Influence of plant soil mixtures on plant vegetation

Anatoly E. Unitsky; Юницкий Анатолий Эдуардович; Nikifor S. Zyl; Зыль Никифор Сергеевич; Mikhail I. Tsyrlin; Цырлин Михаил Иосифович; Aleksandr M. Pavliuchenko; Павлюченко Александр Михайлович; Mikhail M. Parfenchik; Парфенчик Михаил Михайлович

doi:10.22363/2312-797X-2024-19-3-447-458

Влияние составов легких почвогрунтов на вегетацию растений

Авторы: Юницкий А.Э.¹, Зыль Н.С.¹, Цырлин М.И.¹, Павлюченко А.М.¹, Парфенчик М.М.¹
Учреждения:
1. Закрытое акционерное общество «Струнные технологии»
Выпуск: Том 19, № 3 (2024)
Страницы: 447-458
Раздел: Почвоведение и агрохимия
URL: https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/20063
DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2024-19-3-447-458
EDN: https://elibrary.ru/BWZLPN

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Снижение плотности растительного субстрата становится важным компонентом для получения качественной продукции. Если данное свойство почвы не имеет существенного значения для выращивания культур на поле, то при использовании специально подготовленного субстрата для культивирования растений при организации различного рода многоярусных теплиц, экопоселений с садами на крышах, частных биодомов оно играет важную роль. Такая особенность обусловлена следующим: чем больше плотность применяемого субстрата, тем бóльшую прочность нужно закладывать при проектировании несущей конструкции объектов и тем больше материалов потребуется, а значит, тем выше будет стоимость постройки. По указанным причинам активно исследуется вопрос создания легкого, но в то же время плодородного субстрата для высадки растений, который позволит получать экологически безопасную растительную продукцию и при этом будет иметь невысокую плотность относительно природной почвы. Рассмотрены возможные варианты состава облегченного субстрата на основе минеральных компонентов (перлита, керамзита) и биогумуса, пригодного для роста и развития растений. Описан эксперимент, касающийся изучения влияния легкого почвогрунта на растительные культуры. В качестве исследуемого легкого почвогрунта выступал перлит с добавлением биогумуса. Для внекорневой подкормки использовалась органическая комплексная подкормка для растений uTerra. В качестве оптимального варианта легкого почвогрунта определен перлит с добавлением 10 % (по объему) рассыпчатого биогумуса uTerra.

Ключевые слова

технологии выращивания растений, минеральные наполнители, перлит, биогумус, урожайность

Полный текст

Введение

Достаточна актуальна проблема создания почвогрунтов, потребность в которых растет с каждым годом [1—3]. Стандартные торфо-песчаные-черноземные смеси в различных соотношениях изначально не подходят некоторым экзотическим растениям, могут содержать вредителей, а также не пригодны для многолетнего выращивания культур, так как в процессе роста и развития растения синтезируют органические вещества и выносят элементы минерального питания из почвы [4]. Следовательно, корнеобитаемый слой культурных растений должен быть богат минеральными элементами и способным поддерживать постоянство состава за счет медленного высвобождения питательных элементов [5]. Однако стоит учитывать то, что чрезмерное насыщение питательными биогенными элементами приводит к замедлению роста и гибели растений. Таким образом, необходимо либо возвращать питательные элементы обратно в почву, либо использовать оптимальные, рассчитанные конкретно под определенную культуру показатели плодородия для постоянного произрастания многолетнего растения [6]. Современный почвогрунт также должен обладать высокой воздухопроницаемостью и определенными физико-механическими свойствами для сохранения почвенной влаги, чтобы вода могла беспрепятственно проходить вглубь почвы, не стекая по поверхности, и удерживаться внутри [7].

Для получения растительной продукции применяют различные технологии: на тяжелом и легком почвогрунте, гидро- и аэропонику [8]. Наиболее распространенным методом выращивания сельскохозяйственных культур, декоративных и лекарственных растений остается выращивание на тяжелом грунте. Однако использование легких почвогрунтов наиболее перспективно в замкнутых космических экосистемах, таких как ЭкоКосмоДом, при озеленении крыш (снижается нагрузка на перекрытия зданий), а также внутри помещений, в оранжереях, многоярусных теплицах благодаря ряду преимуществ — малый удельный вес, высокая аэрация корневой системы растений, высокая влагоемкость, удобство использования [9]. Такие почвогрунты состоят:

– из легких минеральных наполнителей;
– минералов, выступающих источниками макро-, микро- и ультрамикроэлементов;
– органической части, которая включает в себя гуминовые вещества и сообщества агрономически ценных аэробных и анаэробных микроорганизмов.

К недостаткам выращивания в легких почвогрунтах можно отнести необходимость тщательного подбора состава и его контроль, а также несколько большую стоимость, чем у почвогрунтов, не проходящих дополнительную обработку [10].

Наполнителем почвогрунта могут выступать вермикулит, керамзит, шлаки [11]. К недостаткам таких наполнителей относятся высокая стоимость и возможное закисление или защелачивание почвы впоследствии. Наиболее перспективным минеральным наполнителем выступает вспученный перлит. Он обеспечивает низкую плотность субстрата, воздухопроницаемость, высокую влагоемкость. При этом вспученный перлит способен отдавать влагу корням растений через капилляры, которые при поливе ее накапливают [12].

Почвогрунт на основе вспученного перлита позволяет выращивать органическую растительную продукцию, контроль которой можно производить периодически. Такой почвогрунт может использоваться до 20 циклов вегетации растений (с добавлением органических подкормок при необходимости), после чего требуется производить добавление 10…20 % материала. Вспучивание перлита протекает при температурах около 900…1100 °C, что приводит к отсутствию в нем вредителей и сорняков [13].

Анализ открытых научных источников [14—17] свидетельствует о широком поле для исследований влияния состава легкого почвогрунта на урожайность растительных культур и качества растительной продукции.

Цель исследования — усовершенствование состава легкого, но в то же время плодородного субстрата для высадки растений, который позволит получать экологически безопасную одно- и многолетнюю продукцию широкого спектра растений и при этом иметь невысокую плотность относительно природной почвы, установление оптимального соотношения минерального наполнителя и органического компонента в почвогрунте.

Материалы и методы исследования

В эксперименте по выращиванию растительных культур использовали легкие почвогрунты, в качестве минерального наполнителя — вспученный перлит и керамзит, органическими наполнителями в различных опытах выступали биогумус uTerra (производитель: Республика Беларусь, КФХ Юницкого), рассыпчатый органический почвогрунт UniTerra (производитель: Республика Беларусь, КФХ Юницкого), органическая комплексная подкормка для растений uTerra (производитель: Республика Беларусь, КФХ Юницкого, номер государственной регистрации 11-07-0056) [4].

В 2021 г. были проведены предварительные испытания легких почвогрунтов для выращивания растений (однолетних — мята и многолетних — лимон, кумкват, банан). Составы почвогрунтов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Легкие почвогрунты

№ состава	Объем перлита, %	Объем керамзита, %	Объем биогумуса uTerra, %	Объем почвогрунта UniTerra, %
1	0	100	5*	5
2	50	50	5	5
3	100	0	5	5

Примечание. * Биогумус uTerra и гумус UniTerra имеют мелкую фракцию, которая распределяется между частицами минерального материала. Таким образом, общий объем почвогрунта при добавлении 10 % органической части остается прежним — 100 %.

Table 1. Light soils

No. of soil mix	Perlite, %	Expanded clay, %	uTerra biohumus, %	UniTerra soil, %
1	0	100	5*	5
2	50	50	5	5
3	100	0	5	5

Note. * uTerra Biohumus and UniTerra humus have fine fraction which is distributed between particles of mineral material. Thus, the total volume of soil with addition of 10% of organic part remains the same — 100%.

Многолетние растения, которые выращивались с применением легких почвогрунтов на основе керамзита, перлита и их смеси, продолжают вегетировать (рис. 1). Прирост цитрусовых растений за 2 года (с 07.2021 по 07.2023 г.) составляет: кумкват с 40 до 65 см (25 см); лимоны с 45 до 65 см (20 см); прирост банана с 40 до 120 см (80 см). Несмотря на вынос питательных веществ однолетними растениями, лимон и кумкват вышли в стадию плодоношения.

Рис. 1. Культивирование растений на легких почвогрунтах: а — 2021 г.; б — 2023 г.
Источник: выполнена фотофиксация растений М.М. Парфенчиком

Fig. 1. Cultivation of plants on light soils: a — 2021; б — 2023
Source: created by M.M. Parfenchik

В 2023 г. был поставлен опыт с однолетними растениями: в качестве объекта исследования были использованы растения салата латука (Lactuca sativa L.). Данный тест-объект был выбран из-за его хозяйственной ценности, короткого жизненного цикла и средних размеров, которые способствуют лучшей визуализации действия экспериментального почвогрунта.

Варианты эксперимента различались содержанием биогумуса uTerra: 2,5; 5,0; 7,5; 10,0; 12,5 и 15,0 % от общего объема. Плотность почвогрунтов составила соответственно 380; 386; 392; 398; 404 и 410 кг/м³. Каждый эксперимент с различным содержанием биогумуса воспроизводили в двенадцатикратной повторности. Семена растения салата-латука высевались в равном количестве в каждый вариант легкого почвогрунта (рис. 2).

Рис. 2. Схема эксперимента по воздействию легких грунтов на основе перлита с добавлением биогумуса на ростовые и физиологические показатели Lactuca sativa L.
Источник: выполнено составление схемы А.М. Павлюченко в приложении BioRender

Fig. 2. Experimental scheme for the effect of light soils based on perlite with addition of biohumus on growth and physiological parameters of Lactuca sativa L.
Source: created by A.M. Pavlyuchenko in BioRende

После посева поддоны с растениями переносили в камеру роста с температурой +25 °С, интенсивностью освещения 5000 люкс и 10‑часовым фотопериодом. Полив производили по мере подсыхания субстрата, включая полив органической комплексной подкормкой для растений uTerra [4] раз в 10 дней из расчета 10 мл на 1 л рабочего раствора. Спустя 3 сут. регистрировали первые всходы. Измерения роста листьев проводили каждые 7…10 сут.

Результаты исследования и обсуждение

Растения салата проявляли более активный рост с увеличением концентрации биогумуса uTerra. Бактериальной (патогенной) нагрузки не наблюдалось, рост апикальных меристем без патологий. Все растения быстро развивали розетку листьев, после наступления фазы 4‑х настоящих листьев наблюдалась дифференциация роста по вариантам опыта, наилучшие показатели по биомассе были зафиксированы начиная с добавления 10 % биогумуса (рис. 3).

Рис. 3. Рост и развитие растений салата на экспериментальных вариантах легкого грунта с добавлением биогумуса
Источник: выполнено построение MS Excel графиков А.М. Павлюченко

Fig. 3. Growth and development of lettuce plants on experimental variants of light soil with addition of biohumus
Source: created by A.M. Pavlyuchenko using MS Excel

Количество нитратов во всех вариантах находилось в пределах допустимой нормы (допустимый уровень по СанПиН 2000…3000 мг/кг).

При выращивании растений салата латука основные морфометрические показатели развития были значительно выше для вариантов легких почв с концентрацией биогумуса начиная с 10 %. Наблюдалась положительная прогрессия скорости роста, количества междоузлий и итоговой длины растений с увеличением экспериментальной концентрации. Отклонение было зафиксировано для параметра средней биомассы растения. Так, для варианта с 10 % биогумуса биомасса составила 65 г, 12,5 % — 60,8 г, 15 % — 58,6 г, что может являться статистической погрешностью (табл. 2).

Таблица 2. Результаты роста и развития растений салата на легких грунтах

Содержание биогумуса,%	Скорость роста, см/сут.	Средняя сырая масса, г	Нитраты, мг/кг	Среднее количество междоузлий, шт.
2,5	0,36	11,68	171,80	5,60
5,0	0,36	37,77	257,28	7,00
7,5	0,36	54,40	212,00	8,33
10,0	0,51	65,00	448,68	9,33
12,5	0,55	60,80	504,24	9,31
15,0	0,63	58,60	581,04	10,10

Table 2. Results of growth and development of lettuce plants on light soils

Biohumus content,%	Growth rate, cm/day	Average fresh weight, g	Nitrates, mg/kg	Average number of internodes
2.5	0.36	11.68	171.80	5.60
5.0	0.36	37.77	257.28	7.00
7.5	0.36	54.40	212.00	8.33
10.0	0.51	65.00	448.68	9.33
12.5	0.55	60.80	504.24	9.31
15.0	0.63	58.60	581.04	10.10

Визуально более крупные листья и большая площадь покрытия у растений с вариантом концентрации 10 % (рис. 4).

Рис. 4. Рост и развитие растений салата-латука на легком грунте с добавлением биогумуса в разной концентрации
Источник: выполнена фотофиксация М.М. Парфенчиком

Fig. 4. Growth and development of lettuce plants on light soil with addition of biohumus in different concentrations
Source: created by М.М. Parfenchik

Заключение

На основании результатов опыта можно сделать вывод о том, что лучшим вариантом легкого почвогрунта является перлит с добавлением 10 % биогумуса, так как дальнейшее повышение концентрации биогумуса не приводит к серьезному изменению биомассы растений, но при этом может теоретически приводить к избытку питательных элементов. Накопления нитратов в растительной продукции при использовании рассыпчатого биогумуса uTerra и органической комплексной подкормки uTerra не наблюдается. Большая концентрация биогумуса uTerra приводит к увеличению числа междоузлий растений, но растения выглядят вытянутыми с мелкой листовой пластиной. Легкий почвогрунт на основе биогумуса uTerra при применении почвенного эликсира uTerra позволит получать экологически безопасную растительную продукцию и при этом использовать преимущества легкого субстрата относительно природной почвы. В дальнейшем планируется продолжить исследование с целью анализа полученной таким образом продукции на накопление сахаров и витамина С.