Использование биоугля в гидропонике для повышения урожайности – Наука в гидропонике
Среды, используемые в гидропонных культурах, могут сильно различаться по всему миру в зависимости от того, что дешевле и легче доступно в больших количествах. В Соединенных Штатах предпочтение отдается кокосовой койре, торфяному мху и перлиту, в то время как в других регионах могут отдавать предпочтение таким средам, как рисовая шелуха, песок или вермикулит. Однако существует целый тип сред, который доступен в значительных количествах практически в любом месте, где выращиваются растения, и редко используется: биоуголь. Они производятся путем контролируемого сжигания растительных материалов и предлагают множество потенциальных преимуществ, которые обычно недоступны с другими типами сред. Кроме того, биоуголь в сочетании с другими средами может обеспечить значительно лучшие результаты в гидропонной культуре. В этом посте я расскажу о биоуглях, их свойствах и расскажу о некоторых доказательствах, показывающих, как они могут существенно повысить урожайность.
Сначала поговорим о свойствах биоуглей. Поскольку они являются результатом сжигания растительного материала, их химические и физические свойства будут унаследованы от исходного растительного материала и характера процесса сжигания (температура, скорость, доступность кислорода и т. д.). В таблице ниже показаны свойства биоуглей из 3 разных растительных источников, полученных в результате одного и того же процесса. Хотя все биоугли являются основными, их емкость катионного обмена (CEC) и значения EC могут очень существенно различаться. CEC значительно ниже, чем у такой среды, как кокосовая койра (которая может находиться в диапазоне 40-60 в смоль/кг), но плотность среды намного выше с биоуглем около 80-320 кг/м^3, в то время как кокосовая койра менее плотная, всего 80-100 кг/м^3. Это означает, что объемная обменная способность биоугля примерно такая же, как у койры, но может быть намного больше в зависимости от конкретного источника биоугля. Обратите внимание, что начальный pH биоугля может варьироваться в очень широких пределах, примерно от 5 до 10, в зависимости от температуры, используемой для изготовления биоугля. (см. второе изображение ниже). Эти две таблицы показывают, как свойства могут варьироваться как в зависимости от процесса, так и из-за используемого растительного материала.
Biochar обычно используется не сам по себе, а как добавка для улучшения свойств других сред. Данные нескольких различных исследований растений показывают, что добавки биоугля систематически повышают урожайность гидропонных культур. На первом изображении ниже, взятом из исследования помидоров черри, показано, как 5% добавка биоугля в кокосовом торфе смогла значительно увеличить диаметр производимых плодов. Второе изображение — из исследования перца — показывает, как добавление той же 5% поправки «бедного питательными веществами» биоугля в кокосовую койру привело к очень существенному увеличению биомассы по сравнению с контролем. Есть несколько других исследований, которые показывают улучшения за счет использования добавок биоугля как в нормальных, так и в стрессовых условиях (2, 3, 4, 5, 6, 7). Из свидетельств кажется очевидным, что биоугли могут принести существенную пользу гидропонному производству сельскохозяйственных культур. Это еще раз подтверждается в этом обзоре об использовании биоугля в контейнерных растениях, который является дополнительным свидетельством по этому вопросу (плюс некоторые проблемы, о которых я также расскажу позже в этой статье).
Но почему биоуголь работает? В настоящее время существует три гипотезы, которые могут объяснить преимущества биоугля. Во-первых, он имеет более высокое сродство к экссудатам корней растений и другим токсичным веществам, наносящим ущерб росту растений. Удаляя эти вещества, биоуголь, находящийся в среде, гарантирует, что корни всегда находятся в менее токсичной среде. Вторая гипотеза заключается в том, что биоуголь обеспечивает более благоприятную среду для полезных микробов из-за своей химической природы и структуры пор, что способствует созданию полезных симбиозов, которые труднее поддерживать в других средах. В-третьих, биоуголь имеет более высокое сродство к некоторым питательным веществам, особенно к азоту, что позволяет растениям поддерживать более стабильный запас питательных веществ между циклами орошения (это химическое поведение хорошо задокументировано, см. здесь). Потенциальное получение этих трех преимуществ делает биоуголь одним из наиболее очевидных улучшений гидропонных культур. В этом случае может быть реализовано потенциальное повышение урожайности на 20%+.если результаты из литературы перевести на ваш урожай.
Однако есть и проблемы с использованием биоугля в гидропонике, которые нельзя упускать из виду. В частности, существует проблема согласованности и качества химических и физических свойств. Поскольку свойства биоугля во многом зависят от процесса создания и исходного материала, довольно легко получить биоуголь, который вреден, а не полезен для роста растений. Вторая проблема заключается в потенциальном наличии токсичных веществ в биоугле, которые могут нанести вред вашим растениям или сделать ваши продукты сильно токсичными. Исходные материалы биоугля могут быть загрязнены тяжелыми металлами, а в ходе высокотемпературного процесса могут образовываться токсичные органические соединения. Поэтому жизненно важно убедиться, что используемый вами биоуголь не содержит ни одной из этих проблем.
Обеспечение того, чтобы EC, pH, CEC и минеральные свойства биоугля соответствовали тем, которые обеспечивают наибольшую пользу в литературе, является хорошей отправной точкой, но также необходим постоянный контроль качества, чтобы гарантировать, что поставщик не изменил источник или химический процесс таким образом, что это вредно. Производство собственного биоугля — поскольку оборудование для этого довольно простое — также может быть хорошей возможностью, учитывая, что много растительного материала также может быть потрачено впустую в циклах выращивания, и этот материал затем может быть переработан в качестве среды для следующего урожая.
