Природные цеолиты как компонент тепличных субстратов

20.06.2015

Эффективность применения природных цеолитов разных месторождений в защищенном грунте хорошо изучена. Многочисленными исследованиями установлено, что использование цеолитов в составе тепличных питательных смесей способствует лучшему газообмену и формированию крепкой корневой системы и вегетативной фитомассы, что положительно влияет на урожайность растений. У овощных культур снижается содержание нитратов в плодах на 40-50 %. Внесение природных цеолитов улучшает качество продукции: увеличивается концентрация в плодах витамина С, общего сахара, аминокислот в белках. При использовании цеолитов уменьшается количество поливов, что приводит к снижению вымывания полезных веществ из тепличных смесей. Рентабельность производства овощей повышается на 15-20%.
Наиболее оптимальные варианты использования тепличных смесей на основе цеолита фракции 3-10 мм:
1 часть цеолита + 1 часть торфа + 1 часть перегноя;
1 часть цеолита + 2 части перегноя + 1 часть дерновой земли;
1 часть цеолита + 2 части торфа.
Однако с каждым годом запасы качественного торфа сокращаются, а использование верхних плодородных горизонтов почв приводит к порче сельскохозяйственных угодий, что требует определенных затрат на их рекультивацию. Поэтому создание новых качественных и дешевых грунтов, особенно из природных компонентов, считается актуальной задачей.
В настоящее время разработаны разные композиционные смеси грунтов и новые технологии выращивания овощей, рассады, черенков и другой тепличной продукции с применением цеолитов и цеолитсодержащих пород.
В.Д. Перфильева с соавт. изучала в условиях защищенного грунта влияние цеолита на агрохимические свойства торфяных субстратов, динамику содержания нитратного азота в зависимости от вида азотных удобрений, активность биохимических процессов, урожайность и качество томатов и огурцов. Установлено, что цеолит оказывает существенное влияние на динамику содержания нитратного азота и калия в субстратах. При внесении аммиачной селитры в тор-фо-цеолитовых субстратах снижается количество нитратного азота, по сравнению с торфяными. За счет ионообменной способности цеолита к катионам калия в торфо-цеолитовых субстратах к концу оборота отмечено накопление этого элемента, который может использоваться растениями в последующем.
В торфо-цеолитовом субстрате выявлено снижение интенсивности дыхания, протеолитической активности и постепенное повышение содержания полифенолоксидазы и нитратредуктазы.
Прибавка урожая томатов и огурцов составила 20-35 %, при этом количество нитратов в плодах уменьшилось на 30-50 %, увеличилась концентрация сухого вещества, водорастворимых сахаров, витамина С и каротина.
В работах Б.П. Лободы с соавт., Н.Н. Яковлевой, Б.П. Лободы показано, что на тепличных субстратах, приготовленных из цеолитсодержащих пород, при соответствующем режиме полива обеспечивается оптимальный воздушный режим для развития корневой системы томатов и зеленных культур, что приводит к повышению урожая. Фракционный состав и плотность цеолитов в течение опыта изменялись несущественно, что свидетельствует о возможности многолетнего использования цеолитов в качестве тепличных субстратов.
Применение цеолитовых субстратов перспективно, особенно в регионах с отсутствием или недостаточными запасами торфа. На таких субстратах можно вносить удобрения однократно, без проведения подкормок, при этом урожаи и качество огурцов, томатов, перцев и зеленых культур повышаются, а содержание нитратов и тяжелых металлов снижается.
Эффективность цеолитов как субстратов тепличного грунта также подтверждена исследованиями Т.X. Ишкаева и Т.В. Николаевой.
Использование цеолитов в качестве субстрата тепличного грунта при малообъемной технологии выращивания овощей с капельным поливом позволило авторам сделать следующие выводы. В течение 2-3 лет содержание обменных катионов K+, Mg+2 в цеолите практически не менялось. Количество содержащегося в цеолите натрия (Na+) уменьшилось почти в 2 раза за счет его вымывания. N, Р, К, внесенные с удобрениями, быстро поглощаются цеолитами и удерживаются либо в обменной форме, либо в осажденной, в виде фосфатов кальция. Аммонийный азот из аммиачной селитры и сульфата аммония поглощается цеолитом почти на 90 % в течение 2 суток, а фосфор и калий из удобрений незначительно вымываются, в сливной раствор, в дренаж в основном попадают Ca+2, Mg+2 и Na+. На цеолитовом грунте, независимо от уровня внесения удобрений с рабочим раствором, концентрация солей в отжиме грунта не превышает 0,5-0,6 мСм/см. Расход минеральных удобрений и поливной воды на производство единицы продукции овощей вследствие слабого дренажа на 15-20 % ниже нормы. Растения на цеолитовых субстратах развиваются быстрее (на 7-10 дней), у них формируется хорошая корневая система, позволяющая первые сборы плодов томата проводить на 5-6 дней раньше. На цеолитовых грунтах повышенной кислотности субстрата не отмечается, поэтому отпадает необходимость их известкования. Эффективность применения углекислотной подкормки в теплицах на цеолитовых грунтах намного выше, чем на торфо-опилочных. На цеолитовых грунтах можно значительно упростить технологические приемы возделывания овощей, прежде всего регулированием минерального питания растений. Цеолитовые грунты в течение 6-7 лет эксплуатации в основном сохраняют физико-химические свойства (влагоемкость, буферность, воздухопроницаемость, поглотительную способность и др.), но в дальнейшем необходимо добавлять 30-40 % торфа для поддержания влагоудерживающей способности грунта.
В России ежегодно вывозится на свалки 20-25 млн. т древесной коры. О.А. Ульяновой с соавт. разработана технология получения коро-минеральных субстратов с применением природных цеолитов Пашенского и Caxanтинского месторождений (клиноптилолит — гейландит 45-64 %). Использовали кору хвойных пород (пихта, ель), измельченную до частиц размером 8-10 мм и обогащенную азотными и фосфорными удобрениями. При смешивании коры и удобрений в смесь добавляли 10 % природных цеолитов (от объема грунта) фракции 1-3 мм. Затем компостировали в аэробных условиях в течение 3 месяцев.
Были изучены свойства разных традиционных органо-минеральных грунтов в сравнении с коро-цеолитовым. Существенные различия между субстратами по физическим, химическим и физико-химическим свойствам отразились на укореняемости черенков и приживаемости хризантем при пересадке. Установлено, что применение коро-цеолитового грунта способствует 100 %-ному ризогенезу, повышению на 10—28 % приживаемости саженцев при пересадке. Торфяной грунт, характеризующийся высокой теплоемкостью и очень низкой теплопроводностью, является холодным. Так, если в 5-сантиметровом слое торфяного грунта температура составила 17°С, то глубже она понижалась. Температурный же профиль коро-цеолитового субстрата обратный: температура в нем вниз по профилю возрастает на 1-3 °С. Роль цеолита в данном случае несомненна, поскольку при его отсутствии этот эффект не наблюдается вообще. По-видимому, цеолит активизирует деятельность микроорганизмов, участвующих в минерализации органической части грунта, которые при этом генерируют тепло из энергии химических связей, составляющих структуру органической массы коры. За счет этого накапливающаяся в коро-цеолитовом грунте тепловая энергия вызывает повышение температуры. Сумма температур более 10°С на коро-цеолитовом грунте за вегетационный период в корнеобитаемом слое (0-20 см) составила 1710°С, а на торфяном - 1520°С. Такое различие в тепловом режиме в значительной степени способствовало более быстрому прохождению растениями всех фаз онтогенеза на коро-цеолитовом грунте. Через 2 месяца после посадки саженцев хризантемы на коро-цеолитовом субстрате в зависимости от сорта были в 1,4-7,0 раза выше растений, выращенных на торфяном грунте (рис. 2.14). Этому также способствовала и более мощная корневая система растений, сформировавшихся на коро-цеолитовом грунте.
На традиционно применяемом торфяном грунте все сорта хризантем находились еще в начальной стадии роста и развития, в то время как на коро-цеолитовом растения уже вступили в стадию бутонизации. При использовании коро-цеолитового грунта происходило ускорение прохождения фаз развития хризантем на 1 месяц.
Благоприятные физические свойства коро-цеолитового грунта улучшали газообмен, обеспечивали формирование сильной корневой системы и надземных органов растений, запас питательных веществ — нормальное питание растений, что обуславливало лучшую приживаемость, быстрое развитие и раннее наступление фазы бутонизации. Возможно, сказалось и влияние цеолита, входящего в состав субстрата, который благодаря адсорбционным ионообменным свойствам регулировал и пролонгировал действие питательных элементов, содержащихся в достаточном количестве в органической части субстрата, и удобрений, вносимых при подкормках, предотвращая вымывание питательных веществ в нижнюю часть субстрата.

Из-за отсутствия сорняков на коро-цеолитовом грунте прополка грядок не проводилась, тогда как на торфяном субстрате в течение вегетационного периода были проведены три основные прополки грядок и несколько дополнительных - междурядий. Учитывая стерильность коро-цеолитового субстрата, при его использовании в тепличных хозяйствах возможна дополнительная экономия средств на прополке, за счет исключения затрат ручного труда за период выращивания растений.
При применении коро-цеолитового субстрата в технологии производства тюльпанов для размножения посадочного материала целесообразно применять цитодеф-К и альтацит, а для получения цветочной продукции эффективнее использовать коро-цеолитовый грунт без обработки исходного материала цитокининами.
Доказана эффективность применения коро-цеолитового грунта при получении посадочного материала декоративных древесных культур даже при поздних сроках черенкования.
Использование коро-цеолитового грунта в зеленом строительстве для создания газонов доказывает, что это экологически целесообразно. Цеолитный компонент таких субстратов пролонгирует процессы минерализации, при этом повышаются теплозапасы, водоудерживающая способность субстрата, что увеличивает проективное покрытие травяных газонов до 70 % против 39 % на почвенном газоне.
Газоны формируются из 3 слоев, включающих компоненты (от основания к поверхности): почва - цеолит - коро-цеолит. Внедрение коро-цеолитовых субстратов снизит техногенную нагрузку на окружающую среду за счет утилизации многотоннажных отходов деревообрабатывающих предприятий, сокращения изъятия почв гумусовоаккумулятивных горизонтов, повышения эффективности озеленительных мероприятий. Кроме того, преимуществом коро-цеолитового субстрата является то, что он легко регенерируется для повторного использования, что особенно важно при его применении в тепличных хозяйствах, где смена грунта — это очень трудоемкий процесс в технологическом цикле. В процессе эксплуатации же коро-цеолитового грунта органическая часть его практически полностью разлагается микроорганизмами, а неорганическая цеолитная основа подвергается термообработке, затем добавляются свежие прокомпостированные отходы древесной коры, и полученную композицию можно снова использовать. При необходимости утилизации субстрата его компоненты не загрязняют окружающую среду. Цеолит можно далее применять в качестве мелиоранта.
Т.G. Andronikashvili рекомендует для защищенного грунта использование природных цеолитов, особенно клиноптилолитсодержащих туфов. Разработано несколько вариантов создания тепличных субстратов: цеолит+птичий помет (свиной навоз); цеолит+отходы переработки хлопка; цеолит (50 %)+черноземная почва (50 %). Для мелких тепличных хозяйств предложено 6 модификаций искусственных субстратов, включающих 10 % клиноптилолитсодержащих туфов и разные соотношения торфа, перепревших навоза и фекалий, перегноя, бурую лесную и перегнойно-карбонатную почвы. Наибольшей эффективностью характеризуется грунт с высоким содержанием органических компонентов.
В исследованиях Е.В. Просянникова с соавт. использование цеолитсодержащего трепела (Фокинское месторождение, Брянская обл.), копролита и органо-минерального удобрения (гумат-люкс) для выращивания рассады томата было рентабельным.
Оптимальное содержание доступного кремния в торфяном субстрате должно составлять 60-80 мг/кг, но фактически его количество, как правило, на порядок ниже. Цеолитсодержащие трепела Хотынец-кого месторождения (Орловская обл.), являются по сути кремниевыми полиминеральными удобрениями. Для малообъемного выращивания огурцов (гибрид F1 Кураж) был использован субстрат из верхового торфа и цеолитсодержащих трепелов (далее цеолит) в соотношении 80:20 по объему (Лобода, Ходырев, 2006; Лобода и др., 2007). Контролем служил применяемый в хозяйстве субстрат: торф+гречневая шелуха (50:50).
Кроме обогащения торфяного субстрата питательными элементами при смешивании торфа с цеолитом происходит значительное улучшение водно-физических свойств субстрата, в первую очередь за счет повышения в 2-3 раза скважности аэрации, а также снижения влагоемкости и концентрации солей. Многие соли частично переводятся цеолитом в обменное состояние.
Растения в опытном варианте отличались хорошо развитой корневой системой, имели явное преимущество по площади листовой поверхности и почти не реагировали на температурные стрессы, цветение и плодообразование начинались на 3-4 дня раньше.
Плоды огурца на торфе с цеолитом были несколько короче, имели небольшое утолщение в центральной части и опушение, придававшее зеленцам сероватый оттенок. Такие плоды сохраняли товарный вид на протяжении 4-5 дней. Урожайность гибрида F1 Кураж на торфо-цеолитовом субстрате в летне-осеннем обороте составила 7,9 кг/м2, а на торфе с гречневой шелухой - 5,9 кг/м2, т. к. на одном растении опытного субстрата сформировалось 39 огурцов, а на контроле - 29. Прибавка к контролю по урожайности составила 33 %.
Урожайность на смесевом субстрате с применением цеолитов увеличивалась вследствие снижения его влагоемкости, повышения в 2 раза скважности аэрации, а также снижения концентрации водорастворимых питательных веществ. Создавались лучшие условия для развития корневой системы и растения огурца в целом. Кроме этого, растения в опытном варианте не имели признаков калийного голодания, так как в цеолите содержится подвижный калий (200-270 мг/кг).
В Болгарии создание цеолитовых субстратов идет уже в течение полувека. Промышленные цеолитовые субстраты имеют несколько модификаций и выпускаются под торговой маркой «Балканин» с содержанием усвояемых питательных веществ (мг/100 г): азота -50-420, калия - 630-1000, кальция - 360-460, магния - 15-25; фосфора - 260-430 и рНводн. - 6,8-7,1.
Субстраты обеспечивают получение высоких урожаев, и их использование возможно на территориях, не пригодных для сельскохозяйственной эксплуатации, при этом отсутствуют сорняки, а сами субстраты легко регенерируются.
Использование природных цеолитов в субстратах создает оптимальные химические и физико-химические, биологические условия для успешного выращивания культур. Например, в Греции были получены положительные результаты при выращивании цветов в оранжереях на субстратах из цеолитов, перлитов и цеолит-перлитов в соотношении 1:1.
В. Марковичем с соавт. изучены разные субстраты из компостов, торфа и обогащенных цеолитов (Zeoplant). Наибольшая продуктивность овощей (перца) была на субстрате из торфа и Zeoplant (2:1).
В Исландии цеолитовые субстраты используются длительное время без снижения урожайности овощных культур.
Сравнение субстратов, приготовленных из природных цеолитов Болгарии (Восточные Родопы) с содержанием клиноптилолита 80 % и иорданских цеолитовых туфов из Северо-Восточного месторождения с содержанием филлипсита 30 %, а также из их смесей показало, что растения томатов и огурцов развивались хорошо, т. к. были обеспечены питательными элементами в оптимальных параметрах.
Все исследователи отмечают развитие мощной корневой системы, позволяющей растениям продуктивно использовать питательные вещества и влагу, противостоять стрессам.
Таким образом, отечественный и зарубежный опыт приготовления и использования субстратов из природных цеолитсодержащих пород разных видов и месторождений свидетельствует, что выращивание овощных культур, рассады, цветов рентабельно экономически, т. к. грунт может эксплуатироваться продолжительное время, отсутствие сорняков снижает затраты на прополку, а самый главный результат — качественная продукция для питания.