Ес и рН как элементы контроля питания растений

Контролировать процесс питания растений помогают такие показатели, как концентрация солей (Ес) и уровень рН в корневой зоне. Их измерения нужно проводить ежедневно и, по возможности, на протяжении всего дня наблюдать за динамикой Ес, чтобы вовремя вносить корректировки для управления ростом и развитием. О том, как обеспечить особый контроль Ес и pH на стадии сильного вегетативного роста, а также в период цветения, налива плодов и массового плодоношения, рассказывает агроном-консультант компании ТЕХНОНИКОЛЬ, кандидат с.-х. наук Александра Старцева.

Что такое рН?

При выращивании по гидропонной технологии измеряют актуальную кислотность – это мера активности ионов водорода в растворе. рН отражает соотношение между ионами водорода (Н+) и гидроксид-ионами (ОН-). р - это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов Н+. Так, при рН=7,0 ед. концентрация Н+ и OH- равны (раствор нейтральный). Снижение рН на единицу означает, что количество ионов водорода выросло в 10 раз (раствор подкисляется). При повышении рН более 7,0 содержание гидроксильных ионов выше, чем ионов H+ (раствор подщелачивается).

Потенциальную кислотность (обменную и гидролитическую) определяют в солевой вытяжке из почвы, так как она обусловлена емкостью катионного обмена и зависит от протекания ионообменных реакций в субстрате.

От показателя рН зависит доступность и поглощение питательных элементов растениями, а также эффективность средств защиты растений. Оптимальный рН для поглощения всех необходимых ионов в гидропонной технологии находится в диапазоне от 5,5 до 6,5 ед. При снижении рН в питательном растворе до 5,0 ед. и менее макроэлементы и молибден становятся недоступными для растений. При повышении рН от 6,5 ед. и более труднее усваиваются микроэлементы (Fe, Mn, Zn, Cu, В) и фосфор. Поэтому, обнаружив на растениях визуальные признаки недостатка элементов, нужно в первую очередь проверить уровень рН: при слишком низком рН симптомы проявляются на нижних листьях, при повышенном – на макушке.

Оптимальные значения рН питательного раствора составляют 5,2-5,5 ед. Нельзя допускать повышения рН раствора более 6,2 ед., так как образующиеся нерастворимые соли будут откладываться в поливной системе и снижать проходимость раствора по капельницам. Уровень рН менее 5,2 ед. может привести к неконтролируемому падению рН раствора из-за отсутствия его буферности в связи с недостаточным количеством бикарбонатов.

Оптимальные значения рН в мате составляют 5,5-6,0 ед., при которых все необходимые элементы находятся в доступном состоянии.

Почему изменяется рН?

Растения оказывают влияние на реакцию среды. При поглощении катионов из корней выделяются ионы водорода, а при поглощении анионов – бикарбонат-ион (НСО3-) и гидроксильный ион (ОН-).  В зависимости от того, какой ион легче всего всасывается растениями из удобрений, их подразделяют на физиологически кислые (аммиачная селитра), физиологические щелочные (кальциевая селитра) и физиологически нейтральные (калиевая селитра), когда катионы и анионы потребляются в одинаковом количестве.

Например, при поглощении аммиачного азота из корней выделяются ионы водорода, что приводит к снижению рН. А поглощение нитратного азота увеличивает pH субстрата, потому что корни выделяют ионы ОН- или НСО3- в обмен на NO3-.

Поэтому при генеративном развитии, когда на растениях созревает много плодов, интенсивное поступление калия из питательного раствора снижает его рН. И наоборот, на начальной стадии или при сильном вегетативном росте растения потребляют большое количество нитратного азота, в результате чего рН увеличивается.

Смещение рН от оптимального диапазона также влияет на количество потребляемых катионов или анионов, которое связано с обменной абсорбцией. Так, при рН более 7,0 ед. уменьшается поглощение анионов, а при рН менее 5,0 ед. – катионов.

Каменная вата SPELAND – инертный субстрат, рН вытяжки которого при напитке дистиллированной водой составляет около 7,0 ед. Поэтому усиленный вегетативный рост растений в рассадный период способен вызвать повышение рН. Но если поддерживать уровень рН питательного раствора около 5,2-5,5 ед., то его увеличение в субстрате не окажет негативного влияния на рассаду. В связи со слабыми буферными свойствами субстрата рН в течение дня может незначительно колебаться в зависимости от активности микроорганизмов, температуры, концентрации кислорода, содержания органических веществ и растворенного углекислого газа, который выделяется при дыхании корней. Но влияние этих факторов на реакцию среды не настолько существенно, чтобы проводить корректировку рН.

Как регулировать рН?

Уровень рН в субстрате необходимо проверять ежедневно. Он выходит за пределы оптимального диапазона, то сначала проверяют правильность работы поливной системы и рН-датчиков, а потом принимают меры.

Если уровень рН стремится к 7,0 ед. и выше, следует:

1) заменить монокалий фосфат на ортофосфорную кислоту;

2) временно увеличить количество аммонийного азота до 20-25 мг/л. Когда рН вернется к оптимальному значению (обычно через 3-5 дней), уровень аммиачного азота нужно вновь снизить (не более 1,5 ммоль/л), чтобы избежать отравления растений. Культуры очень быстро поглощают аммонийный ион, что и приводит к быстрому уменьшению рН. Содержание аммиачного азота около 10% и более от общего его количества в питательном растворе со временем подкисляет среду. Поэтому долю NH4+ в питательном растворе контролируют на уровне 5-15%;

3) заменить сернокислые соли микроэлементов на хелаты, иначе при высоком рН они образуют нерастворимые гидроксиды, которые не усваиваются растениями. Следует увеличить норму хелата железа на 20% (не более 2 мг/л) или применять хелат железа EDDHMA.

Если уровень рН в мате опускается ниже 5,5 ед., необходимо:

1) снизить концентрацию аммония в питательном растворе (не более 10 мг/л);

2) заменить ортофосфорную кислоту на монофосфат калия;

3) сократить концентрацию калия, уменьшить дозы полива или провести нормировку кистей, если снижение рН связано с сильным генеративным ростом.

С рН раствора тесно связан показатель его щелочности, который отражает содержание бикарбонатов и измеряется в мг/л или мг-экв./л HСO3-.  Щелочность определяет кислотно-буферную емкость воды и характеризует ее способность нейтрализовать кислоты.

Для малообъемной технологии содержание бикарбонатов в поливной воде не должно превышать 4 мМоль/л (244 мг/л), иначе питательный раствор будет со временем подщелачиваться, и в субстрате повысится рН. Кроме того, чем больше содержание бикарбонатов в воде, тем хуже растворимость средств защиты растений и ниже их эффективность. Поэтому перед приготовлением питательного раствора нужно сделать анализ поливной воды на содержание бикарбонатов и при необходимости провести ее предварительную водоподготовку.

Общее количество свободных ионов НСО3- в растворах не должно превышать суммы ионов Са2+ и Mg2+. Для нейтрализации избыточной щелочности в воду добавляют азотную или ортофосфорную кислоту из расчета 1 ммоль/л бикарбонатов на 1 ммоль/л кислоты. В результате действия кислоты бикарбонат преобразуется в угольную кислоту (Н2СО3), которая затем диссоциирует на H2O и CO2. При этом важно создать условия, чтобы углекислый газ свободно выделялся, – производить смешивание в открытом баке. Но бикарбонаты нейтрализуют не полностью. Для поддержания буферности раствора в воде оставляют 2 мМоль/л бикарбонатов (рН около 6,0 ед.). Азот или фосфор, поступивший вместе с кислотой, учитываются при составлении питательного раствора.

Более точное регулирование рН питательного раствора происходит с помощью кислотного бака С, благодаря которому рН доводится до нормальных значений. В итоге в питательном растворе должно оставаться не менее 0,5 мМоль/л, или 30 мг/л бикарбонатов (рН не ниже 5,0), иначе рН начнет резко снижаться, и реакцию среды будет сложно регулировать. При рН = 5,5 вода обычно содержит 1 мМоль/л бикарбонатов. Вся щелочность нейтрализуется при рН = 4,5.

При использовании осмотической воды возникает проблема низкого содержания бикарбонатов. В таком случае эту воду смешивают с неочищенной с таким расчетом, чтобы в полученной смеси было не менее 0,5-1 мМоль/л бикарбонатов. Есть и другой способ – повысить содержание бикарбонатов можно путем добавления бикарбоната или карбоната калия или гидроокиси кальция.

Таким образом, контролируя рН, вы контролируете питание растений.

Что такое Ес?

Для правильного питания растений важна концентрация питательного раствора, от которой зависит поглощение воды и элементов питания. Концентрация может выражаться в мг/л растворенных веществ или через удельную электропроводность раствора (Ес) – в мСм/см, которая отражает активность ионов. Разные соли при одинаковом весе дают разную электропроводность. Так, 1 г/л сульфата калия при растворении в дистиллированной воде дает концентрацию 1,3 мСм/см, а 1 г/л калиевой селитры – 0,6 мСм/см. В среднем принято считать, что 1 мСм/см = 700 мг солей на 1 л. Поэтому для более точного понимания концентрации раствора пользуются показателем Ес.

В зависимости от культуры, фазы ее развития и условий микроклимата оптимальная концентрация питательного раствора различается. Так, по мере роста растений концентрацию питательных веществ увеличивают. В период плодоношения в пасмурные дни Ес раствора повышают, а в период интенсивного прихода солнечной радиации снижают. Для томата требуется более концентрированный раствор (Ес=2,5-3,5), чем для огурца (Ес=2,0-3,0). В мате для томата около Ес = 3,5-4,5 мС/см, для огурца Ес = 2,5-3,0 мС/см.

Каменная вата SPELAND не содержит в своем составе элементов питания, солей и вредных примесей - Ес вытяжки из субстрата, однократно напитанного дистиллированной водой, составляет 0,1-0,2 мСм/см. Выращивая растения на минеральной вате, проще держать нужный уровень Ес, так как она, в отличие от органических субстратов (торфа и кокоса), не обладает емкостью катионного обмена (способностью поглощать и удерживать элементы питания в своей структуре и обменивать их на другие элементы раствора). В каменной вате питательные элементы не впитываются субстратом, поэтому то, что не усвоили растения, вымывается с дренажом.

Ес является одним из инструментов для поддержания баланса растений. Увеличение Ес способствует их генеративному развитию, а его снижение – вегетативному росту. Повышение Ес ускоряет цветение и плодоношение, а также улучшает качество плодов, но сокращает урожай. Уменьшение Ес облегчает поступление воды в растения, усиливает вегетативный рост и увеличивает количество плодов, но ухудшает их качество.

Нельзя резко менять концентрацию питательного раствора (максимум на 0,5 мСм/см). Разница между Ес раствора и Ес вытяжки из мата не должна превышать более 1,5-2 мСм.

Ес постепенно увеличивают к концу выращивания культур (до 3,5-4 мСм/см на огурце и до 5-6 мСм/см на томате), чтобы улучшить качество плодов. Концентрацию питательного раствора поддерживают на более высоком уровне, если поливная вода содержит много солей. Также Ес зависит и от гибрида: вегетативные гибриды нуждаются в более высоком Ес, а генеративные – в более низком, чтобы поддерживать баланс роста и развития.

Поэтому сложно говорить о конкретных оптимальных значениях Ес. Важно наблюдать за растениями, чтобы точно определять их потребности. Если концентрация солей в мате слишком сильно отклоняется от оптимального диапазона, могут возникнуть серьезные проблемы.

Проблемы неправильного ЕС

Высокая концентрация питательного раствора приводит к снижению поглощения воды и элементов питания. Большое содержание солей нарушает соотношение между элементами питания, так как усиливает конкуренцию между ионами. Наиболее опасно засоление при высокой температуре воздуха, интенсивной солнечной радиации или очень низкой влажности. В связи с этим возникают следующие проблемы:

- из-за сокращения поступления воды закрываются устьица, что тормозит транспирацию и фотосинтез;

- растения увядают, их верхушки истончаются вплоть до гибели точек роста;

- идет слабое формирование или повреждение корневой системы;

- недостаточное поступление кальция и магния в растения вызывают хлорозы и вершинную гниль плодов;

- растяжение клеток замедляется, из-за чего ослабляется рост и замедляется развитие растений, мельчают листья и плоды;

- из-за недостатка воды листья становятся темно-зелеными, на них появляется краевой некроз, плохо формируются соцветия, происходит сброс завязей или плодов, а уже сформированные плоды томата становятся пустотелыми;

- все это приводит к снижению урожая.

Повышение Ес (более 4,5 мСм/см на томате и более 3,5 мСм/см на огурце) возникает по нескольким причинам. Прежде всего, из-за недостатка воды, связанного с неправильной стратегией полива, например, избыточные дозы полива способствуют снижению влажности матов. В этом случае необходимо уменьшить дозу и увеличить частоту поливов, чтобы питательный раствор лучше распределялся по всему объему субстрата, а непоглощенные соли легко уходили в дренаж.

Распространенная причина – сильная транспирация растений. В этом случае значение ЕС можно немного понижать (на 0,3-0,5 мСм/см) в период активной солнечной радиации, когда транспирация растений увеличивается, а вечером Ес возвращают к обычному уровню, чтобы обеспечить растения элементами питания.

Недостаточный дренаж способствует накоплению солей в субстрате, и чтобы его повысить, необходимо увеличить дозы или частоту полива.

Чтобы промыть мат от накопившихся солей, можно увеличить утренние дозы полива, в результате чего дренаж появится после второго полива. Затем надо отрегулировать Ес на подаче и стратегию полива в соответствии с микроклиматом, фазой развития растений и их состоянием.

Большое содержание солей в поливной воде, особенно натрия и хлора, вызывает накопление солей. В данной ситуации нужно поливать с повышенной нормой дренажа или периодически промывать мат от накопившихся солей. Важно, чтобы Ес поливной воды не составлял более 50% Ес питательного раствора, иначе потребуется предварительная водоподготовка.

Еще одной причиной повышения Ес становится большая потеря влажности за ночь (оптимальная на огурце 8-10%, на томате 10-12%). Чтобы уменьшить ночное падение влажности, следует передвинуть последний полив на более позднее время.

Слабая корневая система или снижение ее активности также способно влиять на концентрацию солей в субстрате. В таком случае необходимо принять меры, направленные на возобновление роста корней или проверить условия, ограничивающие их функциональность (низкая температура корневой зоны, недостаток кислорода или ассимилятов и т.д.)

Низкое Ес в матах приводит к недостаточному снабжению растений питательными веществами и избыточному поступлению в них воды. Это отражается на растениях следующим образом:

- цветки становятся слабо окрашенными, что чревато плохим опылением;

- листья бледнеют, и затем на них появляется хлороз;

- растения ослабевают несмотря на усиление вегетативного роста, формируются тонкие верхушки;

- клетки растений становятся более рыхлыми, что ухудшает их сопротивляемость болезням и вредителям;

- усиливается корневое давление, что иногда приводит к оэдеме – разрыву клеточных стенок из-за нарушения осмотического давления, что в дальнейшем угрожает инфицированием растений;

- ухудшение качества плодов и срока их хранения, неравномерное созревание или растрескивание плодов томата.

Снижаться Ес (менее 3,0 мСм/см на томате и менее 2,5 мСм/см на огурце) может из-за высокой влажности мата, связанной с частыми поливами маленькими дозами с высоким выходом дренажа. Для нормализации Ес в этом случае необходимо увеличить дозы и время между поливами и настроить стратегию полива в соответствии с условиями микроклимата, сокращая уровень влажности за ночь и между поливами.

Если растениям недостаточно питания, надо постепенно увеличить Ес на подаче, но не более чем на 0,5 мСм/см за один раз, так как резкое повышение концентрации питательного раствора может повредить корни, особенно при недостатке освещения.

В период обильного плодоношения растения усиленно поглощают элементы питания, что также приводит к снижению Ес. В этом случае нужно заменить питательный раствор, увеличив норму азота и калия

Чтобы предотвратить проблемы с Ес в матах необходимо пользоваться сбалансированными и свежими растворами удобрений, регулярно проверять качество поливной воды и учитывать ее состав при приготовлении питательного раствора, регулярно проводить агрохимический анализ вытяжки из матов, а также регулировать стратегию полива в соответствии с фазой, направлением роста растений и условиями микроклимата.

Таким образом, чтобы обеспечить растениям правильное питание, следует постоянно поддерживать рН и Ес на оптимальном уровне. Проще всего контролировать эти процессы, выращивая растения на каменной вате SPELAND, так как она обладает стабильными химическими и водно-физическими свойствами. Это помогает питательному раствору равномерно распределяться по всему объему субстрата. Отсутствие буферности и хорошая способность к дренированию позволяет быстро реагировать на потребности растений и в случае необходимости оперативно заменить питательный раствор в мате на новый.