Полтора килограмма термоядерного Тринидадского Скорпиона я в итоге собрал с одного куста на гидропонике.


У меня было много довольно странных хобби. Некоторые приводили к странным эффектам, вроде массового домашнего производства домашнего порошка для посудомойки. В список к этому странному ряду я решил добавить еще один пункт. Теперь я развлекаюсь еще и с гидропоникой. Причем эффект получился еще более адовый, чем я ожидал.


Небольшая часть урожая


Тема чудовищно огромная, охватить ее за один пост вряд ли получится, поэтому я постараюсь ограничиться описанием принципа, почему это вообще работает и дать максимально исчерпывающий мануал, чтобы каждый смог из желудей и спичек повторить мой эксперимент. В самом начале будет много теории. Можете ее проскочить и сразу перейти к нужным покупкам, а вернуться к ней позже.


Сегодня в меню


  1. Что такое гидропоника и почему она гораздо проще, чем почва с червячками
  2. Никаких дорогих бутылочек. Мешаем компоненты по три рубля за ведро
  3. Питание растения как алгоритм
  4. Как быстро собрать прототип гидропонной установки
  5. Что такое capsicum chinense и как выжить при дегустации

Что едят растения


Давайте для начала разберемся, а что у нас вообще ест растение? Большинство вспоминает школьный курс ботаники и что-то про фотосинтез. Это действительно очень важный процесс, при котором из углекислого газа растения синтезируют органические вещества. Фотон прилетает в хлоропласт и дает достаточную энергию для получения молекулы глюкозы из углекислого газа и воды. Параллельно мы получаем кислород в качестве отхода производства. Всем хорошо, кроме анаэробов вымерших от кислородного загрязнения во время кислородной катастрофы.


Но тут у большинства начинает закрадываться подозрения, что одного фотосинтеза маловато для полноценного выращивания растения. Ведь ему нужна почва, зола всякая, погадки мелкого рогатого скота и прочие фермерские радости. Это правда лишь отчасти. Если мы посмотрим на состав типичной почвы, то она будет представлять из себя сложнейшую систему из неорганических частиц, кучи разнообразной органики и микробиома. То есть у нас есть много камушков, песчинок, какие-то комочки глины и червячок, доедающий кусок прошлогоднего листа.


Так вот, вся интрига тут в том, что растению, по сути, эти червячки и перегной совершенно не нужны. Они безусловно могут жить в такой среде — эволюция заставила. Но ключевой момент в том, что растениям нужны неорганические соединения в растворимой форме. Все. Никакие гуматы и прочие перегнои не потребляются растением. Вот самый минимум вещей, которые на самом деле едят растения.


Макроэлементы


Их нужно много. Прям сильно больше остальных компонентов.


  1. Азот в форме нитрата NO3- или аммония NH4+
  2. Фосфор в виде фосфатов
  3. Калий тоже в форме иона K+
  4. Кальций
  5. Магний
  6. Сера в форме сульфата. На самом деле ее нужно довольно много некоторым растениям, часто ее должно быть больше того же фосфора, но традиционно ее никто не считает.

Микроэлементы


  1. Железо в форме иона Fe2+
  2. Марганец
  3. Бор
  4. Цинк
  5. Медь
  6. Молибден

А еще в совсем мизерных количествах растениям нужен хлор, чуток натрия и других элементов, содержание которых в любой придорожной пыли с запасом покрывает его потребности.


Заметьте — никаких перегноев, перебродившего куриного помета из ржавого ведра и золы из печки. По сути, я крайне рекомендую оставить все эти архаичные дачные привычки уровня 18 века в прошлом. Когда мы вносим этот воняющий ужас на грядку, мы робко надеемся, что все, что склевали и не переварили куры, доедят бактерии. А уже продукты окончательного распада органики до простых солей и будут есть растения.


Растениям не нужна органика. Органику едят грибы и бактерии, а растение всасывает после них уже простые ионы.

Проблема в том, что мы не можем предугадать, что за траву ела конкретная корова перед тем, как выдать тачку экскрементов. Кроме непредсказуемого состава у этой неаппетитной смеси еще и непонятный уровень кислотности, который непредсказуемо наложится на неизвестный уровень кислотности почвы. В итоге традиционное земледелие в рамках отдельной дачи или подоконника с цветами превращается в игру "Угадай, что за непонятная почва и что с ней будет после очередной порции живительного компоста". Именно поэтому, даже без гидропоники гораздо правильнее вносить удобрения в виде готовых солей и комплексов без этого идиотизма с запариванием крапивы на чьем-то помете.


Что такое гидропоника?


image
Промышленный вариант с капельным поливом


Гидропоника — это выращивание растений без почвы. При этом у вас может быть какой-то субстрат вроде кокосового волокна, минеральной ваты или керамзита. А может и не быть, в случае техники NFT (техника питательного слоя) или DWC (глубоководная культура).


image
DWC (глубоководная культура) — корни находятся в емкости без субстрата. Чтобы они не задохнулись, раствор непрерывно аэрируется мощным компрессором.


image
NFT (техника питательного слоя). Тут аэрация достигается за счет большой площади текущего слоя. В домашнем варианте часто используются варианты из плоских труб для воздуховодов


Субстрат, если он используется, нужен только для удержания растения на месте и создания некоторого буфера жидкости. Субстрат может быть очень влагоемким, как например, кокосовое волокно. Оно не гниет и может хранить в себе огромное количество влаги, сохраняя при этом воздушность. Если нужна низкая влагоемкость, можно использовать керамзит или пеностекло. Они очень воздушные, для корней много пространства и воздуха, но при этом они пересыхают почти мгновенно.


Более того, вы можете просто взять горшок, наполнить его хорошо промытым кокосом и просто поливать из лейки. Это тоже будет гидропоника, только нереверсивная. То есть весь питательный раствор уходит из системы без рециркуляции. Собственно, именно с горшка с кокосовым волокном и начался эксперимент с моим перцем, но об этом чуть позже.


Зачем нужна гидропоника, если с почвой порог вхождения гораздо ниже? Тупо взял семечко, воткнул и полил. Но неприятности вылезают позже, когда мы понимаем, что почва чудовищно инертна и непредсказуема. Например, вы видите, что у вашего растения начинают желтеть молодые листочки и начинаете подозревать, что ему не хватает железа. Но при этом вы понятия не имеете, сколько этого железа сейчас находится в почве. Возможно его там мало. Или оно выпало в осадок из-за высокого pH. Или его бактерии пожрали, окислили и оно стало недоступным. Или корням не хватает кислорода и у них проблемы со всасыванием.


Почва — это неконтролируемый субстрат

Вы никогда не будете знать точно, что именно не так с растением. Более того, если вы решите что-то поправить, почва будет долго и упорно этому сопротивляться из-за своей инертности. Она склонна накапливать самые неожиданные вещества в виде нерастворимых и труднодоступных соединений, а потом внезапно отдавать их в самый неподходящий момент. Это и ее жуткий минус и плюс для неопытных садоводов. Она может простить непонятные удобрения, сгладить колебания pH, но никогда не даст вам управляемости.


Гидропоника — прямая противоположность. Она имеет почти нулевую инертность. Если я вижу, что растению не хватает железа, то я просто должен убедиться, что pH не повысился до величин, когда железо выпадает в осадок. Если кислотность в норме, то я просто добавлю в текущий раствор хелата железа. Или вообще заменю весь раствор на свежий, полностью обновив состав ионов до эталонного. В почве это просто невозможно. Но эта управляемость — одновременно отличный способ выстрелить себе в ногу, если вы в чем-то ошиблись. Например, если у вас сломанный pH-метр, вы можете отрегулировать кислотность до быстрой гибели вашего растения. Низкая буферность системы не сглаживает ваши ошибки. Что положили в раствор — то и будет есть растение. Если сможет. Чем-то идея напоминает старый добрый Linux, который послушно отломает пол-системы по команде с sudo. Администратору виднее, что он хотел получить.


Гидропоника дает полную управляемость процессом. Ошибки проявляются сразу, но и исправляются простой заменой раствора.

Вам не нужны дорогие бутылки


Это стандартные грабли. Почти все гидропонщики покупают вначале чудовищно дорогие жидкие концентраты от GHE и других производителей. Потом они стоят в углу как напоминание о совершенной ошибке. У таких готовых бутылок есть две основные проблемы:


  1. Они неадекватно дороги. Внутри нет никакой магии. Все компоненты безумно дешевы, а платите вы за цветную водичку и маркетинг.
  2. Из них сложно собрать нужный профиль. Откровенно говоря, из некоторых наборов хорошо собирается только профиль под одно растение, которое легализовано далеко не во всех странах.

В итоге, гораздо проще совершить набег в ближайший хозяйственный магазин с отделом цветов и закупиться дешевыми как грязь удобрениями в виде простых солей. Записывайте, что надо купить:


  1. Нитрат кальция (кальциевая селитра)
  2. Нитрат калия (калиевая селитра)
  3. Нитрат аммония (аммиачная селитра)
  4. Сульфат магния
  5. Монофосфат калия
  6. Аквамикс (комплекс микроэлементов сухих)
  7. Хелат железа (есть в Аквамиксе, но обычно его надо больше)

Еще неплохо иметь нитрат магния и сульфат калия, но и без них можно составить профили почти под любой случай. Дальше ваша задача в том, чтобы посчитать на калькуляторе правильные пропорции солей для вашего профиля. Вот готовая таблица для универсального профиля зеленых растений, который подойдет для того же перца в вегетативную фазу. В конце поста еще раз продублирую.



Типичный вид концентратов. Банки удобнее для набора жидкости


Первая же мысль насыпать все в одну бутылку и хранить в виде концентрата неверная. У вас немедленно выпадет в осадок половина веществ. Например, при смешивании нитрата кальция и сульфата магния в осадок выпадет гипс — сульфат кальция. Но такое происходит только в концентрированных растворах. Поэтому, надо приготовить концентраты, разделенные на отдельные емкости. В промышленности, когда выращивается одна культура — это две емкости — А и Б. Я бы предложил разделить на 4 отдельных банки или бутылки, так как это позволит вам смешивать разные профили одних концентратов.


1 банка — кальциевая и аммиачная селитра
2 банка — монофосфат калия и нитрат калия
3 банка — Аквамикс с дополнительным хелатом железа
4 банка — сульфат магния


Готовятся концентраты так:
Берете из таблицы нужный объем. Например 1 л. Насыпаете в первую банку 158 грамм кальциевой селитры и 28 грамм аммиачной. Потом доливаете обратно-осмосной водой до 1000 грамм. И так далее по всем банкам.


Затем процесс выглядит примерно так:
Берем канистру обратно-осмосной воды или водопроводной воды нейтрализованной кислотой до pH=6. Добавляем по 5 мл из каждой банки на каждый литр воды. Все. В течение 5 минут у вас есть раствор на ближайшую неделю.


Питание растения как алгоритм


Ваша задача при выращивании растения дать ему идеальный профиль. Под профилем понимают соотношение макро- и микроэлементов в растворе. Идеальный профиль — это такое соотношение, когда растение ест все составные части в равной пропорции. То есть по мере потребления элементов у нас не возникает ситуация, что растение съело весь фосфор, хочет еще, а в растворе осталось еще куча недоеденного калия и азота. При этом профиль не очень зависит от концентрации. Как мы рассмотрим ниже, мы можем разбавлять раствор обратно-осмосной водой в зависимости от потребностей растения, но соотношение элементов у нас остается прежним.


Например для перца в вегетативную фазу профиль может выглядеть примерно так:


Азот общий Азот аммонийный Фосфор Калий Кальций Магний
231,5 14 39 292,5 170 50

И вот тут начинается самое интересное. Чтобы собрать некий профиль вы должны взять реальные вещества вроде монофосфата калия и нитрата кальция, а потом смешать их в нужной пропорции. Пытаемся увеличить долю кальция — растет общий азот из-за того, что это нитрат. Упираемся в максимальное значение по азоту, не можем положить достаточно калия из нитрата калия. Пытаемся восполнить его за счет монофосфата калия, но тут уже фосфора слишком много.



Калькулятор, которым я пользуюсь. Теплый ламповый интерфейс.


Это все крайне интересный процесс с широким простором для автоматизации. Есть большое количество калькуляторов, при написании которых авторы часто готовы кормить оппонентов удобрениями в попытке доказать, что именно их творение самое удобное и правильно подбирает данные.


Главная мысль тут в том, что без калькулятора никуда. Тут я бы хотел отослать сразу к очень хорошему проекту — HPG(ссылка на GitHub) под авторством Сергея Иванова (siv237).


PPM, pH и кислород


Есть несколько очень важных параметров, которые критичны для гидропоники:


  1. Содержание солей в растворе. Измеряется в ppm или EC. ЕС — более правильный вариант, так как прибор измеряет именно электропроводность, а ppm — производная условная величина.
  2. Кислотность раствора. Измеряется в pH. В норме должна быть в диапазоне 5.5-6.3 для большинства растений.
  3. Содержание кислорода в растворе. Корни дышат. Если тупо окунуть их в питательный раствор, они задохнутся и умрут. А растение будет выглядеть так, словно страдает от засухи.

Если последний параметр зависит в основном от грамотного проектирования системы и не нуждается в контроле, то первые два могут меняться в зависимости от температуры, освещенности и других факторов.


В идеальном случае у нас раствор содержит ровно столько солей в нужных пропорциях, что растение ест их одновременно с поглощением воды. То есть раствор потребляется, а его кислотность и концентрация солей неизменны. Так почти не бывает.


image
Таблица хорошо иллюстрирует, почему при высоком pH растению не хватает железа, а при низком кальция и магния.


Почему так важно следить за кислотностью? При изменении pH часть соединений немедленно выпадает в осадок и становится недоступным для растения. Часть просто плохо усваивается при неоптимальном pH. В итоге, вы можете налить много железа в раствор, но оно выпадет в осадок, а растение будет всячески демонстрировать, что ему мало.


Почему растет ppm/EC


Представим ситуацию, когда стало жарко и растение хочет охладиться. Для этого оно "потеет" листьями, снижая их температуру. Вода начинает расходоваться непропорционально относительно "еды". В итоге pH у нас неизменный, так как баланс потребления не поменялся, а вот концентрация солей растет. Поэтому в жаркие дни приходится давать более разбавленный раствор и доливать обратный осмос при необходимости. Если солей станет слишком много, растение не сможет пить и начнет страдать от засухи. Ситуация будет аналогична попытке напиться морской водой, которая только ухудшит обезвоживание.


Также растение будет пытаться больше пить, если вы резко поменяли состав раствора. Обычно корни привыкают к определенному соотношению веществ и у них есть определенная пропускная способность по каждому из элементов. Тут вы внезапно резко увеличили, например, калий. У растения недостаточно специальных каналов для всасывания такого раствора. И оно начинает потреблять больше воды, пытаясь протащить вещества в более "разбавленном" виде. Через пару недель растение привыкает к новому раствору и начинает более эффективно расходовать воду.


Почему падает ppm/EC


Это не очень частая ситуация, но если у вас явно падает соленость раствора, то ваше растение жутко проголодалось и скоро будет есть вас. Если мы даем нашему подопытному идеальный климат, мощное освещение, то растение начинает утилизировать вещества с ускоренными темпами. В итоге, оно начинает быстро выедать раствор в поисках нужных ему ионов. Например, азота, чтобы нарастить зеленую массу. Чаще всего это приведет еще и к перекосу по pH, так как очень редко раствор находится в абсолютно идеальном балансе.


В этой ситуации стоит увеличить концентрацию раствора и радоваться за хороший аппетит своего подопытного. Если концентрация сильно просела, то лучше замените раствор целиком, так как исходный баланс мог сильно съехать.


Почему растет pH


Вы измеряете кислотность раствора и видите, что pH улетает куда-то в щелочную зону.


Хреново подготовили керамзит
Чаще всего это происходит из-за типичнейшей ошибки новичков — щелочного керамзита, если он используется. При обжиге глины карбонат кальция в ее составе теряет углекислый газ и превращается в оксид кальция. А тот, при попадании в воду, в щелочь — гидроксид кальция. То есть мы вместо нейтральной глины насыпали в раствор щелочи, которая будет постоянно тянуть pH вверх.


Поэтому, керамзит надо обязательно вымачивать пару дней в воде с добавлением избытка кислоты. Пойдет серная, ортофосфорная и даже лимонная, если есть под рукой. Главное потом хорошо промыть.


Растение наращивает массу и ест много азота



Растение наращивает зеленую массу


Еще это довольно типично для крупных, быстро растущих растений. Растение голодное и хочет нарастить зеленую массу. Для этого ему нужно строить белки из азота в растворе. Вспомним немного химию. Допустим, мы внесли азот в виде нитрата кальция и нитрата калия. Если селективно съесть NO3- и оставить K+ мы получим "недоеденный" сильный катион, который сдвинет раствор в щелочную сторону.


Что с этим можно сделать?


  • Можно скорректировать кислотность серной или ортофосфорной кислотой. При этом pH придет в норму, но азота в растворе больше не станет.
  • Можно скорректировать кислотность азотной кислотой. Это более правильно, так как вы внесете в раствор тот самый съеденный анион.
  • И, наконец, наиболее правильный вариант — можно отрегулировать соотношение нитратного и аммонийного азота. Аммоний — NH4+ — это катион. Например, его проще всего встретить в аммиачной селитре — NH4NO3. Это как раз наглядный представитель вещества, которое содержит азот в обеих формах. В чем его особенность? Аммонийный азот гораздо легче потреблять. Растение будет есть его в первую очередь. При этом у нас останется недоеденный анион. В случае аммиачной селитры — это нитрат — анион сильной кислоты, который сдвинет pH в кислую сторону. Поэтому, в обычном растворе аммонийного азота очень мало, порядка 6%. Если его будет много, то раствор быстро уйдет в смертельные кислые диапазоны. Поэтому, при повышении уровня pH, надо увеличить дозу аммония в общем азоте и раствор будет стабилен.

Почему падает pH



На этапе созревания плодов растению нужно много калия


Это довольно редкая ситуация. Обычно возникает, если у вас в растворе есть какая-то гниющая органика, чего в норме быть не должно. Также вы могли перестараться с долей аммонийного азота. Ну и наконец, растение может остро нуждаться в калии для формирования плодов, а вы ему дали его слишком мало. В итоге, растение выедает весь калий, оставляя кислый анионный остаток.


Стоит пересмотреть профиль раствора. Поднять pH проще всего добавлением водопроводной воды. Обычно она довольно щелочная, в районе pH=8.


Собираем прототип


Простейший вариант, который был у меня — это горшок с кокосовым волокном с добавлением 30% агроперлита для воздушности. Основной плюс — с ним можно работать почти как с обычной почвой. Очень важно перед использованием кокос тщательно промыть под душем в сите. Пусть утечет мелкая фракция в виде пыли и песок. А самое главное, вы вымоете соли из субстрата. Да, его чаще всего моют именно в соленой морской воде в странах производства. От этих солей нам надо избавиться.


Важно не перелить кокос. Он чудовищно влагоемкий. А еще у него есть проблема накопления солей. Когда растение маленькое, оно не может съесть все, что вы ему налили. В итоге вода по большей части просто испаряется, а соли остаются. Когда вы добавляете новый раствор, вы еще сильнее увеличиваете концентрацию солей в кокосе.


Есть несколько вариантов решения проблемы.


  1. Можно поливать очень низкой концентрацией порядка 400 ppm в расчете на накопление солей.
  2. Можно периодически поливать кокос чистой водой, чтобы смыть избыток солей в поддон.
  3. Можно хорошо промывать кокос новой порцией раствора так, чтобы большое количество воды сливалось в поддон, откуда вы его сольете.
  4. А самый правильный хабра-способ — сразу автоматизировать процесс.


Полумертвый шнитт-лук в качестве макета растения в натуральную величину


Я рекомендую сразу собирать систему с реверсом раствора. Вы очень быстро задолбаетесь поливать из лейки и переживать за засоление кокоса. Поэтому я рекомендую установить горшок на емкость с рабочим раствором. Насос включается по примитивному таймеру и работает примерно полчаса. За это время весь кокос промывается свежим раствором и его содержимое уравнивается с основным баком. Далее следует пауза на подсыхание субстрата, чтобы не утопить растение.



Пока перец маленький, такие получасовые поливы можно устраивать раз в неделю.



Затем по мере роста потребления растения вы придете примерно к моему варианту, когда насос включается 4-5 раз в сутки, так как балконный монстр уже все сожрал и просит еще.


Также вы можете сразу использовать в верхнем горшке керамзит и забыть про засоление. Но тогда помпа должна либо часто включаться, либо постоянно работать капельным поливом. Если она отключится, у вашего растения будет не больше нескольких часов автономности. Потом оно завянет. Кокос все же дает некоторый запас влаги.


Что такое capsicum chinense и как выжить при дегустации



Что я, собственно выращивал? Я сажал Trinidad Scorpion CARDI. Это не тот же вид перца, как, например, халапеньо. Халапеньо и большинство знакомых нам острых перцев — это capsicum annuum — перец овощной. Capsicum chinense же сильно отличается своим ярким фруктовым ароматом и чудовищной остротой для неподготовленного человека. К ним относятся как Хабанеро, так и довольно известные суперхоты вроде Carolina Reaper. Мой сорт Тринидадского Скорпиона имеет остроту порядка 1 200 000 сковиллей. Для сравнения, один такой желтый перчик — это примерно 3 килограмма зеленого халапеньо по остроте.



Естественно, я не мог просто так вырастить этот ужас. Я понял, что мой долг накормить им всех кого только можно и посмотреть, что с ними станет. Я должен сказать, что ощущения от употребления свежей мякоти очень интересны. Вначале фруктовый взрыв яркого аромата и сладости, а затем следует нарастающее жжение, которое постепенно переходит в пылающее пламя. Суровый такой плод, но он безумно хорош в приготовлении соусов.


А еще из него получаются исключительно яркие и жгучие экстракты. Разумеется для наружного употребления)



В итоге я вообще отправил пакет с внушительной дозой этого перца в Москву и собрал нескольких незнакомых друг с другом людей в бургерной. Чтобы безопасно с расстояния понаблюдать как они будут это есть и страдать.


Получилось как-то так, со слезами счастья на щеках:



Резюме


Всех интересующихся я сразу бы хотел пригласить в телеграм-канал по гидропонике: https://t.me/ponics_ru


Если вы решили вырастить какую-нибудь папайю, маракуйю или уничтожить дом баобабом на гидре — вам сюда https://t.me/tropicgrow


Таблица приготовления концентратов. Позже вы все равно будете сами создавать удобные для вас наборы. Но это удобный вариант, чтобы от чего-то оттолкнуться.


Список компонентов для покупки
  1. Нитрат кальция (кальциевая селитра)
  2. Нитрат калия (калиевая селитра)
  3. Нитрат аммония (аммиачная селитра)
  4. Сульфат магния
  5. Монофосфат калия
  6. Аквамикс (комплекс микроэлементов сухих)
  7. Хелат железа (есть в Аквамиксе, но обычно его надо больше)

Список оборудования:


  1. Весы, лучше ювелирные, чтобы можно было взвесить с точностью до долей грамма.
  2. TDS-метр
  3. pH-метр или жидкий капельный тест-индикатор.
    Второй и третий пункт у меня совмещенные в одном девайсе

Если кому-то нужны семена этого ужаса — я готов поделиться. Со свежими перцами уже сложно, почти все зарезервировано.