АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VI, брой 2, 2018

Хидропоника

Терминът хидропоника означава земеделска практика, насочена към отглеждане на земеделски култури в безпочвен субстрат. Това не е някаква новост. Първите такива практики датират от древни времена – всички сме чували за Висящите градини на Вавилон. Произходът на думата „хидропоника” не е случаен – идва от гръцки: „hydro” - вода и „ponos” – работа. При хидропонното култивиране, което днес се прилага най-вече за зеленчуци (домати, краставици, чушки и други) или много видове комерсиализирани цветя за букети, почвата е заменена от инертен, pH-неутрален субстрат като минерална вата, кокосови влакна, торф, борови кори, глинени гранули, поцоланена пепел и други. Всички необходими хранителни вещества, в нужните количества и пропорции, растенията получават чрез водни разтвори.


Хидропониката е вид хидрокултивиране – отглеждане на растения с използване на минерални хранителни разтвори, във вода, без почва. По този метод могат да се отглеждат и сухоземни растения като корените им се разполагат или само в минерален разтвор, или в инертна среда като перлит или чакъл. Хранителните вещества се набавят под формата на неорганични и органични хидропонни разтвори.

Има различни видове хидропонни системи. Те са разделени според приоритетите при отглеждането. Идентичният фактор е циркулацията на хранителния разтвор и доставянето на кислород на корените.

Отглеждането на растенията в хидропонна система позволява на производителите да знаят точно какво се е случило по време на растежа на растенията и могат да гарантират, че не са използвани пестициди.

Защо да прибегнем към хидропоника или безпочвено култивиране?
Ако в древни времена хидропониката вече е била примамлива възможност, то днес интересът към нея е още по-голям, особено като имаме предвид трудното уравнение, което човечеството трябва да реши – нарастващо световно население от една страна и използване на по-малко ресурси от друга. Причината е, че в сравнение с традиционния почвен метод, този на принудително отглеждане изисква по-малко земеделска земя, защото гъстотата на културите тук е много по-висока. Хидропониката се нуждае и от по-малко вода - загубата от просмукване е по-малка и отпадната вода може да се събира и използва повторно.

Методът използва по-малко хранителни вещества, тъй като те се въвеждат във форма, в която лесно се абсорбират от растенията и се оползотворяват по-пълноценно, без загуби. По-малко са и използваните продукти за растителна защита. Най-общо казано, безпочвеното култивиране върви ръка за ръка със защитената среда на закритото парниково пространство.

Да не забравяме и труда – тук могат да се направят значителни икономии от труд, защото плътността на културите е по-голяма и се използват съвременни системи за подпомагане на култивирането. Освен това при хидропонните технологии се използват системи, които позволяват да се постигне драстично ограничаване на намесата върху околната среда, например всички течни отпадъчни потоци се събират за рециклиране или третиране на място. Трябва да имате предвид обаче, че ще е нужно отопление, ако желаете да отглеждате култура извън сезона. Въпреки това, този недостатък може да бъде минимизиран в случай че културите са съобразени с преобладаващите климатични условия.

Специфични продукти за хидропоника
Основна специфика на системата в хидропониката е субстратът. Той се избира според способността му да задържа вода и pH-неутралитета, като се вземат предвид специфичните нужди на планираната култура. Минералната вата, поставена в торбички, доминираше на пазара дълго време, но сега вече навлязоха и други неутрални продукти от биологичен произход като кокосови люспи. Глинените гранули и поцоланената пепел също са на разположение, основно за цветни култури.

Top Greenhouses например предлага растежна среда от кокосов торф. Този субстрат е оптимално аериран и естествено поддържа правилното съотношение въздух/вода за подпомагане на здравословния растеж. Това помага за предотвратяване на често срещани форми на болести, свързани с неправилния въздушно-влажностен режим. Възползвайки се от компостните материали и еднородната текстура на кокосовия торф, корените постигат желаната плътност, като в същото време винаги остават прави и здрави. Правилното поливане осигурява еднородни резултати при широк диапазон от условия. Земеделските производители са установили, че дори може да се разширят подходящите сезони за сортовете като напълно се променят настоящите маркетингови цикли.

Друг подходящ субстрат е хидропонният перлит Hydrolit. Той се предлага от Hydrogrow Bulgaria в готови за употреба полиетиленови контейнери, с дължина 1m, които съдържат 30l (Hydrolit1) или 45l (Hydrolit2). Двете разновидности на контейнерите покриват всички изисквания за гъстота и междуредово разстояние на културите. Контейнерите са изградени от специален полиетилен, бял отвън и черен отвътре, за да предпази корените от пряка слънчева светлина. Полиетиленът е защитен от химикали и UV лъчи, което му гарантира минимум 3 години живот.

Hydrolit съдържа гранули с диаметър от 0,5-2,5mm. Той е много лек (60-80кг/м3) и притежава изключително голяма водозадържаща способност. Притежава 95% порьозност. Хидропонният перлит е химически и биологично инертен. Йонообменният капацитет на перлита е почти нулева – не задържа и не отдава йони на растенията. Това означава, че всички хранителни елементи, необходими за растенията, могат да бъдат внесени чрез поливката. Продуктът притежава неутрално рН (7,0), което не се променя през периода на използване. Не съдържа фитопатогени и притежава отлични терморегулиращи свойства. Той е специализиран висококачествен материал, използван изключително като хидропонен субстрат.

Хидропонните растежни среди обикновено се поставят в редове, за да могат да формират квадрати и да се използва по най-добрия начин наличната площ на затворената структура на парника. Така растенията получават максимални количества от наличната светлина, като същевременно са защитени от атмосферни влияния като ниски температури, вятър и други. Това улеснява създаването на благоприятен климат за растеж на културите – контролират се влажността, температурата и дори обогатяването на средата с въглероден диоксид.

Такъв оптимален подбор на условия ще има много благоприятен ефект върху условията за управление на културите – те са с контролиран размер и реколтата може да бъде събрана от достижима височина с машини и берачи, които се движат на мобилни колички по организиран, ефективен и удобен начин. Това дава възможност за съкращаване на времето и разходите за труд.

Капково напояване, фертигация и дренаж
Във всеки контейнер субстрат за хидропоника има саморегулираща система против изтичане на водата и за прилагане на капково напояване чрез специфични тръби. Ето защо, в такава система, където растенията са с минимален буферен обем, именно микро-напояването има капацитета да осигури вода и хранителни вещества в точното време и правилните пропорции. Следователно надеждността и точността на системата трябва да бъдат на много високо ниво.

Netafim е една от първите фирми в света, които се включат в този метод на култивиране. Разработвайки методи за капково хранене от петдесетте години насам, компанията става една от водещите във въвеждането на изключително сложни и ефективни продукти, които правят хидропониката още по-успешна в изхранването на повече хора с по-малко ресурси.

Предизвикателството тук се състои в това да гарантираш, че всички емитери на водни разтвори ще доставят едни и същи количества при еднаква скорост на потока. Идеята е да се получи контролиран растеж в цялата площ. Причината за такова изискване е очевидна - ако растенията в началото на реда получават повече вода, отколкото тези в края, първите ще се окажат с по-бързи растеж и развитие, което ще разтегне границите на периода за бране и продажба на даденото количество продукция, а това ще е неефективно. Netafim реши този проблем в края на шейсетте години като разви саморегулиращи се капкообразуватели - независимо от налягането в тръбите, потокът от всеки капкообразувател е един и същ. Така производителите имат възможност за удължаване на линиите за капково напояване и изграждане на оранжерии с по-голяма площ, което им позволява да се възползват от предимствата на икономиите от мащаба.

Предвид малкия буферен капацитет на субстратите, производителите трябва да увеличат честотата на напояванията. Между поливанията обаче става източване на водата в ниските точки на тръбите и се създава проблем с липса на еднакво ниво на напояване. Netafim бързо решава този проблем като усъвършенства антидренажна система – отворът на емитерите се отваря само по време на поливане и се затваря в интервала между поливанията, така че се избягва нежеланият ефект на неравномерно поливане.

Ясно е, че производството на такива системи трябва да е специализирано за специфичните нужди. При различните видове и сортове култури се изискват различни структури и техники на отглеждане. Затова е необходимо производство на различен, уникален краен продукт за всеки конкретен случай. Netafim е специализирана в бързо идентифициране на специфичните нужди за всеки проект и е в състояние да произведе персонализирани за всеки отделен клиент продукти и системи. Видът на капкообразувателите (модел, капацитет), разстояние между тях, тип и дължина на линиите, в които са подредени, график на напояването – всички тези особености са уникални за всяка оранжерия, нуждите са различни и сценариите – също. Затова трябва да се реагира гъвкаво и да се разчита на сигурни изпълнители, които гарантират качество и избягване на нежелани ситуации. В крайна сметка тези системи представляват верига, където всички връзки трябва да бъдат под съвършен контрол. Например производителят има много тесен прозорец от няколко дена, за да затвори един производствен цикъл и да започне друг. За да бъде рентабилно производството, място за грешки няма.

Изключително ефективна от гледна точка на трудоемкост и вложени ресурси е технологията NFT (Nutrient Film Technique) на Top Greenhouses. Тя предлага значително спестяване на вода, торове, материали за контрол на болестите и труд, което я прави предпочитан метод на отглеждане на марули, подправки и цветя в целия свят. При тази система растенията се отглеждат в пластмасови канали, където растежните разтвори се подават в нужните концентрации заедно с обогатена на кислород вода чрез дозиращи помпи. Така културите се изхранват оптимално.

Напреднали инструменти за контрол на растителната среда
Оборудвани с днешните саморегулиращи капко-разпръсквателни системи против оттичане на водата на Netafim, производителите могат да реализират десетки ежедневни поливания с различна честота и продължителност в зависимост от климатичните условия и сезона, например при силна слънчева светлина - повишена честота и продължителност в зависимост от изчислената стойност. Компютърното управление на климата в парника непрекъснато следи входните променливи (външна слънчева светлина, температура, влажност и други) и реагира бързо, за да се регулират изходните променливи (точно и подходящо управление на напояването, а също и нагряване, отваряне на вентилационни отвори и т.н.).

Едно растение трябва да се полива и да се държи в среда, която е благоприятна за развитието му, ако целта е постигане на оптимален растеж. Един определящ фактор, който не трябва да се забравя, е прилагането на хранителни вещества, необходими за развитието на клетките, като минерални соли и микроелементи.

Водата, която се използва за напояване, е идеален вектор за тези вещества. Прилагането им директно към кореновата система чрез водата придава на хидропонния субстрат оптимална хранителна ефективност. Подават се само необходимите количества, които се поемат от растенията. Така няма изтичане на излишни торове към водоемите, както често се случва с традиционните методи на отглеждане. По този начин се прилагат и по-малко хранителни вещества, тъй като те се абсорбират напълно.

В продължение на години редица фирми развиват технологии за прилагане на торове във водата за напояване. След дългото използване на традиционните дозиращи помпи, които са предпочитан вариант за оранжерии през 70-те и 80-те години, вече е налична друга, по-нова технология, известна като мулти-дозиращ канален метод. При него всеки вид тор се прилага в отделен канал и се измерва независимо от другите, давайки неограничени възможности в създаването на торови рецепти, които са много близо до оптималните изискания на растенията за азот, фосфор и калий, вариращи в зависимост от вида и фазата на растеж.

Netafim предлага такава напреднала инжекторна технология за директно въвеждане на тор – Venturi. Торът се въвежда непрекъснато във водата при програмиран и пропорционален начин (например: 0,1% азот се прилага с всяка напояваща доза). Една част от водата за напояване се възстановява чрез дренаж на растежната среда и може да се рециклира за следващото поливане, така че да се максимизира потреблението на торовете от реколтата и по този начин да се ограничи последващо емитиране на торове в околната среда. Това са прагматични, икономични и ефективни решения, които помагат на производителите да достигнат перфектно управляван график за напояване, произвеждайки оптимална продукция с минимум ресурси.

Подобно решение са хранителните възли на Ferti. Te са сложни и модерни миксиращи единици, които инжектират хранителни разтвори в поливната вода, като целта е да се контролира храненето на растението не само в почва, но и в безпочвени субстрати. По-малките модели могат да покриват нуждите на малките фамилни оранжерии, а по-големите и сложни модели напълно покриват нуждите на големите, модерни оранжерии, които използват хидропонни технологии и имат високи изисквания относно сигурността и възможностите за автоматичен контрол. Работният принцип и структурата на Ferti са максимално опростени, базирани на вентури-инжектори. Това гарантира сигурно функциониране, лесно отстраняване на повредите, бързо и точно отчитане на стойностите на ЕС (електропроводимост в субстрата, като показател на концентрацията на сол в него) и рН. Повечето от моделите могат да се оборудват с допълнителни модули, ако това е необходимо.

Едно от предложенията е Фертист-3000. Това е система за наторяване, която инжектира едновременно от 4 съда за торове плюс киселина, използвайки 5 вентури инжектора. Проектиран е за средни по големина оранжерии. Има 4 резервоара за торове с възможност за едновременна инжекция от тях, един резервоар за киселина, 5 PVC вентури инжектора с капацитет до 1200l/h, от 8 до 15 електроклапана и 5 програми за напояване, като всяка една от тях включва зададени стойности на рН и ЕС като процентна инжекция от четирите резервоара за торове. Програмируема система разбърква торовете по време на напояване. Включват се аларми за максимални и минимални стойности на рН и ЕС. Напоителният дебит е до 250mЗ/h.

Фертист-3000 работи с всякакъв вид помпи и помпено оборудване и може да бъде свързан към съществуващо такова с дебит до 250mЗ/h. Има и възможност за работа без електрозахранване. В този случай компютърът работи и управлява бензинова помпа с помощта на 12 волтов акумулатор. Фертист-3000 събира, обработва и записва в папки данни за: информация за сектор - запис на времето и количеството на поливките по електроклапани; аларми - в тази папка се записват всички аларми през деня; база данни за 4 дена назад - в тази папка се записват данни за това, колко пъти се е активирала програмата, натрупаната слънчева радиация, средните стойности на рН и ЕС за всеки сектор, времето и количеството на поливките по сектори. Връзката с компютъра е директна (RS 232 или RS485) или чрез модем.

Допълнителните рН и ЕС сензори се свързват с Фертист-3000, за да дадат навременна аларма в случай, че основните рН и ЕС сензори дадат грешки. Тази опция е изключително важна при хидропонни култури. Продуктът има лесно за използване електрическо табло. Всички изходи на контролера са защитени с релета, които предпазват контролера от повреди. В същото време електрическото табло дава възможност на потребителя да работи на ръчен режим, като включва и изключва помпата, електроклапаните и т.н. Индикаторните лампи на таблото показват кои електроклапани са включени.

Хидропоника – ефективна и устойчива форма на отглеждане на култури
Чрез използването на „изкуствена почва”, която няма паразити и болести, значително се намаляват количествата не само на прилаганите препарати за растителна защита, но и на водата и торовете. Получавайки винаги нужните вещества в необходимите количества, растенията израстват здрави, силни и по-бързо от тези в почва. Все пак тук растенията получават хранителните вещества във вече готова за усвояване от тях форма, докато при почвеното торене трябва да чакат субстанциите да се разградят. Добивите и цъфтежът се увеличават няколко пъти. Плодовете и зеленчуците са по-вкусни и полезни, заради оптималните условия. По-бързото достигане на зрялост позволява съкращаване на сроковете за прибиране на реколтата и интензификация на производството. Корените са при оптимални условия, няма пресъхване, преувлажняване или липса на кислород – недостатъци, които се срещат при традиционното култивиране.

Хидропониката дава възможност за развитие на земеделие на места с недостиг или липса на подходящи почви и изисква по-малко поддръжка, с по-ефективно използване на пространството. Затворената структура на оранжерията дава възможност за интегриран биологичен контрол (IBC) с ефективно въвеждане на полезни насекоми с цел борба с вредните насекоми. Така на практика всички продукти за растителна защита стават излишни и вече няма риск да се открият вредни насекоми или организмите да станат резистентни към все по-концентрираните дози химикали - добре позната и опасна последица.

Чрез тази система на безпочвено отглеждане и капково напояване количеството консумирана вода за производството на 1kg домати се намалява наполовина, т.е. достигнато е производство на повече храна с използването на по-малко ресурси, което е необходимо вследствие на ръста на населението. Това е така, защото системите са от циркулационен тип, а субстратите задържат водата, за да се намалят поливанията и да се постигне по-пълноценно є оползотворяване. Замърсяването на водите липсва, благодарение на рециклиране на парниковите води. Такъв метод, който свежда до минимум въздействието върху околната среда, като в същото време е в състояние да посрещне нуждите на населението, неминуемо ще отговори на критериите за стабилно и устойчиво развитие.

Въпреки че в момента тези системи се прилагат предимно в области далеч от градовете, се очаква скоро да ги откриваме по-често и в големите населени места, с всички предимства които могат да предложат – предоставяне на свеж продукт възможно най-близо до мястото, където се намират потребителите, с минимален транспорт, минимални ресурси и екологичност. Производството ще е по-близо до консуматорите, за да се създаде по-ефективен цикъл на бъдещето.