Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 19 июля, печатный экземпляр отправим 23 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Изучение оптимальных условий выращивания томатов на аэропонике

Научный руководитель
Биология
04.09.2023
209
Поделиться
Библиографическое описание
Садыков, А. И. Изучение оптимальных условий выращивания томатов на аэропонике / А. И. Садыков, О. А. Киселёва. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2023. — № 8 (71). — С. 74-79. — URL: https://moluch.ru/young/archive/71/3898/.


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.

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

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.

Результаты выращивания томатов с помощью аэропонной установки

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).

Динамика роста томата

Рис. 3. Динамика роста томата

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

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).
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
томаты
аэропоника
выращивание овощей

Молодой учёный