицах для выращивания в качестве субстрата используются маты из стекловолокна. Преимущества этого субстрата: легкий, прочный, относительно недорогой, водостойкий, не подвержен коррозии. Недостатки: легко покрывается сине-зелеными водорослями, при работе необходима осторожность, так как материал крошится и может вызвать раздражение кожи, глаз или дыхательных путей. Но самый главный недостаток стекловолокна — его практически невозможно утилизировать, станции перевалки и центры переработки не примут его, а также его нельзя утилизировать как простые твёрдые бытовые отходы [15].

Один из перспективных современных направлений выращивания овощей в искусственных условиях является аэропонный способ, который не предусматривает наличие субстрата вообще. Именно поэтому, нет затрат на мероприятия по его замене и утилизации — одно из преимуществ этой технологии [6, 10]. Экспериментальные промышленные аэропонные установки уже апробируются для выращивания томатов, например, технология «Фитопирамида». Ученые отмечают, что для такого возделывания нужно подбирать в экспериментальных условиях подходящий сорт и разрабатывать режим питания, поскольку на различных этапах развития помидоры нуждаются в специфических соотношениях основных элементов и микроэлементов [2, 6, 9], также нужно следить за уровнем ph и электропроводностью раствора, поскольку от них зависит доступность элементов питания [13, 16].

В эксперименте использовался томат сорта «Джина». Томат данного сорта был выбран в связи с его характеристиками, такими как он имеет среднеранний период созревания плодов и ограниченный рост. Краткое описание томата сорта «Джина»: сорт среднеранний, первые плоды созревают через 110−120 дней после появления всходов. Куст детерминантный (низкорослый), раскидистый, рост ограничивается на высоте 50−60 см. Они довольно крупные, их вес 200−250 г (отдельные плоды до 300 г). Выращивать сорт можно и в открытом грунте, и в теплице [12].

В нашей работе были использованы установки ECOBOX и Замкнутая агроаэросистема с контролируемыми условиями роста (аэропоника)

1 этап (1–14 день). Комнатные условия. 14 семян были высеяны в мини-парник на кокосовый субстрат. Влажность при выращивании составила 75 %, температура воздуха варьировала от 14 до 25°C, освещение 400–1000 люкс. Далее на 14 день томаты были распикированы в технологические контейнеры с кокосовым субстратом.

2 этап (14–49 день). ECOBOX. Доращивание рассады проходило в специальных установках, где было выставлено искусственное освещение мощностью 8450 люкс и 12-часовой световой день, влажность составляла 60–70 %, температура воздуха варьировала от 20 до 25°C, уровень ФАР составил 117 ммоль/см2*с. На 14, 21 день было приготовлено из концентратов GHE Flora series удобрение и проведена подкормка томатов (комбинация для роста). Единожды на 35 день использовалось удобрение «Здравень турбо» для подкормки согласно инструкции.

3 этап (49–112 день). Аэропоника . На третьем этапе томаты были извлечены из кокосового субстрата, их корни отмыты в воде. Потом растения были установлены в ячейки на аэропонику. Чтобы их стебли не проваливались, мы использовали небольшие кусочки биогубки. Влажность в помещении во время этапа составила 50–69 %, температура воздуха варьировала от 23 до 25 °C, использовалось естественное освещение с досветкой (8.00- 10.00, 18.00–20.00) мощностью 9500–20000, уровень ФАР составил 145–300 ммоль/см2*с. Был выбран режим полива: 5 минут орошения через каждые 15 минут перерыва. В установке использовалось 60 л. раствора. Раствор в установке менялся раз в 2 недели. Удобрения вносились с периодичностью раз в неделю.

Рис. 1. Выращивание томатов в условиях аэропоники (замкнутая агроаэросистема с контролируемыми условиями роста)

После разведения концентратов измерялся уровень ph и электропроводность раствора с помощью портативных датчиков, а также корректировали ph до уровня 6,0 с помощью составов для повышения и понижения уровня (PH Up, PH Down GHE).

В ходе проведения опыта, было установлено, что всхожесть семян томата сорта «Джина» составила 71,4 % (Взошло 10 из 14 семян). Норма для репродукционных семян согласно ГОСТ не менее 65 % [3]. Это говорит об использовании семян хорошего качества.

Также было установлено, что выживаемость сеянцев томата сорта «Джина» на аэропонике 90 % (Из 10 выращенных образцов рассады 9 достигли цветения и плодоношения), причем от посева до цветения сорту требуется не менее 105 дней.

Рис. 2. Результаты выращивания томатов с помощью аэропонной установки

На рис. 3 представлен анализ скорости роста рассады томатов в установке ECOBOX. Это маленькая учебная замкнутая экосистема для опытов по выращиванию зелени с контролируемым уровнем освещенности и проветривания, световым днем и возможностью использовать фитильный полив [17]. При выбранных нами условиях, томаты развивались достаточно стремительно (почти линейная скорость роста побега и количества листьев). Далее при переносе на аэропонику, картина изменилась (рис. 4).

Рис. 3. Динамика роста томата

Рис. 4 Динамика развития корней, листьев, при выращивании в ECOBOX листьев, побегов при выращивании. на аэропонике

После 56 дня количество настоящих листьев и высота побегов начали уменьшаться. Это связано с нашими действиями. Для ускорения образования корней была проведена пинцировка, заглубление корневой шейки и обрезка нижних листьев. Предпринятые действия оказались эффективны и корни усилили свой рост.

В ходе возделывания на аэропоники томатов, на 63 день были отмечены следующие проблемы: опадение завязей, подсыхание листьев со стороны радиатора отопления, подсыхание кончиков листьев, фиолетовый цвет с нижней стороны листа и стеблей. Эти признаки сигнализировали о наличии дисбаланса в питательных веществах. С помощью литературы диагностированы болезни питания [2, 9, 13]. Таблица 1.

Таким образом, основной трудностью при выращивании томатов на аэропонике, является организация подкормок: при несвоевременной смене питательного раствора проявляется дефицит бора, фосфора, калия. Для ликвидации дефицита элементов мною подобран режим внесения удобрения GHE Flora series — еженедельно, с обязательной сменой всей баковой смеси, также возможно компенсировать недостаток элементов питания с помощью внекорневых подкормок.

Таблица 1

Болезнь питания	Наблюдаемые признаки	Внешний вид
Недостаток бора	Опадение и недоразвитие завязей
Нехватка калия	усыхание на кончиках листьев
Недостаток фосфата	стебли становятся фиолетовыми
Сухость воздуха	засыхание и сворачивание листьев

Также в завершении эксперимента были взвешены все полученные томаты за время их созревания. Общая масса плодов составила 4,5 кг. и была измерена с помощью нитрат тестера. Максимальная ПДН для томата составляет 300 мг/кг, в наших полученных плодах количество нитратов в 10 раз меньше, что говорит о высоком качестве полученного продукта

Заключение

Мы считаем, что эксперимент прошёл удачно несмотря на возникающие проблемы в его проведении. Эксперимент позволил вынести много новой для нас информации. Помог понять, есть ли смысл возделывания томатов в данных условиях. Безусловно, требуется еще много работы для разработки полноценной технологии и экономики проекта, однако на данном этапе можно сделать следующие выводы:

1) Темпы развития томатов «Джина» в искусственных условиях соответствуют заявленным производителем темпам;

2) Выращивание томатов с помощью аэропоники возможно при строгом соблюдении оптимальных условий для их питания.

3) Рекомендации по производству:

1. Для получения здоровой рассады в условиях установки Экобокс подходит кокосовый субстрат и еженедельные подкормки комплексного минерального удобрения GHE Flora series;
2. При адаптации томатов на аэропонике для ускорения развития корневой системы эффективно использовать пинцировку, заглубление корневой шейки и обрезку листьев;
3. Для формирования плодов у томата сорта «Джина» подходит 12-часовой световой день с подсветкой;
4. При выращивании томатов на аэропонике необходимо обеспечить смену раствора не реже 1 раза в две недели;
5. Проводить своевременное пасынкование и удаление нижних листьев у томатов;
6. В период цветения и плодоношения в дополнение к основному удобрению GHE Flora series проводить дополнительные подкормки для обеспечения усиленной потребности в боре, фосфоре и калии;
7. Нужно беречь взрослые растения от избыточной сухости воздуха.

В заключении отметим, что проект по выращиванию томатов можно развивать и дальше. Для этого предлагаем не использовать стекловолокно в качестве субстрата для промышленного возделывания томатов, поскольку утилизация этого субстрата после использования представляет большую проблему, а захоронение таких отходов вредит окружающей среде.

Мы планируем продолжить свои эксперименты по разработке оптимальной технологии выращивания томатов на аэропонике с учетом их высоких требований к составам питательных растворов в зависимости от фазы развития, сделать диагностику отклонений по питанию и корректировку режима подачи концентратов автоматизированными. А также придумать промышленную установку для удешевления производства томатов и обеспечения населения этим полезным овощем даже там, где круглый год холодно.

Литература:

1. Антонов С. Сколько свежих овощей и фруктов едят россияне // Тинькофф журнал 28.10.2021 [Электронный ресурс]. URL: ttps://journal.tinkoff.ru/400g/ (дата обращения: 29.01.2023).
2. Горный В. Минеральное питание томатов: роль отдельных элементов в разные фенофазы // Навигатор. Овощеводство. С.16–17. [Электронный ресурс]. URL: https://kisson-agro.com.ua/templates/images/medias/eba9d92aa4f6f9d98130e1d849fb5bfc_1596806289.pdf
3. ГОСТ 32592–2013 Семена овощных, бахчевых культур, кормовых корнеплодов и кормовой капусты. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. (действует с 01.07.2015).
4. ГОСТ 34298–2017 Томаты свежие. Технические условия. (действует с 01.07.2019)
5. Ефремов Д. П., Жаркова И. М., Плотникова И. В., Иванчиков Д. В., Гизатова Н. В. Томаты: основные направления использования в пищевой промышленности (обзор) // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. No 1. С. 181–195. [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tomaty-osnovnye-napravleniya-ispolzovaniya-v-pischevoy-promyshlennosti-obzor (дата обращения: 29.01.2023).
6. Изучение элементов технологии выращивания томата в условиях субирригационной аэропоники в установке «Фитопирамида» / Х. К. Фаравн, В. И. Леунов, Р. Р. Усманов, Т. А. Терешонкова, В. С. Голубович, М. Н. М. Аль-Рукаби // Картофель и овощи. 2020. № 12. С. 8–11. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.25630/PAV.2020.55.99.001 (дата обращения: 29.01.2023).
7. Марьина Т. Тепличная пятилетка. Российским овощеводам удалось вывести отрасль на новый уровень // Санкт-Петербургские ведомости 21.12.2022 [Электронный ресурс]. URL: https://spbvedomosti.ru/news/country_and_world/teplichnaya-pyatiletka-rossiyskim-ovoshchevodam-udalos-vyvesti-otrasl-na-novyy-uroven/ (дата обращения: 29.01.2023).
8. Наша экскурсия в инновационный тепличный комплекс УГМК-АГРО [Электронный ресурс]. URL: https://youtu.be/zbpH8xNHr78 (дата обращения: 29.01.2023).
9. Питательные растворы для выращивания томата [Электронный ресурс]. URL: https://gidroponika.com/content/view/154/119/ (дата обращения: 29.01.2023).
10. Потехин В. Аэропоника, описание, преимущества, оборудование 11.12.16. [Электронный ресурс]. URL: https://втораяиндустриализация.рф/aeroponika/ (дата обращения: 29.01.2023).
11. Российский рынок овощей закрытого грунта: состояние и перспективы [Электронный ресурс]. URL: https://specagro.ru/sites/default/files/2020–12/teplichnye-kompleksy-rossii-i-sng.pdf (дата обращения: 29.01.2023).
12. Сорт томата Джина [Электронный ресурс]. URL: http://sortoved.ru/tomat-pomidor/sort-tomata-dzhina.html (дата обращения: 29.01.2023).
13. Томаты на аэропонике — гроурепорт [Электронный ресурс]. URL: https://www.gidroponika.su/gidroponika-svoimi-rukami.html/myopit/130-gidroponika- tomaty.html (дата обращения: 29.01.2023).
14. УГМК-Агро запустила вторую очередь инновационных теплиц [Электронный ресурс]. URL: https://www.uralweb.ru/news/business/497274-ugmk-agro-zapustila-vtoruyu-ochered-innovacionnyh-teplic.html (дата обращения: 29.01.2023).
15. Утилизация стеклопластика [Электронный ресурс]. URL: https://greenteam.su/utilizaciya-tverdyh-bytovyh-othodov/utilizatsiya-stekloplastika.html (дата обращения: 29.01.2023).
16. Dyśko, J., Kowalczyk, W., & Kaniszewski, stanisław. (2009). The Influence of pH of Nutrient Solution On Yield and Nutritional Status of Tomato Plants Grown in Soilless Culture System. Vegetable Crops Research Bulletin, 70(1). doi:10.2478/v10032–009- 0006y
17. Ecobox [Электронный ресурс]. URL: https://agroaspectplus.ru/ecobox (дата обращения: 29.01.2023).
18. GHE Flora series [Электронный ресурс]. URL: https://growrow.ru/floratripartghe (дата обращения: 29.01.2023).