Ещё раз о гидропонике01.09.2022 01:01

Здравствуйте! В данной статье я хочу поделиться собственным успешным опытом выращивания вкусных помидорок на подоконнике в гидропонной установке — без автоматизации, датчиков, ардуино и всего такого.

В статье я буду упоминать конкретные марки оборудования и химических веществ. Прошу не считать это за рекламу, я не имею никакого отношения к продавцами и производителям упомянутого, а просто хочу привести максимально подробные рекомендации, следуя которым любой сможет повторить мой успешный опыт.

Так получилось, что жизнь свою я посвятил автоматизации технологических процессов на электростанциях — стал т.н. АСУшником (а не водителем мусоровоза, или, на худой конец, космонавтом, как хотел в детстве). И поэтому может показаться вдвойне странным, что в данном проекте я отказался от какой-либо автоматизации. Однако моя позиция вполне обоснована.

В своей профессиональной деятельности я все чаще сталкиваюсь с избыточными и излишне дорогими решениями.  Доступность и разнообразие различной КИПовской аппаратуры — датчиков, контроллеров и всякой другой промышленной электроники кружит нынешним проектировщикам головы.

Несколько примеров из жизни

С моей точки зрения, грамотно спроектированный и отлаженный технологический процесс должен поддерживать сам себя. И чем меньше автоматизации — тем лучше. Поэтому, решив попробовать вырастить что-либо на гидропонике и пройдя обязательную для таких, как я, стадию погружения в АлиЭксперсс на предмет «а какими бы датчиками, да исполнительными механизмами можно было бы это всё обвесить» я решил — НЕТ! Доколе?! Делаем всё максимально просто.

В итоге из автоматизации у меня осталось только втыкающееся в розетку реле времени для управления освещением, и даже от него я в итоге отказался.

Но обо всём по порядку.

Техническое задание

Суть такова:

1. Растим помидоры (почему именно их — расскажу далее), черри (просто потому, что они милые);

2. Место размещения импровизированной плантации — балкон однокомнатной квартиры (застеклённый).

3. Способ выращивания — система гидропоники с капельным поливом. У меня на тот момент уже был успешный опыт выращивания салата с использованием системы глубоководных культур (это когда дырчатые горшочки с растениями установлены в пенопластовые плоты, которые плавают по поверхности медленно текущего в бассейне питательного раствора). Всем хороша система глубоководных культур: достаточно инертная, чтобы не допускать резких колебаний свойств и состава питательного раствора в силу большого объёма раствора в ней; устойчива к пропаданию напряжения (просто прекращается циркуляция раствора, корни при этом не пересыхают, и растение продолжает получать влагу). Но сама установка получается громоздкой и шумной, на балконе такую не поставишь.

   Поэтому я решил растить мои помидорчики (а их я выбрал как раз потому, что салат уже был, а выбрать огурцы, которые растут в три раза быстрее, не хватило мозгов) в системе с капельным поливом. А чтобы было ещё интереснее — в качестве субстрата (это материал, в котором растение начнёт свой рост и в котором будет пускать свои корни) выбрал блоки из минеральной ваты, которые применяют так же и в промышленных системах с капельным поливом.

   Блоки я приобрёл на Вайлдберриз. Цена относительно оптовой там, конечно, конская. Но покупку я планировал единичной, регулярно делать закупки не собирался, и поэтому смирился. Была мысль использовать строительную минеральную вату, разрезав её на параллелепипеды необходимого размера. Но я посчитал, что лучше использовать специализированное решение.

4. Досветка — обязательна.

   Досветка
   Работающая досветка

   Обратите внимание на два крайних правых куста (на разницу в высоте с остальными). В силу малой длины светильника они получали меньше света. Решив, что это не баг, а фича, я специально не стал удлинять светильник, чтобы посмотреть, насколько важна правильная досветка. Оказалось — важна.

   Систему для выращивания я собрал из легкодоступных компонентов, продающихся в магазинах хозяйственных товаров. Схема установки вышла следующая:

1. Клапан на сливном патрубке (далее под клапаном я понимаю краны/вентили любой доступной вам конструкции. Я использовал шаровые краны). Нормально открыт. Я планировал периодически закрывать данный клапан, чтобы поднимать уровень раствора и смачивать блоки минваты. Но, как оказалось, в этом нет необходимости, поэтому на схеме он у меня присутствует просто потому, что имелся в реальности.

2. Пластиковый ящик для установки минераловатных блоков. Я использовал прямоугольный пластиковый цветочный горшок (две штуки). Можно использовать и другие пластиковые ёмкости различной формы, в том числе и с низкими стенками (типа подноса или противня). Однако я рекомендую всё же высокие стенки, т.к. в процессе эксплуатации обязательно будут разлетающиеся брызги питательного раствора, что не полезно для красоты окружения и не одобряется домочадцами. С высокими стенками брызги разлетаются меньше.

3. Блоки минеральной ваты. У моих блоков были размеры в плане 10×10 см, и высота 6,5 см. В каждом ящике я разместил по три таких блока, всего шесть.

4. Капельницы для капельного полива — просто воткнуты в минвату. Продаются повсеместно в магазинах для дачников-огородников, либо ищутся на маркетплейсах по именно такой фразе — «капельницы для капельного полива». Данные капельницы изготовлены из пластика, заострены и имеют Г-образную форму. На каждую капельницу надета пластиковая трубочка для подачи питательного раствора. Часто капельницы так и продаются с надетыми трубочками. Бывают капельницы с лабиринтом и без лабиринта. Лабиринт — это такая особенность конструкции капельницы, которая представляет собой местное сопротивление движению питательного раствора и нужна для ограничения его расхода — чтобы он подавался по каплям. Если капельница без лабиринта — ей нужен дополнительно регулятор расхода (компенсатор давления), иначе раствор пойдёт струёй, что не полезно и не нужно. Я использовал капельницы с лабиринтом. Лабиринты необходимо периодически прочищать, зато конструкция выходит проще и дешевле.

5. Сливной клапан. Нормально закрыт. Открывается для опорожнения ёмкости с питательным раствором. При этом опорожнение происходит посредством циркуляционного насоса, что гораздо удобнее вычёрпывания или опрокидывания всей ёмкости.

6. Обводной клапан фильтра. Тоже нормально закрыт. Открывается при опорожнении ёмкости для того, чтобы ускорить слив раствора, а так же для того, чтобы не уменьшать ресурс фильтра при сливе.

7. Циркуляционный насос. В качестве циркуляционного насоса я использовал аквариумную погружную центробежную помпу на 230 В с керамической осью. Модель моей помпы Krelong M-038 с напором 1,2 метра водяного столба и максимальной производительностью 600 л/ч. Просто разместил её на дне ёмкости с питательным раствором (у неё есть даже присоски). Можно использовать любую подобную помпу. Но о моей у меня остались только положительные отзывы. Многомесячная непрерывная работа в не самом чистом растворе нисколько ей не повредила. Единственный минус — слабый напор. Изначально я планировал разместить короба с растениями на подоконнике, а ёмкость с раствором на полу. Но напора данной модели помпы не достаточно, чтобы подать раствор на высоту подоконника. Пришлось ставить ёмкость с раствором на табуретки чтобы она была ближе к растениям.

8. Фильтр. Прекрасно подходит обычный бумажный бензиновый фильтр (новый) для отечественной автоклассики. Он дёшев, легко доступен. Менять приходится примерно один раз в месяц. Чтобы продлить его работу, можно сделать предфильтр грубой очистки. Я сделал свой предфильтр из отрезка латунной трубки (сгон ½ дюйма) с резьбой с двух сторон, в которую поместил кусочек кухонной поролоновой губки и накрутил с каждой стороны по сантехническому «ершу». Фильтр нужен в любом случае, иначе капельницы забиваются очень быстро, и питательный раствор перестаёт поступать к корням.

9. Что-то, что позволит блокам из минваты дренироваться полностью и не находиться в тонком слое питательного раствора, который постоянно присутствует на дне короба. Я использовал два отрезка пластикового кабельканала — просто подложил их рядом друг с другом под блоки минваты. Я так думаю — можно вместо этого использовать слой какого-либо сыпучего химически инертного вещества типа стеклянных шариков или керамзита, купленного в цветочном магазине (строительный керамзит — купленный в магазине строительном — может менять pH раствора).

10. Ёмкость с питательным раствором. Чем она больше — тем лучше (в разумных пределах, конечно). Большая ёмкость сглаживает скачки состава питательного раствора, и у вас будет больше времени, чтобы его скорректировать. С другой стороны — большая ёмкость это больше расходов на химические вещества и воду. Но они настолько незначительны (если, конечно, вы не собираетесь заниматься этим в промышленных масштабах), что ими можно пренебречь. Делайте ёмкость побольше. Я использовал чёрное пластиковое прямоугольное корыто из магазина строительных товаров ёмкостью 60 л. Из бонусов на внутренней стенке у неё нанесена шкала объёмов в зависимости от уровня.

Узел А — место, где трубочки капельниц подсоединены к подающей трубке. У данных капельниц имеется интересная конструктивная особенность. В противоположный конец надетых на них трубочек вставлены особые фитинги — адаптеры. Эти фитинги втыкаются прямо в стенку подающей трубки в предварительно проколотые отверстия. Для подготовки отверстий (для прокалывания в нужном месте стенки подающей трубки) служит специальный прокалыватель, который обычно продаётся в комплекте с набором капельниц. При этом, на удивление, получается достаточно прочное и плотное соединение.

Тройники я использовал пластиковые для систем полива из ближайших хозтоваров. Вы можете использовать любые доступные вам компоненты. В качестве подающей и сливной трубок я использовал прозрачный ПВХ-шланг диаметром 20 мм.

NPK

Для всех, увлекающихся агрономией, это сочетание латинских символов таит огромный смысл. Именно азот (N), фосфор (P) и калий (K) делает питательный раствор питательным. Эти вещества нужны растениям в относительно большом количестве, поэтому их относят к макроэлементам. Так же к макроэлементам относят кальций (Ca) и магний (Mg).

По сути, если в растворе содержатся эти пять химических элементов, то растению больше ничего и не надо. Быстрорастущие растения типа салата и огурцов часто так и выращивают. Получаются те самые «пластмассовые» безвкусные и водянистые продукты тепличных хозяйств, так хорошо знакомые посетителям бюджетных супермаркетов (к коим, к сожалению, отношусь и я).

Чтобы получить здоровое, красивое, вкусное растение, в питательный раствор нужно так же добавить микроэлементы. Это железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Mn), бор (B), медь (Cu), молибден (Mo).

Итак, нам нужно приготовить питательный раствор. Для этого понадобятся весы, которые могут отвешивать с точностью до сотых долей грамма, и мензурка грамм на двести.

Для большинства распространённых разновидностей растений учёными давно разработаны составы питательных растворов. Эти составы разные как для времён года, так и для различных стадий развития растения (вегетация, цветение, плодоношение). Все рецептуры доступны в сети.

Возможно, результаты скрупулёзного следования данным рекомендациям становятся заметны, когда у вас имеется несколько гектаров зелёных насаждений. Я же не настоящий сварщик агроном, поэтом для своих шести кустиков использовал единую рецептуру, меняя только концентрацию раствора, но не сочетание элементов. Все вещества были куплены в хозяйственных товарах в секциях сельскохозяйственных удобрений.

Считается, что одно и то же вещество от разных производителей может иметь различный состав. И это правда. Особенно верно это для комплексных удобрений. Я в своих экспериментах комплексные удобрения не использую, предпочитая моновещества. Поэтому условно можно считать, что производитель нам сейчас не важен. Главное, чтобы содержание целевого вещества в пакете было близко к 100%.

Далее, для хорошего раствора важно как соотношение содержания химических элементов, так и общее содержание их в растворе.

Мерой общего содержания химических элементов в растворе в нашем случае является его электрическая проводимость (EC). Поэтому изначально готовится концентрат, который затем вливается в ёмкость для питательного раствора, заполненную чистой водой, до достижения нужного значения проводимости. Я использую четыре пластиковых бутылки, поскольку в одной бутылке смешивать химические вещества нельзя — часть из них прореагирует и выпадет в осадок. В готовом питательном растворе концентрация веществ гораздо ниже, и взаимной реакции не происходит. Именно для этого нам нужна мензурка — чтобы отмерить из каждой бутылки одинаковой количество концентрата. Так же нам понадобится EC-метр. Любой, хоть карандашного типа, которые продаются везде и стоят несколько сотен рублей. У меня, например, такой, заказан в Китае:

Портативный (карандашного типа) EC-метр (кондуктометр) — фото из Интернета

Такой EC-метр нуждается в регулярной проверке. Сделать это можно, приготовив раствор поваренной соли марки «Экстра» в дистиллированной воде. Раствор с содержанием соли 1 г/л должен иметь проводимость 2000 мкСм/см. В случае неправильных измерений большинство моделей EC-метров (и эта модель тоже) позволяет произвести настройку.

Поскольку мы не можем вводить в раствор химические элементы напрямую (это реально досада, из-за этого очень много проблем), мы вынуждены растворять в воде химические вещества, которые, диссоциируя на ионы, и дадут нашим растениям легкоусвояемую пищу для развития.

Земля не родит

Итак, рецепт моего питательного раствора следующий (на 40 литров воды):

• магния сульфат (MgSO₄) — 43,8 г;

• калия монофосфат (KH₂PO₄) — 5,4 г;

• кальция нитрат (кальциевая селитра, Са (NО₃)₂) — 72 г;

• калия нитрат (калиевая или калийная селитра, KNO₃) — 39 г;

• борная кислота — 0,12 г;

• хелат железа — 0,42 г;

• хелат цинка — 0,12 г;

• хелат марганца — 0,24 г;

• хелат меди — 0,018 г. (хелат меди я разводил 1,8 г. в 100 мл воды, потом брал оттуда 1 мл шприцем);

• молибдат аммония (смесь) — 0,12 г. (но я использовал не чистый молибдат, а его сухую смесь, в которой содержится 2,5 г молибдата на 1000 г смеси).

Примечание: массы веществ менять можно, но только всех веществ сразу и в одинаковой пропорции, чтобы взаимное сочетание элементов оставалось неизменным. То есть, если по итогу вы смешаете всё как я написал, а проводимость итогового раствора получится меньше, чем надо — просто добавьте ещё тех же веществ, но в этой же пропорции. Если же проводимость получится больше — «просто добавь воды» ©.

Я (а так же ведущие собаководы агрономы) рекомендую вводить в раствор микроэлементы в виде хелатов. В таком виде они хорошо растворяются и легко усваиваются. Однако можно это сделать и в виде неорганических соединений, растворимых в воде (железо и медь, к примеру, в виде сульфатов, и т.п.). Тогда массовое содержание будет другое, вам нужно будет его пересчитать в зависимости от содержания целевого химического элемента в веществе. У вас должно получиться, что в растворе содержатся в миллиграммах на литр: бор — 0,3…0,4; железо 1,2…2; марганец и цинк примерно по 0,35; медь и молибден примерно по 0,06.

Если ваша ёмкость такая же, как у меня, или меньше, всё равно готовьте такой же концентрат. Он пригодится далее, т.к. растения активно поглощают соли из воды, и их нужно периодически в раствор добавлять. А если ёмкость больше — то готовьте больше. Главное — сохранить соотношение веществ.

Ранее я говорил, что использую для приготовления концентрата четыре пластиковых бутылки. Мои бутылки объёмом по одному литру, с широким горлышком. Рекомендую вам делать то же самое.

Итак, в первой бутылке мы растворяем микроэлементы: хелаты железа, цинка, марганца, меди, молибдат аммония и борную кислоту. Навески веществ добавляем по очереди. Каждую навеску тщательно растворяем в бутылке с водой, активно её взбалтывая. Во второй бутылке растворяем нитраты калия и кальция. В третьей бутылке растворяем монофосфат калия. И в четвёртой — сульфат магния.

На этом подготовка к старту завершена. Заготавливаем EC-метр, средство измерения pH (можете приобрести pH-метр, но я рекомендую обычную лакмусовую бумагу в упаковке с цветовой шкалой, её точности для наших целей достаточно). И ещё нам понадобится кислота. Ведущие агрономы рекомендуют азотную или ортофосфорную — только где их сейчас взять… Я использую обычную серную (аккумуляторную). Может понадобиться щёлочь, но я ни разу не сталкивался с избыточной кислотностью раствора. В качестве щёлочи можно приготовить концентрированный раствор каустической соды из хозтоваров, но это если понадобится. Нужно учитывать, что натрий, гидроксидом которого является каустическая сода, токсичен для растений в больших количествах. Поэтому, если до этого дойдёт, приготовляйте максимально концентрированный раствор и добавляйте его по капельке (даже на 40 литров достаточно двух-трёх капель крепкой кислоты или щёлочи, чтобы заметно сдвинуть pH в ту или иную сторону относительно значения для нейтральной среды).

Вообще, в продаже специально для гидропонистов продаются готовые растворы «pH up» и «pH down» (да, в принципе, и готовые концентраты удобрений тоже), но они стоят конских денег, я их использовать не пробовал, рекомендовать не могу. Если кто пробовал — пожалуйста, отпишитесь в комментариях.

Запуск установки

Готовим раствор. Для этого заполняем нашу ёмкость для раствора водой. Воду я использовал из-под крана, через фильтр не пропускал. В нашей местности вода артезианская, слегка хлорированная (иногда бывает небольшой характерный запах). Видимо, при постоянной циркуляции хлор выветривается и на растения не влияет.

Однако я бы рекомендовал пропустить воду через угольный фильтр. Всё-таки состав воды в кранах нашей необъятной очень сильно меняется от местности к местности.

После заполнения начинаем добавлять концентраты из каждой бутылки по очереди с помощью мензурки. Например, порциями по 100 мл с тщательным перемешиванием после каждой порции. После того, как была добавлена порция концентрата из последней бутылки — контролируем проводимость (EC). Если целевая проводимость не достигнута — повторяем добавление концентратов ещё раз и ещё, если будет необходимо. Главное — добавлять равное количество из каждой бутылки.

Вообще — проводимость и pH — два главнейших параметра питательного раствора, которые доступны нам для контроля. После запуска установки в работу вы больше не сможете контролировать содержание каждого конкретного элемента. Поэтому контроль EC и pH необходимо проводить каждый день. Ну, можно реже, если у вас большая ёмкость, и динамика изменения данных параметров достаточно плавная.

Для помидоров в начале цикла я доводил проводимость до 3000…3200 мкСм/см. После начала плодоношения снижал её до 2600…2800 мкСм/см. pH необходимо постоянно держать в пределах 5…6. Лучше 5,5.

Поэтому после достижения требуемой проводимости корректируем pH. Кислоту или щёлочь необходимо добавлять буквально по капелькам, тщательно перемешивая раствор.

Когда раствор готов — запускаем циркуляцию. С этого момента ваша установка (циркнасос) не будет выключаться месяцами, это нужно учесть при выборе места размещения, т.к. работа насоса может быть достаточно шумной. Постоянная циркуляция необходима, т.к. благодаря ей раствор перемешивается, а к корням регулярно доставляются свежие порции питательных веществ.

Блоки минеральной ваты должны быть на своих местах, капельницы воткнуты в них сверху. После включения насоса раствор должен подаваться примерно по одной капле в секунду. Это нужно периодически (раз в несколько дней) проверять, вытаскивая капельницу наружу. После проверки можно втыкать её в то же место.

Семена

Я использовал семена помидоров-черри сорта «Вериге». Это так называемый гибрид F1. Некоторые считают такие гибриды ГМО, но это совсем не так. Это как цыплята-бройлеры — только помидоры. Растения с исключительными характеристиками, семена которых получены путём особых методик скрещивания. Единственный минус — собирать семена самому и пытаться вырастить такие же растения повторно не получится, потомки исключительных качеств не наследуют.

Семена можно срезу поместить в лунки пропитанных питательным раствором минераловатных блоков, которые предусмотрительно сделал производитель. Но я рекомендую предварительно на сутки завернуть семена во влажную марлю.

Эксплуатация

Я категорически рекомендую организовать досветку. Можно сделать как у меня — с помощью светодиодной красно-синей фитоленты, наклеенной на алюминиевый профиль. Можно применить светильник с фитолампами. Ещё рекомендуют натриевые лампы, но для домашнего использования, на мой взгляд, они не очень подходят.

Сначала я запитывал светильник через суточное реле времени. Но так как я в любом случае каждый день подхожу к установке (проверить уровень и состав раствора, его свойства, свободный проток через капельницы, съесть помидорку) — то даже такая автоматизация будет излишней. Вечером после работы включил свет, утром перед уходом на работу (либо ночью перед сном) выключил. Циркуляционный насос же должен работать всегда.

Так же раз в три-четыре недели необходимо производить частичную смену питательного раствора. Это делается потому, что растения потребляют питательные вещества неравномерно, и их баланс нарушается. Т.к. мы не можем непосредственно измерить текущую концентрацию каждого вещества в растворе (точнее, можем, конечно… Но цена и сложность имеющихся методов повергает в уныние), то просто сливаем от трети до половины раствора (для этого пригодятся клапаны 5 и 6 — просто открываем их, не выключая циркуляционный насос, и подставляем под сливной шланг какую-либо ёмкость). Можно сливать и целиком, но необходимости такой нет. Потом выключаем насос, доливаем чистой воды до прежнего уровня, доводим концентратами проводимость до прежнего значения, регулируем pH и запускаем циркуляцию снова.

Когда появятся цветы — нужно способствовать их опылению. Если на ваш балкон не залетают насекомые и не задувает ветер — лучше сделать это самому (да и вообще — хочешь сделать хорошо — сделай сам). Цветки имеют в себе как мужское, так и женское начало. Поэтому для опыления достаточно цветочки потрясти. Я делал это пальцем или палочкой. Ещё рекомендуют использовать электрическую зубную щётку. Но достаточно и просто пальцем.

По мере роста ваши кусты обязательно придётся подвязать. Свой вес кусты помидоров нести не могут, поэтому заранее нужно продумать, к чему их можно будет подвязать. Я подвязывал к карнизу для жалюзи.

ОБЯЗАТЕЛЬНО соблюдайте правила электробезопасности. Вы имеете влажную установку под опасным сетевым напряжением, причём ваша влага за счёт растворённых в ней солей имеет повышенную проводимость! Подключайте питание только через розетки с УЗО. Обращайте внимание на состояние изоляции проводов и целостность корпуса насоса. Откажитесь от использования, если что-то вызывает подозрение. Отключайте питание при любых манипуляциях с прикосновением к влажным частям установки. Электричество убивает!

Заключение

Далее, если все рекомендации выполнены правильно, у вас начнётся жизнь, полная томительного ожидания: ну когда, когда же появятся ростки, потом первые истинные листочки, первые бутоны, потом цветки, плоды! И, наконец, через много месяцев, когда вам это наскучит, либо, как у меня, придёт зима, и на балконе станет слишком холодно для цветения и плодоношения, вы отключите установку…

Да, вы будете чувствовать себя последней сволочью, которая отключает аппарат искусственного дыхания доброму другу. Другу, с которым вы провели столько интересных часов, делили с ним радость и печаль, но теперь пришло время ему уйти… Вы это понимаете, и он это понимает тоже… И вы в последний раз выдёргиваете вилку из розетки…

Конечно, после у вас останутся плоды. Честно, я был поражён тем фактом, что помидоры могут храниться при комнатной температуре просто так, на столе, месяц и более, и без холодильника. Так я их и подъедал потихоньку весь январь — этот последний урожай…

Послесловие

Бонусом опишу стадии развития, которые прошли мои растения, с указанием сроков. Это сделает ваше ожидание менее томительным, а так же даст возможность понять, что что-то идёт не так:

• День седьмой от посадки (далее все сроки от посадки) — начали появляться первые истинные листочки;

• День 21 — появились шестые листики;

• День 30 — появились первые бутоны;

• День 40 — бутоны на всех растениях;

• День 45 — раскрытие первого бутона;

• День 50 — появление первых маленьких зелёных помидорчиков. Перед этим цветки начнут отпадать. Так и должно быть, не волнуйтесь!;

• День 90 — покраснел первый помидор;

• День 95 — первый урожай. Сочный и вкусный!

И, кстати, кусты необходимо подрезать (удалять лишние ветки, даже с цветами) — конечно, если вы не хотите получить на собственном балконе волшебный лес. Рекомендации по подрезке для разных сортов разные. Поэтому рекомендую для своего сорта информацию поискать в сети заранее.

Несколько фото

© Habrahabr.ru