CC BY
42
УДК 631.95 DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-43-49
АГРОТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ СУБСТРАТОВ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ САЛАТА ПОСЕВНОГО (LACTUCA SATIVA L.)
В УСЛОВИЯХ ГИДРОПОННОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ
Кандидат сельскохозяйственных наук Максим Владимирович Киселёв (федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
e-mail: kiselev@spbgau.ru) РИНЦ SPIN-code: 6088-7951 ORCID: http://orcid.org/ 0000-0002-9831-044Х Кандидат сельскохозяйственных наук Виталий Михайлович Кондратьев (федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
e-mail: vitsevsk@mail.ru) РИНЦ SPIN-code: 2148-2591 ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-5822-4144 Лаборант Тимур Поладович Бабаев (федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
e-mail: babaev.tp@gmail.com) РИНЦ SPIN-код: 1703-8443 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1321-9549 196601, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2
Дата поступления в редакцию 12.01.2021г. Дата принятия в печать 30.01.2021 г.
Аннотация. В статье проведена агротехническая оценка полимерных пленочных субстратов при выращивании салата посевного. В ходе исследования проанализировали влияние создаваемых полимерными пленочными субстратами условий на работу корневой системы, которая влияет на рост и развитие растений, общую биомассу и товарность продукции. Так же определили состояние полимерных пленочных субстратов за время вегетации. Отметим, что данная разработка является отечественной и имеет ряд преимуществ по отношению к традиционным субстратам, и может стать аналогом японской разработки, которая активно используется на современных тепличных комплексах в странах Азии. По результатам исследования было выявлено, что полимерные пленочные субстраты проявили себя хуже, чем традиционные субстраты. Дисперсионный анализ общей биомассы растений салата посевного, выращенного на разных субстратах, выявил существенные различия между вариантами. Контрольные варианты субстрата достоверно выше как по общей биомассе, так и по товарности продукции в сравнении с исследуемыми вариантами. В процессе эксплуатации ППС (полимерный пленочный субстрат) выяснилось, что при цикле выращивания 30-35 суток (для салата посевного) варианты ППС - ПС-1, 3, 4 - подвержены сильному разрушению, в отличие от варианта Мебиол. Среди вариантов ППС лучшие результаты по росту и развитию растений, общей биомассе и товарности продукции, а также состоянию на момент завершения опыта показал ПС-2. Дальнейшие прикладные исследования по применению полимерных пленок в качестве субстратов для технологий выращивания плодоовощной продукции рекомендуется проводить либо в гидропонных системах питания способом «прилив-отлив», либо аэропонных системах питания, где питательный раствор не контактирует с ППС постоянно, для минимизации возможности появления водорослей.
Ключевые слова: субстрат, гидропоника, салат посевной, агротехническая оценка
AGROTECHNICAL ASSESSMENT OF POLYMER FILM SUBSTRATES WHEN GROWING SOWING SALAD (LACTUCA SATIVA L.) IN CONDITIONS OF A HYDROPONIC FOOD SYSTEM
Candidate of Agricultural Sciences Maxim Vladimirovich Kiselev (Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint-Petersburg State Agrarian University, e-mail: kiselev@spbgau.ru) RSCI SPIN-code: 6088-7951 ORCID: http://orcid.org/ 0000-0002-9831-044Х 196601, Russian Federation, Saint-Petersburg, Pushkin, Peterburgskoye shosse, 2 Candidate of Agricultural Sciences Vitaly Mikhailovich Kondratyev Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint-Petersburg State Agrarian University, e-mail: vitsevsk@mail.ru) RSCI SPIN-code: 2148-2591 ORCID: http://orcid.org/ 0000-0001-5822-4144 Laboratory Assistant Timur Poladovich Babaev (Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint-Petersburg State Agrarian University, e-mail: babaev.tp@gmail.com)
RSCI SPIN-code: 1703-8443 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1321-9549 196601, Russian Federation, Saint-Petersburg, Pushkin, Peterburgskoye shosse, 2
Received 12/01/2021 Submitterd 30/01/2021
Abstract. The article provides an agrotechnical assessment of polymer film substrates (PFS) when growing lettuce. In the course of the study, we analyzed the influence of the conditions created by polymer film substrates on the root system functioning, which affects the plant growth and development, the total biomass and marketability of products. We also determined the state of polymer film substrates during the growing season. It is needed to notify that this development is domestic and has a number of advantages in relation to traditional substrates and can become an analogue of the Japanese development, which is actively used in modern greenhouse complexes in Asia. According to the results of the study, it was revealed that polymer film substrates performed worse than traditional substrates. Analysis of variance of the total biomass of lettuce plants grown on different substrates revealed significant differences between the variants. The control variants of the substrate are significantly higher both in terms of total biomass and marketability of products in comparison with the studied variants. During the operation of the PFS, it turned out that with a growing cycle of 30-35 days (for sowing lettuce), the PFS variants - PS-1, 3, 4 - are subject to severe destruction, in contrast to the Mebiol variant. Among the PFS options, PS-2 showed the best results in terms of plant growth and development, total biomass and marketability of products, as well as the state at the time of completion of the experiment. Further applied research on the use of polymer films as substrates for technologies for growing fruit and vegetable products is recommended to be carried out either in hydroponic feeding systems using the "ebb-flow" method, or aeroponic feeding systems, where the nutrient solution does not come into contact with PFS constantly, to minimize the possibility of algae appearance.
Keywords: substrate, hydroponics, lettuce, agrotechnical assessment
Введение. Интенсификация производства, повышение урожайности и качества продукции, снижение материальных и трудовых затрат сельскохозяйственного производства зависят от разработки и применения новых элементов технологий выращивания. Ключевой технологией в тепличных комбинатах на данный момент является гидропонный метод выращивания с использованием различных заменителей почвы - субстратов.
Для эффективного управления ростом и развитием растений, получения высоких урожаев важен выбор субстрата. Он должен быть долговечным, безопасным для окружающей среды при изготовлении, применении и утилизации, пригодным для стерилизации, инертным, с хорошим соотношением воздуха, воды. Субстраты должны обладать достаточной влагоемкостью, не засоляться и легко промываться от избытка солей. Кроме того, они должны быть дешевыми и не требующими высоких затрат на эксплуатацию. В современных тепличных комбинатах в основном используют искусственные инертные субстраты (минеральная вата) и заменители почвы растительного происхождения (коковит, верховой торф и его смеси с перлитом, вермикулитом) [1, 2].
Использование интенсивной технологии выращивания в условиях защищенного грунта создает благоприятные условия для развития и накопления патогенной микрофлоры, болезней. Особенно уязвимы к поражению патогенной микрофлорой и болезнями органические субстраты, что приводит к снижению качества продукции либо ее полной потере [3].
Минераловатные и торфяные субстраты являются одним из основных отходов тепличного производства. Отработанные минераловатные и торфяные субстраты являются отходом 5 класса опасности (практически неопасные отходы) [4], что требует затрат на их переработку либо складирования на полигонах ТКО. На сегодняшний день стоит цель -создание субстрата, который был бы лишен ряда недостатков существующих субстратов и отвечал необходимым требованиям тепличного производства, поэтому разработка и агротехническая оценка полимерного пленочного субстрата с селективным слоем, безопасного для окружающей среды, простого и дешевого является в высшей мере актуальной.
Целью исследования является агротехническая оценка полимерных пленочных субстратов при выращивании салата посевного (Lactuca sativa L.) в условиях гидропонной системы питания и полной светокультуры.
Для решения поставленной цели решались следующие задачи: проведение фенологических наблюдений за развитием растений салата посевного, проведение биометрических измерений роста растений салата посевного, учёт общей биомассы и повреждений растений салата посевного, оценка состояния полимерного пленочного субстрата.
Материалы, методы и объекты исследований. Исследования проводились в фитотроне на кафедре почвоведения и агрохимии им. Л.Н. Александровой и в лаборатории светокультуры и ситифарминга СПбГАУ. Проращивание семян осуществлялось в климатостате при температуре 230С и относительной влажности воздуха - 90%. В период вегетации температура поддерживалась днем - 230С, ночью - 200С, относительная влажность воздуха составила 55-65%. Фотопериод составил 16 ч день, 8 ч ночь. Плотность фотосинтетического фотонного потока (ПФФП) - 98±10 мкмоль/с/м2. Соотношение ПФФП пиковых по поглощению длин волн в синем (450 нм) и красном (660 нм) диапазонах спектра света составляет 1:1.
Выращивание растений происходило гидропонным методом, способом водной культуры. Состав питательного раствора, %: N - 18, P2O5 - 6, K2O - 18; микроэлементы (в сульфатной форме): Zn, Cu, В - 0,01, Mn - 0,1, Mo - 0,001. Электропроводность питательного раствора составила 2,2 мСм/см, рН - 6,4. Для раскисления питательного раствора добавляли NaOH - 4 мл/л. Питательный раствор менялся один раз в два дня. Объектами исследования являлись салат посевной (Lactuca sativa L.) сорта Азарт и полимерные пленочные субстраты -далее ППС (4 варианта по 2 экземпляра представлены ООО «Эс энд Ар Системы», 1 вариант представлен Mebiol Inc.).
Сорт Азарт - оригинатор ООО «НЕСТОР». Включен в Госреестр по Российской Федерации для выращивания в ЛПХ. Среднеспелый сорт, листовой, имеет полуприподнятую розетку крупных зеленых листьев. Лист длиной 24-25 см, шириной 23-27 см, зеленый, веерообразный, с мелкозубчатонадрезанным волнистым краем, с нежной полухрустящей консистенцией листьев, слабопузырчатой поверхностью. Масса розетки 300-350 г. Вкус отличный. Устойчив к цветушности. Урожайность 3,0-4,0 кг/м2 [5]. Для агротехнической оценки представлено 4 варианта ПС и 1 вариант пленочного субстрата Мебиол (табл. 1.).
Таблица 1. Описание полученных образцов полимерных пленочных субстратов
№ Вариант ППС Материал подложки Сшивающий агент
1 ПС-1 Ацетат целлюлозы ПП-1 (Концентрация 0,4613 моль -КСО/л)
2 ПС-2 Ацетат целлюлозы ПП-2(Концентрация 2,7675 моль -КСО/л)
3 ПС-3 Регенерированная целлюлоза ПП-1 (Концентрация 0,4613 моль -КСО/л)
4 ПС-4 Регенерированная целлюлоза 1111-2 (Концентрация 2,7675 моль -КСО/л)
5 Мебиол Поливиниловый спирт -
Концепция ППС заключается в том, что мембрана обеспечивает механическую прочность и предотвращает контакт растений с патогенами, возможно находящимися в питательных растворах, а гидрогель, сформированный со стороны пальцеобразных пор подложки, связанный с подложкой силами межмолекулярного взаимодействия или ковалентными химическими связями, обеспечивает возможность закрепления корневых систем растений [6].
Мебиол-пленка поливинилового спирта (ПВС) компании Mebiol Inc. хорошо поглощает и пропускает воду или питательный раствор, что достигается путем обеспечения равновесной степени набухания пленки ПВС в диапазоне от 125 до 250%. Вязкоупругое свойство пленки поливинилового спирта (ПВС) демонстрирует превосходную прочность, подходящую для выращивания растений [7]. Для агротехнической оценки проведены фенологические наблюдения (всхожесть семян, отмечались даты посева, массовых всходов, двух настоящих листьев), биометрические измерения (длина листьев, количество листьев).
При проведении исследований руководствовались методическими указаниями: «Методические указания по изучению коллекции капусты и листовых зеленных культур (салат, шпинат, укроп)» [8] и «Методика полевого опыта в овощеводстве» [9]. Статистическую обработку экспериментальных данных по общей биомассе проводили методом дисперсионного анализа по t-критерию Стъюдента (оценка значимости разности между средними осуществлялась по НСРо,о5) с использованием прикладных программ Microsoft Excel.
Агротехническая оценка ППС заключается в том, чтобы проанализировать влияние создаваемых ППС условий на работу корневой системы, которая влияет на рост и развитие растений, общую биомассу и товарность продукции, проследить состояние ППС за время вегетации. Растения салата посевного, выращенные на контрольных вариантах, формировали корневую систему внутри субстрата (закрытая корневая система), что обеспечило условия, близкие к естественным. Растения достигли фазы двух настоящих листьев на 12 сутки от массовых всходов.
Результаты исследований. На ППС растения салата посевного формировали корневую систему на поверхности субстрата (открытая корневая система) с частичным проникновением в слой гидрогеля. Только в варианте ПС-2 растения достигли фазы двух настоящих листьев на 20 сутки от массовых всходов (табл. 2). Вероятно, причиной отставания в развитии в вариантах ПС-1, 3, 4 и Мебиол послужили водоросли, которые неизбежно образуются при длительном
цикле выращивания. Они потребляют элементы минерального питания и образуют пленку на поверхности питательного слоя и открытой корневой системы, препятствуя поглощению питательных элементов и снижая концентрацию кислорода.
Таблица. 2. Даты прохождения фенологических фаз салата посевного при выращивании
на разных субстратах
№ Наименование варианта Посев Массовые всходы 2 настоящих листа Уборка
1 Торф+вермикулит(к) 11.06 14.06 26.06 10.07
2 Минераловатные пробки 11.06 14.06 26.06 10.07
3 ПС-1 11.06 14.06 - 10.07
4 ПС-2 11.06 14.06 04.07 10.07
5 ПС-3 11.06 14.06 - 10.07
6 ПС-4 11.06 14.06 - 10.07
7 Мебиол 11.06 14.06 - 10.07
Закрытая корневая система обеспечила лучшие условия для роста салата посевного, чем открытая корневая система, при длительном цикле выращивания. Так, длина листьев салата посевного после 20-х суток от массовых всходов не снижается, в отличие от листьев салата посевного, выращенного на ППС (отмирание более высоких старых листьев). Наиболее длинные листья при выращивании на ППС сформировались на ПС-3 и ПС-2. В варианте ПС-2 растения салата посевного сформировали больше листьев среди ППС.
Дисперсионный анализ общей биомассы растений салата посевного, выращенного на разных субстратах, выявил существенные различия между вариантами. Контрольные варианты субстрата достоверно выше как по общей биомассе, так и по товарности продукции в сравнении с исследуемыми вариантами. Среди исследуемых ППС вариант ПС-2 достоверно в 2 раза выше по общей биомассе, и его товарность составила 25,1% (табл. 3).
Таблица 3. Общая биомасса и товарность салата посевного при выращивании
на разных субстратах
№ Наименование варианта Общая биомасса, г Средняя масса растения ± Sx, г Товарность, %
1 Торф+вермикулит (к) 19,0 3,2±0,30 77,0
2 Минераловатные пробки 7,9 0,8±0,10 62,7
3 ПС-1 0,8 0,2±0,02 14,8
4 ПС-2 2,1 0,3±0,07 25,1
5 ПС-3 0,9 0,3±0,06 0,0
6 ПС-4 1,0 0,2±0,02 0,0
7 Мебиол 0,8 0,2±0,02 0,0
НСР005 0,4
Низкая товарность продукции салата посевного, выращенного на ППС, обусловлена распространением неинфекционных болезней (некрозы, пожелтение листьев). Нетоварная часть общей биомассы представлена листьями, поврежденными неинфекционными болезнями, вызванными дефицитом элементов минерального питания из-за развития водорослей.
Неинфекционные болезни растений развиваются под влиянием абиотических факторов и не передаются от больных растений к здоровым. В результате развития неинфекционных
болезней у растений снижается устойчивость к патогенам, уменьшается урожайность, ухудшается внешний вид и качество продукции, меняется ее химический состав и накапливаются токсичные элементы [10].
В процессе эксплуатации ППС выяснилось, что при цикле выращивания 30-35 суток (для салата посевного) варианты ППС - ПС-1, 3, 4 - подвержены сильному разрушению, в отличие от варианта Мебиол. Первые признаки разрушения - трещины и разрывы - появились через 7 суток в варианте ПС-1.
При выращивании способом водной культуры, когда варианты ППС находились постоянно в питательном растворе, на поверхности субстратов накапливался слой раствора, в котором начинали развиваться водоросли, а в слое гидрогеля варианта ПС-1, 3 появляться следы плесени. Мебиол также накапливала на поверхности субстрата слой питательного раствора, что приводило к развитию водорослей, но следов плесени не было. К моменту завершения опыта ППС Мебиол не имела следов разрушения. Из вариантов ПС наиболее устойчивым к эксплуатации на данном этапе показал себя ПС-2, так как к моменту завершения опыта оба экземпляра пленки сохранились и повреждения составили около 20-30% поверхности.
Выводы. По результатам агротехнической оценки полимерных пленочных субстратов при выращивании салата посевного (Lactuca sativa L.) в условиях гидропонной системы питания можно сделать следующие выводы:
1. Использование полимерных пленок в качестве субстратов для выращивания салата посевного в условиях гидропонной системы питания целесообразно при получении микрозелени и бэби-салатов, где цикл вегетации 7-15 суток.
2. Среди вариантов ППС лучшие результаты по росту и развитию растений, общей биомассе и товарности продукции, а также состоянию на момент завершения опыта показал ПС-2.
3. Прикладные исследования по применению полимерных пленок в качестве субстратов для технологий выращивания плодоовощной продукции рекомендуется проводить либо в гидропонных системах питания способом «прилив-отлив», либо аэропонных системах питания, где питательный раствор не контактирует с ППС постоянно, для минимизации возможности появления водорослей.
Литература
1. Grunert O., Hemandez-Sanabria E., Vilchez-Vargas R., Jauregui R., Pieper D. H., Perneel M., et al. Minerai and organic growing media have distinct community structure, stability and functionality in soilless culture systems // Sci. Rep. - 2016. - Vol. 6:18837. doi: 10.1038/srep18837
2. Raviv M., Lieth J. H. Soilless Culture Theory and Practice. / M. Raviv, J. H. Lieth. - Amsterdam: Elsevier Science, 2008.
3. Sonneveld C. Rockwool as a substrate for greenhouse crops. Biotechnology in Agriculture and Forestry / ed. Y. P. S. Bajaj. - Berlin: Springer, 1993. - Р. 285-312.
4. Федеральный классификационный каталог отходов. Справочник кодов общероссийских классификаторов. - URL: https://classinform.ru/fkko-2017/11191111615.html (дата обращения: 22.07.2020).
5. Государственный реестр селекционных достижений (Сорта растений). - URL: https://reestr.gossort.com/reestr/sort/9301356 (дата обращения: 22.07.2020).
6. Изготовление образцов полимерных пленочных субстратов: отчет о НИР / Сапегин Д. А. - СПб: ООО «Эс энд Ар Системы», 2019 - 14с.
7. Mebiol Inc. - URL: http://www.mebiol.co.jp/en/product (дата обращения 2019-07-22)
8. Лизгунова Т.В., Корень Н.Ф. Методические указания по изучению коллекции капусты и листовых зеленных культур (салат, шпинат, укроп). - Л.: ВАСХНИЛ, 1969. - С. 26-33.
9. Литвинов С.С. Методика полевого опыта в овощеводстве. - М.: ГНУ ВНИИО, 2011. - 650 с.
10. Алексеева К.Л., Иванова М.И. Болезни зеленных овощных культур (диагностика, профилактика, защита). - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2015. - С. 10.
References
1. Grunert O., Hemandez-Sanabria E., Vilchez-Vargas R., Jauregui R., Pieper D. H., Perneel M., et al. Mineral and organic growing media have distinct community structure, stability and functionality in soilless culture systems // Sci. Rep. - 2016. - Vol. 6:18837. doi: 10.1038/srep18837
2. Raviv M., Lieth J. H. Soilless Culture Theory and Practice. / M. Raviv, J. H. Lieth. - Amsterdam: Elsevier Science, 2008.
3. Sonneveld C. Rockwool as a substrate for greenhouse crops. Biotechnology in Agriculture and Forestry / ed. Y. P. S. Bajaj. - Berlin: Springer, 1993. - R. 285-312.
4. Federal'nyj klassifikacionnyj katalog othodov. Spravochnik kodov obshcherossijskih klassifikatorov. - URL: https://classinform.ru/fkko-2017/11191111615.html (data obrashcheniya: 22.07.2020).
5. Gosudarstvennyj reestr selekcionnyh dostizhenij (Sorta rastenij). - URL: https://reestr.gossort.com/reestr/sort/9301356 (data obrashcheniya: 22.07.2020).
6. Izgotovlenie obrazcov polimernyh plenochnyh substratov: otchet o NIR / Sapegin D. A. - SPb: OOO «Es end Ar Sistemy», 2019 - 14s.
7. Mebiol Inc. - URL: http://www.mebiol.co.jp/en/product (data obrashcheniya 2019-07-22)
8. Lizgunova T.V., Koren' N.F. Metodicheskie ukazaniya po izucheniyu kollekcii kapusty i listovyh zelennyh kul'tur (salat, shpinat, ukrop). - L.: VASKHNIL, 1969. - S. 26-33.
9. Litvinov S.S. Metodika polevogo opyta v ovoshchevodstv. - M.: GNU VNIIO, 2011. - 650 s.
10. Alekseeva K.L., Ivanova M.I. Bolezni zelennyh ovoshchnyh kul'tur (diagnostika, profilaktika, zashchita). - M.: FGBNU «Rosinformagrotekh», 2015. - S. 10.
Цитирование. Киселев М.В., Кондратьев В.М., Бабаев Т.П. Агротехническая оценка полимерных пленочных субстратов при выращивании салата посевного (Lactuca sativa l.) в условиях гидропонной системы питания // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2021. - № 1(62). - С. 43-49. DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-43-49
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Citation. Kiselev M.V., Kondratyev V.M., Babaev T.P. Agrotechnical assessment of polymer film substrates when growing sowing salad (Lactuca sativa l.) in conditions of a hydroponic food system // Izvastya of Saint-Petersburg State Agrarian University, 2021. 1(62). 43-49. DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-43-49 Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
