Минеральная вата

Минеральная вата появилась в 80-ые годы в Дании, к <онцу 90-х распространилась и в других странах. Минеральную вату стали эассматривать в качестве материала для корней, который мог бы свободно увлажняться и дренироваться, а также которым можно было бы управлять

для обеспечения оптимального соотношения между воздухом и водой в кор­невой зоне.

Благодаря усилиям и опыту фирмы "Гродания AG" — датской компании, которая первой стала использовать минеральную вату в качестве растениевод­ческого субстрата, минераловатные плиты вскоре были испытаны и утверди­лись по всей Европе для различных сельскохозяйственных культур. По мере успешного накопления опыта со все более увеличивающимся спектром культур и условий выращивания, производственные технологии приспосабливали как можно более точно к характеристикам минераловатных плит, идя навстречу требованиям овощеводов. Сначала появились так называемые плиты с вер­тикальным волокном, в которых ориентация структуры волокон была изменена для распространения некоторого количества воды, подаваемой на поверхность плиты, и для изменения ее водоудерживающих характеристик. Затем появились плиты с низкой плотностью, более экономичные и с немного меньшим соотно­шением воздуха и воды, но с более коротким эксплуатационным периодом. Недавно появились плиты с разной плотностью, позволяющие заказывать рас­пространение воды, ее сток и аэрацию по глубине плиты для удовлетворения требований определенных культур.

Минеральную вату, которую еще называют каменной ватой, производят из базальтовых горных пород или сходных с ними диабазов. Измельченную горную породу смешивают с коксом и смесь доводят до точки плавления при температуре 1600°С. Затем из расплавленного материала делают волокна. Дли­на и толщина волокон — важные факторы, определяющие физические ха­рактеристики конечного продукта. Расплавленная горная порода попадает на диски, ее комбинируют с добавками, включающими известняк, смачива­ющий агент и органический полимер, соединяющий волокна вместе для про­изводства плит. Полимеры обычно производят на основе фенола — матери­ала похожего на пластичный бакелит. Другие материалы добавляют для обес­печения поглощения воды, хотя водоотталкивающая форма (наиболее часто используемая в качестве изолирующего материала в стройматериалах) также используется в гранулированной форме, как составная часть компостных смесей или как материал, добавляемый в почву.

Все минераловатные плиты стандартной плотности, пригодные для ис­пользования, показали, что они сохраняют соответствующую структуру в те­чение 4-х лет или больше для одной культуры длительного выращивания, как розы, или выдерживают повторное использование по меньшей мере для трех однолетних культур со стерилизацией паром перед каждой новой куль­турой. Плиты с пониженной плотностью имеют более короткий эксплуата­ционный период, но даже их можно стерилизовать и постоянно использо­вать по меньшей мере еще раз, если они хорошего качества. В производстве в настоящее время используют минплиты с разными свойствами, различных торговых марок.

Два основных преимущества минеральной ваты — ее стерильность и спо­собность обеспечивать оптимальное соотношение воздуха и воды в корневой зоне, при соответствующем регулировании интенсивности полива.

Культура и субстрат всегда должны быть полностью изолированы от по­ла теплицы. Это обычно делается путем укладки полиэтиленовых полотен,

тканей, лотков на поверхность почвы. Если эти перекрытия расположены в небольших углублениях между каждой парой рядков культуры, любые стоки раствора или остаточные количества воды от орошения культуры будут уда­ляться с поверхности.

Даже если минеральные плиты установлены над полом в лотках или на стеллажах, покрытие пола все еще необходимо для предотвращения попада­ния на субстрат каких-либо болезнетворных для корней микроорганизмов. Чем дольше культура остается на своем месте, тем больше внимания следует уделять для изоляции пола. Перед тем, как покрыть пол теплицы необходи­мо провести выравнивание поверхности. Характеристики стоков для мине­ральной ваты таковы, что необходим только очень слабый уклон вдоль или поперек ширины каждой плиты во избежание бессточных областей внутри субстрата и для отведения нежелательного дренажного стока.

Основной особенностью минеральной ваты является то, что она позво­ляет удерживать регулируемое равновесие между воздухом и водой в струк­туре. Это значит, что культура никогда не будет страдать ни от водного стресса или иссушения или от подтопления, ни от кислородного голодания.

Минераловатная плита состоит только из 5 % объема волокон и 95 % прос­транства пор. Когда добавляют воду к минераловатной плите со свободным дренажем, он будет стекать до определенного уровня и оставлять воздух и воду без этого порозного пространства. Плита насыщенная до полной влагоемкое -ти, и получившая возможность свободного стока в основании останется с со­держанием воды около 65% и содержанием воздуха около 30%, хотя действи­тельные значения будут зависеть от таких факторов, как плотность волокон, высота плиты, направления волокон и наклона плиты. Таким образом, 10-литровая плита длиной 1 м будет получать более 6 л воды после орошения.

Воздух и вода распространяются в плите неравномерно. Очевидно, что большая часть воды будет в нижней части плиты, а больше воздуха — в верхней части при определенных условиях, сопровождающих каждый цикл орошения. Характер распространения воздуха и воды внутри плиты исполь­зуется культурой и позволяет ей развивать корневую систему по всей части общего объема, имеющего наилучший баланс для этой культуры. Многие культуры развивают более грубые корни, ищущие воду у основания плиты или вблизи него, а структуру тонких корней — выше. Если плотность воло­кон внутри плиты различается сверху вниз, распространение воздуха и воды внутри объема плиты можно в дальнейшем исправить.

Независимо от того, какой тип плит используется, масса корней у боль­шинства культур будет обнаружена внутри ограниченной части общего объ­ема плиты там, где условия для корневой системы оптимальны.

Минеральная вата имеет ряд преимуществ в сравнение с торфом:

— обладает высокой порозностью для воздуха и воды;

— поддерживает хорошее соотношение содержания воздуха и воды;

— химически инертна;

— структурно стабильна и имеет постоянство качества;

— не содержит патогенов;

— ее можно стерилизовать паром, химически и использовать повторно
несколько оборотов.

Ограниченный объем минераловатной плиты означает, что она имеет низкую буферную способность для воды, поэтому гидравлические свойства минеральной ваты являются важным фактором при оценке того, какой и даже имеется ли он — тот особый тип плит, который следует использовать в качестве растениеводческого субстрата.

Если культуру на минеральной вате увлажнять таким образом, чтобы она не содержала менее 15% воды, тогда культура никогда не будет страдать от не­достатка или избытка воды, если она имеет значительную и активную корневую систему. Если плиты имеют свободный сток у основания; культура никогда не будет страдать от подтопления потому, что при достаточном перерыве между циклами орошения минеральная вата будет снова содержать около 30% воздуха.

Так как минеральная вата в сравнении с другими материалами является субстратом для большинства растениеводческих культур, ее можно надежно использовать в качестве альтернативы почве, если доступно определенное оборудование. Возможно, наиболее важным является источник воды хоро­шего качества в достаточном количестве в соответствии с потребностями культуры в течение года. Необходимый объем воды в любое время является существенным, особенно в летние месяцы.

Вода, содержащая большое количество солей, не пригодна для почвен­ных культур, а для культур на минеральной вате это обычно гибельно. Даже в открытых для стока установках вода плохого качества делает затруднитель­ным управление выращиванием на минеральной вате.

Первой возможностью выбора, принимаемой во внимание, является дож­девая вода. Она не содержит нерастворимых солей, поэтому является иде­альной для использования на минеральной вате она одна либо в сочетании с водой из менее подходящего источника. Если вода хорошего качества недо­ступна, тогда следует рассмотреть возможность использования обработки воды для удаления нерастворимых солей.

Другим существенным требованием для минеральной ваты является спо­собность постоянно обеспечивать полный питательный раствор для культу­ры. В отличие от почвы, которая обычно обеспечивает основной источник питательных элементов, таких как кальций, фосфор и большинство из ос­новных микроэлементов, минеральная вата полностью инертна. Существует несколько способов приготовления и подачи правильно заданного питатель­ного раствора для культуры, начиная от относительно простых и негибких, состоящих из одного смесительного бака, и до устройств из нескольких сме­сительных баков под компьютерным управлением.

Растения выращивают в небольших изолированных объемах, часто толь­ко два или три на одной плите, поэтому важно знать, что каждая плита получает одинаковый объем питательного раствора при каждом поливе. Это­го нелегко достичь, особенно, если применяемые объемы достаточно низкие и могут составлять до 50 мл/растение за 1 цикл полива. Правильный норми­руемый полив и эксплуатация системы орошения являются основным фак­тором для успешного выращивания на минеральной вате.

Недостатком минваты является необходимость многократных, особенно летом, циклов полива в течение дня, достигающих 20—25 циклов за день, что увеличивает нагрузку на системы капельного орошения.

6.3 ПЕРЛИТ

Перлит производят из вулканических алюмосиликатных горных пород, которые сначала измельчают, затем нагревают до температу­ры около 1000 °С. При такой температуре кристализованая вода, которая входит в структуру разрушаемой породы, переходит в газообразное состоя­ние и расширяет частицы, что похоже на воздушную кукурузу, и образуется очень легкая, насыщенная воздухом белая минеральная структура. Отдель­ные гранулы, размеры которых варьируют в пределах от пылеватых до около 6—7 мм с грубой неровной поверхностью, содержат наполненные воздухом полости. Как и большинство субстратов, используемых в настоящее время в растениеводстве, перлит первоначально разрабатывали для промышленных нужд. В данном случае в качестве легкого теплоизоляционного материала для промышленности стройматериалов. Перлит используют в растениевод­стве в течение многих лет, гораздо дольше, чем большинство других субстра­тов. В далеких 1960-х гг. он был популярной составной частью компостов для горшочков, особенно для торфоперлитных смесей разработанных в США. Он до сих пор широко используется в качестве составной части компостных смесей для горшочков, обычно в сочетании с торфом или вермикулитом.

Перлит очень легкий, его плотность в россыпи составляет около 100 кг/м³, или около одной двадцатой веса песка. Отдельные гранулы различаются по диаметру до 6 и более мм, но сорта, используемые в растениеводстве — агро-перлит, обычно бывают в диапазоне 2—5 мм. Важно, чтобы размеры гранул растениеводческой градации перлита не были слишком мелкими. Доступная вода удерживается между неровностями поверхности гранул и внутри их. Грубая внешняя поверхность гранул в основном отвечает за существенное капиллярное притяжение, которым перлит обладает по отношению к воде. Перлит обладает незначительной катионообменной способностью, которая действительно является более инертной, чем многие другие субстраты, рас­сматриваемые здесь. Номинальное значение рН составляет около 7,0-7,5, но это имеет небольшое практическое значение, так как материал не обладает существенным влиянием на рН питательного раствора, удерживаемого внут­ри этого объема. Отдельные гранулы достаточно прочны для оказания сопро­тивления некоторому давлению без разрушения, поэтому субстрат можно повторно использовать несколько раз без каких-либо существенных измене­ний его физических свойств. Он устойчив к температуре пара, поэтому его можно стерилизовать при необходимости, как на месте, так и в россыпи в автоклаве.

Перлит впервые рассматривали в качестве субстрата для производства томата, его использовали в больших 60-литровых, мешках цилиндрической формы, каждый из которых содержал 6 растений, которые поливали инди­видуально через капельницы. Этот подход вскоре был изменен на использо­вание более мелких 20—30-литровых мешков, длиной около 90 см, с тремя растениями в каждом, и которые можно было помещать с каждой стороны обогревательной трубы. В обоих случаях ключом к успеху было наличие мел­кого отстойника в основании каждого контейнера, из которого питательный раствор можно удалить, используя преимущества сильной капиллярной ак-

тивности субстрата. Обеспечение запаса питательного раствора все время поддерживает содержание воды в перлите до некоторой определенной высо­ты больше запаса и будет оставаться постоянным, какими бы ни были пот­ребности культуры. В последнее время распространена культура на мешках-матах размером 100 х 30 х 20 см.

Обогрев корневой зоны достигается с помощью системы расположеной на мешках с перлитом либо под мешками, либо под водостоком. В обоих случаях контур обогрева должен быть установлен на полистироловой плите для изоляции системы от пола теплицы. Системы с перлитом обычно оро­шают путем размещения капельниц на вершину каждого мешка.

Рассаду — которая была высажена в перлит выращивают в минераловат-ных кубиках или в кассетах с перлитом, но необходимо провести посадку с особой тщательностью. Это связано с необычайно сильной капиллярной си­лой перлита, которая может вытягивать так много питательного раствора из минеральной ваты, что становится трудно поддерживать минераловатные ку­бики соответствующе влажными до тех пор, пока корни не станут доставать до перлита. Тщательное увлажнение перлита перед высадкой является оче­видно важным, но этого не достаточно, чтобы избежать проблемы иссуше­ния. Необходимо часто подавать маленькие объемы раствора на растения, чтобы поддерживать кубики постоянно влажными, до полного укоренения растений.

Альтернативным способом является выращивание растений на перлите в горшках с решетчатыми основаниями емкостью примерно 1 литр. Семена прорастают в перлите в лотках, а проростки вскоре после появления всходов помещают в решетчатые горшки, которые предварительно хорошо увлажня­ют питательным раствором, который будет использоваться после высадки. Решетчатые горшки располагаются в больших полиэтиленовых вытянутых лотках, образующих неглубокие резервуары так, чтобы субстрат сохранялся влажным, но не переувлажненным.

.Технология моделей субстратов для перлита вместе с другими гранулиро­ванными материалами, сильно отличается от тех, которые используются для минеральной ваты и других плит. Для обычного повседневного мониторинга за ситуацией с электропроводностью и рН раствора является достаточным отбирать раствор из резервуара, дренажа. Одним из способов сделать это явля­ется установление нескольких 2—3 см в диаметре трубок в систему с основа­ниями в резервуаре, и использовать шприц для отбора малого объема раствора со дна каждого тестируемого объекта. Необходимо по меньшей мере 12—15 точек для проб, чтобы обеспечивать действительно значимые данные. Элект­ропроводность раствора в перлите обычно составляет около 1,0 мСм/см.

Перлит можно использовать для ряда последующих культур, если его стерилизовать каждый раз перед повторным использованием. Имеются не­которые свидетельства, что укоренение культуры не всегда может быть та­ким высоким при повторном использовании и на необработанном перлите, как на новом материале; стерилизация паром может действительно увели­чить урожайность по сравнению с той, которая достигается на новом перли­те. Это влияние также наблюдается с некоторыми другими субстратами.

ЦЕОЛИТ

Цеолиты — природные горные минералы из группы вод­ных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов. Измельчен­ные цеолитовые туфы обладают хорошей порозностью, высокой ионообмен­ной и адсорбционной способностью, воздухо- и водопроницаемостью, значи­тельным содержанием питательных элементов — калия, магния и кальция. Они не содержат азот и фосфор, которые нужно вносить с минеральными удобрени­ями. Благодаря высокой обменной емкости поглощения катионов (1-5 мг-экв/ г) цеолиты могут удерживать значительные количества ионов калия и аммония, внесенных с удобрениями и доступных для растений. Такие свойства цеолитов позволяют использовать их в качестве субстратов для тепличных культур.

Отдельные сельскохозяйственные растения проявляют специфические требования к содержанию азота в субстрате. Огурцы и, особенно, томаты дают высокий урожай на всех модификациях субстрата.

Плодородие субстрата не уменьшается после первого урожая, что под­тверждается урожаями культур, посаженных повторно.

С агрономической и производственной точек зрения цеолитовые субст­раты отличаются следующими достоинствами:

большой потенциал элементов минерального питания;

хорошие физические свойства, большая воздухоемкость;

длительность эксплуатации;

отсутствие сорняков;

стерильность и хороший эстетический вид.

Хорошие физические свойства субстрата благоприятствуют газообмену и обеспечивают формирование мощной корневой системы и надземной части растений, что способствует более быстрому развитию и более раннему пло­доношению. Применение цеолитовых субстратов изменяет технологию вы­ращивания растений. Большой запас питательных веществ обеспечивает нор­мальное питание растений при снятии нескольких урожаев.

Растительная продукция отличается хорошими вкусовыми качествами. Лабораторные исследования показали, что ее химический состав отвечает международным стандартам, и в ней не обнаружены нитраты и нитриты.

При производстве рассады овощных культур субстрат показывает ряд преимуществ — более быстрое прорастание семян, формирование сильной корневой системы и надземной части, что в известной степени лредопреде-ляет и получение высокого урожая.

Цеолиты используют в чистом виде или с некоторыми добавками (пер­лит, кокос). При выращивании на цеолитах избыточного накопления нитра­тов в продукции не происходит.

При работе с цеолитовыми субстратами следует обратить внимание на наличие в растворе и поступление в растение кремния.

Следует избегать наличия мелкой фракции цеолита (0-2 мм). Ее доля в процессе эксплуатации цеолита возрастает.

Основные требования к агрофизическим и агрохимическим свойствам; цеолита (месторождение Сокирница) Украина, который используется в ка­честве гидропонного субстрата:

массовая доля клиноптилолита не < 60%;

массовая доля примесей (глинистых) не более 10%;

водо— и механически прочный;

используемая фракция 3-8 мм;

насыпная плотность 0,80-1,10 г/см³;

плотность твердой фазы 2,30-2,40 г/см³;

скважность общая 57-60%;

водоудерживающая способность (ПИВ) 25-35%;

воздухоемкость 25-35%;

соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз — 40%: 28: 32;

величина рН должна быть близкой к нейтральной;

поглотительная способность 1,0-1,5 мэкв/г (определяется суммой обмен­ных катионов;

удельная электрическая проводимость (ЭП) водной вытяжки, не > 2 мСм/см.

Цеолит, содержащий избыточные количества натрия, хлора, бикарбона­тов, перед использованием необходимо промывать водой.