Управление влажностью и ЕС субстрата при выращивании растений по малообъемной технологии

1 января 2014

Подробно рассмотрены факторы, которые необходимо учитывать при разработке стратегии поливов и настройке управляющего климат-компьютера. На примере полива взрослых растений в весенне-летний период показано, как с помощью измерительных приборов, таких как измеритель влажности «Гродан» WCM, и созданных климат-компьютером графиков принять правильные агротехнические решения и избежать ошибок.

Прибор для измерения EC/T °С/RH в субстратах WCM-Control (GRODAN)

С помощью прибора WCM измеряют абсолютную влажность (RH), электропроводность (ЕС) и температуру минераловатного субстрата. Сенсоры датчика размещают в субстрате на расстоянии около 10 см от кубика с растением в направлении стока дренажа. Они регистрируют среднее значение влажности (WC) и ЕС по всей высоте субстрата. Информация, которую агрономы получают, используя WCM, неоценима для точной настройки контролирующего оборудования, обеспечивающего выполнение программы поливов.

Динамика влажности субстрата и ЕС в течение суток

Прежде чем углубится в детали настройки программы полива, необходимо описать ключевые особенности графика, который воспроизводит WCM. По состоянию увлажнения корнеобитаемой среды в течение суток можно выделить 3 фазы в соответствии с прямой реакцией растений на полив (рис. 1).

2024-05-31 GRDN 79
Рис. 1. Динамика влажности и ЕС субстрата

Фаза 1 начинается с первого полива и длится до появления первого дренажа. Начало транспирации растений можно отследить по изменению угла наклона линии влажности субстрата, это происходит с восходом солнца. Фаза характеризуется постепенным увеличением содержания влаги в субстрате. В этот период ЕС возрастает, поскольку соли, оседающие из раствора в ночное время, повторно растворяются.

Фаза 2 характеризуется стабильной влажностью субстрата и снижением в нем ЕС, так как появляется дренаж. В этот период приход солнечной радиации обычно достигает пика.

Фаза 3 начинается с последнего полива и продолжается до первого полива следующего дня; характеризуется снижением влажности субстрата и увеличением ЕС.

Посредством управления временем начала и окончания поливов, объемом питательного раствора на один полив и частотой поливов агроном имеет возможность корректировать уровень влажности субстрата и ЕС в течение суток в соответствии с периодом развития культуры и самого растения (табл.1).

Таблица 1. Влияние поливного режима на развитие растений

Поливной режим	Влияние на развитие растения
Поливной режим	генеративное	вегетативное
Время начала	позже	раньше
Время окончания	раньше	позже
Продолжительность полива	больше	меньше
Частота поливов	ниже	выше

Настройка программы поливов

2024-05-31 GRDN 80

Для простоты понимания возьмем стратегию полива, типичную для развития культуры в весенне-летнем обороте. В 6-фазной модели «Гродан» это фазы 4 и 5, когда корневая система растений находится в стабильных условиях по уровню влажности и ЕС, которые при постоянном контроле способствуют однородному приросту культуры, максимальной реализации потенциала продуктивности и высокому качеству плодов в летний период.

Время начала полива

Золотое правило гласит: сначала транспирация, затем ирригация. Оно помогает добиться высокого качества плодов: избежать их неравномерной окраски, радиального и концентрического растрескивания. Полив следует начинать через 1-2 ч после восхода солнца (табл. 2).

Таблица 2. Время начала поливов в зависимости от восхода солнца

Первый полив после восхода солнца	Время начала поливов в зависимости от восхода солнца и увеличения активности растений
Через 1 ч или раньше	рано
1-2 ч	стандарт
2-4 ч	поздно

Использование установки «время после восхода солнца» для начала первого полива является нормальным, если погодные условия стабильны изо дня в день. Однако при изменчивой погоде, особенно весной, указанное время начала полива может быть слишком поздним, если день ясный, либо слишком ранним — в пасмурный день, что может привести к неустойчивой влажности и ЕС в субстрате (см. рис. 2 а, б). На графике синей линией показана влажность субстрата, красной — ЕС и зеленой — приход солнечной радиации за 6 дней. Время начала полива было зафиксировано в 8:30 утра, приблизительно через 2 ч после восхода солнца. Можно видеть (рис. 2а), что в течение трех дней с низким уровнем радиации уровень ЕС в субстрате остается стабильным — приблизительно 3,3 мСм/см. Однако в последующие три дня с высоким уровнем радиации уровень ЕС поднялся до 4,0 мСм/см, в то время как первый дренаж появился слишком поздно (рис. 2б). Если программа полива, в первую очередь время начала полива, не отрегулированы для солнечных дней, то в конечном результате ЕС в мате будет повышаться, что с большой степенью вероятности может привести к появлению вершинной гнили плодов и в итоге скажется на доходах производителя.

Рис. 2. Изменение влажности, ЕС субстрата и солнечной радиации в течение трех суток на даты: а — 27-30.04, б — 29.04-02.05

2024-05-31 GRDN 81

Из примера ясно, что установленное время начала полива — 8:30 утра — должно быть оптимизировано в зависимости от погоды. Это делают с помощью климат-компьютера. Как именно — покажем на примере настроек компьютера Priva Integro, наиболее популярного в теплицах всего мира. Однако алгоритм и принцип введения установок подойдет и для любого другого климат-компьютера. Priva Integro позволяет выделить 6 различных периодов поливного режима в течение суток. В тепличной практике не всегда требуется использование всех 6 периодов, но мы рассмотрим именно такой, наиболее полный вариант.

Период 1. Основан на реальных примерах, показанных на графиках 2а и 2б. Как видно из графика, полив можно начинать через 1 ч после восхода солнца (табл. 3), но только в том случае, если день солнечный. Разовая поливная норма при накоплении солнечной радиации 80 Дж/см2 составляет 320 мл/м2. Минимальный перерыв установлен в 30 мин, так как интенсивность света в солнечные дни увеличивается быстро и к тому же мы, например, не хотим давать слишком много воды в этот период. На практике эта установка означает, что если даже 80 Дж/см2 радиации накопится за 25 мин, следующий полив не начнется, пока не истекут эти полчаса. В этот период нет максимального перерыва по времени. При установке максимального перерыва — 7 ч — компьютер не даст команду начинать полив. В пасмурный день такая установка избавит от потенциальных проблем с качеством плодов (неравномерная окраска, радиальное растрескивание и др.).

Таблица 3. Оптимизация времени начала поливов по транспирации растений с учетом изменений погоды в весенне-летний период

Показатель	Период
Показатель	1	2	3
Время начала поливов	07:00	08:30	10:30
Начальная доза, мл/м²	320	320
Минимальный перерыв, мин	30	30
Максимальный перерыв, мин		40
Сумма радиации, Дж/см²		80	80

Период 2. Мы выбрали время 08:30 для начала этого периода по графикам (рис. 2). Это правильное время для более темного дня. Был установлен максимальный перерыв, чтобы компьютер запускал поливы в 8:30 и начинал очередной полив через каждые 40 мин, даже если суммарная солнечная радиация не позволяла начинать полив. В этот период на каждые 80 Дж/см2 световой энергии приходился объем поливного питательного раствора 320 мл/м2 (4,0 мл/Дж). Предположим, что в теплице объем субстрата 8,0 л/м2 (табл. 4), тогда мы в течение ночи снижаем влажность субстрата на 10% (рис. 2), что эквивалентно 800 мл/м2 потери содержания влаги из-за поглощения воды растением. В этом же примере, если предположить, что к 10:30 ч накопленная радиация равна 400 Дж/см2, что возможно в солнечный день (проверьте это на вашем компьютере), с поглощением воды на одно только испарение расходуется 2,0 мл/Дж. Это означает, что нужно дополнительно подать с поливом 800 мл/м2 (400 Дж/см2 х 2,0 мл/Дж). Таким образом, чтобы вернуть влажность субстрата на тот же дневной уровень, потребуется 800 мл воды, с учетом потерь за ночь и дополнительно 800 мл/м2 на увеличение транспирации к 10:30 ч (то есть 1,6 л/м2 к 400 Дж/см2, что равно 4,0 мл/Дж). Максимальный перерыв (40 мин) в этот период исключит возможность подачи большого количества воды в пасмурный день.

Таблица 4. Расчет объема субстрата на растение и единицу площади

Размер мата	100 х 20 х 7,5 см	Объем субстрата = 15,0 л
Число растений/мат	4,0	Объем субстрата на растение = 3,75 л
Плотность посадки, раст/м²	2,2	Объем субстрата на 1 м² = 8,25 л

Время первого дренажа

Мы можем также установить время, когда хотим получить первый дренаж. Обычно это происходит через 2-3 ч после первого полива (табл. 5).

Таблица 5. Время первого дренажа в зависимости от времени первого полива

Интервал между первым поливом и первым дренажом, ч	Время начала дренажа в зависимости от восхода солнца и увеличения транспирации
1-2	рано
2-3	стандарт
3-4	поздно

Период 3. Дренаж необходим, чтобы стабилизировать и обновить ЕС в субстрате в соответствии с требованиями ее дневного уровня. Это очень важно весной и летом, когда приход солнечной радиации достигает 400 Дж/см2, или 600 Вт/м2 (табл. 6). В результате у нас есть время (период 3), которое совпадает с ожиданием первого дренажа. С этого времени очень важно, чтобы ЕС оставалось под контролем, когда приход солнечной радиации самый высокий и стабильный.

Таблица 6. Время первого дренажа, стабильность уровня влажности и ЕС после полудня

Показатель	Период
Показатель	1	2	3	4
Начало поливов, ч	07:00	08:30	10:30	15:30
Начальная норма полива, мл/м²	320	320	210	210
Минимальный перерыв, мин	30	30	20 *	20 *
Максимальный перерыв, мин	---	40	50 *	70 *
Сумма радиации, Дж/см²	80	80	70	70

* Это время следует сократить, используя 50% влияния радиации в диапазоне 600-900 Вт/м², так, чтобы при высокой радиации проводить по 6 поливов в час, то есть использовать минимальное время перерыва между поливами. Максимальный объем воды, который можно применить летом в солнечные дни, не ограничивается

Что произойдет, если дренаж появится слишком поздно?

Если дренаж в солнечный день появится слишком поздно, в этой фазе развития растений ЕС будет повышаться. На графике 3 показан соответствующий пример компьютерной информации. Хотя первый полив начался в 8:00 ч (через 2 ч после восхода солнца), ЕС не снижалась до 12:00 ч. В результате ЕС значительно увеличивается в течение суток. Чтобы исправить эту ситуацию, агроному следует по утрам поливать большими дозами.

Рис. 3. ЕС в субстрате в солнечные дни, когда дренаж появился слишком поздно

2024-05-31 GRDN 83

Судя по графику, агроном при принятии решений слишком полагался на устройство, измеряющее объем дренажа. Дренаж появляется в 9:30 ч (синий квадрат) и агроном, вероятно, полагает, что стратегия утреннего полива правильна, но он не обращал внимания на кривую изменения ЕС. Помните: если все работает правильно, время дренажа и изменение ЕС в субстрате должны происходить синхронно.

После появления дренажа в 10:30 ч, дальнейшая задача состоит в том, чтобы поливать в соответствии с испарением. Основное эмпирическое правило при подаче питательного раствора: 3,0 мл/Дж; 2,0 мл на транспирацию и 1,0 мл на дренаж, при этом предполагается 30% выхода дренажа за сутки. Именно поэтому на каждые 70 Дж/см² поступающей энергии мы подаем 210 мл/м² раствора. Однако при низкой влажности наружного воздуха в сочетании с высокой температурой это значение может быть выше (3,5-4,0 мл/Дж). Но если в этот период используется затеняющий экран или система туманообразования, то значение может быть и ниже. Следует помнить, что приемы, которые вы выбираете, чтобы контролировать микроклимат не должны способствовать снижению транспирации. Они должны помогать растению адаптироваться к новым условиям. Поглощение воды все еще должно быть не меньше 2 мл/Дж.

В целом объем раствора на один полив в данное время суток должен быть меньше, но поливы должны происходить чаще, чем утром. Это препятствует «ложному дренажу» (выражение, которое используют для описания ситуации когда влажность субстрата падает, а ЕС поднимается в результате большого количества дренажа за цикл). На графике 4 изображен пример из практики.

Рис. 4. Нестабильность влажности и ЕС в результате «ложного дренажа»

2024-05-31 GRDN 84
Влажность снижается после полудня в результате большого выхода дренажа за поливной цикл, и в результате ЕС увеличивается. Пример показывает, что агроном попытался исправить ситуацию со снижением влажности субстрата ночным поливом, но решение было ошибочным.

Период 4. Он начинается в 15:30 ч, к этому времени ЕС должна быть стабильной и питание в субстрате обновлено. С понижением прихода солнечной радиации сумму полученной энергии увеличили до 95 Дж/см², используя тот же объем воды, но и сохраняя тот же объем дренажа в течение суток, чтобы он не был слишком высоким (табл. 6). Помните: этот альтернативный инструмент вы можете использовать только в случае крайней необходимости.

Время завершения поливов

Поливы следует завершать за 1-2 ч до захода солнца (табл. 7). Используя исключительно «время до захода солнца», чтобы завершить дневной график поливов правильно, если погодные условия остаются стабильными изо дня в день. Однако с изменчивой погодой, особенно весной, это может оказаться и слишком рано в солнечный день и, возможно, приведет к ухудшению состояния корневой системы растений. Климат-компьютер (рис. 4) позволяет оптимизировать время окончания полива, используя установки в периоде 5 и 6 (табл. 8).

Таблица 7. Время окончания суточного цикла поливов в зависимости от времени захода солнца

Время последнего полива, ч до заката	Оценка выбора времени
2:0-4:0	рано
1:0-2:0	стандарт
0:0-1:0	поздно

Таблица 8. Оптимизация времени окончания поливов в зависимости от транспирации растений с учетом изменчивости погодных условий весной и летом

Показатель	Период
Показатель	1	2	3	4	5	6
Время начала поливов, ч	07:00	08:30	10:30	15:30	17:30	21:00
Начальная норма полива, мл/м²	320	320	210	210	210	10
Минимальный перерыв, мин	30	30	20	20	20	24 ч 0 мин
Максимальный перерыв, мин	---	40	50	50	---	24 ч 0 мин
Сумма радиации, Дж/см²	80	80	70	85	85	---
Приход солнечной радиации					200 Вт/м²

Период 5. Начало в 17:30 ч. В компьютерных установках мы снова изменили максимальное время перерыва и установили параметры так, чтобы начинать полив при достижении двух условий: приход солнечной радиации должен быть 200 Вт/м², накопленная радиация с момента последнего полива для того, чтобы начать следующий полив, — 75 Дж/см². Это поможет избежать слишком позднего полива днем. Результат применения такой стратегии можно видеть на графике 5. Приход солнечной радиации очень переменчив в течение каждого из трех дней, но с установкой времени окончания поливов, в зависимости от активности растений, снижение влажности субстрата в течение ночи остается постоянным. Это помогает поддерживать в балансе вегетативный рост и генеративное развитие растений, от этого зависит однородность плодов по массе и активное состояние корневой системы.

Период 6. Начинается в 21:00 ч. Максимальное и минимальное время перерыва было установлено на 24 ч. На практике это означает, что полива не будет до периода 1 или 2 следующего дня. Помните: ночной полив это исключение, а отнюдь не норма. Ночной цикл следует давать только с учетом активности растений, это, как правило, совпадает с длительным использованием системы охлаждения «pad and fan» (вентилируемые водяные матрасы) или системы испарительного охлаждения, которые могут снизить температуру в теплице ночью.

Заключение

Цель данной статьи — продемонстрировать оптимальное управление влажностью корнеобитаемой среды в течение суток при выращивании растений по технологии малообъемной гидропоники, для чего предложена 6-фазная модель системы поливов «Гродан». Существует много способов, чтобы настроить климат-компьютер на оптимальный режим. Независимо от того, какой подход вы выбираете, постройте модельные графики (влажности, ЕС, прихода солнечной радиации) в климат-компьютере. Это даст необходимую информацию, на основе которой вы сможете принять правильное решение. Сосредоточьтесь на одном или двух днях, чтобы детализировать процесс, и на 7 или 10 днях, чтобы определить направление. Ищите ключевые механизмы в процессе, это необходимо для принятия правильного решения, если потребуются изменения.

Основные положения

Транспирация, затем ирригация.
Дренаж к моменту накопления энергии 400 Дж/см², или 600 Вт/м².
Первый дневной дренаж в соответствии с обновлением ЕС в субстрате.
Обновление и стабильность ЕС в соответствии с приходом солнечной радиации в течение пика солнечных часов.
Полив в соответствии с приходом солнечной радиации 3,0 мл/Дж после обеда, чтобы обеспечить стабильную влажность и контроль ЕС в мате.
Завершение поливов в зависимости от активности растений для стабильного снижения влажности в течение ночи.

Об авторах

Анди Лии, доктор наук, руководитель отдела по технологической поддержке компании GRODAN, Великобритания

Перевод: Юрий Ильвачев, кандидат с.-х. наук, технический консультант компании GRODAN, Россия

E-mail: info@grodan.nl