Home » Овощеводство » Выращивание томата в защищенном грунте

Выращивание томата в защищенном грунте

Основная страница: Томат

Несмотря на отсутствие точных данных, площадь теплиц, используемых для производства овощей во всем мире, с годами увеличивается. При сравнении различных географических регионов наблюдаются значительные различия в климатических условиях (интенсивность света и температура), конструкции и оборудовании теплиц, а также в техническом опыте (Montero et al., 2011). Это приводит к различиям в урожайности между регионами. Хотя можно ожидать, что регионы с более высокой освещенностью будут иметь более высокий урожай, уровень используемых тепличных технологий часто является более важным фактором. Например, средняя урожайность томатов в Альмерии, Испания, намного ниже (28 кг/м2), чем в Нидерландах или Канаде (60 кг/м2), несмотря на то, что суточная сумма света или суточный световой интеграл (DLI) в среднем в 5 раз выше зимой и на 60% выше на ежегодной основе в Испании, чем в Нидерландах (Costa and Heuvelink, 2000). Эта разница частично обусловлена различиями в сезонах выращивания сельскохозяйственных культур. В Альмерии температура летом слишком высока для сбалансированного роста урожая и хорошего качества томатов, поэтому летом теплицы остаются пустыми. С другой стороны, в засушливых или полузасушливых регионах, таких как Мексика и юго-запад США, томаты очень успешно выращиваются летом в теплицах, оснащенных передовой технологией климат-контроля. Различия в урожайности между регионами также обусловлены выбором сорта. Например, было доказано, что сорта розового типа, широко выращиваемые в Японии, менее урожайны, чем современные голландские сорта. По имеющимся данным, среднегодовая урожайность тепличных томатов в Нидерландах удвоилась с 30 кг/м2 в 1980-х годах до 60 кг/м2 в 2005 году (Higashide and Heuvelink, 2009). Совсем недавно на юго-западе США в высокотехнологичной полузакрытой теплице был достигнут уровень урожайности в 100 кг/м2 благодаря сочетанию планирования урожая и передового экологического контроля. Это замечательное достижение объясняется как технологическим прогрессом в области контролируемой среды, так и использованием специальных высокопродуктивных сортов, специально выведенных для тепличного выращивания (Higashide and Heuvelink, 2009).

Содержание

Для выращивания томатов в теплицах существуют специальные сорта. Крупный красный многоплодный томат типа «бифштекс» с индетерминантным типом роста является стандартом в Северной Америке. Однако этот сорт больше не популярен в теплицах Северной Америки из-за конкуренции со стороны открытого грунта. В настоящее время в североамериканских теплицах чаще всего выращивают кластерные томаты или томаты на лозе (TOV) (рис.). Более мелкие двух-трехплодные круглые плоды (47-65 мм) или помидоры черри (< 15 мм), почти все кластерные типы, являются наиболее распространенными типами, выращиваемыми в Европе. Существует также рынок для крупных плодов, которые могут заменить более мелкие плоды при изменении рыночных тенденций. К характеристикам кластерных сортов относятся однородность размера плодов, сбор всего соцветия за один раз, одновременное созревание всех плодов на соцветии и плоды, остающиеся на лозе/соцветии после сбора урожая.

Кластерный тип (TOV) - средний размер
Кластерный тип (TOV) - мини Рома
Тип черри

Наследственные сорта томатов выращиваются в теплицах для нишевых рынков в Северной Америке, хотя масштабы производства все еще невелики. Они опыляются открытым способом и сохраняются на протяжении многих поколений среди фермеров в Европе и Северной Америке. Они отличаются большими вариациями цвета, вкуса, формы и других признаков. Многие из этих сортов не так продуктивны, как широко используемые коммерческие гибриды, но они обладают более богатым вкусом, что создает специализированные рынки в розничной торговле и ресторанах.

Одной из главных особенностей тепличного производства по сравнению с полевым является контроль роста путем манипулирования климатом. Можно поставлять энергию и углекислый газ, а при выращивании в аэропонике, гидропонике или в субстратах, таких как торф, бурый уголь или каменная вата, можно контролировать корневую среду в отношении температуры, минералов и подачи воды. Использование компьютеров для точного контроля этих факторов получило широкое распространение среди растениеводов. Поскольку эксплуатационные расходы на теплицу высоки, количественный подход к управлению выгоден. Тщательный выбор сорта, размера пересадки, расстояния между растениями, расхода энергии и CO2 наиболее важен для тепличного производства. В ближайшем будущем для расчета оптимальной с финансовой точки зрения системы выращивания будут использоваться компьютеры, причем их работа может быть связана с компьютером экологического контроля.

Конструкция и системы теплиц

Типы конструкций и ориентация

Теплицы были разработаны для защиты урожая от «враждебных» погодных условий, таких как низкие температуры, мороз, ветер, дождь, град или снег. Томаты можно выращивать в любом типе теплицы, при условии, что она достаточно высока для вертикального выращивания растений. Туннели, покрытые пластиковой пленкой, широко используются как недорогие конструкции, как правило, для сезонного производства. Во многих странах мира в настоящее время используется голландский так называемый тип теплицы Венло (Atherton and Rudich, 1986; Teitel et al., 2012). В то же время во многих странах существуют свои собственные типы теплиц с различными размерами, конструкциями и покрытиями (Montero et al., 2011). Например, типичная китайская теплица (солнечная теплица) состоит из коротких приподнятых грядок, ориентированных с севера на юг, внутри прислоненной конструкции, ориентированной с востока на запад, с северной стороной стены из почвы и/или кирпича.

На юге Испании широко используются теплицы с плоской крышей, покрытые однослойной полиэтиленовой пленкой (теплицы «парраль»). В Израиле и Мексике, где температура обычно выше, для выращивания томатов широко распространены и эффективно используются теплицы с экраном.
Каркасы современных теплиц голландского типа обычно изготавливаются из алюминия или оцинкованной стали. Более традиционные, старые или более мелкие теплицы, а также высокие тоннели могут иметь деревянный каркас.

Форма теплиц, используемых для выращивания томатов (рис.), варьируется в зависимости от нескольких факторов, таких как:

  • вес томатных растений на проволоке;
  • ожидаемая снеговая нагрузка;
  • количество необходимой естественной вентиляции;
  • место расположения форточек (на крыше или сбоку);
  • являются ли отсеки отдельными или соединены на водостоках;
  • тип покрытия (стекло или пластик);
  • система выращивания;
  • использование экранов;
  • использование искусственного освещения и т.д.
Формы каркасных теплиц
Формы каркасных теплиц: (а) соединенные желобами прямая боковая стенка с арочной крышей; (b) коньково-бороздчатый стиль прямая боковина с двускатной крышей; (c) обручный тип; (d) каркас готическая арка.

Высота боковых стен и опорных колонн увеличивается, и в современных теплицах типа Венло составляет от 3,5 м до 7 м. Высокие боковые стены и опорные колонны позволяют выращивать более высокую культуру и устанавливать над культурой больше оборудования для контроля климата, такого как вентиляторы с горизонтальным потоком воздуха, энергетические экраны, теневые экраны, туманообразование, освещение и отопление. Высокие боковины также повышают эффективность естественной вентиляции в теплицах с вентиляцией на крыше. Однако увеличение высоты боковин в некоторых случаях, например, в однопролетных теплицах, может увеличить расходы на отопление, так как при этом увеличивается соотношение площади поверхности и пола. Пространство у боковых сторон можно использовать более эффективно при прямых боковых стенках, чем в так называемых конструкциях типа Quonset. Каркасные конструкции с готической аркой, которые имеют вершину в верхней части, но изогнутые боковые стороны, обеспечивают достаточную высоту боковых стен без потери прочности и могут быть отдельно стоящими или частью ряда многопролетных, соединенных желобами конструкций. Преимущество готических арок в теплицах из двойного полиэтилена заключается в лучшем стекании конденсата с внутреннего слоя пластика. Стоки можно отводить за пределы теплицы, снижая влажность в теплице.

Теплицы типа Венло (Venlo) защищают урожай от неблагоприятных погодных условий и в то же время обеспечивают высокую светопропускную способность, что позволяет хорошо расти урожаю (Bakker et al., 1995). В теплицах Венло обычно используется стеклянное покрытие, но также применяются различные синтетические материалы для покрытия. Для увеличения светопропускания и снижения энергозатрат принимается множество мер: узкие желоба и обрешетка, широкие стекла на небольших алюминиевых стеклопакетах, плотные складные тепловые экраны, низкоуровневые системы отопления из труб 4 х 51 мм на пролет 3,2 м. Природный газ, если он имеется, позволяет использовать дымовой конденсатор для низкоэнергетического отопления, орошения и питательного раствора системы субстрата и подачи CO2. Вода высокого качества необходима в достаточном количестве. Также необходимы корпуса для компьютеров, оборудование для определения размера и цвета плодов, помещения для упаковки и хранения, а также помещения для персонала.

Парральная теплица, которая является стандартом в Альмерии, Испания, состоит из несущей конструкции из вертикальных деревянных, бетонных или металлических стоек. Нижние концы стоек устанавливаются в почву, а их верхние концы соединяются гибкой проволочной сеткой. Покрытие из полимерной пленки поддерживается этой проволочной сеткой и удерживается на месте второй проволочной сеткой, расположенной поверх пленки. Уклон крыши варьируется от плоского до 13 градусов. В пластиковой пленке вдоль ендов проделываются отверстия, чтобы дождевая вода проходила через покрытие и собиралась с помощью пластиковых или оцинкованных стальных желобов. Поскольку стоимость механической вентиляции неприемлемо высока для типичных парральных теплиц, в них используется естественная вентиляция. Это самый дешевый, практичный и часто используемый метод, обеспечивающий приемлемый климат в теплице как в теплый, так и в прохладный периоды (Brugger et al., 2005), но не позволяющий вести производство в середине лета (сезон высоких температур).

Светопропускание теплицы и пространственная равномерность интенсивности света внутри теплицы имеют большое значение. На них влияет соотношение прямого и рассеянного света в падающем свете, а также диффузные свойства укрывных материалов (Hemming et al., 2008, 2016), конструкция теплицы (угол и форма крыши, количество пролетов и количество света, перехватываемого элементами конструкции), время суток, сезон и местоположение (широта). Компьютерное моделирование использовалось для изучения влияния этих факторов на интенсивность падающего света и его распределение по пологу растений (например, Gupta et al., 2012; Castellano et al., 2016). В целом, сезонные изменения в светопропускании теплиц сильнее в более высоких широтах. Теплицы пропускают больше света (прямого света) зимой, когда они ориентированы на восток-запад, в то время как в теплицах, ориентированных на север-юг, световая среда внутри теплицы более равномерная. В больших многопролетных теплицах оптимизация по свету может быть менее важной, чем оптимизация по направлению ветра, если теплица будет иметь естественную вентиляцию с помощью форточек на крыше. В идеале теплица размещается перпендикулярно направлению преобладающих ветров в самые жаркие периоды производственного цикла. Дополнительным соображением является то, что распределение затененных и незатененных участков должно быть равномерным в течение дня. В идеале все зоны теплицы должны получать одинаковое количество света в течение 24 часов, чтобы рост растений был равномерным по всей теплице.

Укрывные материалы

Существует три основных типа покрытия теплиц: стекло; жесткий пластик; полиэтилен или другая синтетическая пленка. Пленочные покрытия могут быть двойными или одинарными. В холодном климате двойные слои разделяются изолирующим слоем воздуха, часто постоянно нагнетаемым воздушным насосом, обычно толщиной около 10 см, для экономии энергии. Современные синтетические материалы могут иметь схожие или лучшие характеристики, чем стекло, но часто стоят дороже.
Традиционно теплицы изготавливаются из стекла; отсюда и использование термина «теплица». Стекло максимизирует фотосинтетически активное излучение (PAR) и требует только регулярной очистки и герметизации краев. Стекло также хуже пропускает длинноволновое излучение (3000 нм и выше), поэтому стекло обеспечивает большую тепловую защиту, чем пластик. Стекло можно использовать в больших панелях, уменьшая структурное затенение (Giacomelli and Roberts, 1993). Однако стекло стоит дорого по сравнению с полиэтиленовой пленкой и некоторыми жесткими пластиками.

Срок службы всех пластиков за некоторыми исключениями (например, этилен-со-тетрафторэтилен (ETFE)) сокращается под воздействием экстремальных температур, пыли, песка, загрязнителей воздуха и ультрафиолетового (УФ) излучения. Традиционные полиэтиленовые покрытия необходимо заменять каждые 2-4 года для поддержания приемлемого светопропускания. Инновации в рецептурах пластика и передовые технологии экструзии привели к созданию высококачественных тепличных пленок с увеличенным сроком службы. Кроме того, различные типы пластиковых слоев комбинируются для изменения тепловых свойств или уменьшения стекания конденсата. Однако блокирующая добавка ближнего инфракрасного (NIR) диапазона для пластиковых укрывных материалов обычно снижает передачу PAR и требует оценки в различных условиях (например, Kempkes and Hemming, 2012). Некоторые компании также предлагают пластики, селективные по длине волны, которые, как утверждается, снижают давление болезней или насекомых или контролируют рост растений в высоту. В настоящее время, из-за их более высокой стоимости, пластики с селекцией по длине волны не широко используются садоводами.

В ходе эксперимента в Онтарио, Канада, сравнивались три типа покрытий: стекло, жесткие синтетические материалы и полиэтиленовая пленка. Сообщалось, что урожайность томатов и огурцов была одинаковой при использовании всех трех типов укрытий (Papadopoulos and Hao, 1997a, b). Возможно, другие факторы компенсировали более низкий уровень освещенности, например, более рассеянный свет и более благоприятная влажность летом под пластиком, чем под стеклом, что привело к различному балансу растений. Предположительно, свет был менее ограничивающим фактором, чем в более ранних исследованиях, проведенных в Нидерландах, где сравнивались теплицы с одним и двумя стеклами. В этих исследованиях потеря 1% света приводила к потере около 1% продукции (Van Winden et al., 1984). В более позднем литературном исследовании Марселис и др. (2006) показали, что снижение освещенности на 1% привело к снижению роста и производства большинства тепличных овощных культур на 0,7-1% (см. также Главу 4). Независимо от типа используемого укрывного материала, оптимальное светопропускание должно быть приоритетом для производителей теплиц и укрывных материалов для теплиц.

Жесткие пластики, используемые для покрытия теплиц, включают полиэстер, армированный стекловолокном, поликарбонат и акрил. Некоторые из них энергоэффективны, хорошо пропускают свет в первый год использования и служат не менее 10 лет. Однако жесткие пластики дороже полиэтиленовых пленок (Giacomelli and Roberts, 1993). Акриловые и стекловолоконные панели разрушаются от пыли быстрее, чем стеклянные, и являются пожароопасными. Как и стекло, жесткие пластики прочны и могут быть установлены в виде больших панелей для уменьшения затенения от несущих конструкций. Изолированные жесткие пластиковые панели с двойными стенками иногда используются для экономии энергии, но они снижают скорость таяния снега по сравнению со стеклом или пластиковой пленкой. Это является серьезным недостатком в регионах со снегопадами, поскольку скопление снега не только блокирует естественное освещение, но и может привести к обрушению теплицы.

Теплицы из двухслойного полиэтилена также энергоэффективны, а в случае снегопада двойные слои можно сдуть, чтобы увеличить скорость таяния. Таким образом, в Канаде, Мексике и США чаще всего новые теплицы покрывают двойным слоем полиэтиленовой пленки, чем стеклом или жесткими пластиковыми панелями. В северо-западной Европе распространено использование стекла. Теплицы из двухслойного пластика часто имеют округлые крыши (в стиле «квонсет»), что способствует стеканию конденсата на листья. Конструкции с отверстиями в крыше (рис.) доступны для теплиц из пластиковой пленки, а также акрила (Giacomelli and Roberts, 1993).

Пластиковая теплица с отверстием в крыше для естественной вентиляции

Среди недавно разработанных укрывных материалов был оценен тот, который преобразует прямой свет в рассеянный без существенного снижения пропускания глобального света (рассеянный плюс прямой свет). Преобразование прямого света в рассеянный может повысить продуктивность растений в теплицах (см. также главу 4), поскольку рассеянный свет является ненаправленным и может проникать глубже под навес и таким образом увеличивать фотосинтез всего растения (Hemming et al., 2008, 2016; Li et al., 2014). Для высокоплетистых растений огурца Хемминг и др. (2008) продемонстрировали, что урожайность увеличилась на 8-10% при использовании рассеивающего укрывного материала из ETFE по сравнению с использованием стекла. Эффективность рассеивающих укрывных материалов может варьироваться в зависимости от региона и минимальна в районах с преимущественно пасмурным небом, где естественный глобальный свет содержит высокий процент рассеянного света. Диффузионные укрывные материалы более эффективны для стимулирования роста растений в регионах с высоким уровнем прямого солнечного света, таких как засушливые и полузасушливые регионы. Другие новые технологии, недавно разработанные и оцененные, — это стеклянные покрытия, которые уменьшают отражение и, следовательно, увеличивают пропускание света (т.е. антибликовые покрытия), и низкоэмиссионные покрытия, которые уменьшают излучательную способность длинноволнового излучения для экономии энергии (Hemming et al., 2011). Последние инновации в технологии покрытий включают комбинацию стекла и пленки ETFE для улучшения теплоизоляции при сохранении высокой светопропускной способности.

Системы выращивания

В большинстве коммерческих крупных тепличных комплексов по всему миру тепличные томаты выращиваются в «беспочвенных» культурах с капельным орошением. При выращивании томатов в значительной степени используются среды для выращивания (также известные как субстраты или агрегаты). Термин «гидропоника» может относиться к беспочвенной культуре на основе субстрата или к водным культурам, таким как метод питательной пленки (NFT). NFT используется гораздо реже, чем беспочвенная культура на основе субстрата для коммерческого производства томатов.

Томаты можно выращивать в большинстве субстратов. Самый простой способ — выращивание в почве, предпочтительно с высоким содержанием органического вещества. Этого можно добиться, внося в почву навоз, торф или мульчу от предыдущего урожая. Контроль над ростом растений невелик. Стерилизация почвы необходима для борьбы с переносимыми через почву вредителями и болезнями. Паровая стерилизация убивает все живые организмы на определенной глубине, в то время как химические стерилянты более специфичны.

При мелкотоварном и органическом производстве тепличные томаты выращивают в почве. Выращивание в почве требует мер по снижению болезней и вредителей, передающихся через почву. Возможными мерами являются севооборот, прививка, стерилизация почвы перед посадкой путем пропаривания или фумигации, совместная посадка и использование биологических препаратов, усиливающих защитные механизмы растений.

Трудности контроля роста растений в почве и высокие ежегодные затраты на стерилизацию привели к испытаниям различных субстратов. В 1960-х годах томаты выращивали на гравии. В более крупных масштабах томаты в торфяных модулях, иногда смешанных с бурым углем, стали популярны в 1970-х годах (например, Chroboczek et al., 1975; Moorat, 1975). В это время в Великобритании был разработан и внедрен метод питательной пленки, но этот метод требовал навыков и хорошего контрольного оборудования.

Большой прорыв произошел с использованием каменной ваты в качестве субстрата. Площадь томатов на минеральной вате увеличилась в Нидерландах с 30 га в 1978 году до 600 га в 1984 году. Сравнение изолированных сред с почвой показало равную урожайность с торфяными модулями (Moorat, 1975) и более высокую урожайность с каменной ватой (Sonneveld и Welles, 1984). Характеристики выращивания в каменной вате включают (Ottoson, 1977):

  • каменная вата имеет объем пор 97% и хорошо сохраняет свою структуру в течение периода выращивания;
  • каменная вата постоянна в производстве, дает надежные результаты, и можно задать систему «синей печати»;
  • простой контроль системы выращивания, хотя необходимо хорошее знание состава питательных растворов;
  • необходимо хорошее качество воды;
  • необходимо очень надежное контрольное оборудование;
  • утилизация использованной каменной ваты создает проблему отходов;
  • для производства каменной ваты требуются большие энергозатраты.

Среди различных субстратов, доступных в растениеводстве, каменная вата была наиболее распространенным субстратом для беспочвенной культуры. Однако из-за более высокой цены и (в некоторых странах) проблем, связанных с утилизацией каменной ваты, все больше растениеводов используют в качестве альтернативы кокосовую койру. Оба субстрата обычно используются в виде плит субстрата, обычно шириной 15 см, высотой 7,5 см и длиной 90 или 120 см, завернутых в белую тонкую пластиковую пленку. В обычных условиях плиты помещаются в желоба (или водостоки) для сбора стекающего раствора, обычно называемого «стоком». Дренаж либо сбрасывается, либо перерабатывается, что обычно называется «рециркуляцией». Рециркуляция предполагает перекачивание стоков обратно в питательный резервуар, в идеале после стерилизации. Затем питательный раствор должен быть скорректирован с учетом питательных веществ, которые были извлечены растениями. Многие крупные коммерческие садоводы используют приподнятые, подвесные водосточные системы, чтобы собираемые плоды находились на удобной высоте для рабочих. Системы подвесных желобов также используются в закрытых и полузакрытых теплицах, описанных в других разделах этой главы.

Другие субстраты, используемые в беспочвенной культуре томатов, включают перлит, торф и, в некоторой степени, пемзу. Свойства различных субстратов обобщены в Schwarz et al. (2014). Также используются местные материалы, такие как песок и вулканические породы (например, «тезонтль» в Мексике). Эти сыпучие субстраты могут быть помещены в ведра, горшки или мешки, как показано на рис. Что касается различий между субстратами в их влиянии на рост и урожайность растений томатов, исследование субстратов, проведенное в Университете Аризоны (Jensen, 2002), показало, что при правильной организации полива существенных различий в урожайности тепличных томатов между пятью различными средами (кокосовая койра, перлит, торфо-лит, койра/перлит и каменная вата) нет. Эмпирическим правилом является полив объемом 100 мл/растение (или 200 мл/растение с двойными побегами) за один полив, при этом время полива контролируется таким образом, чтобы объем вытекающего раствора составлял около 30% от объема втекающего раствора. Частое орошение небольшим объемом каждый раз, а не редкое орошение большим объемом, выгоднее с точки зрения поддержания условий в корневой зоне в оптимальном диапазоне.

Растения томатов, выращенные в горшках с перлитом в теплице

Несколько типов субстрата можно повторно использовать для новой посадки, хотя некоторые субстраты со временем теряют структуру и качество. Перед посадкой новой культуры субстраты обычно стерилизуют. Некоторые садоводы используют субстраты повторно без стерилизации, что подтверждается исследованиями, проведенными в Нидерландах (Sonneveld и Welles, 1984), а также в США (Hochmuth и др., 1991). Однако, похоже, что однократное использование субстрата более распространено среди крупных тепличных хозяйств, предположительно для минимизации риска заболеваний.

Схемы возделывания и управления, характерные для теплиц

Томат является недолговечным многолетним растением и может выращиваться в течение года или более в благоприятных условиях. Большинство производственных схем основано на годовом цикле, с перерывами между посевами около месяца для уборки и борьбы с вредителями и болезнями. Это означает, что обычно растения томатов находятся в теплице 11 месяцев, а в производстве — около 9 месяцев в году. Круглогодичного производства можно добиться с помощью интерплантинга (или интеркроппинга, рис.). Время, выбранное для выхода из производства, обычно зависит от неблагоприятных цен или условий окружающей среды. В жарком и влажном климате многие производители высевают семена в конце лета или осенью и переносят посевы на начало лета следующего года. Таким образом они избегают летнего похолодания, плохого завязывания и качества плодов, размножения вредителей и конкуренции со стороны полевых томатов. Во многих случаях крупные коммерческие теплицы производят томаты почти или, в некоторых случаях, круглый год, чтобы повысить рентабельность инвестиций и избежать перехода покупателей на альтернативные источники. В некоторых случаях для обеспечения минимального перерыва в поставках производится интерплантинг, то есть, по сути, посадка молодой рассады среди заканчивающих рост старых растений.

Теплица в Уиллкоксе, штат Аризона
Теплица в Уиллкоксе, штат Аризона, показывает новые посадки томатов с более старыми растениями по обе стороны. Обратите внимание на сильную обрезку листьев на старых растениях, чтобы обеспечить дополнительный свет для нового урожая. В центре виден трубчато-реечный обогрев.

Декабрьская посадка с производством с марта по ноябрь является обычной практикой в северных широтах северного полушария. В южном полушарии делается то же самое, но со смещением на 6 месяцев. Дополнительное освещение используется для поддержания роста растений и производства томатов в периоды с низким естественным освещением. Некоторые производители, особенно на юго-востоке США, а также некоторые в Нидерландах (около 100 га), выращивают отдельные осенние и весенние культуры, оставляя короткие перерывы в производстве в середине зимы и середине лета.

Графики производства сельскохозяйственных культур сильно зависят от погодных условий на открытом воздухе, особенно от освещенности и температуры. В зимние месяцы световые условия в Северо-Западной Европе являются дефицитными, что приводит к очень низкому производству продукции низкого качества. Высокие летние температуры в Южной Европе препятствуют рентабельному производству тепличных томатов в летний период. Поэтому в Голландии применяют четыре графика посадки.

Отапливаемые культуры высаживают с начала декабря до середины февраля. Очень важно добиться хорошего завязывания плодов при низкой интенсивности освещения, чтобы получить ранний урожай с хорошей жизнеспособностью для длительного периода выращивания. Урожай снимают в период с конца июня по октябрь при общей урожайности 16-30 кг/м2. Для поддержания здоровых, растущих растений в течение всего года требуется значительное мастерство. В случае снижения жизнеспособности культуры и отсутствия квалифицированной рабочей силы, начиная с мая, практикуется подсаживание молодых растений. Выращивание на субстратах из каменной ваты дает лучший контроль над ростом и позволяет избежать проблем с почвенными болезнями. Из 1100 га тепличных томатов в Нидерландах в 1984 году 50% было выращено на искусственных субстратах, и аналогичные тенденции наблюдаются в Великобритании.

Посадка как тепличных, так и холодных культур производится с середины февраля до конца мая. Одной из основных проблем при выращивании этих культур является сложность контроля над окружающей средой в теплице. Влажные плоды и стебли могут появляться часто и оставаться в течение длительного времени. Это увеличивает частоту грибковых заболеваний и приводит к неприятным условиям для работников. Недостатком систем горячего воздуха является неравномерное распределение температуры по теплице.

Осенние культуры высаживаются с июня до конца июля. За последнее десятилетие значение осенних посевов снизилось с 500 до 150 га, так как более эффективное управление ранними посевами привело к успешному выращиванию урожая в течение длительного периода. Осенние культуры высаживаются в основном после раннего урожая томатов, поэтому почвенные болезни могут быть сильными, особенно после жаркого лета. Высокая влажность возникает часто, поэтому посевы должны быть открытыми, чтобы предотвратить сильную атаку грибков. Вторжение насекомых извне также затрудняет биологический контроль. Осенние культуры не выращиваются в Великобритании.

Существует значительный интерес к органическому производству тепличных томатов. При органическом производстве растениеводство должно быть сертифицировано уполномоченной организацией, которая регулирует типы материалов, которые могут быть использованы. В Европе гидропоника и беспочвенная культура не разрешены в рамках органических схем. В США Национальная органическая программа не исключает беспочвенного или гидропонного производства, хотя синтетические субстраты, такие как каменная вата, не допускаются. Необходимо соблюдать все рекомендации по использованию органических удобрений и пестицидов, а выбор экономически эффективных растворимых органических удобрений все еще ограничен. Использование сильнодействующих химических удобрений и большинства химических пестицидов запрещено. Биологические факторы, такие как состояние и плодородие почвы и использование полезных насекомых, являются основными факторами, используемыми для обеспечения жизненного, здорового урожая и хорошего качества фруктов. Общая площадь органического производства в Нидерландах составляет 2%, а томатов в США — 3% (USDA, 2013).

Производство рассады

Качество пересадки определяется отсутствием вредителей и болезней, а также способностью быстро расти и укореняться. Для пересадки требуется 3-6 недель (или до 8 недель для привитых двухголовых растений), в зависимости от температурных и световых условий и стадии пересадки: либо в виде розетки, либо в виде зрелого растения с видимым первым соцветием. Хорошей пересадкой считается та, которая имеет такую же ширину, как и высоту, и еще не цветет. Дополнительное освещение (50-100 мкмоль/м2/с фотосинтетического фотонного потока (PPF)) в ситуациях с низким естественным освещением и обогащение углекислым газом (CO2) (800-1000 мкмоль/ммоль) во время пересадки растений повышают скорость роста растений и их качество и являются практикой в специализированных питомниках.

Саженцы для систем каменной ваты обычно начинают выращивать в стерильной инертной среде, например, в пробках из каменной ваты при плотности около 600-1000 растений/м2. Обычно используются покрытые семена, что особенно выгодно при машинном посеве и для равномерного прорастания. Проращивание часто проводится в отдельном отсеке с контролируемой температурой и влажностью, подходящими для прорастания. В некоторых случаях, особенно для привитых саженцев, сортировка по размеру может проводиться на стадии котиледона для создания более однородной рассады.

Прививка, которая заключается в соединении корневища и привоя, первоначально делалась для достижения устойчивости к болезням и вредителям, передающимся через почву. Для почвенных систем производства корнесобственные подвои отбираются в основном по устойчивости к таким заболеваниям, как фузариоз, вертициллезное увядание и бактериальное увядание, а также к корневым нематодам (Meloidogyne sp.). Все чаще тепличники используют привитые растения даже в беспочвенной культуре для получения более высоких урожаев, обусловленных более мощной корневой системой (Kubota et al., 2008). Прививку обычно проводят при появлении второго настоящего листа, после чего следует 5-7 дней заживления. Привитые растения иногда прищипывают после заживления, чтобы вызвать появление двух боковых побегов на растении. Сильное корневище может поддерживать две головки и, таким образом, уменьшает количество пересадок, необходимых для производственного участка, без снижения общей урожайности. Производительность привитых растений зависит от сочетания корневища и привоя. Для прививки томатов используются либо межвидовые гибриды, либо внутривидовые подвои. Преимуществом первых, как правило, является большая жизнеспособность, но их недостатком является неравномерное прорастание. Стандартным методом прививки томатов является прививка в трубку, когда саженцы привоя и подвоя срезаются под острым углом 30-45 градусов и удерживаются вместе с помощью эластичной пластиковой или силиконовой трубки (рис.). Существует машинная прививка томата, но в большинстве питомников все еще распространена ручная прививка.

Прививка саженцев томатов
Прививка саженцев томатов. Прививка в пробирку является распространенным методом для томата, который позволяет делать 100-400 прививок в час одним человеком

На этапе пересадки, выращивания в больших кубах, плотность растений должна составлять 20-22 растения/м2. Правило заключается в том, что листья при пересадке не должны соприкасаться. Всегда рекомендуется субполив, чтобы свести к минимуму заболевания на влажной листве. Пересадка в теплицу для конечного производства осуществляется непосредственно перед раскрытием первого цветка (стадия антезиса). Это минимизирует время между пересадкой и первым сбором урожая в теплице, а также гарантирует, что первый цветок вырастет до пригодного для сбора плода томата. Все чаще садоводы приобретают рассаду, выращенную в коммерческих питомниках, и в некоторых случаях рассада преодолевает большие расстояния в течение нескольких дней или импортируется из другой страны. Перевозка рассады на большие расстояния требует соответствующего температурного контроля во время транспортировки, поскольку неблагоприятные условия могут вызвать выкидыш цветка или аномальное развитие (Kubota and Kroggel, 2006). Занос вирусов и вироидов, связанный с транспортировкой растений, является серьезной проблемой, и некоторые страны уже запретили импорт живой рассады томатов, чтобы минимизировать риск вспышки или занесения новых заболеваний. В других случаях были введены новые программы сертификации (например, Good Seed and Plant Practices (GSPP)) для предотвращения распространения болезней посредством вертикально интегрированной гигиенической практики. В Японии использование изолированных комнат для выращивания с искусственным освещением (300 мкмоль/м2/с PPF для 16-18-часового фотопериода) и обогащением CO2 (около 1000 мкмоль/ммоль) становится стандартом для высококачественного производства томатов для пересадки отчасти из-за растущего спроса на пересадки, свободные от болезней и вредителей (Kozai, 2015) (рис.).

Система производства рассады в закрытом помещении с использованием искусственного освещения. Все больше коммерческих питомников в Японии внедряют этот тип высокотехнологичного оборудования для размножения, чтобы обеспечить гигиену и контроль качества.

Тщательно разработанные графики полива и программы использования питательных веществ (особенно в отношении концентрации азота и калия) необходимы для контроля роста растений, так как после пересадки растения склонны к чрезмерной вегетации. Пример программы управления питательными веществами приведен в таблице.

Таблица. Рекомендации по конечной концентрации питательного раствора (ppm или мг/л) и электропроводности (EC) для томатов, выращенных во Флориде в каменной вате, перлите или питательной пленке.

 
Стадия роста
Питательные вещества
От рассады до первого соцветия
От первого соцветия до второго соцветия
От второго соцветия до третьего соцветия
От третьего соцветия до пятого соцветия
От пятого соцветия до прекращения
N
70
80
100
120
150
P
50
50
50
50
50
K
120
120
150
150
200
Caa
150
150
150
150
150
Mg
40
40
40
50
50
Sa
50
50
50
60
60
Fe
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
Cu
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
Mn
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
Zn
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
B
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
Mo
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
Электропроводность, дСм/м
0,7
0,9
1,3
1,5
1,8

a — Концентрация кальция (Ca) и серы (S) может потребовать учета концентрации Ca и Mg в колодезной воде и количества серной кислоты, используемой для подкисления.

Плотность посадки/плотность стеблестоя

В типичном пролете теплицы Venlo длиной 3,2 м располагаются четыре ряда растений томатов и две дорожки. Как правило, томаты высаживаются в два ряда, обычно на расстоянии около 0,5 м друг от друга с 1,1 м проходами между двойными рядами. Численность растений регулируется в начале урожая путем изменения расстояния между рядами и позже в течение сезона, позволяя развиваться дополнительным головкам (боковым побегам). Атертон и Рудич (1986) предоставили подробную информацию о связи между плотностью растений и урожайностью с одного растения, а также о влиянии междурядий на средний вес плодов и затраты на сбор урожая. В целом, в условиях Северной Европы плотность посадки 2,5 растения/м2 дает наилучшую финансовую прибыль. В более южных широтах можно использовать более высокую плотность растений из-за более высокой интенсивности света. Аналогичным образом, количество стеблей или боковых побегов, которым разрешено развиваться, должно зависеть от интенсивности света. Это обеспечивает не только высокий урожай, но и оптимальное качество, включая вкус. Равномерность размера плодов также улучшается, когда количество боковых побегов соответствует падающему свету (Ho, 2004). Например, в Канаде радиация в 2 раза выше зимой и на 40% выше весной по сравнению с Нидерландами. По некоторым данным, оптимальное расстояние между растениями в середине декабря составляет 50 см в Канаде и 55 см в Нидерландах. Лишние стебли оставляют начиная с 5-й недели в Канаде по сравнению с 9-й неделей в Нидерландах. Для весны рекомендуемое расстояние между растениями в Канаде составляет 40 см в ряду по сравнению с 44 см в Нидерландах. Использование сильных корневищ позволяет делать двухголовые привитые саженцы. Это позволяет вдвое сократить количество растений при сохранении плотности побегов (побеги/м2). Все чаще садоводы применяют так называемую «V-систему», когда два побега на растение направлены в противоположные стороны вдоль желоба, образуя двойные ряды растений.

Обычная схема посадки культур в теплице — это использование двойных рядов на расстоянии около 0,5 м друг от друга с дорожками для доступа на расстоянии около 1,1 м между двойными рядами. Таким образом, в типичном пролете теплицы Венло 3,2 м будет четыре ряда растений и две дорожки. Поэтому манипулирование численностью растений обычно достигается путем изменения расстояния между растениями в ряду. На оптимальную численность растений влияет множество факторов, включая урожайность, трудозатраты, сорт, метод выращивания, дату посадки, длину урожая, стоимость растений и структуру цен.

Теоретическое обоснование плотности посадки дано Амсеном и Бредмозом (1971) и развито Анкером и другими (1980). На рисунке показано, что выше определенного уровня плотности посадки (II) продукция с одного растения уменьшается, а урожайность с единицы площади увеличивается. При дальнейшем увеличении плотности достигается максимальная урожайность на единицу площади (III), а дальнейшее увеличение плотности растений (IV) снижает урожайность.

Связь между плотностью растений и производством плодов на одно растение (сплошная линия) и между плотностью растений и производством плодов на единицу площади (пунктирная линия). (Bredmose, 1972.)
Связь между плотностью растений и производством плодов на одно растение (сплошная линия) и между плотностью растений и производством плодов на единицу площади (пунктирная линия). (Bredmose, 1972.)

Связь между плотностью растений (D) и урожайностью с одного растения (W) может быть представлена формулой:

где a и b — константы.

Урожайность на единицу площади (Y):

Y = WD.

Так

На основании практических экспериментов параметры a и b можно предположить или рассчитать.

Средняя масса плода (M) уменьшается с увеличением плотности растений (см. рис.), эта зависимость может быть представлена следующим образом:

M = c + dD,

где c и d — константы.

Взаимосвязь между плотностью растений (растений/м2) и средним весом плодов.
Взаимосвязь между плотностью растений (растений/м2) и средним весом плодов.

Константы a, b, c, d зависят от времени года, интенсивности света, стадии развития культуры, сорта, характеристик почвы, субстрата (см. Buitelaar, 1983b). В качестве примера, константы a, b, c, d были рассчитаны по формулам выше. Y измеряли в кг/м2, D — в растениях на м2 и M — в г на плод.

В ранней обогреваемой культуре (Veenman, 1978; Anker et al., 1980) не было обнаружено влияния расстояния между посадками (1,5-2,5 растений м2) на производительность (кг/м2), но было обнаружено сильное влияние на средний вес плода (рис.). Расчетные значения в апреле составили: a = 0,06; b = 0,18 и в июле a = 0,01; b = 0,05; c = 85,8; d = 14,0.

Средний вес плодов при различной плотности посадки. (1) Ранний урожай и (2) осенний урожай. (Анкер и др., 1980.)
Средний вес плодов при различной плотности посадки. (1) Ранняя культура и (2) осенняя культура. (Анкер и др., 1980.)

В осенней культуре (Анкер и др., 1980) было обнаружено сильное влияние на продуктивность и массу плодов.

Следует иметь в виду, что формула учитывает только часть взаимосвязи. При более высокой плотности растений (5-10 растений м2) общий урожай с площади будет снижаться. То же самое происходит в ситуации отсутствия конкуренции и очень низкой плотности растений.

Цена томатов в значительной степени зависит от времени года, размера плодов и сорта.

Финансовая отдача может быть рассчитана на основе соотношения цены и густоты посадки. Финансовый вклад, зависящий от густоты посадки, складывается из стоимости растений и затрат труда на работу с растениями (включая пикировку, подвязку и пасынкование). Стоимость растений, включая вспомогательные материалы и рабочую силу, имеет линейную зависимость от плотности растений. Затраты труда на сбор зависят от размера плодов и растений на м2. Чем больше размер плодов, тем быстрее собирается килограмм плодов. Меньшее количество растений на площади дает лучший охват урожая и, следовательно, более быстрый сбор, но при этом увеличивается время ходьбы от растения к растению. Это приводит к гиперболической зависимости между массой плода и затратами труда в минутах на 1 кг (рис.). На основании соотношений можно рассчитать затраты на сбор. Финансовые затраты и объем производства известны, поэтому оптимальная плотность посадки может быть найдена исходя из максимального финансового профицита.

Взаимосвязь между плотностью растений и затратами труда на управление растениями.
Взаимосвязь между средним весом плодов и затратами труда.
Взаимосвязь между средним весом плодов и затратами труда.

В Великобритании ситуация в крупных питомниках очень похожа на голландскую в отношении плотности посадки растений. Ранние культуры высаживаются с плотностью 2 растений на 1 м2 с промежуточной посадкой в апреле для повышения урожайности в более поздние сроки и общей урожайности. На небольших питомниках используется более высокая плотность посадки, чем в Голландии. Это объясняется рядом причин, в том числе более низкими ставками заработной платы, чем в Голландии, более широкими пролетами, позволяющими устанавливать более высокие провода, меньшими размерами отдельных блоков теплиц и предпочтением рынка в пользу немного меньших сортов плодов (47-57 мм). Было установлено, что для ранних, длинносезонных культур в таких условиях оптимальная финансовая рентабельность достигает 2,5 растений/м2, а для поздних, короткосезонных культур — 3-3,25 растений/м2.

Система обучения

В течение вегетационного периода растения томата могут достигать длины более 10 м, но только верхние 2-3 м несут листья, цветы и плоды. На этой части проводится большая часть культурной работы. Для достижения максимальной эффективности необходимо, чтобы эта часть растения была доступна для операторов. Конфигурация, создаваемая на растении для достижения доступности, называется системой подготовки.

В 1970-х и начале 1980-х годов растения выращивали до проволоки, а затем позволяли им свисать вниз с другой стороны (система «вверх-вниз» или арочная система). Негативное влияние на урожайность головки растений, свисающие вниз в тени полога, послужило причиной перехода к методу «опускания растений», который позже превратился в систему с высокой проволокой. Удаление головок растений (остановка) происходило в соответствии с датой посадки и схемой выращивания. Традиционная арочная система часто приводила к тому, что не удавалось поддерживать растения в обрезанном состоянии с последующим неконтролируемым ростом, что приводило к потере качества и урожая. Для снижения трудозатрат на операции по подготовке (такие как скручивание, укладка, сбрасывание, подвязывание, боковая обрезка и опыление) системы укладки стали представлять больший интерес. Эти системы, описанные МакКанной (1979), сделали работу более доступной, позволив лишней части стебля за листьями и плодами лежать на земле или рядом с ней. Общие затраты труда не зависят от используемой системы. Однако система укладки подходит для механизации, тогда как сложные манипуляции арочных систем делают механизацию крайне затруднительной. Многоярусная система также позволяет облегчить опыление путем встряхивания проволоки с концов ряда.

Несмотря на некоторые преимущества ярусной системы перед арочной, есть и некоторые недостатки. Затраты труда по-прежнему остаются высокими, сбор урожая и обрезку нельзя проводить в удобном положении, а стебли и плоды, лежащие на полу, могут быть атакованы грибками (Botrytis) (Hendrix, 1984). В Нидерландах интерес вызвали два новых метода выращивания, когда теплицы стали выше, были введены системы трубчатых рельсов и, наконец, культура субстрата получила более широкое распространение. Более высокие теплицы позволили установить проволоку на высоте 3,0 м. Верхняя часть растения оставалась вертикальной и незатененной, что привело к более высокой продуктивности весной. Использование системы «труба-рейка» обеспечило удобное рабочее положение, когда стали доступны легко передвигаемые колесные тележки. Внедрение субстратной культуры снизило риск заболеваний стеблей и плодов, лежащих на полиэтиленовой пленке.

Помимо системы высоких проволок, первоначально разработанной в Великобритании, в 1970-х годах в Нидерландах стали больше интересоваться интерплантацией. Эта система также имеет некоторые преимущества перед традиционными арочными системами. Требуется меньше квалифицированной рабочей силы, особенно в летний период, и можно избежать недостаточной силы растений, что приводит к плохому плодоношению на более высоких соцветиях. Однако главным преимуществом, как и в случае с высокопроволочной системой, является более высокая производственная мощность. Это различие в схеме производства приносит более высокую денежную прибыль, поскольку в период высоких цен производится больше продукции (Veenman, 1980). Учитывая, что затраты на рабочую силу почти такие же, как и при других системах выращивания, результат в целом лучше.

Диаграммы, показывающие различные системы подготовки, показаны на рис. 15.12.

Наиболее важные системы обучения (a) Интерплантинг, (b) Вверх и вниз, (c) Голландский крючок и (d) Высокая проволока. Интерплантинг проводится в мае июне, прекращая ранний урожай в июле (a). Для системы "вверх-вниз" (b) необходимы дополнительные струны, чтобы направить растение обратно к струне. Голландская система с крючком (c) позволяет верхушке растения расти вдоль проволоки, чтобы эффективно перехватывать свет. Система с высокой проволокой (d) использует свет наиболее эффективно, поскольку верхушка остается вертикально на свету, стебли располагаются вдоль дорожки в ряду растений.
Наиболее важные системы обучения (a) Интерплантинг, (b) Вверх и вниз, (c) Голландский крючок и (d) Высокая проволока. Интерплантинг проводится в мае июне, прекращая ранний урожай в июле (a). Для системы "вверх-вниз" (b) необходимы дополнительные струны, чтобы направить растение обратно к струне. Голландская система с крючком (c) позволяет верхушке растения расти вдоль проволоки, чтобы эффективно перехватывать свет. Система с высокой проволокой (d) использует свет наиболее эффективно, поскольку верхушка остается вертикально на свету, стебли располагаются вдоль дорожки в ряду растений.

Все эти системы выращивания похожи тем, что используется обычная одностебельная система. С ростом стоимости растений растет интерес к использованию меньшего количества растений на 1 м2. Этого можно достичь, используя двухстебельную систему. Существует несколько способов получения растения с двумя стеблями. Во-первых, можно поддерживать боковой побег на высоте первого соцветия. Этот боковой побег более энергичен, чем нижние боковые побеги, что позволяет ему расти так же быстро, как главный стебель. Для получения одинаковой длины бокового побега и главного стебля, последний можно подвязать к дополнительной веревке, которая привязывается несколько слабее, чем основная. Во-вторых, молодые растения могут быть остановлены над котиледонами. Для предотвращения потери роста по сравнению с обычными одностебельными растениями, семена следует высевать на 4-10 дней раньше, в зависимости от сезона. Однако для ранних обогреваемых культур этот метод не может быть рекомендован, так как при плохом освещении рост боковых побегов неравномерен. В-третьих, в одном горшке можно выращивать два растения.

Оказывается, что при двухстебельной системе можно получить такую же производительность, как и при обычной одностебельной системе (Buitelaar, 1984b). Только система с дополнительным боковым побегом дает более низкий ранний урожай из-за более позднего развития соцветий на боковом побеге. Двухстебельные растения можно высаживать на 10-15 см меньше, чем при обычном расстоянии между растениями в два раза, поэтому затраты на посадку значительно снижаются. Подобные идеи также проверяются для ранних, длинносезонных культур. Основной интерес представляет выращивание на боковом побеге в конце сезона с целью повышения общей урожайности при одновременном получении преимущества более низкой численности растений в начале сезона.

В настоящее время (2014 г.) в Нидерландах и Северной Америке наиболее распространенной системой выращивания растений является высокопроволочная система, которая позволяет выращивать одну культуру в течение нескольких сезонов. В этой системе растущая верхушка остается на вершине полога, но стебель опускается и идет вдоль основания растений (рис.). Эта система сочетает в себе преимущества повышения урожайности за счет максимального перехвата света молодыми листьями с повышением эффективности труда за счет более легкого удаления листьев и плодов. Однако она требует достаточно высокой конструкции теплицы для размещения высоких горизонтальных проводов, используемых при подготовке растений. Теплица должна быть очень высокой, если для затенения или энергосбережения будут использоваться какие-либо экранирующие материалы.

Работник теплицы стоит на электрическом подъемнике для подвязывания и обучения растений. Подъемник движется вниз по ряду по рельсам, которые также являются трубами с горячей водой (система "труба-рельс").
Работник теплицы стоит на электрическом подъемнике для подвязывания и обучения растений. Подъемник движется вниз по ряду по рельсам, которые также являются трубами с горячей водой (система "труба-рельс").

Система высоких проволок требует раннего обучения главного стебля. Как можно скорее после пересадки стебли растений следует закрепить на пластиковом шпагате, подвешенном к горизонтальным проводам (рис.). Конец шпагата прикрепляется к основанию стебля с помощью нескользящей петли. Затем шпагат обматывается вокруг стебля по двум или трем спиралям для каждого соцветия. Длина несущего шпагата должна позволять размотать еще 10-15 м. Обычно этот дополнительный шпагат удерживается в намоточном крючке, расположенном рядом с проволокой. В качестве альтернативы наматыванию шпагата вокруг стебля, стебель можно подрезать к шпагату через каждые 20-30 см. Зажимы можно стерилизовать и использовать повторно, а бечевку следует выбрасывать после каждого урожая. Если стебли необходимо «наклонить и опустить» (см. ниже), полезно обмотать шпагат вокруг нижнего стебля, так как шпагат обеспечивает лучшую поддержку, чем подрезание.

Теплица томата
Кубики из каменной ваты с двумя саженцами в каждом размещены на плитах из каменной ваты в голландской теплице. Вокруг стебля наматывается виноградный шпагат. Трубка справа в этой высокопроводной системе - это труба для выращивания с горячей водой для стимулирования развития плодов. Пластиковые трубки для обогащения CO2 расположены вместе с трубой между рядами растений.

Цель «наклона и опускания» — сохранить головку растения в вертикальном положении для перехвата света и при этом иметь плоды на удобной для работников высоте даже при длительном нахождении растений в теплице. Когда верхушки растений приближаются к верхней проволоке, струны разматываются с крючков шпагата, и струна и растение перемещаются вбок по горизонтальной проволоке. Этот процесс «опускания» является деликатной операцией, чтобы не сломать стебли. В то же время крючки перемещают, скажем, на 30 см, чтобы растения начали «наклоняться» (разумеется, все в одном направлении). Четвертое цветочное соцветие является хорошей стадией развития для этой операции, так как стебель относительно силен и не должен сломаться. Наклоны и опускания следует проводить каждые 7-10 дней. В некоторых теплицах, особенно в тех, где используются вертикальные мешки и подвесные желоба, стебли опираются на специальные держатели, предназначенные для дополнительной опоры. В конце двойного ряда стебли заводятся за угол и возвращаются в следующий ряд. Для поворота стеблей на углах устанавливаются вертикальные стержни или проволочные опоры, или используются стойки, и это еще одно место, где стебли часто ломаются. На стержни иногда надевают черную пластиковую дренажную трубку или другие типы «бамперов», чтобы защитить стебель во время поворота. Иногда поломки стеблей можно успешно устранить с помощью клейкой ленты. 

Интерплантинг (см. рис. выше «Теплица в Уиллкоксе, штат Аризона…») — это разновидность системы высокой проволоки, которая минимизирует время простоя между культурами и позволяет получать высокий годовой урожай и круглогодичное производство. Каждая пара соседних рядов старых растений выравнивается по одной стороне желоба, чтобы создать пространство на другой стороне желоба для новой культуры. Затем молодые растения пересаживаются на свободное место рядом с рядом старых растений, которые находятся на последней стадии развития. У оставшихся старых растений прищипывают верхушки побегов для прекращения роста побегов и постепенно удаляют листья в течение переходного периода, за исключением четырех верхних листьев. Высота лиственной части старого полога регулируется для увеличения проникновения света к новым растениям. Недостатки межвидового выращивания заключаются в том, что уборка в теплице более сложна. Кроме того, болезни могут переноситься со старых растений на новые.

Затраты труда на операции

В период роста томатов проводится несколько культурных операций. Ниже приведена сводка трудозатрат для системы интерплантинга, как указано Хендриксом (1984). Предполагается, что большинство операций выполняется с помощью колесных тележек на системе «труба-рельс».

Трудозатраты на культурные операции при выращивании томатов в течение длительного периода (с 20 декабря по 13 ноября, посадка в начале мая), Hendrix, 1984.:

  1. посадка (2 растения на 1 м2) проводится в декабре и мае, затраты составляют 171 ч/га (3,0%);
  2. подвязка проводится в декабре и мае, затраты — 138 ч/га (2,4%);
  3. пасынкование проводится с декабря по ноябрь, затраты — 1644 ч/га (28,3%);
  4. опыление проводится с января по октябрь, затраты — 631 ч/га (10,9%);
  5. удаление листьев проводится с февраля по октябрь, затраты — 720 ч/га (12,4%);
  6. сбор урожая проводится с марта по октябрь, затраты — 2176 ч/га (37,5%);
  7. борьба с болезнями проводится с января по октябрь, затраты — 110 ч/га (1,9%);
  8. удаление растений проводится в июле и ноябре, затраты — 214 ч/га (3,6%).

Общие затраты труда — 5804 ч/га (100%). Как видно из приведенных данных, операции по сбору урожая и пасынкованию занимают около 66% от общего количества труда. Уборка урожая — это операция, которая должна выполняться не менее трех раз в неделю; съемка и обрезка — не менее одного раза в неделю. Опыление производится с помощью электрической пчелы, по крайней мере, три раза в неделю утром в начале сезона. Позже можно стряхивать проволоку с концов рядов.

Удаление листьев начинается непосредственно перед первым сбором. Это позволяет легко собирать урожай и способствует движению воздуха для предотвращения болезней. Листование должно проводиться часто и умеренно. Veenman (1978) и Wolk (1983) показали, что чрезмерная обрезка снижает урожайность и может негативно повлиять на качество плодов, особенно на высоте проволоки, где высокие температуры могут препятствовать равномерному окрашиванию плодов. В Нидерландах соцветия на проволоке иногда удаляют по этой причине, особенно при слабой жизнеспособности растений. Обрезка соцветий — это культурная операция, которая приобрела большой интерес в Нидерландах. У умеренно энергичных сортов удаление некоторых соцветий может улучшить качество плодов, не влияя на общую урожайность (Van Duyn, 1983). Недавние эксперименты показали, что вес плодов увеличивается, но при этом стимулируется появление сырости. Поскольку большинство сортов, используемых для ранних отапливаемых культур, имеют соцветия максимум из десяти плодов, необходимость в чрезмерной обрезке соцветий ограничена. Только при выращивании бифштексных томатов обрезка соцветий до 4 плодов является нормальным явлением. В Великобритании томаты типа «бифштекс» не выращиваются в какой-либо степени, и соцветия круглых сортов не обрезаются. Удаление соцветий на проволоке также не практикуется, так как культуры с низкой проволокой будут либо интерплантированы, либо будут более поздними, короткосезонными культурами, которые обычно не испытывают недостатка в силе.

Управление опылением

До начала 1990-х годов каждую цветочную гроздь необходимо было вибрировать электрическим опылителем не менее 3 раз в неделю, чтобы высвободить пыльцу и тем самым способствовать опылению. Плохое опыление приводит к выкидышу цветков и/или мелким, пухлым или неправильной формы плодам. Особенно важно получить хорошую закладку плодов на первых трех соцветиях, чтобы создать раннюю модель генеративного роста. Опыление должно происходить около полудня, когда условия влажности наиболее благоприятны (50-70%). Если зимой влажность слишком высока, температуру можно повысить на 2°C в полдень, чтобы снизить влажность. Слишком высокие среднесуточные температуры снижают развитие и высвобождение пыльцы (Sato et al., 2000), а слишком низкие ночные температуры (ниже 16°C) оказывают такое же влияние (Portree, 1996).

В настоящее время для опыления используются шмели. Они поставляются в виде ульев, содержащих различное количество пчел, в зависимости от цены. Как правило, одна рабочая пчела может обслужить 40-75 м2 площади теплицы (Portree, 1996), поэтому требуется около 5-7,5 ульев/га. Помимо экономии труда, использование шмелей повышает урожайность и качество продукции по сравнению с ручной вибрацией (Portree, 1996). Ульи размещают на подставках на высоте 1,5 м от земли вдоль центрального прохода (рис.) и защищают от муравьев липкой лентой или корытами с водой. Ульи должны быть затенены листвой или укрытиями, а над ульем и у входа в него должны быть четкие метки, чтобы пчелы могли вернуться в нужный улей (Portree, 1996). Шмели послушны, если только улей не потревожен или особь не придавлена, но все же нелишним будет иметь на участке средства первой помощи. Не следует использовать инсектициды широкого спектра действия или инсектициды с остаточным действием, если улей уже установлен. Все пестициды должны быть проверены на воздействие на шмелей, и, если они совместимы, их применение должно проводиться ночью, при закрытом и укрытом улье. Некоторые пестициды можно использовать, если ульи остаются закрытыми в течение 3 дней после обработки. Здоровье улья можно контролировать, наблюдая за активностью и ища коричневые синяки на конусе пыльника как свидетельство посещения цветка. По крайней мере, 75% увядших цветков должны иметь следы посещения пчел. Большинство ульев необходимо заменить в течение 2 месяцев или менее.

Пчелиные ульи размещаются на подставках в теплице. Заслонка на верхней передней части ящика может использоваться для открытия или закрытия доступа к улью

Другие методы управления культурой

Боковые побеги будут развиваться из каждой пазухи. Эти боковые побеги следует удалять еженедельно, оставляя только один главный стебель в качестве точки роста. В качестве исключения можно оставить один боковой побег, если интенсивность освещения высока по сравнению с плодовой нагрузкой. Часто это делается только на одном из четырех растений, а через несколько недель снова на одном из четырех растений в качестве метода постепенного увеличения плотности стеблей. В Нидерландах управление боковыми побегами является важным инструментом для оптимизации плодовой нагрузки культуры и, следовательно, урожая (De Koning, 1994). Leutscher и др. (1996) представили экономическую оценку оптимального количества дополнительных боковых побегов, основанную на модельном подходе.

В Великобритании (Ho, 2004) равномерный размер плодов поддерживается за счет обрезки плодов и, таким образом, контроля количества плодов, остающихся на соцветии, а также за счет развития дополнительного бокового побега по мере увеличения освещенности. Для решения этой проблемы, связанной с сезонным изменением размера плодов, Кокшулл и Хо (1995) продемонстрировали, что развитие дополнительных боковых побегов может помочь свести к минимуму нежелательные сверхкрупные плоды, образующиеся летом. При использовании системы высоких проводов боковую обрезку и другие операции можно выполнять стоя на электрическом подъемнике.

При подготовке растений нижние листья удаляются (удаление листьев или обрезка листьев). Обычно удаляются все листья ниже нижнего плодового соцветия. Количество листьев, остающихся на стебле, определяется садоводом и составляет часто от 12 до 18 полностью распустившихся сложных листьев. Оптимальное количество листьев может быть приближено теоретически на основе перехвата света и микроклимата внутри полога (Sarlikioti et al., 2011). Когда новая культура высаживается рядом со старой, удаление листьев может быть более сильным, чтобы улучшить условия освещения для молодых саженцев.

Важным фактором, который необходимо учитывать при удалении листьев, является влияние на болезни, вредителей и полезные организмы. Удаление нижних листьев из теплицы с последующим их уничтожением также приведет к удалению неполовозрелых белокрылок, развивающихся на нижних листьях. Однако если были занесены полезные организмы, они паразитируют на неполовозрелых особях. Уничтожение этих листьев также предотвратит появление полезных микроорганизмов. Иногда, если известно о наличии паразитирующих куколок, листья удаляют, но оставляют в теплице на несколько дней, чтобы дать им возможность появиться. В этом случае удаление листьев представляет собой компромисс между появлением белокрылок, появлением полезных организмов и распространением болезней с отброшенных листьев.

Цель обрезки плодов — увеличить размер и качество плодов, а также создать правильный баланс между плодовой нагрузкой и площадью листьев. Обрезка плодов также может использоваться для поддержания равномерного размера плодов. Плоды неправильной формы и низкорослые плоды в конце грозди всегда удаляются, так как они обычно не вырастают до товарного размера и, как считается, уменьшают размер других плодов на соцветии. В некоторых случаях обрезке подвергаются все соцветия, оставляя только четыре ближайших к растению плода (проксимальные плоды). Проведение обрезки соцветий зависит от ряда факторов, таких как ожидаемый размер плодов для данного сорта, количество плодов, обычно образующихся на соцветии, условия выращивания и размер, требуемый рынком. Типичная практика для кластерных сортов или сортов TOV — это четыре-шесть плодов на соцветие. У некоторых сортов, таких как ‘Кампари’, дающих плоды размером между типом черри и типичным типом TOV, на каждом соцветии может развиваться до восьми-десяти плодов.

Когда некоторые тепличные сорта томатов выращиваются в условиях относительно низкой освещенности, цветоносы соцветий (соцветия) слишком слабы, чтобы выдержать вес плодов, которые они несут, и склонны к изгибанию (Horridge and Cockshull, 1998) или «перегибанию». Другой причиной перегибания иногда называют слишком высокую температуру во время вегетативной фазы, в результате чего соцветия становятся почти вертикальными («палочные соцветия»). По мере развития плодов на этих соцветиях они могут перекручиваться (рис.). Крючки для соцветий предотвращают резкое изгибание цветоноса под тяжестью плодов и не дают тяжелым соцветиям оторваться от стебля. Другой тип опоры для соцветий — «скобы для соцветий», которые устанавливаются на соцветие до развития плодов, когда стебель еще гибкий.

Перекручивание цветоноса томата кластера (TOV).
Перекручивание цветоноса томата кластера (TOV).

За пять-восемь недель до предполагаемой даты прекращения урожая точку роста удаляют. Через неделю удаляются все оставшиеся цветки. Отдельным плодам требуется 6-9 недель с момента завязывания до сбора урожая, поэтому цветки или мелкие плоды, оставшиеся после удаления, не успеют развиться до зрелости. Некоторые садоводы оставляют несколько побегов на верхушке (или вообще не укореняют), чтобы обеспечить тень для верхних плодов, а также увеличить транспирацию, чтобы снизить риск растрескивания плодов и появления сырости.

Управление питательными веществами и орошением

Как и для других культур, выращиваемых в интенсивном режиме, оптимальное питание и водоснабжение очень важны для урожайности и качества плодов. Поскольку в теплице осадки исключены, методы орошения должны рассматриваться в тесной связи с обеспечением питательными веществами. Количество и пропорции макро- и микроэлементов, необходимых для развития и роста растений томата, следует определять в зависимости от стадии развития культуры, вегетационного периода и состояния питательных веществ в среде выращивания.

Питание обычно дается в виде подкормки почвы (перед посадкой) и подкормок путем добавления удобрений в поливную воду, а в некоторых случаях (дефицит Mg, Ca или B) путем опрыскивания листьев (внекорневые опрыскивания). В системах с капельным орошением питательные вещества обычно вносятся в поливную воду (фертигация) из концентрированных растворов в резервуарах (Sonneveld and Voogt, 2009).

Внедрение искусственных сред выращивания для коммерческого производства томатов дает гораздо больше возможностей для контроля за поступлением питательных веществ и воды. На этих субстратах используется струйное орошение, обеспечивая каждое растение капельницей. Орошение контролируется с помощью компьютеров, подача воды и питательных веществ осуществляется через регулярные промежутки времени, в зависимости от общей концентрации солей в корневой среде и поступающей радиации.

Удобрения должны быть разделены как минимум на два бака, чтобы избежать осаждения фосфата кальция и сульфата кальция. С помощью компьютера из обоих резервуаров берутся пробы и смешиваются с поливной водой (дождевой или водопроводной) до необходимой концентрации (Van Schie, 1980). Часто присутствует третий бак с кислотами для коррекции pH, а некоторые крупные коммерческие теплицы оснащены шестью или более отдельными баками для лучшего контроля питательного раствора. Некоторые теплицы имеют дублирующие наборы баков для запасов, чтобы не прерывать полив на время переделки растворов. Теплицы, в которых применяется интерплантинг, должны быть оборудованы двумя линиями полива для каждого ряда, чтобы учесть явную разницу в потребности в питательных веществах между молодой рассадой и старыми растениями.

Подкормки в почву вносятся либо в виде органического материала (навоза), либо в виде неорганических удобрений. Органический материал обеспечивает хорошую аэрацию и поэтому важен для тех типов почв, которые имеют плохую структуру. Также улучшается влагоудерживающая способность легкой почвы. Из-за неконтролируемого добавления питательных веществ во многие органические материалы (особенно в навоз животных) и риска остатков гербицидов в соломе, в качестве источника органического вещества предпочтительнее использовать торф. Количество необходимых удобрений в основе приведено в таблице в зависимости от результатов анализа почвы.

Таблица. Количество удобрений, вносимых в качестве основной подкормки, по отношению к состоянию азота, фосфора, калия и магния в почве. (Анон., 1979.)

Элемент
Содержание в почве, ммоль/л
Внесение удобрения, кг/100 м2
Удобрение
Азот
- низкое
0-4,0
12-15
NH4NO3 + CaCO3
- среднее
4,1-8,0
9-12
- нормальное
8,1-12,0
6-9
- высокое
12,1-16,0
3-6
- экстремально высокое
> 16,1
0-3
Фосфат
- низкое
0-0.5
10-15
СаH2PO4
- среднее
0,6-1,0
5-10
- нормальное
1,1-1,5
0-5
- высокое
1,6-2,0
-
- экстремально высокое
> 2,1
-
Калий
- низкое
0-2,0
30-40
K2SO4 ∙ MgSO4
- среднее
2,1-4,0
22-30
- нормальное
4,1-6,0
15-22
- высокое
6,1-8,0
7-15
- экстремально высокое
> 8,0
0-7
Магний (экстрагированного водой)
- низкое
0-0,5
16-24
MgSO4> ∙ H2O
- среднее
0,6-1,0
10-16
- нормальное
1,1-1,5
6-10
- высокое
1,6-2,0
6-10
- экстремально высокое
> 2,1
0-3

Sonneveld и Voogt (1981) пришли к выводу, что более высокие нормы основной подкормки могут быть полезны для томатов в условиях низкой освещенности зимой. Подкормки обычно проводятся путем добавления удобрений в поливную воду с помощью измерителей концентрации (Sonneveld and Van den Ende, 1967). Вода вносится с помощью ленточных ирригационных оросительных линий. Необходимо регулярно проверять состояние питательных веществ в почве. Поддержание правильной дозировки удобрений важно для получения максимальных урожаев и качества при экономном использовании удобрений.

В открытой (нерециркуляционной) системе применяется примерно 30% избыточного орошения. Основная проблема открытых систем заключается в том, что в районах интенсивного производства может происходить значительный сброс питательных веществ в окружающую среду. В последнее десятилетие растет интерес к системам рециркуляции питательных веществ, предусматривающим дезинфекцию воды и/или восполнение питательных веществ перед повторным использованием. Рециркуляция может снизить затраты на удобрения на 30-40%, а использование воды — на 50-60% (Portree, 1996). В новых теплицах следует предусматривать повторное использование или, по крайней мере, рециркуляцию тепличных стоков, как это уже требуется во многих странах, поскольку системы рециркуляции нелегко переоборудовать. В современных системах раствор контролируется на содержание солей и воды, и в него могут добавляться определенные питательные вещества.

Основной проблемой систем рециркуляции является риск распространения болезнетворных микроорганизмов по системе. Чтобы предотвратить это, обратная вода (или дренаж) дезинфицируется перед тем, как ее закачивают обратно в питательный резервуар. Икеда и др. (2001) перечислили следующие виды дезинфекции воды:

  • физические методы, включая тепловую обработку, УФ-излучение и фильтрацию;
  • химические методы, включая озон, хлорирование, йодирование, перекись водорода и ионы металлов;
  • биологические методы, включая ризосферные бактерии и антагонистические грибы, микопаразитические грибы и биосурфактанты.

Наиболее широко используемым методом обеззараживания воды является сочетание фильтрации и ультрафиолетового излучения. Когда в качестве субстрата используется кокосовая койра, предпочтительным методом может быть ультрафиолетовое излучение и термическая обработка, поскольку частицы койры, как правило, снижают пропускание ультрафиолетового света.

Большое количество высококачественной воды необходимо для транспирации растений, которая служит как для охлаждения листьев, так и для запуска переноса питательных веществ от корней к листьям и плодам. Потребление воды составляет 0,9 м32/год для теплиц в Нидерландах (Anonymous, 1995) и 0,8 м32/год для Британской Колумбии, Канада (Portree, 1996). Перед строительством теплицы важно обеспечить достаточное количество и качество воды. Также важно учесть, будет ли использоваться испарительное охлаждение (охлаждение с помощью пластин и вентиляторов, туманообразование, дождевание, спринклеры на крыше и т.д.), и оценить количество воды, необходимое для этого в дополнение к поливу. В некоторых регионах использование воды для испарительного охлаждения значительно превышает использование воды для орошения в теплице. В исследовании, проведенном Sabeh и др. (2011), производство томатов в полузасушливой теплице (расположенной в Аризоне) потребляло 0,40-0,78 м32 в течение 7-месячного периода (с начала марта по начало октября), в то время как дополнительное потребление воды для охлаждения с помощью подушек и вентиляторов составляло 1,45 м32 в течение этого периода. Вода, используемая для полива в беспочвенной культуре, должна иметь электропроводность менее 0,5 дС/м, рН от 5,4 до 6,3 и щелочность менее 2 мг-экв/л. Обычно возможна водоподготовка для снижения щелочности и корректировки pH. Снижение электропроводности (EC) с помощью обратного осмоса часто экономически нецелесообразно.

Оптимальная частота полива зависит от объема укоренения и водоудерживающей способности субстрата. В плитах из каменной ваты объем корней очень ограничен, и плиты можно поливать до 6 раз в час в пик радиации и до 30 раз в день в летних условиях. Ежедневные циклы полива также зависят от потребности в воде. В системах с косточковой ватой фертигация должна начинаться через несколько часов после восхода солнца и заканчиваться за 1-2 часа до захода солнца, чтобы уменьшить количество болезней, а также сократить количество растрескиваний плодов в летнее время. Ночной полив может потребоваться зимой, когда ночное отопление снижает относительную влажность воздуха, и летом, если условия жаркие и сухие (OMAFRA, 2001). В Нидерландах была разработана модель орошения для рециркуляционных систем, основанная на площади листьев, температуре воздуха и времени года (De Graaf, 1988). Некоторые производители используют точные весы (лизиметры), чтобы каждый час отслеживать содержание влаги в плите, а также транспирацию растений, чтобы избежать стресса для растений. Содержание воды в плите также может быть непосредственно измерено датчиками (Balendonck et al., 2005).

Ограниченный объем корней в каменной вате, наряду с отсутствием питательных веществ в материале, увеличивает риск ошибок в режиме полива и подкормки и, следовательно, недостатков, ведущих к неоптимальным урожаям и качеству. С другой стороны, лучший контроль корневой среды, наряду с дозированием качественной поливной воды с низким содержанием хлорида натрия, дает возможность контролировать вегетативный и генеративный рост и, следовательно, повышать урожайность и качество (Welles, Nienhuis and Ezendam, 1984). Точный контроль концентрации, состава и pH питательного раствора в корневой среде имеет важное значение. Концентрацию соли и pH измеряют каждые 3-5 дней, а состав питательного раствора анализируют каждые 2-3 недели.

В Соединенном Королевстве водоснабжение значительно отличается, хотя проблемы с высоким содержанием натрия и хлоридов возникают реже, чем в Голландии. В обеих странах используется схожий состав питательных веществ, и стандартный питательный раствор для выращивания на каменной вате (Sonneveld and Welles, 1984):

  • NO3 10.5 ммоль/л;
  • H2PO4 1.5 ммоль/л;
  • SO4 2.5 ммоль/л;
  • NH4 0.5 ммоль/л;
  • K 7.0 ммоль/л;
  • Ca 3.75 ммоль/л;
  • Mg 1.0 ммоль/л;
  • Fe 10 мкмоль/л;
  • Mn 10 мкмоль/л;
  • Zn 4 мкмоль/л;
  • B 20 мкмоль/л;
  • Cu 0.5 мкмоль/л;
  • Mo 0.5 мкмоль/л.

В течение вегетационного периода также может быть желательна корректировка соотношения ионов.

При полной загрузке плодов сильно возрастает поглощение калия, в то время как в периоды наибольшего роста листьев происходит значительное поглощение кальция (Sonneveld and Welles, 1984). Более высокая концентрация калия в период развития плодов увеличит урожайность, срок хранения и вкус плодов томата (Sonneveld, 1985; Janse, 1985). Однако из-за повышенного риска развития гнили конца цветка уровень калия должен быть ограничен.

Помимо контроля концентрации калия в период развития плодов, концентрацию соли необходимо поддерживать на определенном уровне по другим причинам. Sonneveld (1985) рекомендует уровень электропроводности не менее 3 мСм/см для повышения качества плодов. При превышении 3,5 мСм/см урожайность снижается в искусственных средах выращивания (рис.), однако в почве более высокие концентрации могут поддерживаться без видимых потерь урожая.

Связь между значением электропроводности в корневой среде и относительной урожайностью. A = значение необходимое для питания. B = порог для соли. (Sonneveld. 1985.)
Связь между значением электропроводности в корневой среде и относительной урожайностью. A = значение необходимое для питания. B = порог для соли. (Sonneveld. 1985.)

При выращивании на каменной вате около 10-25% солей вымывается из мата из-за разницы в водоснабжении между эмиттерами. Повторное использование дренажной воды позволяет экономно расходовать воду и удобрения в сочетании с достаточным водоснабжением культуры (Sonneveld and Welles, 1984). При повторном использовании дренажной воды, поддержании уровня ЕС 7-10 мСм/см в начале сезона для контроля генеративного развития и 3,0 мСм/см в конце сезона происходит меньшее загрязнение окружающей среды, так как удобрения не выщелачиваются. В ближайшем будущем оптимизация корневой среды томатов приведет к дальнейшему повышению урожайности и качества плодов (Welles et al., 1984).

Регулирование роста растений (репродуктивный и вегетативный)

Необходимо контролировать баланс между вегетативным и репродуктивным (или генеративным) ростом томатной культуры. Хорошо сбалансированное растение (OMAFRA, 2001) имеет стебель толщиной около 1 см на 15 см ниже верхушки побега, темно-зеленые листья и близко расположенные крупные цветочные гроздья, которые хорошо завязываются. Более толстые стебли указывают на чрезмерный вегетативный рост и обычно ассоциируются с плохим плодоношением и низкой продуктивностью. Более тонкие стебли обычно указывают на углеводное голодание, медленный рост и, в конечном итоге, низкую общую продуктивность. Существует несколько способов контроля этого баланса, включая экологический контроль. EC, водоснабжение и соотношение азота и калия в корме также влияют на баланс растений. EC влияет на рост растений через воздействие на соотношение растения и воды (Heuvelink et al., 2003). Высокое содержание солей в корневой среде, нечастый полив и низкий объем поливной воды снижают доступность воды для корней растений, следовательно, уменьшают поглощение воды и общую скорость роста, направляя растение в сторону генеративного роста. Высокая температура и низкая относительная влажность также оказывают генеративный эффект, поскольку делают воду менее доступной, что приводит к «жестким» растениям и медленному росту. Снижение содержания азота или поддержание высокого соотношения калия и азота в удобрениях — еще один метод снижения скорости роста и направления растений в сторону генеративного развития (OMAFRA, 2001).

Температуру также можно использовать для того, чтобы направить растение в сторону определенной модели роста. При длинных циклах выращивания, типичных для тепличного производства, томаты имеют тенденцию циклиться между чрезмерной вегетативностью в начале выращивания (слишком много роста и слишком мало плодоношения) и чрезмерной генеративностью (слишком мало роста и чрезмерное количество плодов). Там, где требуется равномерное производство, полезно уметь сдерживать эти колебания в балансе растений. Температура считается наиболее важным фактором, влияющим на развитие растений, и поэтому является важным инструментом для контроля цветения и созревания плодов. Количественные данные о влиянии температуры на цветение, завязывание плодов, рост плодов и урожайность были использованы для разработки моделей прогнозирования урожайности для Нидерландов (De Koning, 1994).

Регулирование роста растений путем изменения окружающей среды и питания

Верхушка растения:

  • утолщенная верхушка — слишком сильная вегетация. Повысить дневную температуру на 1-2°C, особенно в пиковый световой период; увеличьте разброс между дневной и ночной температурой на 1-8°C. Чем больше разница, тем сильнее «генеративный» сигнал для растения.
  • Истонченная верхушка — слишком генеративный рост. Сблизить дневные и ночные температуры. Уменьшите среднее значение за 24 часа в условиях низкой радиации, например, ранней весной, поздней осенью. Ориентируйтесь на головку диаметром 10-12 мм, измеренную примерно в 15 см от верхушки роста или у первого полностью распустившегося листа перед соцветием.
  • «Тугая» верхушка (листья не разворачиваются до конца дня) — вегетативный дисбаланс. Увеличьте среднее значение за 24 часа, повысив температуру между полуночью и восходом солнца. Завиток должен распуститься между 11 утра и 4 вечера. Стремитесь к немного более высокой температуре во второй половине дня (+1 — 2°C).
  • Пурпурные верхушки — вегетативный дисбаланс. Небольшая пурпурность допустима. Повышение ночной температуры.
  • Серые верхушки — высокая температура тканей в сочетании с высоким уровнем CO2. Может наблюдаться ранней весной, когда вентиляция ограничена. Снизить уровень CO2 и выключать раньше в течение дня.
  • Хлороз верхушки — хлороз верхушки может возникнуть, если среда соотношение воды и воздуха не сбалансировано. Если плита сухая, увеличьте соленость питательного раствора. Если плита влажная, увеличьте только содержание микроэлементов на 10%. Поддерживайте разницу температур между температурой верхушки и температурой корней более 5˚C.

Цветки/соцветия:

  • цвет цветка бледно-желтый, особенно в утром — цвет должен быть ярко-желтым. Если климат влажный, низкий дефицит давления пара (< 2 г/м3) часто наблюдается утром. Рекомендуется увеличить VPD, особенно рано утром, от 3 до 7 г/м3 VPD, путем открыть вентиляционные отверстия на короткий период времени, чтобы выпустить влагу наружу, с последующим обогревом. Скорость цветения должна составлять 0,8-1,0 соцветий/неделю.
  • Длинные, прямые цветочные соцветия (перекрученные соцветия) — усугубляется низкой освещенностью и высокой температурой. Снижайте суточную температуру путем снижения дневной температуры. Способствовать активному климату 3 г/м3 VPD. Избегайте увеличения плотности растений слишком рано в начале сезона, когда уровень освещенности низкий (< 6 МДж/м2/день).

Цветки:

  • «Липкие» цветы, у которых чашелистик не откидывается. Вызывается слишком влажным климатом, особенно утром. Активизируйте растение утром с минимальной температурой и приоткройте форточку. Если оставить эти цветы без внимания, они приводят к появлению плодов низкого качества. Более высокая дневная температура = более высокий VPD = меньше липкости.
  • Цветы расположены слишком близко к верхушке, < 10 см ниже кончика роста. Растение слишком генеративное. Снижайте дневную температуру, повышайте ночную, т.е. сближайте дневную и ночную температуры. Желательно в конце апреля — начале мая, чтобы получить достаточно плодов на растении для летнего плодоношения.

Интегрированные системы борьбы с вредителями томатов закрытого грунта

Защищенная среда теплицы обеспечивает особые климатические условия и дает значительные отличия по сравнению с условиями открытого грунта. Интегрированная защита растений направлена на комплекс болезней и вредителей и объединяет отдельные меры борьбы с каждым из них, чтобы не мешать друг другу. Биологический контроль вредителя зависит от использования биологического агента — естественного врага или болезни — для регулирования численности этого вредителя. В настоящее время биологический контроль в теплицах осуществляется в основном с помощью хищников и паразитов, хотя иногда используются и микроорганизмы. Биологические методы являются ядром интегрированной борьбы с вредителями в европейских теплицах (Hussey, 1985; Lange and Bronson, 1981).

В климатологическом смысле оранжереи являются островами. Зимой теплый и стабильный климат теплицы изолирован от всех соседних теплиц низкими наружными температурами и ветреной погодой. Только человек создает связи, и его транспорт может переносить вредителей и болезни из одной теплицы в другую. Основными переносчиками в этом процессе являются молодые растения от распространителей к коммерческим томатоводам. Островной характер зимы означает, что производитель может принимать решения по борьбе с вредителями, которые не могут повлиять на ситуацию в соседних теплицах. Практически это означает, что выпущенные полезные насекомые остаются в теплице и не сбегают, а биологический контроль в одной теплице не может быть нарушен применением химикатов в соседних теплицах.

Производитель биологических контрольных организмов может обращаться к фермерам индивидуально, в отличие от вредителей полевых культур, где из-за миграционных аспектов приходится обрабатывать целый район. Биологический контроль в тепличных овощах должен возобновляться каждый вегетационный сезон, что обеспечивает стабильную схему производства для производителя полезных насекомых.

Большинство коммерческих сортов томатов обладают несколькими генами устойчивости к Fusarium, Verticillium, вирусу томатной мозаики (TMV) и Cladosporium (Fulvia), некоторые сорта также обладают устойчивостью к корневой узловой нематоде (Meloidogyne). Если сорта не устойчивы к TMV, можно использовать инокуляцию рассады. Инокулированный легкий штамм TMV защищает культуру от серьезных атак более патогенных штаммов (Rast, 1975).

Некоторые другие болезни, такие как бактериальный рак (бактерия Coryne), стеблевая гниль Didymella и некроз сердцевины, контролируются в основном с помощью гигиены или культурной практики. Единственное крупное заболевание, борьба с которым действительно может помешать биологической борьбе с вредителями, — это серая плесень (Botrytis cinerea). В теплицах с компьютером можно избежать резкого повышения температуры после восхода солнца и тем самым предотвратить намокание растений от конденсата, который способствует развитию Botrytis. Большинство садоводов борются с серой плесенью путем опрыскивания фунгицидами. В Западной Европе частота опрыскивания довольно низкая, максимум раз в две недели.

Использование пестицидов в зимний период сопряжено с риском фитотоксичности для чувствительных растений, выращиваемых при низкой интенсивности света, которая является нормой для Западной Европы. В настоящее время 80% производителей в Англии и Нидерландах, которые сажают растения в период декабрь-февраль, используют биологический контроль. Они вкладывают очень большие средства в свои питомники и предпочитают биологический контроль белокрылки (Нидерланды) или биологический контроль обоих основных вредителей, т.е. белокрылки и красного паутинного клеща (Великобритания), поскольку отсутствует риск фитотоксического повреждения.

Вторым фактором в пользу биологического контроля является меньшее количество необходимой рабочей силы и смещение трудозатрат на начало сбора урожая. Химический контроль потребовал бы частого опрыскивания в месяцы сбора урожая. Биологический контроль требует больше времени для мониторинга вредителя и проверки популяции паразитов после выпуска, вскоре после посадки, когда больше времени. В более поздний период сезона он очень занят из-за сбора фруктов. Стоимость не является основным фактором, так как цена на биологический контроль ниже, чем на химические средства.

Примечательно, что страны, в которых наиболее развито тепличное растениеводство, также имеют наиболее развитые и большие площади биологических методов борьбы (Van Lenteren etal., 1980). Развитие биологического контроля красного паутинного клеща и тепличной белокрылки связано с повышением устойчивости этих двух вредителей к обычным инсектицидам. Даже хищник, Phytoseiulus persimilis, обладает генами устойчивости к фосфорорганическим соединениям. Эта особенность дает возможность более легкой интеграции этого хищника с пестицидами (Ravensberg, van Lenteren and Woets, 1983).

Ниже приведена практика биологического контроля, рекомендованная для британских и голландских тепличных культур томатов, высаженных в зимний период (Griffin and Savage, 1983; Ravensberg et al., 1983):

  • тепличная белокрылка (Trialeurodes vaporariorum) — биологический агент Encarsia formosa;
  • красный паутинный клещ (Tetranychus urticae) — биологический Phytoseiulus persimilis, химические препараты цигексатин (cyhexatin, Великобритания) и фенбутатиноксид (fenbutatinoxide, Нидерланды);
  • картофельная тля (Macrosiphoniella euphorbiae) — химический препарат пиримикарб;
  • томатный листовой минер (Liriomyza bryoniae) — химический препарат оксамил (oxamyl);
  • томатная моль (Laconobia oleraceae) — биологический агент Bacillus thuringiensis;
  • пасленовая металловидка (Chrysodeixis chalcites) — биологический агент Bacillus thuringiensis;
  • Ботритис серый (Botrytis cinerea) — химические препараты ипродион (iprodione), винклозолин (vinclozolin), дихлорфлюанид (dichlofluanid).

Паразит Encarsia formosa используется уже более 50 лет, но реальный прогресс в технике применения и использовании был достигнут только с 1970 года. Обычно проводят три-четыре интродукции паразита, как только личинки белокрылки отслеживаются на молодых растениях (GCRI, 1976; Woets, 1973,1978). Хищник против красного паутинного клеща чаще используется в Англии, чем в голландских томатных культурах. До апреля результаты контроля низкие, поэтому голландские садоводы предпочитают фенбутатиноксид, который к тому же дешевле.

Картофельная тля, гусеницы томатной моли и пасленовая металловидка могут контролироваться специфическим афицидом пиримикарб и препаратом от гусениц Bacillus thuringiensis, который доступен под несколькими торговыми названиями.

Пока не существует хороших специфических средств борьбы с двумя встречающимися листоедами, Liriomyza bryoniae и L. trifolii. Летом томатный листоед может проникать в теплицу вместе со своими паразитами. Если в этот период не применяются инсектициды, то контроль будет естественным. Зимой, однако, контроль более сложен. Поскольку стерилизация почвы часто не проводится, куколки листоеда могут оставаться в почве от одной культуры к другой. Эндопаразиты могут быть включены, но часто вредитель перезимовывает, и паразитов не удается обнаружить. Паразиты Dacnusa sibirica, Opius pallipes и Diglyphus isaea могут контролировать томатного листоеда путем запланированного выпуска или после спонтанного появления. Dacnusa и Diglyphus находятся в коммерческом производстве в небольших масштабах (Ravensberg etal., 1983; Wardlow, 1984).

До сих пор L. trifolii, американский змеехвостый листоед, не был вредителем в английском томатоводстве, но в Нидерландах он является опасным вредителем. Летом он имеет высокую скорость размножения при теплых температурах. На юге Франции он является доминирующим вредителем томатов в течение всей зимы. Во многих теплицах на юге Франции существует определенная степень естественного контроля, но для предотвращения экономического ущерба необходима плановая, более ранняя интродукция.

В Нидерландах надеются найти паразита, способного контролировать оба вида листоедов. Паразит будет выпущен для борьбы с томатным листоедом в зимнее время и будет поддерживать себя, чтобы атаковать американского змеевидного листоеда, как только он вторгнется в теплицу в летние месяцы. Проводятся испытания трех паразитов: местного Diglyphus isaea, североамериканского Chrysocharis parksi (Woets and van der Linden, 1985) и Opius dimidiatus. Химический контроль затруднен из-за высокой устойчивости листоеда к пестицидам, а также потому, что применяемые химикаты убивают и полезных насекомых.

Таким образом, выращивание томатов и появление вредителей в теплицах сильно зависит от управления культурой. Нападения можно легко прогнозировать, а новые проблемы, связанные с вредителями (например, листоеды), можно отслеживать и преодолевать, чтобы поддерживать систему интегрированной борьбы с вредителями с минимальным использованием пестицидов (Woets and van Lenteren, 1982,1984).

Сбор урожая

Скорость созревания плодов томата в основном зависит от температуры воздуха и положения на соцветии. Более высокие температуры воздуха ускоряют созревание (Buite- laar and Janse, 1983). Плоды, находящиеся в последнем положении на соцветии, обычно имеют гораздо более длительный период роста, чем первые плоды (Welles, 1981). В условиях Западной Европы средний период роста плодов занимает около 60 дней зимой и около 45 дней летом. Стенверс (1976) классифицирует восемь цветовых стадий, на которых можно собирать плоды томата:

  1. 100% зеленые;
  2. 99-95% зеленые и 1-5% желто-оранжевые (поворотный момент);
  3. 95-66% зеленые и 5-34% оранжевые (переходная фаза);
  4. 66-34% зеленые и 34-66% оранжевые (переходная фаза);
  5. 1-34% зеленые и 99-66% оранжевые (переходная фаза)
  6. 100% оранжевые;
  7. 100% ярко-красные, твердые (стадия спелости);
  8. 100% темно-красные, мягкие (стадия спелости).

Стадия окраски, на которой обычно собирают плоды, зависит от температуры воздуха в теплице и, следовательно, от сезона производства. Ранней весной плоды обычно собирают на розовой стадии (стадия 6) или на стадии твердой спелости (стадия 7). Позднее, когда температура воздуха выше, плоды можно собирать на более ранних стадиях окраски (3-5). В условиях теплого лета окрашивание плодов до розовой стадии занимает всего несколько дней, тогда как ранней весной и поздней осенью это может занять 6-7 дней. Это означает, что при необходимости снабжения близлежащих рынков плоды будут собраны не ранее стадии 3. Для продления срока хранения плодов очень важно сразу после сбора удалить с них полевое тепло. Кроме того, ранней весной при низких температурах наружного воздуха во время транспортировки плодов может произойти неравномерное окрашивание, что увеличивает период между стадиями 2 и 6.

Оптимальные температуры для окрашивания — выше 12,5 °C и ниже 30 °C (Schouten and Stork, 1978). Для того чтобы собирать плоды на соответствующей стадии окраски, необходима хорошая система управления сбором урожая. Ранней весной сбор урожая проводится два раза в неделю. В более поздний период необходимо собирать плоды не менее трех раз в неделю. Если плоды собраны на стадии 7 или 8, срок хранения (дни между стадиями 6 и 8) будет очень коротким, особенно при неаккуратной обработке.

Методы сбора урожая

Долгое время обычным способом сбора урожая было использование корзин, которые несли по тропинкам. Поскольку в 1970-х годах стоимость рабочей силы сильно возросла, были разработаны новые транспортные системы, повышающие эффективность труда. В 1980-х годах с помощью колесных тележек с использованием или без использования системы трубных рельсов на тропинке можно было собрать около 100-130 кг фруктов за один час (Anon., 1979). Сбор может осуществляться непосредственно в пластиковые ящики, установленные на тележке, или в пластиковые воронки, позволяющие плодам скатываться в ящик. Воронки могут использоваться, когда расстояние между плодами на растении и пластиковым ящиком слишком велико (система высоких проводов). В связи с необходимостью высокой скорости сбора, очень важно накрывать ящики губчатым материалом, чтобы снизить риск повреждения плодов. Влияние падения на продолжительность жизни плодов четко показано Schouten, Stork и Hilhorst (1977).

Системы транспортировки

Транспортировка плодов может осуществляться несколькими способами, в зависимости от планировки теплицы и организации труда. Длинный главный путь с короткими рядами растений позволит использовать больше вариантов, чем короткий главный путь с длинными рядами растений. Когда сбор и сортировка осуществляются одновременно, нет необходимости в большом буфере для хранения плодов. Плоды можно сбрасывать на движущийся конвейер или в желоб для воды, который может быть расположен вдоль главного пути или вдоль боковых стен. Можно транспортировать около 25 кг/м2 плодов. Одновременный сбор и сортировка позволят избежать нагревания плодов, особенно летом, поскольку плоды находятся в теплой теплице лишь короткий период времени. Стенверс (1977) показал, что теплые плоды томатов более чувствительны к повреждениям при обработке, чем плоды при более низких температурах. Однако, если томаты держали более 6 часов в ванночке с водой, срок хранения уменьшался, особенно если их собирали на более зеленой стадии зрелости (Buitelaar and de Groot, 1978). Хлорид натрия или нитрат калия добавляют в воду в концентрации около 10 мСм/см для предотвращения растрескивания околоплодника из-за повышенного поглощения воды и опускания плодов. Плоды, которые уже имеют мелкие трещины на околоплоднике при сборе урожая, будут впитывать больше воды, и, следовательно, хранимость снижается. Если сортировка производится после того, как собрана большая часть теплицы, для транспортировки по главному пути можно использовать большие контейнеры для сыпучих грузов (300 кг). Плоды можно сбрасывать навалом или складывать в отдельные пластиковые ящики. Buitelaar (1977) сравнил влияние транспортировки с использованием корыта с водой или контейнеров для сыпучих продуктов на хранимость. Плоды, перевозимые в насыпном бункере, имели более короткий срок хранения, чем плоды из корыта с водой, в основном из-за меньшего повреждения плодов (меньше ударов и сжатия). Повреждения при транспортировке могут быть серьезными, особенно у томатов бифштекс.

Системы сортировки

Сортировка плодов томатов производится либо с помощью машин, либо вручную, в зависимости от типа плода. Нормальные круглые би- или трилокулярные плоды обычно сортируются машинами, в то время как бифштексные томаты сортируются и упаковываются вручную. Хотя этот метод очень трудоемкий, повреждение крупных плодов (вес плода более 150 г) значительно меньше по сравнению с машинной сортировкой. Круглые томаты сортируются механически по размеру и цвету.

В Нидерландах используются классы экспортного качества, т.е. А (47-57 мм), В (57-67 мм), С (40-47 мм) и СС (35-40 мм). Такие же классы размеров используются и в других странах ЕЭС, например, в Великобритании, хотя для обозначения класса размера используются другие буквы. Для томатов бифштекс существуют классы A, B, BB, BBB и BBBB с соответствующими диапазонами размеров (47-57 мм), (57-67 мм), (67-82 мм), (82-102 мм) и >102 мм. При цветовой сортировке плодов автоматически отделяют зеленые и красные томаты, оставляя розовые томаты в качестве третьей группы. Процент томатов в этой средней группе зависит от частоты сбора урожая и разницы в цене между светлоокрашенными и красноокрашенными плодами. Большинство современных машин для сортировки по цвету имеют производительность около 2500 кг/ч (de Groot etal., 1980). В настоящее время в Нидерландах разрабатываются машины для сортировки бифштексных томатов по весу плодов. Поскольку размер и вес плода не всегда коррелируют, сортировка по размеру с помощью этих машин очень затруднительна.

Сорта

Для рентабельного производства томатов необходим высокоурожайный сорт с товарным качеством и высокой устойчивостью к болезням.

Сорта можно разделить на группы по цвету и размеру. Красный цвет — это нормальный цвет спелых плодов, хотя желтые сорта выращиваются в очень ограниченных масштабах. Розовые сорта выращиваются в США и Японии, но не в Европе. Существуют сорта, свободные от зеленой пятнистости или восприимчивые к ней. Проблема зеленых сортов заключается в появлении темно-зеленого цвета и губчатой ткани вокруг плодоножки, особенно при высокой интенсивности света. Подавляющее большинство современных тепличных сортов — это гибриды без зеленой спинки.

Существует широкий диапазон сортов по размеру, от очень маленького черри до бифштекса весом более 200 г. Для 85% производства в Нидерландах и большего количества в Великобритании выращивается обычный круглый, 2/3-локулярный томат весом 70 г. Ребристый, похожий на лодку, 5-ти и более местный томат бифштекс имеет особый рынок в Германии и Франции. Итальянский продолговатый сорт не выращивается. Рыночная цена на более крупные сорта выше, особенно осенью в континентальной Европе, но не в Великобритании. В Англии ограничено производство помидоров черри из-за их превосходного вкуса и характерного внешнего вида.

Внутреннее качество включает в себя вкус, срок хранения, упругость и устойчивость к повреждениям при транспортировке. Между сортами имеются заметные различия. Вкус может быть выражен как соотношение кислот и сахаров. Японские сорта имеют довольно низкий уровень этого соотношения, в то время как европейские сорта — высокий. Качество и срок хранения значительно увеличились за последнее десятилетие благодаря новым сортам. Срок хранения увеличился с 6,2 дней у сорта Extase, выведенного в 1964 году, до 8,8 дней у Sonatine, выведенного в 1977 году.

Характер роста сортов может значительно отличаться, но все они являются индетерминантными. Удобству работы способствует открытая структура с короткими листьями и междоузлиями. Выбор типа роста зависит от графика выращивания, климата теплицы и почвы. Ранний урожай при низкой интенсивности освещения склонен к удлинению, поэтому в этом случае можно использовать более компактные сорта. Для лета выбирают сорта открытого типа роста из-за их меньшей восприимчивости к грибковым заболеваниям, таким как Botrytis, и меньшей трудоемкости подготовки. Для круглогодичных посевов выбирают энергичные сорта.

Ранняя тепличная культура должна давать высокий ранний урожай, чтобы получить прибыль от высоких цен в начале сезона. Более низкий общий урожай может быть принят, так как конечной целью является высокий финансовый результат. При осенней культуре более поздний урожай может быть более выгодным при росте цен.

Современные сорта обладают широкой устойчивостью к болезням. Из-за высокой цены паровой стерилизации и правил, регулирующих химическую стерилизацию, сорта с устойчивостью к болезням будут приобретать все большее значение. Выведение сортов табака (томата), устойчивых к вирусу мозаики, дало заметный прирост производства в начале 1970-х годов. Характеристики стандартных и новых тепличных сортов томатов ежегодно публикуются в Голландии (Anon., 1984b) и в Великобритании Национальным институтом сельскохозяйственной ботаники (NIAB).

Экологический контроль и системы для теплиц

Главной особенностью производства томатов под стеклом является возможность контролировать температуру, концентрацию CO2 и влажность, что невозможно для культур, выращиваемых в поле. До 1970 года контроль этих факторов в теплицах осуществлялся вручную (обогрев, вентиляция, подача CO2). Кроме интенсивности естественного освещения, все факторы окружающей среды можно контролировать с помощью компьютера в зависимости от внешних погодных условий и стадии роста растений. Поскольку интенсивность света является наиболее ограничивающим фактором для роста и урожайности томатов в Западной Европе, можно ожидать, что добавление искусственного света будет иметь большее значение, когда это будет экономически целесообразно.

Благодаря своей растущей сложности, простоте использования и доступности компьютеры используются для оптимизации температуры, относительной влажности, концентрации CO2 и интенсивности света. Они также очень полезны для получения информации о состоянии окружающей среды в течение определенного времени и предупреждения операторов о неисправностях. Компьютеры могут управлять многими механическими устройствами в теплице, такими как форточки, нагреватели, вентиляторы, испарительные прокладки, туманообразование, дождеватели на крыше, системы обогащения CO2, клапаны для полива, инжекторы для удобрений, теневые накидки и энергосберегающие шторы. Управление осуществляется на основе предварительно заданных критериев, таких как освещенность, наружная температура и другие погодные условия, а также необходимые внутренние условия (температура, влажность и уровень CO2). Что еще более важно, компьютеры могут объединять показания различных датчиков, обрабатывать все данные и затем направлять работу устройств для достижения желаемого результата, например, определенной температуры или режима влажности. Компьютеризированные теплицы помогут растениеводам выбрать условия, которые помогут сбалансировать рост растений с помощью экологического контроля.

Нагрев и охлаждение

Оптимальные дневные и ночные температуры для различных стадий развития культур приведены в таблице. В пределах так называемого линейного диапазона существует линейная зависимость между температурой и ростом и развитием. Следовательно, в пределах линейного диапазона средняя за 24 часа температура оказывает значительное влияние на скорость развития растений. Поэтому теоретически, если дневная температура теплая, то для экономии энергии можно позволить ночной температуре снизиться до уровня, не вызывающего отрицательного физиологического эффекта.

Таблица. Рекомендации по выращиванию томатов

 
Проращивание
Выращивание рассады
Пересадка
Плодоношение
Температура, °C
- дневная
25
19-21
24
20-22
- ночная
25
19-21
24
17-19
Электропроводность, дСм/м
0.0-0.1
2.5-3.0
2.5-3.0
2.7-4.0
pH
5,8
5,8
5,8
5,8
Объем подачи питательного раствора, л/день
0.2-0.3
0.2-0.3
0.5-2.5

Компьютерное управление температурой воздуха в теплицах в настоящее время широко распространено. Однако используемые температурные режимы — это, по сути, режимы, разработанные для аналоговых контроллеров. В Западной Европе в первые месяцы поддерживается температурный режим 15 °C ночью и 19 °C днем. По мере повышения внешней температуры и радиации уровень температуры в теплице также повышается, и тогда возникает необходимость в вентиляции, управляемой компьютером. В зимние месяцы в ряде европейских стран используются тепловые экраны для снижения потерь энергии и обеспечения поддержания минимальной ночной температуры даже при экстремально низких наружных температурах.

Ночная температура должна быть не ниже 15 °C, поскольку при температуре ниже 14 °C может наблюдаться плохое плодоношение, а низкая температура корней может быть ограничивающим фактором для оптимального роста. При внедрении систем NFT и rockwool (каменная вата) можно успешно использовать несколько более низкую ночную температуру, при условии, что используется подогрев корневой зоны (Maher, 1981). Работа в Научно-исследовательском институте тепличных культур показала, что сочетание повышенной температуры корней и пониженной температуры воздуха приводит к снижению качества ранних плодов. Поскольку в начале сезона рыночные цены высоки, садоводы обычно не заинтересованы в поддержании более низких ночных температур. Более высокая ночная температура оказывает явное влияние на ранние плоды, но также снижает общую урожайность.

С использованием энергосберегающих технологий, таких как мобильные тепловые экраны, более высокая ночная температура в сочетании с более низкой дневной температурой стала представлять интерес. Выводы Hurd и Graves (1984), показывающие, что интеграл температуры более важен для роста и ранней спелости, чем дневные колебания температуры, требуют большего внимания. С более глубокими знаниями об интеграции температуры растений, ведение температурных записей для интерпретации характеристик урожая станет возможным в ближайшем будущем.

Альтернативные методы энергосбережения, такие как использование сбросного тепла или геотермального тепла, могут иметь большее значение. Экономичный контроль температуры в теплице в ближайшем будущем будет возможен только с помощью современных технологических компьютеров. Гибкость в изменении температурных режимов, несомненно, приведет к улучшению экономии топлива, урожайности, роста или борьбы с болезнями. По мере накопления данных о влиянии температуры воздуха и корней на урожай, их количественные эффекты могут быть интегрированы в модель роста, что позволит компьютеру решать, какой уровень температуры необходимо поддерживать.

В Нидерландах была разработана особая стратегия под названием «температурная интеграция», которая направлена на поддержание определенного среднесуточного уровня температуры, а не на поддержание конкретных дневных и ночных температур (De Koning, 1990). В основе лежит то, что эта стратегия может быть гораздо более энергоэффективной, поскольку позволяет поддерживать высокую температуру, когда отопление обходится дешево, например, когда закрыта ширма или когда нет солнца. Экономия энергии в 10-15% была достигнута за счет использования температурной интеграции по сравнению с использованием режимов высоких дневных и низких ночных температур независимо от среднего значения за 24 часа. Работа, обобщенная в Papadopoulos et al. (1997), предполагает, что растения переносят некоторые колебания вокруг оптимальной температуры в течение периода от 24 часов до нескольких дней. Например, температура в культуре томатов может спокойно отклоняться на 3°C ниже нормы в течение 6 дней при условии, что следующие 6 дней будут на 3°C выше нормы, при условии, что средняя температура за 12-дневный период остается неизменной. Даже отклонение на 6°C может быть терпимым, если средняя температура за 7 дней не изменится (Portree, 1996).

Меры по энергосбережению широко используются в теплицах северных широт для снижения затрат на отопление. Натягивание тепловых завес из пористого полиэстера или алюминиевой фольги на растения в ночное время снижает радиационную теплопередачу и уменьшает общие потери тепла на 70% в закрытом состоянии или на 20% за весь год (Dieleman and Kempkes, 2006). Легкие выдвижные шторы двойного назначения иногда используются для экономии энергии ночью и для затенения в дневное время. Сочетание штор с принудительной вентиляцией и температурной интеграцией является следующей практикой энергосбережения (De Gelder et al., 2012b; De Gelder and Dieleman, 2012).

Типичное отопление теплиц для небольших предприятий основано на системах воздушного отопления. Крупные тепличные хозяйства обычно используют центральный котел, работающий на природном газе, с водой и иногда с паром для передачи тепла. Трубы отопления часто располагаются на небольшом расстоянии (например, 10 см) над землей, между рядами культур. Они служат в качестве системы радиационного отопления, а также в качестве пути для тележек для внутреннего транспорта и для работы на посевах. Эти трубы известны как система обогрева «труба-рельс». Иногда используются дополнительные нагревательные трубы внутри навеса. Эти трубы называются «трубами роста» и прикрепляются гибкими шлангами на обоих концах, чтобы их можно было перемещать по вертикали для подачи тепла в выбранную зону навеса для контроля роста растений и/или созревания плодов.

Считается, что экстремально высокие температуры ограничивают производство тепличных томатов летом в более низких широтах. Это особенно верно там, где испарительное охлаждение менее эффективно из-за высокой влажности (высокая температура влажного воздуха). Существует три распространенных метода охлаждения теплиц: естественная вентиляция, механическое охлаждение и испарительное охлаждение. В Нидерландах была разработана новая система под названием «закрытая теплица» (De Gelder et al., 2012a), которая использует теплоаккумуляторы, тепловые насосы, теплообменники и охлаждающие пластины для контроля температуры в теплице, как описано далее в этой главе.

Естественная вентиляция популярна в районах с относительно небольшим количеством дней с высокой температурой окружающей среды. При естественной вентиляции часть теплицы, обычно на вершине или коньке, открывается, и движение воздуха создается давлением ветра или градиентами температур воздуха. Однопролетные теплицы часто вентилируются через открываемые боковые стенки. Воздухообмен, вызванный температурными градиентами в теплицах, обычно усиливается с увеличением разницы в высоте между форточкой на крыше и боковой форточкой (так называемый эффект дымохода). Многопролетные теплицы вентилируются через форточки на крыше.

Любое влияние боковых форточек на скорость естественной вентиляции будет незначительным, особенно для многопролетных теплиц. Однако при любом типе системы естественной вентиляции сетка от насекомых в вентиляционном отверстии для предотвращения проникновения вредителей и побега опылителей или полезных насекомых снижает производительность вентиляции примерно на 20%. Компьютерное моделирование на основе вычислительной гидродинамики (CFD) эффективно демонстрирует, как конструкция, направление ветра относительно вентиляционного отверстия и/или сетка от насекомых влияют на воздухообмен и распределение температуры внутри теплицы (например, Boulard, 2011).

В засушливом и полузасушливом климате можно эффективно использовать испарительное охлаждение с помощью вентиляторов и площадок. Хотя естественная вентиляция используется в некоторых теплицах с теплым климатом, жаркие условия на улице и отсутствие ветра снижают ее эффективность.

На юго-востоке США давление вредителей, высокая влажность и высокие температуры заставляют большинство садоводов вкладывать средства в активное механическое охлаждение, обычно с помощью комбинации вентиляторов и подкладок. При механическом охлаждении вентиляторы низкого давления с лопастями расположены напротив воздухозаборника, который закрыт целлюлозными испарительными охлаждающими прокладками. Жалюзи размещаются снаружи охлаждающих прокладок и закрываются, когда теплица не проветривается. Вентиляционные вентиляторы обычно рассчитаны на один обмен воздуха в минуту, хотя исследователи из Северной Каролины и Израиля зафиксировали увеличение охлаждения при более высоких скоростях, особенно в сочетании с испарительным охлаждением (Willits, 2000), а в засушливом климате увеличение вентиляции не обязательно повышает эффективность охлаждения, поскольку всасываемый воздух часто имеет более высокую температуру и более сухой. Проектирование систем охлаждения требует более совершенных инженерных подходов, и в этой области было приложено немало усилий, наряду с попыткой сделать тепличное производство томатов круглогодичным в умеренном климате и в засушливых/полузасушливых регионах, где традиционно теплицы не использовались летом из-за неблагоприятных тепловых условий для роста растений. Системы туманообразования высокого давления были внедрены в качестве систем охлаждения теплиц в ограниченной степени. Логика управления и распределение туманообразующих форсунок нуждаются в дальнейшей оптимизации для снижения больших колебаний температуры, а также увлажнения растений, особенно когда система туманообразования сочетается с естественной вентиляцией.

Предположительно, метод усреднения температуры, описанный выше как способ снижения затрат на отопление, также может быть применен к теплым условиям, когда затраты на охлаждение являются проблемой. Этот вопрос не рассматривался напрямую, но Peet и др. (1997) сообщили, что в диапазоне 25-29°C фактические дневные и ночные температуры и разница между днем и ночью были менее важны, чем среднесуточная температура при учете снижения завязи плодов, урожайности, количества плодов и семян, которые являются типичными результатами теплового стресса. Это говорит о том, что в районах, где летние ночные температуры низкие, можно позволить дневным температурам превышать нормальные максимальные уровни. В районах, где температуры завышены, может быть полезным понижение ночных температур с помощью теплового насоса (кондиционера). Хотя применимость усреднения температуры к условиям, превышающим оптимальные для завязывания плодов, напрямую не проверялась, данные, собранные в юго-восточной части США в ходе эксперимента с ночным кондиционированием воздуха (Willits and Peet, 1989), свидетельствуют о потенциальной осуществимости такого подхода. В закрытой системе теплиц в Нидерландах температура может поддерживаться ниже 26°C (De Gelder et al., 2005).

Освещение

В Западной Европе интенсивность естественного освещения в зимних условиях является наиболее важным ограничивающим фактором для роста и продуктивности томатной культуры. Дата посадки до начала декабря обычно нецелесообразна. Выкидыш первых соцветий и отсутствие плодоношения снижают ранний урожай. В 1960-х годах сорта томатов были совершенно не приспособлены для выращивания и производства в условиях низкой освещенности. Совершенствование технологий выращивания, таких как орошение, питание и опыление, а также наличие сортов, более приспособленных к завязыванию плодов в условиях низкой освещенности, значительно повысили способность к производству в зимних условиях. Введение каменной ваты также улучшило контроль за развитием генеративных процессов в зимних условиях. Существует всего несколько методов экономичного увеличения интенсивности света в теплице. Во-первых, конструкция теплицы должна обеспечивать минимальный перехват света (большие стекла, небольшие конструктивные элементы). Во-вторых, мульчирование почвы гранулами полистирола или белой пластиковой пленкой может значительно увеличить интенсивность света и, следовательно, раннюю урожайность (Buitelaar, 1979a). В-третьих, используемая система выращивания будет иметь сильное влияние на производительность из-за конкуренции растений или листьев за свет. В голландских условиях томаты высаживают при 2,0 растениях на 1 м2. При использовании системы высокой проволоки верхняя часть растения с соцветиями всегда находится в условиях максимального освещения. Производительность такой системы выше, чем при интерплантации или других системах выращивания.

Эксперименты с затеняющими материалами и теплицами с двойным остеклением показывают, что 1% потери света равен примерно 1% потери продукции. 

Затенение теплицы с помощью тепловых пластиковых экранов рекомендуется только при очень низкой наружной температуре зимой. В таких условиях повышенная влажность будет более благоприятной для молодых растений и может компенсировать потери света в течение дня (Buitelaar, 1984b). Сегинер (1981) описал схему оптимизации условий в оранжерее для гвоздик. Однако для томатов точка безубыточности при экономичном использовании экранов будет находиться при более высоких уровнях интенсивности света, поскольку при низкой освещенности опыление будет недостаточным, а размер плодов меньшим.

Среднесуточное светопропускание теплицы обычно составляет 70-80%, в зависимости от покрытия, конструкции и ориентации теплицы. Поэтому почти во всех регионах CO2 и облученность (интенсивность света) являются наиболее ограничивающими факторами для максимизации урожая.

Дополнительное освещение является распространенным для стимулирования роста в регионах с коротким зимним днем. Одна из проблем заключается в том, что лампа в сборе, отражатель, трансформатор и стартер, расположенные над головой, уменьшают перехват естественного света культурой. Искусственное освещение успешно используется в Нидерландах (Marcelis et al., 2002; Heuvelink et al., 2006), и в настоящее время использование дополнительного освещения для выращивания томатов растет. Новые технологии, такие как светоизлучающие диоды (LED), были протестированы в качестве внутрипологового освещения для доставки фотосинтетически эффективного света на нижние листья полога (Dueck et al., 2012; Hao et al., 2012; Gomez and Mitchell, 2016). Однако экономическая эффективность дополнительного светодиодного освещения еще не доказана, и необходимо провести дополнительные оценки на фермах. Эмпирический подход показал, что рентабельность дополнительного освещения для томатной культуры зависит от эффективности фотонов лампы, цены электроэнергии, эффективности использования фотонов лампы и стоимости топлива для отопления, компенсируемого теплом, вырабатываемым лампами (Kubota et al., 2016). Поэтому ожидается, что эффективные методы доставки фотонов, такие как внутрипологное освещение, позволят снизить затраты на освещение и повысить рентабельность.

В целом искусственное освещение в теплице экономически затратно и не всегда практикуется в Западной Европе для плодоносящих культур. Однако оно используется при выращивании рассады.

В южных районах производства для защиты плодов в верхней части полога от солнечного ожога, сырости и растрескивания под воздействием высоких температур, а также для снижения температуры в теплице используются теневые ткани и экраны. Однако уменьшение PAR снижает рост растений и урожайность.

Обогащение углекислым газом

Скорость фотосинтеза напрямую зависит от количества CO2 в воздухе, при условии, что интенсивность света не ограничивается. Обогащение атмосферы CO2 в обогреваемых теплицах и конструкциях из пластиковой пленки стало практиковаться в сколько-нибудь значительной степени только в начале 1960-х годов. Задержка в коммерческом использовании метода была вызвана двумя основными причинами: невозможностью точного контроля концентрации CO2 и высокой стоимостью использования чистого CO2 для обеспечения минимального риска повреждения урожая. Помимо доступности сжиженных нефтяных газов в начале 1960-х годов, природный газ, как дешевый и надежный источник CO2, стал доступен, в основном в Нидерландах и Бельгии. Позже контроль обогащения CO2 заметно повысил продуктивность и прибыльность многих тепличных культур, таких как томаты.

Точный контроль концентрации CO2 стал возможен в конце 1970-х годов, когда для садоводства стали доступны измерители CO2. Три довольно независимых события привели к необходимости контроля концентрации CO2.

Во-первых, новый дизайн теплиц привел к созданию более герметичных конструкций. Во-вторых, использование тепловых экранов привело к ограничению уровня вентиляции. Наконец, наличие современных компьютеров обеспечило более экономичные режимы вентиляции. Вследствие этого может возникнуть дефицит CO2. Даже при добавлении чистого CO2 важно стремиться к экономической оптимизации дозировки CO2.

Экономическая оптимизация требует перевода различных параметров роста в финансовые показатели, которые могут быть сбалансированы с затратами, связанными с климатическим контролем. Для целей контроля оптимизация может быть достигнута путем разработки простых моделей, которые связывают условия окружающей среды как с физиологическими параметрами культуры, пересчитанными в финансовые показатели, так и с физическими параметрами теплицы. Schapendonk и Gaastra (1983) представили имитационную модель, которая количественно определяет влияние CO2 на производство сельскохозяйственных культур и рассчитывает затраты, связанные с обогащением CO2 при различных условиях окружающей среды. Производственные потери (Y) для урожая томатов можно оценить по формуле:

где A = количество CO2, использованного для ассимиляции; R = отношение молекулярных весов C и CO2; H = индекс урожая; P = аукционная цена; D = содержание сухого вещества в плодах; C = содержание углерода в плодах. В этой формуле предполагается, что изменения чистой ассимиляции напрямую отражаются на изменениях в производстве.

Schapendonk и Gaastra (1983) пришли к выводу, что из-за истощения CO2 в теплицах ранней весной в голландских условиях производство снижается на 13-17%, несмотря на введение CO2 от сжигания природного газа в системе отопления. Это было подтверждено Слаком (1983), который указал на увеличение урожая на 17% за счет предотвращения истощения CO2 в весенне-летний период. Дальнейшее увеличение концентрации CO2 выше 340 ppm также будет благоприятным в течение основной части сезона (Schapendonk and Gaastra, 1983). Калверт и Слэк (1975) пришли к выводу, что нет экономической выгоды в обогащении томатов свыше 1000 ppm. Это подтвердили Баккер и другие (1984), которые предположили, что побочные продукты отвода остаточных дымовых газов от централизованной котельной установки при высоких концентрациях CO2 могут увеличить риск повреждения листьев. Поэтому увеличение урожая при превышении этой концентрации будет ограниченным, как показано в таблице. Поэтому в Великобритании и Нидерландах рекомендуется концентрация CO2 не более 1000 ppm в течение светового периода.

Таблица. Влияние концентрации CO2 на раннюю урожайность, с 11 марта по 16 мая, ранних томатов с подогревом. (Hey, 1983.)

Концентрация CO2, vpm
Урожайность, % от контроля
Урожайность, кг/м2
Средний вес плодов, г
150
72
3,92
43
245
100
5,42
50
430
122
6,62
51
790
131
8,12
56
1500
132
8,16
55
2870
100
5,44
51

Качество плодов не зависит от концентрации CO2. При постоянных низких концентрациях срок хранения (дни между 100% оранжевой стадией и стадией, когда плоды становятся мягкими), по-видимому, сокращается из-за снижения жизнеспособности растений (Janse, 1984).

Калверт и Слэк (1975) обнаружили, что нет никаких экономических преимуществ от обогащения в течение менее чем полного периода от восхода до захода солнца в течение каждого дня на этапе после посадки.

Для томатовода вопрос о том, в какой период и в какой концентрации следует давать CO2, экономически зависит от источника дополнительного CO2 и его стоимости.

Возможным преимуществам пополнения запасов CO2, чтобы избежать истощения ниже уровня окружающей среды в летний период, уделяется значительное внимание в Великобритании в GCRI. Недавние эксперименты показали значительное увеличение урожайности культур, посеянных в декабре, за счет поддержания уровня окружающей среды. Повышение урожайности было в основном результатом увеличения размера плодов.

Однако еще предстоит выяснить, повлияют ли на реакцию урожая такие факторы, как дата посева, популяция растений, сезон (особенно в отношении уровня освещенности) и характеристики теплицы. Более детальный анализ результатов показывает, что реакция урожая находится в обратной зависимости от количества часов солнечного света в предшествующий период. Единственным объяснением этому может быть то, что вентиляция в условиях высокой освещенности предотвращает эффект истощения и указывает на то, что использование более высоких температур вентиляции при условии поддержания адекватного уровня CO2 может привести к благоприятной реакции урожая. Это еще предстоит исследовать. Обогащение свыше 340 ppm в условиях поздней весны и лета обычно не является выгодным из-за повышенных потерь CO2 через вентиляцию.

Углекислый газ может быть добавлен в теплицу несколькими способами. Для получения CO2 можно использовать горелки на природном газе или пропане, подключенные к датчикам. Различные источники топлива дают разное количество CO2. При сжигании 1 м3 природного газа, 1 л керосина или 1 л пропана выделяется 1,8 кг, 2,4 кг и 5,2 кг CO2 соответственно (Portree, 1996). Дымовые газы от водогрейного котла, сжигающего природный газ, можно улавливать и рециркулировать. Все эти источники CO2 добавят в теплицу тепло и водяной пар, а также потенциальные загрязнители. Водяной пар может быть сконденсирован перед подачей в теплицу. Горелки с низким содержанием NOx (закиси и двуокиси азота) позволяют минимизировать риск снижения урожайности из-за загрязняющих веществ. Этилен является типичным загрязнителем, вызывающим физиологические нарушения у растений томатов даже при очень низкой концентрации (менее 0,1 мкмоль/моль), когда отработанные газы неэффективного нагревателя сгорания вводятся в теплицу с целью обогащения CO2. Самый дорогой, но самый безопасный вариант — сжатый или жидкий CO2. В некоторых районах Нидерландов имеются распределительные сети для жидкого CO2 (Organic CO2 for Assimilation by Plants, OCAP), получаемого из отработанного CO2 из промышленных источников. Датчики концентрации CO2 должны периодически калиброваться и располагаться вблизи верхней части растения. Распределение CO2 в теплице также должно быть как можно более равномерным, чтобы избежать различий в урожайности и обеспечить эффективное использование. 

Обогащение CO2 до 750-800 мкмоль/моль повышает урожайность по сравнению со стандартными внешними условиями (около 390 мкмоль/моль). Стандартный подход к обогащению (Nederhoff, 1994) заключается в том, что CO2, являющийся побочным продуктом сгорания природного газа, вводится на уровне 800 мкмоль/моль во время отопления. При низких скоростях вентиляции (< 10% открытия) этот уровень снижается до 500 мкмоль/моль, когда затраты CO2 значительны. При дальнейшем открытии вентиляционных отверстий целью является поддержание базового уровня 450 мкмоль/моль, но это не всегда возможно. В настоящее время в Нидерландах в период с мая по сентябрь CO2 поддерживается на уровне окружающей среды. В Японии был разработан и коммерчески доступен контроллер CO2, позволяющий поддерживать концентрацию CO2 точно на уровне внешней среды (т.е. нулевой баланс обогащения CO2) (Kozai et al., 2015).

Компьютерные модели управления (Aikman et al., 1996; Stanghellini et al., 2012) были разработаны для преобразования увеличения фотосинтеза в результате обогащения CO2 в ожидаемую финансовую прибыль от продажи фруктов путем связывания биологических процессов с моделью цен на фрукты. Поскольку цены на фрукты очень трудно предсказать, использование таких моделей ограничено. Бейли (2002) рассмотрел стратегии обогащения CO2 как с помощью жидкого CO2, так и с помощью CO2 от нагревателей теплиц или комбинированных теплоэлектростанций (ТЭЦ). Тепло, производимое при сжигании газа в котле или ТЭЦ, может храниться в резервуаре для хранения тепла, чтобы использоваться в ночное время, в то время как CO2 используется в дневное время. Выхлопной газ ТЭЦ необходимо «очистить», прежде чем использовать его в теплице. Исходя из финансовой маржи между стоимостью урожая и суммарными затратами на CO2 и природный газ, Бейли (2002) показал, что наиболее экономичная точка контроля CO2 с жидким CO2 зависит от его цены. При использовании CO2 из отработанных газов и когенерационных установок финансовая маржа зависела от наличия теплоаккумуляторов.

В южных широтах теплицы проветриваются с большей скоростью, поэтому обогащение CO2 нецелесообразно. В Роли, Северная Каролина, томаты можно было обогащать CO2 только в течение 2-3 часов ежедневно на протяжении большей части вегетационного периода (Willits and Peet, 1989). В любом случае, когда температура выше 25°C, в условиях Северной Америки обогащение CO2 может быть нерентабельным (Portree, 1996) и может увеличить устьичное сопротивление, что снижает транспирацию и повышает температуру листьев. В «закрытой» и «полузакрытой» теплицах высокий уровень CO2 (> 1000 мкмоль/моль) будет использоваться круглый год.

Управление относительной влажностью или дефицитом давления пара

Из всех факторов окружающей среды влажность является тем, влияние которого на рост, урожайность и качество изучено меньше всего. В 1960-х годах, когда энергия была относительно дешевой, влажность выше 80% в теплице предотвращалась путем поддержания минимальной температуры в трубах и открытия вентиляционных отверстий, даже в зимних условиях. Следовательно, возникали более высокие показатели транспирации, которые, по общему мнению, обеспечивали высокую урожайность. По мере удорожания энергии и усложнения климатического контроля влажность в теплицах все больше повышалась.

Результаты поздних экспериментов (Buitelaar, 1984b; Welles, 1985) показывают, что высокая влажность сама по себе не влияет на урожайность, но может увеличить восприимчивость к болезням растений, таким как Botrytis. В зимних условиях ранний урожай может быть увеличен даже при повышении влажности (Buitelaar, 1983a). Поэтому открытие форточек с целью снижения влажности в таких условиях больше не практикуется. Когда культура становится выше, практикуется минимальная вентиляция, т.е. вентиляция в зависимости от внешних условий.

Летом в теплице может наблюдаться низкая влажность. Чтобы избежать высоких температур и обеспечить достаточное опыление, можно использовать линии опрыскивания. Внедрение аналоговых контроллеров, а позднее компьютеров, позволило растениеводу избежать образования конденсата на частях растений, таких как стебли и плоды. Страйбош и др. (1973) обнаружили на томатах с воздушным обогревом, что рано утром температура плодов может быть ниже точки росы, что приводит к образованию конденсата на плодах и, следовательно, к повышенной восприимчивости к Botrytis. Медленное повышение температуры воздуха до восхода солнца с последующим ограниченным открытием вентиляторов обеспечило отсутствие инфекции.

Есть некоторые доказательства того, что очень высокая влажность может вызвать физиологические нарушения в результате недостаточного поглощения и распределения питательных веществ в точках роста (Hurd and Sheard, 1981), особенно кальция, если высокий уровень влажности сохраняется.

Относительная влажность в теплице является результатом баланса между транспирацией культуры, испаряемостью почвы, конденсацией на покрытии теплицы и потерей паров при вентиляции, а также температурой воздуха внутри теплицы. Поэтому относительная влажность воздуха в теплице подвержена суточным и сезонным изменениям. Энергосберегающие технологии, такие как использование двойных слоев полиэтиленовой пленки, повышают относительную влажность (Hand, 1988).

Хотя компьютерные программы управления могут быть очень сложными, существуют ограничения на эффективность контроля влажности. Например, при открытии и закрытии вентиляционных отверстий для регулирования температуры, относительная влажность и уровень CO2 также изменяются. Если уровень относительной влажности становится слишком высоким, а температура остается в приемлемом диапазоне, для поддержания приемлемой относительной влажности и температуры может потребоваться комбинация отопления и вентиляции. Если температура наружного воздуха ниже заданной, следует включить обогреватель для поддержания температуры воздуха и открыть форточки или включить вентиляторы. В «закрытой» теплице контроль влажности может быть достигнут без воздействия на другие климатические факторы, поскольку охлаждение обеспечивается за счет теплообмена с водоносным слоем, а не за счет вентиляции.

Использование дефицита давления пара (VPD) воздуха, т.е. разницы между давлением насыщенного пара при данной температуре и текущим давлением пара, больше способствует пониманию реакции растений (т.е. транспирации и температуры листьев), поскольку показывает способность воздуха удерживать пар и напрямую влияет на скорость эвапотранспирации. В Нидерландах садоводы используют VPD, выраженный как вес пара (г) на объем (м3) влажного воздуха (также называемый «дефицитом влажности»), но в остальном мире используется паскаль (Па или кПа), единица СИ для парциального давления. Для перевода из голландской единицы в кПа необходимы коэффициенты, зависящие от температуры, поскольку соотношение массы и объема пара отличается при разных температурах. Университет Аризоны разработал веб-приложение (https://cals.arizona.edu/vpdcalc/) для расчета VPD и дефицита влажности на основе температуры воздуха и относительной влажности. В исследовании, проведенном в Нидерландах (Bakker, 1990), высокая относительная влажность (низкая VPD) уменьшила площадь листьев из-за дефицита кальция, а также увеличила стоматальную проводимость, снизила конечный урожай и средний вес плодов. Однако это исследование проводилось в довольно ограниченном диапазоне VPD: 0,35-1,0 кПа днем и 0,21-0,71 кПа ночью. Неясно, насколько низкая влажность (высокий VPD) губительна для растения при наличии достаточного количества воды, но в целом VPD > 1,0 кПа считаются потенциально стрессовыми. В Северной Европе VPD > 1 кПа встречается редко, но в полузасушливых районах Северной Америки VPD будет превышать этот диапазон без надлежащего увлажнения воздуха в теплице. Например, температура в теплице 26°C и относительная влажность 60% приведут к VPD 1,35 кПа или 9,7 г/м3. Если растения пропускают больше воды, чем может поступить через корни, у плодов может развиться гниль кончиков цветков (BER), а устьица могут закрыться, что приведет к плохому росту.

Наиболее важной причиной для снижения влажности и поддержания поверхности листьев в сухом состоянии является профилактика заболеваний. Болезни быстро распространяются, когда VPD составляет 0,2 кПа или меньше в течение длительного периода времени, а прорастание спор грибковых патогенов увеличивается на влажной поверхности листьев. Это наиболее вероятно, когда теплые солнечные дни увеличивают транспирацию и испарение листьев, но влага удерживается в виде водяного пара до тех пор, пока внутренние поверхности листьев или остекления не охладятся до точки росы ночью. Затем водяной пар конденсируется на этих холодных поверхностях, и капли могут попасть на листья. Увлажняющие агенты, распыляемые на внутреннюю пленку или включаемые в состав пластика, предотвращают стекание конденсата, так как влага остается в виде пленки, которая скатывается в виде пленки, а не стекает на листья. Проблема стекания конденсата на листья наиболее остро стоит в двухполимерных теплицах типа «Квонсет», поскольку округлый свод затрудняет сбор и удаление конденсата. Конденсат на листьях можно уменьшить, увеличив скорость движения воздуха в теплице до 1 м/с. Это связано с тем, что увеличение движения воздуха уменьшит сопротивление пограничного слоя над листьями теплопередаче. Усиление теплопередачи уменьшит разницу температур между поверхностью листьев и воздухом и, следовательно, предотвратит охлаждение поверхности листьев ниже точки росы. Движение воздуха может быть увеличено либо за счет работы вентиляторов на печах горячего воздуха, либо за счет вентиляторов горизонтального воздушного потока (HAF). Эти небольшие вентиляторы размещаются над навесом вдоль сторон дома, чтобы толкать воздух в одном направлении с одной стороны теплицы и в противоположном направлении с другой стороны, и работают постоянно, за исключением тех случаев, когда вытяжные вентиляторы включаются для вентиляции. Вентиляторы HAF создают медленное горизонтальное движение воздуха, что также делает температуру более равномерной. В Нидерландах была разработана модель конденсации (Rijsdijk, 1999), которая позволяет садоводам изменять режим отопления во время восхода солнца (типичный период образования конденсата) в зависимости от измеренной температуры плодов, а не с помощью вентиляторов. Конденсат может образовываться на плодах, потому что на восходе солнца воздух нагревается (гораздо быстрее, чем плоды), а транспирация растений повышает точку росы воздуха внутри теплицы, в то время как поверхность плодов остается холодной. Плоды нагреваются медленнее, чем листья, поэтому если конденсат не образуется на плодах, он не должен образовываться и на листьях. Поэтому следует тщательно следить за температурой плодов в теплице в период, когда может образовываться конденсат.

Компьютеризированный климат-контроль и система мониторинга

Уровень компьютеризированного климатического контроля должен соответствовать техническому оснащению. Высокотехнологичная теплица с датчиками может управляться высококлассными климатическими компьютерами для достижения оптимальных климатических условий. Высокоуровневые вычисления, такие как нейронные сети, были исследованы и продемонстрированы для возможной интеграции в системы управления теплицами (например, Fitz-Rodriguez et al., 2012). Для высоких туннелей и теплиц с более низкой технологией для регулирования температуры достаточно менее дорогого оборудования. В высокотехнологичном оборудовании датчики могут давать информацию о температуре растений, фотосинтезе и транспирации, которая может быть включена в алгоритмы управления. Информация с датчиков может быть интегрирована в систему управления «говорящим растением» (Steppe, 2012), в которой информация о растении отражается в решениях по оптимизации климатических условий (Van Straten et al., 2011). Независимо от уровня технологии, периодическая калибровка датчиков имеет решающее значение для поддержания высокой точности приборов. Например, датчики температуры и влажности воздуха должны быть размещены в хорошо продуваемом корпусе с радиационной защитой. Для распространения более подходящих методов, пригодных для измерений климата в теплицах, были разработаны руководства по измерениям и отчетности (Both et al., 2015).

Новая технология контроля окружающей среды

«Закрытая» теплица — это недавняя инновация в Нидерландах, направленная на экономию энергии и повышение урожайности. Основными компонентами «закрытых» теплиц являются механическое охлаждение, технология тепловых насосов для получения теплой воды для отопления и холодной воды для охлаждения, а также сезонное хранение энергии (холода и тепла) в водоносных горизонтах (De Gelder et al., 2012a). Системы подвесных водостоков используются вместе с системами распределения воздуха из пластиковых труб (рис.). Эта концепция имеет потенциал для полного контроля климата для оптимального роста, поскольку температуру, влажность и уровень CO2 можно контролировать независимо, но в настоящее время эта система экономически не выгодна. На юго-западе США, во Франции и Нидерландах «полузакрытые» конструкции теплиц с ограниченной вентиляцией успешно используются в коммерческих целях, поскольку ограниченная вентиляция позволяет обогащать воздух CO2, а также потому, что ожидается большее пропускание света за счет уменьшения количества вентиляционных отверстий на крыше, которые часто закрываются сетками от насекомых и/или добавляют больше структурной тени. В «полузакрытых» или «закрытых» теплицах обычно существует большой вертикальный градиент температуры из-за системы охлаждения в нижней части теплицы. Однако этот градиент (> 5°C в течение дня летом) не оказывает негативного влияния на рост, развитие и урожайность растений томата (Qian et al., 2015).

Полузакрытая теплица с подвесной водосточной системой и надувными воздухораспределительными пластиковыми трубками.
Полузакрытая теплица с подвесной водосточной системой и надувными воздухораспределительными пластиковыми трубками.

Пересадка растений (непрерывное производство)

Хорошая пересадка — это растение, свободное от вредителей и болезней, быстро растущее и не угнетенные корни. Размер растения зависит от индивидуальных требований коммерческого холдинга. Чем больше пересадка, тем раньше будет урожай, но тем дороже будут растения и тем больше труда и умения потребуется для работы с ними. Существует несколько определений «правильного» размера и стадии развития. Ширина рассады должна быть равна или даже превышать высоту, листья должны быть темно-зелеными и близко расположенными, первые цветочные почки должны стать заметными примерно за десять дней до раскрытия бутонов (Wittwer and Honma, 1979) для более поздних культур. Это хорошо согласуется с мнением Моргана и Кларка (1975) в Ирландии. В Великобритании стандартной стадией посадки «по чертежу» считается, когда 50% растений имеют открытый цветок на первом соцветии, хотя очень ранние культуры обычно высаживают на более поздней стадии.

В связи с растущими проблемами с ценами на энергоносители и экологическими законами, регулирующими химическую стерилизацию почвы, садоводы ищут другие способы избежать переносимых через почву вредителей и болезней. В настоящее время вновь внедряется старый метод прививки на корневище с пробковыми корнями и устойчивое к увяданию корневище. Даже для привитых растений может потребоваться стерилизация почвы через несколько лет, чтобы предотвратить потери в производстве.

Пересадка включает в себя удаление растущего растения с участка выращивания, перенос и пересадку в положение, в котором оно будет продолжать расти до времени сбора урожая. В идеале растение должно приспособиться к новой среде без остановки его нормального роста и развития. Растения могут проходить проверку при пересадке в разной степени (McKee, 1981). Оранжерея требует больших затрат на отопление и эксплуатацию, поэтому проверка при пересадке должна быть минимальной. Растения при размножении выращивают в почвенных блоках, пластиковых или ватных блоках или горшках, в зависимости от конечного метода выращивания и времени посадки. Пересадка с голыми корнями никогда не используется при защищенном выращивании.

Поскольку размер пересадки, выраженный в высоте растения, сухом и свежем весе, является основным фактором, влияющим на ранние сроки, урожайность и финансовую прибыль, садоводы стараются высаживать пересадку такого размера, с которым можно справиться. Пересадка в горшок снабжается тростью для опоры. После высадки в теплицу растения как можно быстрее подвязывают пластиковым шпагатом к подвесной проволоке, чтобы избежать поломки побегов.

Влияние более поздних условий в теплице может перевесить влияние размера пересадки. При пересадке одних и тех же растений в одно и то же время в разных коммерческих хозяйствах были обнаружены различия в общей урожайности на 2-5 кг и ранней спелости на десять дней, в основном из-за небольших различий в температуре (Germing, 1963). Выращивание на каменной вате дает новую возможность преодолеть проблему подавления корней, проверки пересадки и обращения с трансплантатами. Маленькие растения помещают в желоба на каменной вате, а пространство между желобами постепенно увеличивают, чтобы дать растениям больше места для роста (Ammerlaan et al., 1983).
В нескольких экспериментах были обнаружены последствия обработки во время размножения. Увеличение возраста пересадки оказало неблагоприятное влияние на последующий урожай (Spithost, 1975). Сравнивая высадку на стадии «бутоны-видимые» с высадкой на стадии 50% раскрытия цветков, было обнаружено улучшение репродуктивного роста и развития до 9-го соцветия. Небольшое увеличение на самой ранней стадии сбора было обнаружено при задержке высадки. Эти явления можно объяснить «ограничением корней» в горшке. Такое связывание горшка вызывало периодический водный и питательный стресс не только в горшке, но и при пересадке.

Этап пересадки был изучен в различных системах выращивания не только в отношении раннего и общего урожая, но и качества плодов, особенно для ранних посевов в условиях плохой освещенности. Было установлено, что некоторое ограничение роста на ранних стадиях необходимо для того, чтобы избежать чрезмерно энергичного роста и, как следствие, проблем с закладкой плодов, особенно в NFT. После внедрения каменной ваты другие средства контроля растений, например, повышение проводимости раствора, привели к несколько более ранней пересадке. Однако в NFT «пересадка» не рекомендуется до цветения второго соцветия из-за энергичного вегетативного роста, обычно связанного с этой системой.
Химический состав пересадки был изучен Спитхостом (1975, 1978). Более высокое содержание натрия в растении оказывало пагубное влияние на последующий рост культуры. Этот эффект может быть результатом высокого содержания NaCl в поливной воде во время размножения (Sonneveld and Van den Ende, 1971). Не было обнаружено влияния содержания магния и калия.

Литература

Tomatoes, 2nd Ed. by Ep Heuvelink. Wageningen University & Research. The Netherlands. 2018.

The tomato crop. A scientific basis for improvement. E.H. Roberts Professor of Crop Production, Department of Agriculture and Horticulture, University of Reading. USA. 1986.