Home » Овощеводство » Удобрение томата

Удобрение томата

Основная страница: Томат

Питательные вещества

Целью внесения удобрений для роста растений в почву или беспочвенную среду является максимально возможное соответствие количества вносимых удобрений потреблению питательных веществ культурой. В настоящее время одной из основных проблем при выращивании сельскохозяйственных культур при интенсивном орошении и внесении удобрений является риск загрязнения как наземных, так и подземных источников воды. Использование соответствующих программ удобрения в сочетании с правильными стратегиями орошения снижает чрезмерное выщелачивание и сток, тем самым ограничивая их воздействие на окружающую среду. 

Основные питательные вещества — это элементы, необходимые для завершения цикла развития растений. Эти элементы незаменимы для жизненно важных реакций или структур. Основные питательные вещества следует отличать от «полезных элементов» — элементов, которые могут улучшить рост, специфические функции или структуру растений. Для роста и развития растений существует 17 основных элементов: водород (H), кислород (O), углерод (C), азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg), сера (S), железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn), бор (B), медь (Cu), молибден (Mo), хлор (Cl) и никель (Ni). Первые три вещества свободно поступают из атмосферы и воды. Остальные питательные вещества делятся на две группы (макроэлементы и микроэлементы) в зависимости от объема их поглощения. К макроэлементам относятся N, P, K, Ca, Mg и S, тогда как Fe, Mn, Zn, B, Cu, Mo, Cl и Ni считаются микроэлементами. Некоторые другие элементы являются полезными, например, кобальт (Co), натрий (Na) и кремний (Si) (Barker and Pilbeam, 2007). Ниже рассматриваются некоторые из наиболее важных функций, а также симптомы дефицита и токсичности наиболее усваиваемых питательных веществ.

Азот

Азот входит в состав строительных блоков для аминокислот, ферментов, нуклеиновых кислот и энергетических соединений. В жарких, ярких условиях выращивания N должен быть достаточным для быстрого роста растений, но высокие уровни N способствуют вегетативному росту, что может быть вредным для репродуктивного роста при слабом освещении. Как правило, уровень азота поддерживается на относительно низком уровне до завязывания плодов, чтобы стимулировать репродуктивный рост.

В беспочвенной культуре соотношение N и других питательных веществ тщательно контролируется, чтобы стимулировать репродуктивный или вегетативный рост, в зависимости от восприятия потребностей культуры. Растения томата имеют различную скорость поглощения азота на разных стадиях роста. Поглощение азота томатными растениями во время образования первых двух-трех цветочных соцветий примерно такое же, как и поглощение K. По мере увеличения плодов увеличивается и поглощение K, в результате чего соотношение поглощений K:N составляет 1,5:1 или 2:1.

Чрезмерная обрезка, использование удобрений и воды в условиях низкой освещенности в начале производственного цикла приведет к чрезмерной вегетативности растения, склонного к заболеваниям, плохому развитию цветков, плохому набору и размеру плодов (OMAFRA, 2001). Более низкая подкормка азотом в этой фазе помогает контролировать рост растений и делает их более генеративными. Рост растений также можно замедлить, увеличив соотношение K:N в удобрениях, повысив солесодержание путем более редкого полива и в меньших количествах, а также уменьшив относительную влажность.

Ограничение азота снижает концентрацию хлорофилла и, следовательно, поглощение и сбор света (De Groot et al., 2003). Дефицит азота иногда трудно обнаружить без хорошо удобренного контроля для сравнения. Рост может быть снижен в целом, так что растения отстают в росте, но листья могут выглядеть здоровыми, за исключением того, что они бледно-зеленые, чем обычно. Симптомы появляются сначала на нижних листьях и остаются там более выраженными, поскольку азот является подвижным элементом, переходящим из старых тканей в молодые. Симптомы на верхушке растения включают бледные цветы, а не темно-желтые, и тонкий в верхней части главный стебель. Все растение имеет веретенообразный вид. Листва не пышная и сочная, а маленькая, прямая и жесткая. Со временем все растение желтеет, цветы опадают, а плоды остаются мелкими. Растения могут созревать рано, но урожайность и качество плодов снижаются (Guidi et al., 1997).

В большинстве случаев токсичности, вызванной азотом, у растений появляются темно-зеленые листья, иногда утолщенные и ломкие. В верхней части растения стебли остаются толстыми, а новые листья могут скручиваться в шар. Цветочные гроздья крупные, но плодоношение может быть плохим. Хотя рост листьев вначале стимулируется, в конечном итоге он ограничивается при избытке азота. Растения могут быть более восприимчивы к болезням и насекомым (Jones, 1999).

Применяемая форма азота также является важным фактором для защиты от токсичности. Томат гораздо более чувствителен к азоту в аммонийной форме, чем в нитратной, особенно при слабом освещении. Ранними симптомами аммонийной токсичности являются небольшие хлоротичные пятна на листьях, которые позже становятся некротическими (коричневыми и мертвыми). Размер пятен может увеличиваться, покрывая всю межжилковую область, придавая листу опаленный вид, а края листа могут сворачиваться. Поражения могут также возникать на стеблях. По мере созревания растения сосудистая ткань у основания растений начинает разрушаться, в периоды высокой атмосферной нагрузки происходит увядание, за которым следует гибель растения (Jones, 1999).

Соотношение катионов и анионов в тканях томатов в целом сбалансировано. Однако программы (системы) удобрения с высокой концентрацией аммония (NH4+) или нитратов (NO3) приводят к изменению pH в тканях растений и питательном растворе как в почве, так и в беспочвенных условиях. Поглощение ионов в растениях томата сопровождается соответствующим обменом из корня. Поэтому поглощение нитрата вызывает выделение гидроксила или бикарбоната, а поглощение аммония уравновешивается обменом водорода с питательным или почвенным раствором (Kirkby and Mengel, 1966). Нитрат в тканях растений восстанавливается до нитрита, и в ходе этого процесса образуются гидрокарбонат (HCO3) и диоксид углерода (CO2), увеличивая содержание органических кислот в тканях растений. Часть образующихся HCO3 и CO2 диффундирует из тканей корня и повышает pH питательного раствора. Напротив, поглощение аммония приводит к образованию H+, который понижает pH растительных тканей и уменьшает накопление анионов органических кислот (Kirkby and Mengel, 1966). Регулирование нитрата и аммония при удобрении томатов важно с точки зрения практического управления pH.

Фосфор

Некоторые функции фосфора в растениях заключаются в том, что он входит в состав энергетических соединений, таких как аденозиндифосфат и трифосфат (АДФ и АТФ). Он является основным компонентом ферментов, белков, фосфолипидов и нуклеиновых кислот.

Хотя фосфор используется в гораздо меньших количествах, чем N и K, его также необходимо постоянно обеспечивать. Вначале P важен для раннего роста плодов, особенно в условиях прохладной почвы, когда поглощение P снижается, но позже он необходим для вегетативного роста и плодоношения. Фосфор хорошо сохраняется в почве, но легко выщелачивается в торфяной среде и менее доступен при высоком pH.

У растений с дефицитом фосфора симптомы проявляются на нижних листьях и стеблях. Растения выглядят низкорослыми, а верхняя поверхность листьев может стать необычно темно-зеленой. Характерный красный или пурпурный цвет на нижней стороне листьев (включая жилки) и стебля появляется позже, начиная с более старых листьев. Листья мелкие и слегка изогнуты вниз. Растения становятся стройными, с тонкими стеблями, развитие гроздей слабое. Ограничение P снижает функционирование фотосистемы II (De Groot et al., 2003). Корни становятся коричневыми и развивают мало боковых ответвлений. Низкие температуры в зоне корней и воздуха также могут снизить поглощение P и вызвать пурпурную пигментацию, характерную для дефицита P (Besford, 1980; Hosier and Bradley, 1999).

Токсикоз, вызванный избытком P, встречается редко, но иногда может проявляться в виде замедленного роста растений с визуальными симптомами, связанными с дефицитом Zn. Эти симптомы могут быть серьезными, так как большие участки листьев становятся светло-коричневыми, приобретая обгоревший вид. Это особенно заметно при анаэробных условиях укоренения (Jones, 1999).

Калий

Калий участвует в активации ферментов, синтезе белка и регулировании осмотического потенциала тканей, включая устьица. Он необходим для наилучшего качества плодов и регулирования роста; будучи основным питательным веществом с положительным зарядом, K уравновешивает отрицательные заряды органических кислот, образующихся в клетке, и анионов, таких как сульфаты, хлориды и нитраты. Уровень калия особенно важен при пересадке, чтобы предотвратить последующие проблемы роста растений и нарушения созревания в будущем. Соотношение N:K также важно для контроля роста. Растения томата извлекают 250-500 кг К/га за вегетационный период, при этом 2/3 всего К отводится плодам при полном созревании (Besford and Maw, 1974).

Основной дефицит проявляется в виде снижения роста и хлоротичных пятен на старых листьях, особенно по краям листьев, которые могут перерасти в некротические участки. Дефицит калия сначала проявляется в виде темно-зеленой листвы, которая позже становится пурпурно-коричневой. Маргинальный хлороз и некроз появляются сначала на самых нижних листьях, затем продвигаются вверх по растению. Как и N и P, K подвижен во флоэме, и молодые листья поражаются в последнюю очередь. Хлороз почти всегда возникает сначала по краям старых листьев, которые часто загибаются вниз. Позже хлороз переходит в межжилковые зоны по направлению к центру листа, а затем следует некроз краев листа. На поздних стадиях мелкие жилки теряют свой цвет, старые листья сильно опадают и опадают, молодые листья желтеют и остаются маленькими, рост растений ограничивается, а созревание плодов происходит неравномерно. Послеуборочное качество также ухудшается (Джонс, 1999). Межжилковый хлороз также является симптомом недостатка Mg, и эти два дефицита иногда путают.

По сравнению с дефицитом Mg, дефицит K чаще проявляется по краям листьев и чаще переходит в некротические пятна. Проблемы с качеством плодов, такие как пятнистое созревание, коробчатые плоды и даже в некоторой степени зеленая спинка, связаны с низким уровнем K, и в некоторых случаях их можно устранить с помощью подкормок с высоким содержанием K (OMAFRA, 2001). Биомасса растений может снижаться из-за дефицита Mg, вызванного внесением большого количества K. Kabu и Toop (1970) сообщили о снижении содержания Mg в тканях стебля при внесении большого количества K удобрений в тепличных томатах. Ионы одинакового размера и валентности взаимодействуют, вызывая дефицит. Клетки растений не могут различать ионы K, Ca и Mg. Таким образом, концентрация этих ионов в среде будет влиять на скорость адсорбции и конкуренцию. Поглощение K также может быть снижено при анаэробных условиях укоренения и низкой температуре в корневой зоне. Хотя токсичность K встречается редко, очень высокое содержание K может вызывать дефицит Ca или Mg или повреждение от засоления. Снижение урожайности происходит при очень высоких уровнях K, при слишком высоком соотношении K:N в питательной среде или при слишком высоком содержании как N, так и K.

Кальций, магний и сера

Кальций является основным компонентом клеточных стенок и участвует в удлинении и делении клеток, а также в активности ферментов и гормонов. Его роль в формировании структур придает тканям жесткость и прочность. Дефицит этого питательного вещества наблюдается в молодых листьях и плодах, включая такие заболевания, как гниль кончиков цветков и ожог кончиков и краев листьев.

Магний является центром молекулы хлорофилла, поэтому он оказывает непосредственное влияние на зеленый цвет листьев. Он также участвует во многих ферментативных реакциях в растении вместе с катионами K, Na и NH4. Дефицит катионов сначала заметен на старых листьях в виде крапчатости.

И Ca, и Mg — катионы, поглощаемые в основном массовым потоком, и должны быть сбалансированы, чтобы не блокировать поглощение друг друга корнями. В почве желательно иметь соотношение Ca:Mg от 4:1 до 5:1 (Hao and Papadopoulos, 2004).

Сера необходима как компонент незаменимых аминокислот цистеина и метионина, а также для образования S-связей в некоторых гормонах, витаминах, глюкозидах, сульфолипидах и коферментах. Дефицит встречается редко — хотя в полевых культурах в последнее время он увеличивается из-за сокращения атмосферных выпадений S, в основном от сжигания ископаемого топлива — и напоминает дефицит, вызванный недостатком N.

Микроэлементы

Железо входит в состав нескольких ферментов, а также является компонентом белков во время дыхания (Romheld and Nikolic, 2007). Оно необходимо для образования хлорофилла и служит активатором дыхания и фотосинтеза. Его дефицит может быть вызван обильным внесением Mn, в то время как низкий уровень pH обеспечивает более высокую растворимость и доступность Fe. Симптомы дефицита железа включают хлороз межжилковой части молодых листьев и в некоторых случаях гибель всего растения (Lohry, 2007).

Марганец является активатором ферментов и используется в синтезе некоторых аминокислот и лигнина (Humphries et al., 2007). Он участвует в образовании хлорофилла наряду с Fe. И наоборот, внесение большого количества Mn может привести к дефициту Fe. Симптомы дефицита Mn обычно включают межжилковый хлороз с более темным цветом рядом с жилками (Lohry, 2007).

Цинк является структурным компонентом нескольких основных ферментов, включая те, которые необходимы для синтеза гистидина, глутамина и аспарагина, а также более 80 Zn-содержащих белков. Высокая концентрация Ca и P может влиять на поглощение Zn. В тканях растений транслокация Zn в побеги может быть подавлена высокой концентрацией бикарбоната. Симптомы дефицита цинка включают уменьшение длины стебля и формирование плодовых почек, пестрые листья и межжилковый хлороз (Lohry, 2007).

Бор необходим для формирования репродуктивных структур и переноса метаболитов через мембраны, а также для удлинения корней и метаболизма белков и нуклеиновых кислот. Дефицит бора приводит к широкому спектру нарушений питания. Симптомы дефицита B включают укорачивание междоузлий, обесцвечивание бутонов и самых молодых листьев и цветков, а также опадение плодов. Клетки могут продолжать делиться, но растительные структуры могут не дифференцироваться в его отсутствие (Lohry, 2007).

Медь активирует несколько ферментов и улучшает фиксацию углерода и перенос электронов. Симптомы дефицита включают хлоротичные листья с сине-зелеными краями и опадание цветов и плодов (Lohry, 2007).

Молибден необходим для ферментов нитрат- и нитрогеназа-редуктаз и играет роль в окислении сульфита до сульфата.

Хлор необходим для деятельности как минимум четырех основных ферментов в растениях и является важным кофактором в процессе фотосинтеза.

Было показано, что никель необходим некоторым нередокс- и редокс-ферментам в нескольких видах растений.

Требования к питательным веществам и их достаточность

Для томатов, выращиваемых в полевых условиях, необходимо четко знать потребности в питательных веществах, чтобы разработать эффективную программу удобрения. Эти потребности будут зависеть от типа культуры и ее потенциала урожайности (Phillips et al., 2009), и они могут быть обеспечены из трех основных источников питательных веществ:

  1. атмосферные осадки и поступления;
  2. естественный состав почвы;
  3. внесенные удобрения.

Первый источник важен в случае основных элементов C, H и O, которые в большинстве случаев находятся в нелимитируемых условиях, а также для осаждения S в виде кислотных дождей (Ceccotti и др., 1998). Тем не менее, почва и добавленные удобрения обеспечивают большую часть потребности культур в питательных веществах.

При выращивании как на открытом грунте, так и под пластиковой мульчей рекомендуется, чтобы pH среды выращивания изначально составлял 6,0-6,5 и чтобы почва была протестирована перед внесением удобрений перед посадкой. Если pH необходимо повысить, можно использовать предпосадочное внесение извести или доломита. Напротив, если pH необходимо понизить, необходимо внести элементарную серу. Для того чтобы произошла реакция почвы, может потребоваться период в 2-3 месяца с момента внесения поправок до посадки растений. 

Поглощение питательных веществ растениями может повлиять на pH питательного раствора. Необходимо вести учет изменений рН питательного раствора как в почве, так и в беспочвенных условиях. Это позволит корректировать программу внесения удобрений с учетом внезапных изменений уровня pH. Многие тепличники ведут ежедневный учет pH в беспочвенных условиях. При выращивании в открытом грунте, учитывая буферные свойства почвы, между измерениями может проходить больше времени. Однако это зависит от физических и химических свойств почвы.

Исходя из результатов тестирования почвы, N, P, K, Mg и Ca обычно добавляют при предпосадочном внесении, даже если культура будет фертигирована (внесение жидких комплексных удобрений с орошением) позже. Предпосадочное внесение может быть широкорядным и дисковым или боковым в виде полос глубиной 10 см и на расстоянии 10 см от ряда при посадке. Внесение также может быть разделено между двумя методами внесения.

Для тепличных культур существуют различные методы высадки рассады томатов, а именно: блоки из каменной ваты или контейнеры, заполненные средой для выращивания (например, мешки, горшки и корыта). В большинстве случаев питательный раствор должен иметь pH 5,5-6,5 и EC 1,5-2,0 дСм/м, чтобы максимизировать доступность питательных веществ и избежать солевой токсичности. После укоренения растений ЕС питательного раствора может достигать 3,0-3,5 дСм/м в зависимости от доступного света, скорости роста, жизнеспособности растений, доступной влаги и температурного режима (OMAFRA, 2001).

Важно уточнить, что уровни солесодержания обычно измеряются в трех различных точках производственной системы:

  1. в точке входа (эмиттер);
  2. в среде или при отборе почвенного раствора;
  3. в дренажной воде (при беспочвенном выращивании).

Уровни солесодержания, как правило, изменяются в зависимости от точки измерения. Входящее солесодержание обычно является результатом программы внесения удобрений. Внутри среды выращивания изменения уровня солесодержания зависят от программы внесения удобрений, состояния воды в среде, поглощения растениями и содержания ионов в среде. Значения солесодержания в дренажной воде будут связаны с оставшимися ионами в растворе после учета поглощения растениями и средой и потерь воды.

В зависимости от сорта, выращенные в почве томаты умеренно чувствительны к засолению почвы, по сравнению с другими овощами, с максимальным порогом потери урожая 2,5 дСм/м и снижением урожая на 10% на каждый дСм/м выше этого порога (Maas, 1984). Там, где засоленность высокая, но не настолько экстремальная, качество плодов и содержание растворимых твердых веществ могут увеличиваться с ростом засоленности почвы, как и в беспочвенных системах.

В то время как сезонное поглощение питательных веществ томатами будет варьироваться в зависимости от конкретных условий выращивания, удаление питательных веществ будет сильно зависеть от особенностей выращивания сортов. Например, детерминантные сорта томатов в основном высаживаются на открытых полях и выращиваются от 3 до 4 месяцев с момента пересадки до окончания коммерчески целесообразного сбора урожая. С другой стороны, индетерминантные сорта выращиваются в течение 10-16 месяцев под защитными сооружениями, такими как теплицы и высокие тоннели.

Вынос питательных веществ при возделывании томата в полевых условиях (при урожайности 40-50 т/га; Halliday and Trenkel, 1992; Jones, 1999; OMAFRA, 2001; Sonneveld and Voogt, 2009):

  • N — 100-150 кг/га;
  • P2O5 — 20-40 т/га;
  • K2O — 150-300 кг/га.

Вынос питательных веществ при возделывании томата в теплицах (при урожайности до 500 т/га):

  • N — 1000 кг/га;
  • P2O5 — 500 т/га;
  • K2O — 1500 кг/га.

В обоих случаях вынос N, P и K является наибольшим в пересчете на вес. Другие питательные вещества, такие как Ca и Mg, необходимо тщательно контролировать для поддержания соответствующего соотношения, как описано ранее.

Мониторинг питательного статуса растений томата является важной задачей, независимо от системы производства. Для оценки питательного статуса существует несколько методик. Эти методы варьируются от очень простых до сложных подходов. Независимо от выбранной методики, ни одна из них не дает 100% точного прогноза или корректировки программы удобрения, и во многих случаях для различных основных элементов предпочтительна комбинация. Кроме того, природа и функции каждого из основных элементов для производства сельскохозяйственных культур, а также конкретные условия фермы и культуры будут диктовать необходимые корректировки применяемых норм питательных веществ и, следовательно, программы внесения удобрений.

Двумя наиболее распространенными методами определения питательной ситуации томата являются:

  1. концентрация сока черешка;
  2. диагностический анализ частей растения.

Эти методы могут использоваться отдельно или в сочетании с другими для управления программами для культур, которые имеют несколько моментов внесения удобрений (т.е. капельное внесение питательных веществ и раздельное внесение с боковой подкормкой).

Концентрация сока черешка — это измерение в реальном времени ионов, проходящих через сосудистую систему растения, и служит в качестве быстрого диагностического инструмента для определения недостатков и корректировки программ удобрения, особенно для NO3 и K+ (Hochmuth, 1994). Эти тесты являются точными и недорогими, но перед анализом необходимо определить и подтвердить значения достаточности для каждой культуры.

Использование диагностических частей растений является наиболее типичным методом диагностики «в сезон» на протяжении десятилетий. Самый последний зрелый лист собирается, высушивается и измельчается для анализа питательных веществ. Преимуществами этого метода являются его точность и широкий спектр питательных веществ, которые можно определить в одном образце. Однако его необходимо проводить до или когда дефицит едва подозревается, поскольку образцы необходимо высушить и отправить в коммерческие лаборатории для анализа. Потенциальным ограничением этого метода является то, что весь процесс может длиться от 5 до 15 дней, что может быть слишком поздно для устранения недостатков. Содержание питательных веществ в зрелых листьях томата и приемлемые концентрации NO3-N и K в черешках листьев представлены в таблице и ниже. Эти диапазоны служат в качестве справочных значений для производства томатов и должны быть откорректированы в зависимости от условий выращивания.

Таблица. Концентрация относительной достаточности питательных веществ для растений на основе сухого веса в недавно раскрывшихся зрелых листьях листовой ткани томата. (Maynard и Hochmuth, 2007; Olson et al., 2012.)

Стадия роста
N
P
K
Ca
Mg
S
Fe
Mn
Zn
Cu
B
Mo
(%)
мг/кг
5 листьев
3.0-5.0
0.3-0.6
3.0-5.0
1.0-2.0
0.3-0.5
0.3-0.8
40-100
30-100
25-40
5-15
20-40
0.2-0.6
Первый цветок
2.8-4.0
0.2-0.4
2.5-4.0
1.0-2.0
0.3-0.5
0.3-0.8
40-100
30-100
25-40
5-15
20-40
0.2-0.6
Урожай
2.0-3.0
0.2-0.4
1.5-2.5
1.0-2.0
0.25-0.5
0.3-0.6
40-100
30-100
20-40
5-10
20-40
0.2-0.6

Рекомендации по тестированию свежего сока черешка листа томата на содержание NO3 (в пересчете на N) и K. (Sanders, 2004; Olson et al., 2012):

  1. Концентрация NO3 (в пересчете на N) в свежем соке черешка, в мг/кг или ppm, для стадий развития:
    • первые бутоны — 1000 — 1200;
    • первые открытые цветки — 600-800;
    • плоды диаметром 50 мм — 400-600;
    • первый урожай — 300-400;
  2. Концентрация К в свежем соке черешка, в мг/кг или ppm, для стадий развития:
    • первые бутоны — 3500-4000;
    • первые открытые цветки — 3500-4000;
    • плоды диаметром 50 мм — 3000-3500;
    • первый урожай — 2500-3000.

Программа (система) удобрения

Нормы внесения удобрений

Точное управление программой внесения удобрений направлено на то, чтобы свести потери питательных веществ к минимуму и повысить их усвоение растениями. При разработке эффективной программы внесения удобрений необходимо учитывать нормы, источники, сроки и размещение удобрений (Roberts, 2007; Bruulsema et al., 2009).

Широко известно, что единая программа внесения питательных веществ непрактична из-за различий между местами, почвами, сезонами, сортами, практикой внесения удобрений и технологиями производства. Вместо этого, программа удобрения зависит от условий внутри хозяйства (например, орошение и доступное оборудование), а также от внешних условий (например, цены на удобрения и экологические нормы).

Для производства в открытом грунте программы внесения удобрений должны оценивать потенциал обеспечения почвы питательными веществами, чтобы избежать избыточного внесения удобрений. В некоторых случаях норма удобрений может быть выше, чем необходимо для компенсации отсутствия питательных веществ в почве и восстановления плодородия почвы (Phillips et al., 2009). В тепличном и высокотоннельном производстве, где используются инертные среды, все питательные вещества должны вноситься через ирригационные линии.

Обычным способом управления уровнем питательных веществ в этой производственной системе является измерение солесодержания. Исключением может быть использование некоторых органических добавок для выращивания (например, компостированный субстрат, торфяной мох) из-за их потенциального вклада в питательные вещества.

Определение адекватной нормы питательных веществ также зависит от оценки возможных потерь питательных веществ. Эти потери могут быть вызваны биологической и минеральной иммобилизацией, улетучиванием, выщелачиванием и стоком. Биологическая и минеральная иммобилизация происходит, когда почвенные микробы, такие как бактерии, используют атомы углерода в качестве источника энергии или строят минеральные блоки в рамках процесса минерализации. Типичным примером этого процесса является фиксация азота микробами в присутствии высокого соотношения C:N (Bengtsson et al., 2002). Улетучивание аммиака (NH3) и закиси азота (N2O) — два случая потери азота в почве в результате деятельности микроорганизмов (Reddy et al., 1979; Snyder et al., 2007).

Выщелачивание питательных веществ и сток — это два физически обусловленных процесса, которые могут привести к сильному истощению питательных веществ в почвах. Вымывание тяжелых NO3 в грунтовые воды является одной из основных причин эвтрофикации рек и озер. Сток P и S может происходить с удобренных полей и, по имеющимся данным, является еще одним источником загрязнения грунтовых вод и озер (Moore et al., 2000; Bates et al., 2002).

Практика управления удобрениями, которая улучшает поглощение культурами доступных и применяемых питательных веществ, является основой устойчивости производственных систем и эффективности программ внесения удобрений. Это напрямую связано с количеством питательных веществ, вносимых для производства сельскохозяйственных культур. В различных производственных системах для достижения устойчивости используются разные методы. В открытом грунте почва допускает определенный уровень погрешности в программе внесения удобрений, в то время как в беспочвенном производстве питательный раствор является основным источником химических изменений в среде. Закрытые беспочвенные системы с рециркуляцией воды будут на 100% зависеть от питательного раствора и потенциальной корректировки, которую применяют производители.

Ниже приведены диапазоны норм макроэлементов для максимального роста и урожайности сортов томатов на почвах с дефицитом питательных веществ из отдельных отчетов об исследованиях (IMCC, 1984; Kaniszewski et al., 1987; Baselga-Yrisarry et al., 1993; Seliga and Shattuck, 1995; Andersen et al., 1999; Sainju et al., 2001; Maynard and Hochmuth, 2007; Sanchez, 2007; Olson et al., 2012):

  1. Азот, кг/га:
    • 134-202 — детерминантный томат, удобрение перед посадкой, открытое поле, капельное орошение;
    • 90-180 — детерминантный томат, широкорядный посев, разделение на три дозы;
    • 90-135 — детерминантный томат, предпосадочная заделка в почву;
    • 150-225 — детерминантный томат, без орошения и с орошением;
    • 50-150 — томат для переработки;
    • 198 — детерминантный томат;
    • 220 — томат, капельное или фильтрационное орошение;
    • 88-99 — свежий томат в средней Атлантике (США);
    • 220 — свежий томат во Флориде (США);
    • 154-176 — свежий томат в Новой Англии (США);
  2. Фосфор (P):
    • 53 — детерминантный томат;
    • 220 — томат, капельное или фильтрационное орошение;
    • 55-83 — томат, песчаная почва, очень низкий или средний уровень P;
    • 88-176 — свежий томат в средней Атлантике (США);
    • 110-165 — свежий томат во Флориде (США);
    • 55-220 — свежий томат в Новой Англии (США);
  3. Калий (K):
    • 370 — детерминантный томат;
    • 220-242 — томат, капельное или фильтрационное орошение;
    • 88-176 — свежий томат в средней Атлантике (США);
    • 110-248 — свежий томат во Флориде (США);
    • 110-275 — свежий томат в Новой Англии (США).

Системы фертигации и составление графиков

Фертигация является наиболее распространенным методом одновременного внесения удобрений и воды и требует точного планирования для достижения максимальной эффективности поглощения питательных веществ и воды. В этом разделе обсуждаются планирование фертигации, оборудование для внесения удобрений и источники удобрений. Примеры составления графиков для тепличного и открытого производства томатов представлены в таблицы.

Таблица. График внесения удобрений (кг/га) для индетерминантных томатов, выращенных в плитах из каменной ваты. (OMAFRA, 2001.)

Стадия роста
N
P
K
Ca
Mg
Fe
Mn
Zn
B
Cu
Mo
Насыщение плиты
200
50
353
247
75
0,8
0,55
0,33
0,5
0,05
0,05
4-6 недель после посадки
180
50
400
190
75
0,8
0,55
0,33
0,5
0,05
0,05
Нормальная подкормка
190
50
400
190
65
0,8
0,55
0,33
0,5
0,05
0,05
Тяжелая плодовая нагрузка
210
50
420
190
75
0,8
0,55
0,33
0,5
0,05
0,05

Таблица. Предлагаемый график фертигации (кг/га) для выращивания томатов в полевых условиях на юго-востоке США на почвах с низким содержанием К. ( Sanders, 2004.)

Дней после посадки
Дневная норма N
Дневная норма K2O
Совокупно N
Совокупно K2O
Перед посадкой
56
140
0-14
0,56
0,56
64
148
15-28
0,78
1,58
75
170
29-42
1,13
2,25
90
202
43-56
1,69
3,35
114
249
57-77
2,81
5,6
173
367
78-98
3,38
6,75
237
495

В условиях защищенной культуры все системы фертигации имеют свои особенности, которые будут влиять на функциональность системы. Существует два основных метода микроорошения овощных культур: капельное орошение и микроспринклеры. Капельное орошение является наиболее используемым и недорогим из этих двух методов. Для систем капельного орошения тип, количество и расстояние между капельницами, система впрыска, количество клапанов и коэффициент равномерности — вот некоторые параметры, которые необходимо учитывать при расчете расхода воды. Знание этого общего расхода позволит применить правильные объемы воды и рассчитать норму удобрений. Другие важные факторы, которые необходимо учитывать, следующие:

  • тип сплошных труб и капельных эмиттеров. К ним относятся боковые трубы и одностенные капельные ленты, подающие воду к эмиттерам. Капельные ленты обычно работают при давлении от 1 до 3 бар и подают 1-2 л/ч на эмиттер. Они очень чувствительны к засорению эмиттеров мусором или водорослями и не обладают большой равномерностью при расположении на склонах. Разновидностью этого типа ленты является двустенная капельная лента, которая может использоваться более одного сезона. Все эти капельные ленты могут быть автокомпенсированными и/или антидренажными. Первый тип обеспечивает равномерное распределение объема воды при минимальном рабочем давлении, тогда как второй прекращает полив, когда давление падает ниже определенного порога.
  • Средняя подача на эмиттер. Средняя подача на один эмиттер может меняться в зависимости от условий окружающей среды, давления и расстояния от насосной станции. Существует очень практичный метод определения средней подачи эмиттеров, используя эмиттеры в начале и конце каждой линии и выбирая несколько линий вдоль питающих боковых линий. Затем определяется коэффициент равномерности путем деления наименьшей подачи на средний объем. Коэффициенты около 90% являются превосходными.
  • Количество капельных линий. Количество лент на грядку важно для создания влажного фронта как можно быстрее, чтобы избежать перерасхода водяных насосов. Кроме того, количество линий на посадочную площадь поможет определить общий объем воды, необходимый для данного полива.
  • Расстояние между эмиттерами. Большинство капельных лент, представленных на рынке, имеют эмиттеры на расстоянии от 10 до 30 см друг от друга. Расстояние между растениями может диктовать соответствующее расстояние между эмиттерами, при этом короткие расстояния в ряду требуют более близких эмиттеров, чем широко расставленные растения.

Помимо оросительной установки, наиболее распространенными типами устройств для внесения удобрений при фертигации являются:

  1. всасывающие инжекторы (широко известные как «Вентури»);
  2. инжекторы постоянной концентрации;
  3. компьютеризированные инжекторные форсунки.

Всасывающие инжекторы используют физический принцип для создания перепада давления в главном водопроводе, что создает всасывание во вторичный трубопровод, который вытягивает удобрения из резервуаров для инъекций. Преимущества этой системы в том, что эти устройства недороги и просты в установке и управлении, пока давление воды остается относительно постоянным. Недостатком является то, что при колебаниях давления и температуры воды впрыск удобрений может быть непостоянным, что может привести к нерегулярному питанию.

Инжекторы постоянной концентрации оснащены поршневым насосом или мембраной, которая забирает жидкое удобрение из безнапорной емкости и смешивает его с водой под давлением в магистрали. Эти инжекторы могут быть с электрическим или гидравлическим приводом и требуют минимального рабочего давления. Они дороже и требуют большего обслуживания, чем «Вентури», но являются более эффективными и точными.

Более дорогим, но точным методом являются компьютеризированные инжекторные форсунки. В них используются компьютеризированные консоли, которые могут быть запрограммированы на подачу выбранного объема удобрений в нужное время в поток воды. Независимо от того, простой или сложный метод используется для внесения удобрений, рекомендуется периодически проверять нормы внесения, чтобы убедиться, что они соответствуют норме.

Что касается источников удобрений, особенно в защищенной культуре, существует два основных состава:

  1. твердые комплексные соли;
  2. жидкие удобрения.

Во многих частях мира принято смешивать твердые соли удобрений (водорастворимые) с водой в больших цистернах. Этот метод облегчает транспортировку удобрений в отдаленные районы. Однако он требует постоянного использования рабочей силы для производства смеси и нескольких резервуаров для удобрений, чтобы избежать выпадения осадка и улетучивания некоторых материалов. Кроме того, вода для инъекций должна иметь относительно высокую температуру (чтобы питательные вещества оставались в растворе) и низкое содержание солей. Все эти факторы увеличивают вероятность человеческой ошибки во время процесса. При внесении водорастворимых удобрений принято иметь несколько резервуаров, чтобы избежать сочетания реагирующих источников. Например, концентрированный бак с Ca2+ будет реагировать с концентрированными фосфатными и сульфатными источниками, образуя фосфат кальция или сульфат кальция, образующие твердые отложения, которые в конечном итоге засорят эмиттеры оросителей. По этой причине у садоводов один бак будет содержать источник Ca (например, нитрат кальция и нитрат калия), а другой — сульфаты (например, сульфат калия и сульфат магния) и фосфаты (например, моноаммонийфосфат и монопотассиумфосфат). Как правило, третий бак используется для фосфатов для практичности при ежедневных изменениях в программе удобрения. Четвертый бак может содержать кислоты, например, фосфорную кислоту для выравнивания рН и очистки линий.

Жидкие удобрения содержат заранее рассчитанную концентрацию питательных веществ в виде одной или нескольких солей, которые подаются непосредственно через поток орошения без дополнительного смешивания. Этот метод является более дорогостоящим по сравнению с растворимыми солями, поскольку требует транспортировки удобрений уже растворенными в воде. Однако он сводит к минимуму риск человеческой ошибки при внесении удобрений, а также затраты на обслуживание и приобретение больших резервуаров и оборудования для внесения. Аналогичным образом, эти источники уменьшают выпадение питательных веществ в виде осадков при условии, что температура не опускается ниже 10°C.

Внекорневые опрыскивания

Внекорневых опрыскиваний следует избегать из-за возможного повреждения листвы при опрыскивании в жаркую или яркую погоду, а также потому, что листья плохо поглощают питательные вещества, но иногда их используют в экстренных случаях, пока исправляется ситуация в корневой зоне.

Для устранения сильного дефицита азота можно провести внекорневое опрыскивание растворенной в воде мочевиной в концентрации 2,5 г/л. При дефиците P возможно внекорневое опрыскивание фосфатом калия или аммония, но оно не рекомендуется, так как может вызвать серьезное повреждение листьев. При дефиците K можно опрыскивать растения раствором сульфата калия 20 г/л. Чтобы быстро устранить дефицит Ca, растения можно опрыскать раствором 2-7 г/л или 0,3%-ным раствором хлорида кальция. Такие опрыскивания редко помогают исправить гниль кончиков цветков, поскольку, как уже говорилось выше, Ca, поглощенный через листья, не может легко перейти в плоды. Следовательно, утилизируется только тот Ca, который попадает на поверхность плода (Adams, 1999). Недостаток магния также можно устранить с помощью опрыскивания сульфатом магния (солью Эпсома). Roosta (2011) сообщил, что внекорневое опрыскивание всеми элементами значительно увеличило количество плодов и урожайность растений в аквапонике в порядке K > Fe > Mn > Zn > Mg > B. В гидропонике внекорневое применение K, Mg и Zn увеличило количество плодов и урожайность растений по сравнению с контролем.

Литература

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