Сможет ли гидропонная картошка заменить полевую в меняющемся климате

В своей работе, опубликованной на портале MDPI, группа исследователей из Норвежского института биоэкономических исследований и Центра точного земледелия Департамента сельскохозяйственных технологий и системного анализа, приходит к выводу, что над контейнерной технологией еще предстоит поработать – не все так гладко, как хотелось бы.

«Производство картофеля вносит весомые вклад в обеспечение глобальной продовольственной безопасности. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), в 2019 году во всем мире было произведено более 370 миллионов тонн картофеля, что значительно больше, чем 334 миллиона тонн в 2010 году.

Картофель, происходящий из высокогорных регионов Южной Америки, развил морозостойкость, что позволяет легко выращивать его в районах с относительно суровыми условиями, где невозможно выращивать пшеницу или кукурузу.

Тем не менее, культура чувствительна как к избытку, так и к дефициту почвенной влаги.

Предполагается, что из-за климатических изменений наиболее значительные потери картофелеводческих угодий будут происходить в южной части Африки и тропических высокогорных районах. Более того, в Индии, втором по величине производителе картофеля в мире, к 2080 году ожидаются потери урожая на 11% из-за глобального потепления. Поэтому крайне необходимо изучить альтернативные производственные системы, пригодные в будущих климатических сценариях.

Гидропоника - метод выращивания без почвы с использованием питательного раствора. Эта производственная система устраняет зависимость от сельскохозяйственных угодий, снижает наличие болезней и может смягчить негативные последствия экстремальных погодных явлений.

Гидропонное производство картофеля также исследовалось в рамках финансируемого НАСА исследования как части систем жизнеобеспечения внеземных баз. Однако, гидропонный картофель требует продвинутой настройки производства, что может быть ограничивающим фактором для широкого внедрения этой технологии.

Изучено гидропонное производство миниклубней картофеля на основе субстрата, менее технологически сложной системы выращивания. Испытания перлита, почвы, комбинаций перлита и вермикулита, перлита и торфяного мха, перлита и почвы, перлита, почвы и компостированного навоза крупного рогатого скота, а также перлита, почвы и биогумуса показали, что урожай миниклубней был выше по сравнению с традиционным полем. Миниклубни из беспочвенной культуры показали больший размер и более высокий средний вес по сравнению с миниклубнями, выращенными в почвенной культуре.

Что касается выбора питательной среды, важны не только ее свойства и производительность, но экономические и экологические факторы, которые следует принимать во внимание в свете текущих климатических изменений.

Продукты на основе древесины получают из возобновляемых источников и поэтому представляют интерес в контексте экономики замкнутого цикла.

Ранее ученые предоставили доказательства того, что гидропонное выращивание картофеля возможно в средах на основе различных древесных фракций (кокосовое волокно, сосновая кора и опилки). На сегодняшний день древесному волокну не уделяется должного внимания в качестве потенциального субстрата для производства картофеля. Таким образом, целью данного тематического исследования было проверить возможность производства столового картофеля на гидропонике в автономной среде на древесном волокне.

Предварительное мелкомасштабное тематическое исследование было проведено в 2020 году на исследовательской станции NIBIO Apelsvoll, расположенной на юго-востоке Норвегии (примерно 250 м над уровнем моря).

Картофель сорта «Фольва» представляет собой среднеранний свежий сорт, потребляемый на рынке, выращивали гидропонным способом на древесном волокне (в течение 105 дней, с 25.06 по 07.10) в высоком политоннеле и в полевых условиях для получения эталонной культуры.

Между двумя системами выращивания была значительная разница температур. В среднем под политоннелем температура была на 0,9 ° C выше, чем в поле, с разницей на 1,3 ° C и 0,3 ° C в первой и второй части вегетационного периода, соответственно.

Для изучения различных аспектов гидропонного производства были выполнены два отдельных технико-экономических обоснования: (I) тест субстрата, направленный на понимание влияния различных типов древесного волокна и проблем архитектуры системы земледелия, и (II) тест фертигации для изучения влияния различные стратегии орошения.

В тесте на субстрат три семенных клубня высаживали в пластиковые мешки, заполненные 90 л древесных волокон (образуя цилиндрическое пространство для выращивания высотой и диаметром 45 см).

Были протестированы два варианта древесного волокна: волокно Hunton (HUN), произведенное из ели европейской с использованием метода дефибратора, и волокно Pindstrup (PIN) из сосны обыкновенной, произведенное паровым методом высокого давления.

Питательные растворы применяли капельно в течение 20 минут и запускали от 2 до 5 раз в день (в зависимости от температуры и условий облучения в туннеле), а также протестировали три режима фертигации, различные по продолжительности полива (3, 6 и 20 минут).

Картофель также выращивали в поле для сравнения.

По сравнению с полевым эталоном, растения, выращенные на гидропонике, были примерно в два раза больше, а вот разница в биомассе между двумя тестируемыми субстратами оказалась минимальной: побеги длиной 150 см и 9 и 8 побегов для HUN и PIN соответственно.

Более высокая урожайность наблюдалась при выращивании в PIN-волокне, чем в HUN.

По сравнению с картофелем, выращиваемым в полевых условиях, урожайность гидропоники была выше более чем на 200%. Хотя сухое вещество в клубнях, выращенных на гидропонике, было значительно ниже, чем в клубнях с поля.

Тест на субстрат показал, что при производстве клубней не использовалось все пространство контейнера, а только 20–25 см вокруг семенного картофеля, но корни росли повсюду в контейнере и в основном на дне.

Собранные клубни продемонстрировали определенные проблемы гидропонного производства на древесноволокнистых субстратах.

Некоторые клубни росли рядом со стенками контейнера, и все еще были слегка зелеными во время сбора урожая, другие деформированы или увеличены в размере, у третьих деградация кожуры указывала на избыток влаги.

Отобранные клубни, демонстрирующие проблемы производства, наблюдаемые во время эксперимента, включая деформацию (a, b), растрескивание (a, b), задержку созревания (c, d), разросшиеся глазки (e, f), деградация кожуры (f) и усиленный рост (g). Клубни, выращенные в полевых условиях, приведены для сравнения (h).

Сравнивая два варианта древесного волокна, клубни, выращенные в PIN, получились более однородными, чем в HUN, и сильнее прижатыми к субстрату.

Это исследование показало, что урожайность гидропонного картофеля на древесном волокне может превышать урожайность, полученную в традиционной системе выращивания картофеля. Однако качество клубней оставляет желать лучшего.

Достаточная аэрация корневой зоны является центральным фактором, влияющим на рост растений. Недостаток кислорода приводит к снижению всасывания питательных веществ и, кроме того, к серьезным повреждениям и дефектам клубней картофеля. Однако, это возможно корректировать правильной стратегией фертигации.

Оптимизация периодов и интервалов полива ограничит деградацию кожуры и станет важной целью будущих исследований в области производства картофеля на основе древесного волокна.

Проблемы с зелеными клубнями предположительно связаны с ограниченным пространством для роста в текущем исследовании. Зеленые клубни чаще всего находили у стенок контейнеров, в местах, подверженных большей части солнечного излучения.

По сравнению с полевым эталоном, содержание сухого вещества в клубнях, выращенных на гидропонике, было ниже, что указывает на менее зрелые клубни при сборе урожая, на неадекватный режим фертигации и высокую температуру под политоннелем.

Следовательно, в будущих исследованиях необходимо рассмотреть баланс между влажностью корневой зоны, составом питательного раствора и доступом кислорода.

Наконец, Фольва был единственным испытанным сортом, поэтому стоит включить в будущие тесты и сорта с более высокой рыночной стоимостью или сорта, которые вызывают затруднения при выращивании в почве».

По статье группы авторов (Томаш Возницки, Пер Ярле Мёллерхаген, Пиа Хелтофт, Кшиштоф Куснирек), опубликованной в журнале Agronomy 2021 на портале www.mdpi.com.