Home » Овощеводство » Полив томата

Полив томата

Основная страница: Томат

Полив томата и выбор методов орошения зависит от конкретных условий выращивания (например, почва, беспочвенный грунт, типы и сорта томатов, культурные методы) каждого производителя. Основные принципы орошения охватывают влияние качества воды, требований к орошению, питания растений.

Качество воды и требования к орошению

Солесодержание оросительной воды

Качественная оросительная вода является необходимым условием для любой производственной системы. Уровень минерализации (солесодержание) и pH воды — два основных параметра, используемых сельхозпроизводителями для управления урожаем. Солесодержание выражается электропроводностью (EC) раствора в единицах мС/см (миллисименс на сантиметр) или дС/м (децисимменс на метр). Эти единицы представляют собой количественную меру способности материала пропускать электрический заряд (электропроводность).

Измерения электропроводности связаны с общей концентрацией электролитов в растворе (растворенные соли образуют ионные частицы, каждая из которых имеет положительный или отрицательный заряд).
Следовательно, растворенные соли вносят большой вклад в проводимость раствора. Электропроводность почвы также может коррелировать со структурой почвы, емкостью катионного обмена и влажностью почвы (Grisso et al., 2009).

Электропроводность оросительной воды обычно используется в качестве индикатора общей концентрации удобрений.

Измерение электропроводности является одним из самых простых, быстрых и недорогих тестов, доступных для садоводов и фермеров. Этот тест позволяет растениеводам получить показатель общей концентрации ионов в растворе, но он не различает ионы в растворе или их концентрацию. Это особенно важно в беспочвенной культуре, учитывая низкую буферную емкость большинства почвенных сред. Адекватный уровень электропроводности в производстве томатов обычно регулируется в пределах от 1,6 до 5,0 дС/м, в зависимости от сорта, условий окружающей среды и производственной практики (Dorais et al., 2001).

Слишком высокий уровень электропроводности в ризосфере может негативно повлиять на проницаемость устьиц и площадь листьев и, следовательно, на скорость фотосинтеза растений, поглощение воды и питательных веществ, накопление сухого вещества, развитие и качество плодов (см. Условия роста и урожайности томата).

Высокая концентрация солей в растворе вне тканей корня создает равный или более высокий осмотический потенциал, чем внутри тканей растения. В таких условиях вода будет уходить из тканей растения путем осмоса, вызывая стресс в виде обезвоживания и окончательного увядания (рис.). Устьичная проницаемость уменьшается (примерно на 30%), но устьица не закрываются полностью, что приводит к иссушению и потере тургора клеток (Wu and Kubota, 2008).

Стресс растений томата
Растение томата подверглось стрессу от жары и засоления. На листьях также наблюдаются симптомы дефицита кальция.

Солесодержание в растворе имеет тенденцию к увеличению по мере истощения воды в результате транспирации. Кроме того, в зависимости от концентрации ионов в растворе, растения могут пострадать от нарушения баланса питания, обычно связанного с поглощением натрия (Na+) и хлорида (Cl), конкурентным поглощением, а также нарушениями в транспорте и распределении растворимых веществ внутри растения.

Поглощение азота (N-NO3) снижается при высоких концентрациях солей, возможно, из-за конкуренции между нитратом (NO3) и Cl в местах ионного транспорта. Кроме того, деполяризация мембраны связана с высокими концентрациями Na+ (Dorais et al., 2001). При высокой электропроводности снижается поглощение воды и питательных веществ, включая NO3, который регулирует транскрипцию, перевод и активацию нитратредуктазы у высших растений, тем самым снижая ее активность. Debouba et al. (2007), Martinez и Cerda (1989) показали, что активность нитратредуктазы у растений томата снижается на 40% при выращивании в растворе 100 мМ NaCl.

Эффект высокой солености зависит от конкретного рассматриваемого питательного вещества. Высокая концентрация NaCl снижает урожайность томатов независимо от концентрации фосфора (P) в почвенном растворе. Однако высокая концентрация P может увеличить поглощение марганца (Mn) и/или уменьшить использование цинка (Zn). Растения томата, выращенные при 3 дСм/м NaCl, не страдали от снижения поглощения калия (K+). Однако при 5 и 8 дСм/м NaCl поглощение K+ снижалось на 27% и 36% (Adams and Ho, 1995). Кальций (Ca2+) также может вытесняться высокой концентрацией Na+ вокруг клеточных мембран, вызывая дополнительные физиологические нарушения.

Жаркие, сухие условия в сочетании с высокой соленостью могут привести к быстрому увяданию и необратимым повреждениям. Тем не менее, результаты воздействия высокой концентрации солей при выращивании томатов меняются в зависимости от исследуемой части растения, условий окружающей среды, сорта, ионов в растворе и времени суток. Например, томаты, выращенные при 17 дСм/м (высокая электропроводность) по сравнению с 2 дСм/м (низкая электропроводность), привели к снижению скорости роста плодов в дневное время, не оказывая никакого влияния на скорость роста в ночное время (Ehret и Ho, 1986). Между тем, по многочисленным данным, влияние высокой солености на урожайность плодов является пагубным.

Общее снижение урожая при высоких уровнях солей связано с уменьшением размера и количества плодов, а также с развитием гнили кончиков цветков — физиологического расстройства, связанного с низкой концентрацией Ca, недостаточным водоснабжением и экспрессией генов в условиях стресса (Van Ieperen, 1996).

С другой стороны, высокий уровень солесодержания может улучшить органолептические и питательные свойства плодов томата и помочь в кондиционировании растений (Adams, 1991; Mitchell et al., 1991). В условиях высокого солесодержания в плодах накапливается крахмал и повышается активность фермента синтазы сахарозы, что в целом приводит к улучшению качества плодов (Dorais et al., 2001). Более того, контролируемое состояние высокой электропроводности может положительно повлиять на системы производства томатов. На ранних стадиях укоренения растений высокое солесодержание может укрепить клеточные стенки растений. В том же исследовании сообщалось, что толщина кутикулы плодов увеличивается, а тургорное давление и упругость снижаются, что делает плоды менее восприимчивыми к растрескиванию и позволяет увеличить срок хранения (Dorais et al., 2001). Высокая концентрация солей также ассоциируется с улучшением цветовых показателей и уменьшением неравномерности созревания. Важно отметить, что это зависит от сорта.

Томатные культуры можно выращивать в питательных растворах, содержащих 100 ppm Cl без особых проблем, но рекомендуется использовать источники воды с содержанием < 50 ppm Na+ и < 70 ppm Cl (OMAFRA, 2001). Регулировка солесодержания обычно позволяет изменять доступность воды для растений и поддерживать здоровый баланс между вегетативной и репродуктивной частями растений (Holder and Christensen, 1989).

Низкокачественную воду с относительно высокой концентрацией солей, например, содержащую растворенные Na+, Cl и сульфаты (SO42-), следует использовать с осторожностью в системах субстратных и почвенных культур, пока корневые зоны могут быть выщелочены и соли удалены по мере продвижения воды вниз. Во многих гидропонных системах без рециркуляции воды принято промывать среду частыми поливами для предотвращения накопления солей. Однако меры по защите окружающей среды подталкивают к рециркуляции питательного раствора, что предъявляет гораздо более высокие требования к оросительной воде и чистоте используемых удобрений (например, Beerling et al., 2014).

Приемлемые уровни электропроводности для оросительной воды находятся в диапазоне от 0,75 дСм/м на ранних стадиях развития культуры до 1,5 дСм/м во время сбора урожая. Подробные стандарты качества воды для тепличного производства представлены в таблице.

Таблица. Минимальные стандарты для поливной воды для тепличного томата (OMAFRA, 2001).

Класс воды
Электропроводность, дСм/м
Натрий, ppm
Хлориды, ppm
Сульфаты, ppm
1
< 0,5
< 30
< 50
< 100
2
0,5-1,0
30-60
50-100
100-200
3
1,0-1,5
60-90
100-150
200-300

Независимо от производственной системы, поливная вода должна проверяться не менее двух раз в год или каждый раз, когда для растениеводства выбирается новый источник воды (например, колодец, река, пруд или муниципальная система). Кроме того, важно признать, что в повседневной работе могут присутствовать и другие источники солености, например, ионы питательных веществ, растворенные в поверхностных водах. Питательные вещества, которые выщелачиваются или стекают с соседних ферм или ландшафтов, могут привести к высокому содержанию нитратов (NO3), сульфатов (SO42-) и фосфатов (PO43-) в поверхностных водах.

Для тепличных культур, выращиваемых на почве, концентрация удобрений является важным фактором при орошении. При повышении радиации и температуры воздуха скорость поглощения воды увеличивается быстрее, чем поглощение питательных веществ. Таким образом, концентрация оставшегося питательного раствора в корневой зоне и засоленность повышаются. Если не контролировать этот эффект, может снизиться как поглощение воды, так и питательных веществ, что приведет к увяданию и замедлению роста. Как правило, эта тенденция преодолевается путем регулирования электропроводности подаваемого питательного раствора в соответствии с климатом.

рН воды для полива

pH поливной воды не является такой уж большой проблемой для культур, выращиваемых в почве, но имеет решающее значение при выращивании без почвы. Высокий уровень pH представляет риск для доступности микроэлементов и может вызвать выпадение осадков и засорение ирригационных систем. Наиболее распространенный диапазон pH для оросительной воды — от 6,5 до 8,4. pH вне соответствующего диапазона может привести к низкой доступности определенных питательных веществ или разбавлению токсичных ионов, поступающих из почвы. Низкое содержание солей в оросительной воде (EC < 0,2 дСм/м) также может привести к выходу pH за пределы нормального диапазона из-за низкой буферной способности раствора. Одной из основных проблем ненормального pH воды является воздействие на ирригационное оборудование. Высокий уровень pH в воде может быть коррозионно опасным для трубопроводов, дождевателей и контрольного оборудования.

Буферная емкость почвы позволяет медленно изменять pH раствора. Пытаться изменить исходный pH источника воды непрактично, поскольку любое внесение поправки даст результат лишь в некоторых случаях. Однако pH питательного раствора, используемого для внесения удобрений, может быть скорректирован, если это делается на регулярной основе. В случае производства в полевых условиях, наиболее эффективным подходом является попытка отрегулировать pH почвы с помощью таких методов, как известкование или добавление элементарной серы (S).

Условия окружающей среды, влияющие на орошение

Основной принцип орошения заключается в том, что общее количество воды, вносимой при поливе, должно быть равно потребности культуры плюс объем, теряемый в результате различных процессов, таких как испарение и выщелачивание. Потребность в орошении зависит от типа культуры, стадии роста и испарения (Dukes et al., 2012). Объем воды, потерянной в результате испарения с поверхности почвы и растений и транспирации листьев, называется эвапотранспирацией (ET). Испарение — это процесс, при котором вода переходит из жидкого состояния в парообразное, в то время как транспирация приводит к потере воды через устьица листьев. На эвапотранспирацию влияют условия окружающей среды, включая солнечную радиацию, температуру воздуха и относительную влажность, а также скорость ветра.

При испарении воды из почвы или с влажной поверхности происходит перенос энергии. Во время испарения вода поглощает примерно 540 калорий/г из окружающего воздуха в процессе, называемом испарительным охлаждением (Albregts and Howard, 1985). В конце концов, окружающий воздух становится насыщенным водой, пока температура воздуха не опустится ниже точки росы (температура, при которой воздух насыщен водой) и не начнется конденсация. Когда оба процесса — испарение и конденсация — равны, относительная влажность (RH) воздуха составляет 100%. Высокая температура, ветер и солнечная радиация увеличивают испарение, в то время как высокая относительная влажность оказывает противоположное действие. Влажность может быть выражена как абсолютная влажность (г/м3), давление пара (кПа), удельная влажность (г воды/кг воздуха) или относительная влажность (отношение массы водяного пара в воздухе к максимальной массе, которую он может удержать при данной температуре, т.е. насыщение).

Количество водяного пара, которое может удержать данный объем воздуха, зависит от температуры, увеличиваясь почти вдвое при повышении температуры на каждые 10°C. Скорость транспирации увеличивается с увеличением разницы в температуре. Скорость транспирации увеличивается по мере увеличения разницы между полностью насыщенной атмосферой внутри листа (100% относительной влажности) и содержанием водяного пара снаружи листа. Математически эта разница описывается как дефицит пара или дефицит давления пара (VPD). Поскольку водяной пар оказывает давление, VPD выражается в единицах давления, таких как миллибары (мбар) или кПа. Кроме того, скорость транспирации зависит от стадии роста, а также от состояния почвенной влаги. Транспирация снижается, когда VPD слишком низкий, и листья могут казаться толще и больше. Стебли также толстые, но корневая система может казаться слабой, а растения более восприимчивы к болезням (OMAFRA, 2001).

Система орошения теплицы должна обеспечивать не менее 8 л/м2 в день (80 000 л/га в день). Зрелое растение томата может использовать от 2 до 3 л/день (OMAFRA, 2003). Большая часть этой воды (90%) используется для транспирации, а остальная — для роста. Эффективность использования воды в теплицах намного выше, чем в полевых условиях. Для производства 1 кг свежих томатов требуется от 15 до 60 л поливной воды, в зависимости от условий выращивания и управления культурой (Stanghellini et al., 2003). В ходе исследования водной продуктивности систем выращивания томатов в Испании было показано, что продуктивность тепличного выращивания примерно в четыре раза выше, чем полевого. Для данной системы выращивания (полевой или тепличной) уровень «управления» фермой может иметь разницу в два с половиной раза. Короче говоря, «отличный» тепличный производитель способен произвести в десять раз больше томатов на 1 м3 воды, чем «средний» полевой производитель (Stanghellini, 2014).

Планирование орошения

Почвенное и беспочвенное производство: орошение на основе эвапотранспирации

Эталонная эвапотранспирация (ETo) определяется как скорость эвапотранспирации с расширенной поверхности, покрытой зеленой травой или люцерной высотой 8-15 см, активно растущей и полностью покрывающей землю без ограничения водоснабжения (Doorenbos и Pruitt, 1977). Существует несколько методов оценки эталонных значений для конкретных производственных регионов, включая методы Пенмана-Монтейта, Торнтвейта, Харгривса и Хамона. В условиях открытого поля первый метод часто считается стандартом для оценки потребности в воде для сельскохозяйственных культур и выражается как объем воды на площадь поверхности с течением времени. Водопотребление культуры получают путем умножения коэффициентов культуры (Kc), которые получают из водопотребления культуры на разных стадиях роста, и ETo. Для зрелого томата Kс в середине сезона составляет от 0,75 до 0,90. Этот метод широко используется для планирования программ орошения полевых культур, включая томаты.

Почвенное и беспочвенное производство: орошение на основе солнечной радиации

Солнечная радиация является основным фактором при расчете потребности в орошении сельскохозяйственных культур. В течение дня транспирация тесно связана с радиацией (рис.). Когда радиация выше, температура листьев повышается, что в свою очередь увеличивает VPD и транспирацию. Из-за такой тесной взаимосвязи между поступающей солнечной радиацией и потерей воды через транспирацию, компьютеризированный полив в коммерческих теплицах часто основывается на полученной солнечной радиации. Чистая радиация обычно равна максимальной эвапотранспирации, за исключением необычно жарких и ветреных дней, когда эвапотранспирация может быть на 30% выше чистой радиации (Tanner et al., 1960).

Транспирация томата
Транспирация в дневное время сильно коррелирует с солнечной радиацией (тепличная культура томатов в Нидерландах).

В современных, хорошо контролируемых теплицах корректировка сезонных и даже ежедневных колебаний радиации и температуры является частью стандартной стратегии орошения. Однако эти корректировки также учитывают стадию культуры, а также общую стратегию контроля солесодержания в отношении развития культуры и управления качеством плодов. При низкой влажности (высоком VPD) транспирация может быть чрезмерной, вызывая стресс у растения. Признаками чрезмерной транспирации у тепличных томатов являются маленькие тонкие листья и стебли, но сильная корневая система (OMAFRA, 2001).

Внутри теплиц VPD невозможно полностью контролировать. Однако повышение температуры, проветривание и/или движение воздуха обычно увеличивают VPD, в то время как запотевание (туманообразование) обычно уменьшает VPD. Частота полива также является одним из инструментов управления сельскохозяйственными культурами. При частом поливе растения испытывают меньший стресс, поскольку водный режим более постоянен. При управлении ростом растений в беспочвенных системах выращивания стресс, вызванный периодическим дефицитом воды или высоким уровнем солености, приводит к снижению биомассы растений, содержания хлорофилла и общей урожайности при повышенной утечке электролитов (Kirnak et al., 2001).

Беспочвенное производство: орошение на основе дренажа

Управление поливом в беспочвенных средах может быть основано на количестве стекающей воды (также называемом избыточным дренажом или процентным выщелачиванием). Орошение прекращается, когда заранее установленный процент дренажа собирается из обобщенной пробы теплицы. Более конкретно, характер этой стратегии основан на необходимости обеспечения однородности системы и безопасности для растениевода в том, что среда выращивания полностью увлажнена.

Некоторый избыточный полив может быть необходим при определенных условиях, особенно в системах капельного орошения в теплице, различиях между растениями и различиях между местоположениями. Например, крайние ряды могут требовать больше воды, чем центральные, учитывая более высокую радиацию, получаемую от боковых стен конструкции, и, следовательно, отсутствие затенения между растениями. Другой пример: движение воды по капиллярам может быть медленнее по сравнению с контрольным потоком в среде для выращивания с большим размером частиц (например, перлит). Поэтому, чтобы обеспечить полное покрытие водой среды, растениеводы могут намеренно допускать дренаж воды и удобрений.

Рекомендации по оросительному дренажу в беспочвенных средах меняются в зависимости от среды, сезона и стадии культуры. Даже если полив, основанный на дренаже, допускает экономические потери воды и удобрений, он гарантирует, что после каждого цикла полива среда снова будет полностью влажной. Если плиты слишком сухие, корневые волоски будут повреждены, ЕС может стать чрезмерным, поглощение питательных веществ может быть снижено, а рост растений будет затруднен. В этом случае у растений будут тонкие стебли и маленькие темные листья. С другой стороны, чрезмерно влажные плиты уменьшат аэрацию, увеличат вероятность заболевания корней и приведут к более мягкому вегетативному росту и плохому укоренению.

Соответствие количества подаваемой воды потребностям растений позволяет минимизировать сток удобрений и потребление воды. Помимо негативного воздействия на окружающую среду, подача воды сверх потребности растений может уменьшить количество воздуха в корневой зоне (Adams, 1999). В полевых условиях эта проблема чаще всего возникает на плохо дренируемых почвах или почвах с подпочвенным твердым слоем. В беспочвенной культуре низкий уровень кислорода обычно возникает в жаркую погоду, поскольку доступный кислород в растворе уменьшается при повышении температуры корневой зоны. Считается, что температура корневой зоны выше 25°C является губительной для тепличного выращивания томатов. Низкий уровень кислорода в корневой зоне может возникнуть как в поле, так и в теплице, но чаще всего это происходит в тепличных субстратах на основе торфа, поскольку они обладают более высокой водоудерживающей способностью (т.е. дренируются менее свободно, чем каменная вата или перлит). В торфе избыточный полив может привести к дефициту железа, который необходимо устранить уменьшением количества поливов и добавлением железа в корм (Adams, 1999).

Контроль влажности и датчики

В гидропонных системах для контроля полива обычно используется оборудование для измерения дренажа и весовые желоба. Датчик полива — это любой прибор, который может измерять какой-либо физический или химический фактор, связанный с содержанием воды в корневой среде. Важно помнить, что все датчики имеют погрешность измерения. Для уменьшения этой погрешности необходимо учитывать три ключевых компонента: точность, повторяемость (также называемая прецизионностью) и разрешение. Идеальный датчик будет сочетать в себе высокую точность с повторяемостью и адекватным разрешением, такое сочетание, как правило, приводит к увеличению цены (Van Iersel et al., 2013).

Мониторинг влажности почвы или среды является одним из наиболее важных шагов в предотвращении водного стресса и окончательного увядания томата. Его важность подчеркивается той ролью, которую орошение играет в распределении и поглощении питательных веществ, выщелачивании солей и контроле температуры на открытых полях и внутри защитных сооружений. При разработке комплексной системы мониторинга воды, как для открытого грунта, так и для теплиц, следует рассмотреть три основных этапа:

  1. определение эффективности полива;
  2. использование датчиков влажности;
  3. регулировка в соответствии с этапами выращивания.

Во-первых, после определения водопотребления культуры, необходимо проверить эффективность подачи воды системой орошения (например, капельной, подпочвенной, дождевальной), чтобы компенсировать потери воды при подаче. Например, большинство систем капельного орошения имеют эффективность орошения от 80% до 95%, по сравнению с примерно 60% при спринклерном орошении. Во-вторых, правильное использование оборудования для мониторинга воды позволяет фермерам экономить воду и улучшать питание культур.

Существует несколько типов датчиков для мониторинга: два наиболее распространенных — это датчики, измеряющие (поверхностное) натяжение воды, и зонды, измеряющие объемное содержание воды. Тензиометры являются наиболее распространенными среди первой группы, они измеряют натяжение, при котором вода удерживается в порах почвы или среды. Увеличение влажности почвы приводит к снижению показаний натяжения почвы. Эти приборы представляют собой пластиковые цилиндры под давлением с пористой керамической чашкой в нижней части, манометром в верхней части и внутренней камерой, заполненной водой. Когда трубка вставляется в почву, вода отсасывается из тензиометра через пористую керамическую чашку, и внутри трубки создается отрицательное давление, которое измеряется как отрицательное давление или натяжение. Эти устройства просты в использовании и относительно недороги, но требуют регулярного обслуживания для устранения роста водорослей во внутренней камере, и их можно размещать только в фиксированных местах на засеянных полях.

В большинстве почв типичное натяжение воды при производительности поля может составлять от 5 до 15 сантибар (cbar). Однако, в зависимости от структуры почвы, для достижения этого требуемого напряжения необходимо больше или меньше воды. Например, для песчаной почвы может потребоваться объемное содержание воды около 10-14%, тогда как в глинистой почве такое же напряжение будет достигнуто при 21-26%. Это связано с большим количеством и объемом микропор, имеющихся в глинистой почве по сравнению с песчаной.

Беспочвенные среды работают по аналогичным принципам; с другой стороны, объемные зонды дают прямое измерение влажности почвы и могут быть классифицированы на две группы: емкостные датчики и датчики рефлектометрии во временной области (TDR). Хотя оба датчика основаны на разных принципах, они обеспечивают мгновенное измерение влажности почвы с небольшой погрешностью. Одним из преимуществ этих датчиков, особенно TDR, является их практичность, поскольку один прибор можно использовать для измерения влажности на нескольких полях. Однако они стоят дороже, чем более простые устройства, такие как тензиометры. Наконец, комплексная система мониторинга орошения требует постоянной корректировки и контроля. Например, после сильных дождей в открытом грунте полив может быть приостановлен на относительно длительный период времени, чтобы избежать переувлажнения урожая. В защищенном грунте очень пасмурные или холодные дни снижают ETo и, следовательно, необходимые объемы полива, как описано выше.

Альтернативы методам измерения почвенной воды, используемым для планирования орошения. (Maughan et al., 2015.).

Метод Тип измерения Качество измерения Стоимость
Пористый блок Электрическое сопротивление пористого блока Требует калибровки в зависимости от содержания воды в почве. Чувствителен к температуре и солености почвы Регистратор данных/считывающее устройство $500-1000, затем $40 за датчик (2-5 на участок)
Нейтронный зонд Термизация нейтронов как функция содержания воды Оценивает воду на большей площади, чем большинство методов измерения почвы. Требуется калибровка по содержанию воды в почве Нейтронный зонд ($10,000) плюс $15 за трубку для подключения. Регулярный дозиметрический анализ и ведение учета
Зонд в частотной области Электромагнитная емкость почвы как функция содержания воды Точный после калибровки по содержанию воды в почве. Относительно нечувствителен к уровню минерализации почвенной воды Регистратор данных или считывающее устройство $500 — $3000, затем $280+ за датчик (2-5 на участок). Комплект для установки трубки для подключения $2600
Рассеивание тепла Использует тепловую буферную способность почвы и теплопроводность почвенной воды Требуется калибровка по содержанию воды в почве. Довольно точен и относительно нечувствителен к уровню минерализации почвенной воды Регистратор данных/считывающее устройство от $500 до $3000, затем $155 за датчик (2-5 на участок)

Литература

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