Приобретение и подготовка оборудования для опытов

Приобретение и подготовка оборудования для опытов

Малые причины – большие последствия! – таков лейтмотив этого раздела. У нас имеются все основания, чтобы добросовестно подготовиться к своим опытам и с самого начала исключить все источники возможных неудач. Крайне досадно прекращать хорошо начатый опыт, не добившись результатов, только потому, что не было обращено достаточного внимания на какую-то "мелочь". О сосудах для опытов не следует говорить много. Их размеры и форма могут быть совершенно произвольными. Конечно, они должны совершенно не пропускать воды и не должны каким бы то ни было образом влиять на свойства питательного раствора. Следовательно, не допустимо, чтобы стенки сосудов выделяли какие-нибудь вещества или поглощали что-либо из раствора. Большое разнообразие материалов, из которых могут быть изготовлены опытные сосуды (металлы, пластмасса, керамика, фарфор, бетон и пр.), заставляет дать один вполне оправданный совет: Каждый сосуд следует покрыть изоляционным слоем в местах соприкосновения его поверхности с питательным раствором. Двойное покрытие хорошей битумной краской полностью отвечает цели и исключает неприятные неожиданности. Однако в этом случае нельзя путать битумную краску с часто очень похожими на нее препаратами из каменноугольной смолы, содержащие ядовитые для растений вещества.

Земляные выемки, деревянные корыта и другие резервуары можно сделать водонепроницаемыми при помощи пластиковых пленок. Многие цветоводы-любители и овощеводы-производственники пользуются земляными выемками для выращивания растений, и эти выемки полностью оправдывают себя при условии, что для их облицовки применялись пленки, не содержащие фенолов. Дело в том, что некоторые из пластических пленок при соприкосновении с питательным раствором выделяют ядовитые для растений вещества. По этой причине приходится постоянно рекомендовать при покупке пленки указывать ее целевое назначение. В этом случае вам предложат наиболее подходящий тип пленки.

Культуральный субстрат, в котором будут укореняться растения, нужно выбирать весьма тщательно и при необходимости подвергать его предварительной обработке. В последние годы изучалась пригодность для этого ряда материалов, многие из которых были сочтены подходящими. Мы рассмотрим лишь важнейшие из них, уже получившие широкое распространение.

Принципиально можно констатировать, что все используемые культурные субстраты отличаются следующими качествами:

они химически нейтральны и, таким образом, никак не влияют на свойства и на химический состав питательного раствора;

высокая устойчивость против выветривания и разложения позволяет им сохранять свою структуру на протяжении длительного времени;

они сыпучи, и в них можно копаться голыми руками, не опасаясь ранений;

они все более или менее гигроскопичны и, таким образом, обеспечивают капиллярное поднятие жидкостей.

Перейдем теперь к описанию отдельных материалов, прошедших испытание в практике. Начнем с субстрата, который в специальной литературе часто указывается в качестве идеального. Поскольку в последнее время его можно приобрести во многих европейских странах, он может представлять интерес также и для нас. Посмотрим же, что говорят в кругах специалистов о "вермикулите".

"Вермикулиты" представляют собой вторичные минералы, которые возникли в результате гидротермических изменений двух видов слюд: биотита и флогопита (аннита). Это водосодержащие магниево-аллюминевые силикаты, встречающиеся большей частью в качестве включений в таких высокосновных породах, как дунит, серпентин и пироксенит, а часто и, наоборот, включающие эти породы. До настоящего времени обнаружены месторождения вермикулита в ЮАР (Трансвааль), Танганьике, США (Колорадо, Монтана), Западной Австралии, СССР (Урал) и Японии.

Сейчас известны уже 17 сортов вермикулита. В качестве приблизительного состава можно указать следующий: 5% AL2O3, Fe2O3, 22% SiO2, 40% H2O2. Вермикулитная руда слоится, как слюды, и окрашена в цвета от темно-желто-коричневого до светло-коричневато-желтого, зеленого или бронзового. Удельный вес породы 2,3 – 2,9, а после расслоения – 0,9. Твердость 1,5, точка плавления около 1360 градусов, содержание воды 4 0 20%. Добыча породы производится в открытых карьерах и в меньшей степени взрывным способом. Породу на месте подвергают грубому размолу и сушат для облегчения дальнейшей переработки. После этого производится размол породы и сортировка по размерам частиц с помощью пневматических устройств. Нагревание руды для ее подсушивания допустимо только на короткое время и не больше чем до 140 градусов, с тем чтобы удалить только свободную, но не конституционную воду, потому что в противном случае уменьшается или вовсе утрачивается способность породы вспучиваться, необходимая для ее расслоения.

Ценность вермикулита заключается в его свойстве увеличиваться в объеме при нагревании почти в 15 раз. Нагревание вызывает превращение химически связанной воды в пар, разделяющие наслоенные друг над другом микроскопические пластинки. При температуре 900-1100 градусов руда доводится до красного накала, но эта температура не должна выдерживаться больше 4-8 секунд. После этого руду так же быстро охлаждают. В результате этих двух процессов она превращается в зернистый, крайне легкий, устойчивый, сыпучий продукт. Такую обработку вермикулита называют расслоением. После обработки конечный продукт приобретает окраску от серебристой до золотистой.

Нижеследующие свойства делают расслоенный вермикулит ценным и объясняют быстрый рост его применения, ограничиваемый только недостаточным его производством: малый вес (1 куб. м весит 100-125 кг), негорючесть, непроницаемость (только 6,2% влаги после содержания при 100%-ной относительной влажности в течение 300 часов), неразрушимость, неразлагаемость, стойкость против насекомых и грызунов и прежде всего изолирующее действие по отношению к теплу, холоду, звуку и электричеству.

Вот полный химический состав южноафриканского вермикулита:

SiO2 – 39,37

TiO2 – 1.25

Al2O2 – 12,08

Fe2O3 – 5,48

FeO – 1,17

MnO – 0,30

MgO – 23,37

CaO – 1,46

Na2O – 0,80

K2O – 2,46

H2O – 11,09*

CO2 – 0,60

P2O5 – 0,15

Li2O – 0,03

BaO – 0,03

Cl – 0,02

SO3 – 0,02

S – 0,18

* при 105C

Из этого технического описания мы можем сделать вывод, что расслоенный вермикулит представляет собой идеальный материал в качестве субстрата для выращивания растений без почвы: он химически инертен, сыпуч, хорошо поглощает воду и прекрасно сохраняет структуру. По данным практики США, он может применяться для выращивания растений без всякой предварительной обработки.

В настоящее время в Европе предпочтение отдается крупнозернистой пемзе и пенистой лаве. Речь идет об изверженных породах, несколько похожих на губку и обладающих вследствие этого исключительно высокой поглотительной способностью. Обе породы обладают стойкой структурой и сыпучи, но их химические свойства не идеальны. Они содержат довольно много свободной извести и другие соединения, которые в последующем очень охотно вступают в нежелательные обменные реакции с питательным раствором. При этом различные важные составные части питательного раствора переходят в такую форму, в которой они уже не могут поглощаться растениями.

Однако устранить эти недостатки можно путем очень простых операций. Так, например, мы можем промыть гравий из пемзы сильно разведенной серной кислоты до тех пор, пока не прекратится выделение пузырьков газа. После этого гравий, из которого удалена известь, оставляют на много часов в чистой воде, после чего тщательно промывают в проточной воде. По окончание промывки такой гравий может применяться без всякого опасения.

Другим методом обезвреживания гравия является выдерживание его в течение суток в растворе суперфосфата в кипяченой воде (750 г суперфосфата на 10 л воды). Через сутки избыток раствора сливают, а гравий промывают чистой водой, чем и заканчивается его обработка.

Во многих районах можно без труда приобрести термозит (доменный шлак), который после специальной обработки также может использоваться в качестве субстрата. Что представляет собой термозит? Он приготавливается из шлака доменных печей, жидкого побочного продукта выплавки чугуна, превращаемого действием водяного пара в гравиеподобный, высокопористый материал.

К сожалению, термозит имеет еще более высокую щелочность, чем пемза или пенистая лава (до 43% CaO). Несмотря на это, его можно подготовить так же, как и пемзу, но только в этом случае нужно быть еще более тщательным, чтобы полностью удалить известь из субстрата. Преимуществом термозита является его низкая стоимость, весьма выгодно отличающая от ранее упоминавшихся материалов. По тем же причинам следует уделить особое внимание каменноугольным шлакам, которые можно приобрести по очень низкой цене.

Для рентабельности промышленных беспочвенных установок в большинстве случаев стоимость культурального субстрата является значительным бременем. Поэтому вполне естественно, что поиски дешевых заменителей пемзы и подобных ей материалов начались уже давно. Подходящие шлаки представляют собой такие заменители, которые оказались полноценными во всех отношениях. Цветоводам-любителям повезло в том отношении, что они могут воспользоваться опытом, уже накопленным в производственных условиях.

Пригодными для использования являются хорошо прокаленные каменноугольные или коксовые шлаки; все другие сорта шлаков (например, шлак бурого угля) вообще непригодны для этой цели.

Необходимое количество шлака тщательно очищают от постороннего мусора и затем механически измельчают.

При большой потребности производственных установок в субстрате, для измельчения шлака большей частью пользуются камнедробильными машинами, но мы вполне обойдемся простой трамбовкой и кувалдой. Из измельченного субстрата нам необходимо отобрать фракции с диаметром частиц 0-15 мм, и здесь нашими помощниками будут сита с соответствующим диаметром отверстий. После этого проверяют, не нуждается ли субстрат в предварительной химической обработке.

Рис. 26. Приготовление неорганического субстрата: I – крупные агрегаты измельчаются трамбовкой и кувалдой; II – измельченный субстрат разделяют на фракции на грохоте или решетах; III – нужные фракции субстрата выдерживают в разведенной серной кислоте для удаления щелочей и стерилизуют перекисью марганца; IV – перед употреблением субстрат тщательно промывают водой.

Между двумя видами шлаков может иметься довольно большая разница, особенно в отношении их пригодности для выращивания растений без почвы. Исходный материал, температура горения и другие факторы играют важную роль. Очень часто оказывается необходимой предварительная обработка шлака для удаления из него ядовитых веществ, прежде всего соединений серы и, конечно, извести.

Испытание проводится очень просто. Из массы шлака берут примерно 1 л испытуемого материала и высыпают его в стеклянную банку для консервирования. Во вторую такую же банку наливают примерно 0,5л воды и очень осторожно доливают в эту банку равное количество концентрированной серной кислоты (Серную кислоту разводят, вливая ее в воду, но никогда нельзя лить воду в кислоту. Это очень опасно!). Этой разведенной кислотой поливают шлак пока не будет полностью покрыт раствором. Если на поверхности раствора начнет образовываться пена, появятся пузырьки газа с запахом тухлых яиц, то тогда весь шлак необходимо подвергнуть химической обработке. Однако если ничего подобного не происходит, значит нам исключительно повезло и удалось получить вполне пригодный к употреблению шлак.

Требующиеся для наших целей небольшие количества шлака лучше всего сразу же насыпать в покрытые битумной краской сосуды и залить их серной кислотой, разведенной в отношении 1:10 (10 л воды на 1 л кислоты). Выждав, когда прекратится образование пены и пузырьков газа, из промытого водой шлака снова берут небольшую пробу и подвергают ее вышеописанному испытанию кислотой в стеклянной банке. Это необходимо, поскольку весьма вероятно, что первая предварительная обработка все массы субстрата могла оказаться недостаточной для превращения всех опасных соединений в газообразный сероводород (с запахом тухлых яиц) или в водорастворимые сульфаты. Таким образом, если в стеклянной банке снова появится пена и будут подниматься пузырьки газа, то вся процедура должна быть повторена со свежеприготовленным раствором кислоты. Обычно вполне достаточно уже однократной обработки.

Перед окончательным использованием шлака его очень тщательно промывают обычной водой для удаления всех соединений, переведенных в результате обработки в растворимое состояние, а также и остатков серной кислоты. Для проверки полноты удаления кислоты в сливную воду (после многократного промывания) опускают лакмусовую бумажку (такая бумага понадобится и в последующем для проверки pH питательного раствора); в данном случае допустима лишь слабокислая реакция. После этого шлак готов для употребления.

Не скроем, что шлаки в одном отношении не совсем отвечают нашим требованиям: острые края частиц делают шлак несколько менее сыпучим и с ним приходится работать осторожнее. Однако этот недостаток в значительной степени можно устранить добавлением к шлаку (перед только что описанной обработкой) примерно 10% кварцевого песка.

Кварцевый песок, базальтовая крошка и дробленый гранит химически нейтральны, что объясняется высоким содержанием в них силикатов. К сожалению, они не поглощают влаги и их частицы имеют очень острые края (в частности, гранит и базальт). Их в лучшем случае можно использовать в качестве примесей к другим материалам, например к шлаку или пемзе.

При выращивании некоторых культур, предпочитающих умеренно влажные местообитания (например, кактусов и т.п.), очень полезно добавлять базальтовую крошку к другим хорошо поглощающим воду субстратам.

Мы воздерживаемся от использования кирпичной крошки, хотя ее часто рекомендовали в некоторых прежних публикациях. Здесь в большинстве случаев приходится считаться с очень высоким содержанием извести, которую необходимо удалить. Кроме того, кирпичная крошка обладает не особенно устойчивой структурой. Через самое непродолжительное время на дне нашей земляной выемки или сосуда образуется отложение ила, который взмучивается при спуске питательного раствора и приводит к закупорке труб и к другим помехам. Сам питательный раствор окрашивается илом в красноватый цвет, что затрудняет анализ раствора, а в некоторых случаях просто делает его невозможным. Наконец, в кирпичной крошке очень часто присутствуют многие посторонние примеси неопределенного характера (смолы, металлы и т.д.), которые, как потенциально ядовитые для растений вещества, могут представлять опасность.

Такие органические вещества, как торфяная крошка или сфагновый мох, можно не рассматривать, потому что мы познакомились с ними уже в разделе о выращивании растений не стенках их мха. Все, что о них было сказано там, конечно, относится ко всем случаям их применения.

В исследованиях последних лет удалось доказать, что присутствие гумусных веществ в культуральном субстрате установки для выращивания растений без почвы оказывает на растения непосредственное и благоприятное влияние. Это ни в коей мере не противоречит нашим прежним рассуждениям, так как гумусные вещества в данном случае не выступают в качестве источника питания растений. Действие гумусных веществ проявляется благодаря следующим их особенностям.

Они способствуют поглощению питательных веществ, потому что повышают растворимость минеральных солей и не дают им осаждаться из раствора (образование комплексов с органическими соединениями). Кроме того, оказалось, что корни растений, покрытые слоем гумусных веществ, лучше поглощают неорганические питательные вещества.

Благодаря присутствию гумусных веществ питательный раствор приобретает "буферность", то есть большую устойчивость против смещения реакции.

В гумусе содержатся различные растворимые гумусные вещества или сопутствующие им продукты вроде антибиотиков, ростовых веществ, эстрогенные вещества и т.д., которые могут поглощаться растением и способствовать его лучшему развитию.

Если учесть эти обстоятельства, то нетрудно понять, почему в настоящее время к субстрату охотно подмешивают какое-либо органическое вещество – большей частью торф. Смесь половинных объемов неорганического гравия и торфа очень оправдала себя, а в некоторых местах успешно работают и с чистым торфом. В последующем мы вернемся к этому вопросу и проследим развитие отдельных растений в чистом гравии, а также для сравнения в смеси гравия с торфом или в чистом торфе. При этом нужно тщательно отметить, какие именно виды растений особенно хорошо реагируют на присутствие гумусных веществ.

Вода, которую предполагается использовать для приготовления питательного раствора, также должна быть проанализирована, чтобы выяснить, пригодна ли она вообще. Между дистиллированной водой и водой из водопроводного крана существует большая разница. Водопроводная вода часто содержит неожиданно много растворенных веществ и прежде всего так называемых карбонатов (солей углекислоты).

В тесной связи с этим находятся "жесткость воды" и ее "pH" – термины, которые каждый, конечно, уже где-нибудь слышал.

Принципиально мы можем констатировать, что при выращивании растений без почвы можно использовать любую воду, вполне пригодную для питья. Вероятно, никому не придет в голову без раздумий брать воду из ручья, реки или пруда, если он не уверен, что эта вода пригодна. Столь же осторожно нужно быть и по отношению к растениям. На что же здесь следует обратить внимание?

Вода безусловно должна быть свободной от растительных ядов. В отношении прудов, ручьев, рек, а также колодцев и даже родников существует опасность загрязнения их воды промышленными сточными водами. Эти воды могут содержать опасные яды, уничтожающие все живое. Явное доказательство этому все новые случаи гибели рыбы. Особенно скверно то, что подобные ядовитые сточные воды не обязательно постоянно присутствуют в воде. Часто бывает, что вода какой-нибудь речушки, вчера еще пригодная для питья, сегодня уже несет сброшенные в нее ядовитые воды.

Затем мы должны установить содержание в воде растворенных веществ, из природу и значение pH. Обилие животных и растительных организмов в воде указывает на отсутствие ядов. Взяв пробу воды, лучше всего передать ее химику или биологу для определения размера сухого остатка на 1 л воды. При содержании растворенных солей до 200 мг на 1 л можно не беспокоиться. Однако, если речь идет о больших количествах, воду необходимо подвергать предварительной обработке или же учесть состав растворенных в ней солей при приготовлении питательного раствора. (Об этом подробнее говорится в разделе о питательных растворах.) В большинстве случаев речь идет о содержании карбонатов кальция и магния, определяющих также жесткость воды. Они удаляются простым процессом "смягчения воды".

Крупные предприятия имеют установки для смягчения воды, а для нас уже достаточна обычная торфяная крошка благодаря способности торфа смягчать воду. Мы используем высокое содержание в торфе ценных гумусовых кислот и связыва6ем ими содержащийся в воде кальций. Торф от этого не обесценивается, потому что его можно использовать для удобрения в открытом грунте. В данном случае просто предупреждается обычно происходящее в почве соединение гумусовой кислоты с известью. Тюк торфяной крошки весом 70 кг может связать примерно 1,5-2,0 кг окиси кальция. Соответственно при помощи одного тюка торфяной крошки можно снизить жесткость 10-13 кубометров воды с 32 до 17о. Для этого торф в проволочной сетке, мешке или в другой таре всего на одну ночь оставляют в воде. Смягченную таким образом воду можно использовать для приготовления питательного раствора.

Водопроводная вода, предназначаемая для питья, вполне подходит для наших целей. Тем не менее, если это возможно, следует получить не соответствующей станции водоснабжения полный анализ, чтобы знать состав солей, растворенных в воде. Если вода очень жесткая, ее в случае необходимости можно смягчить уже описанным способом.

Идеальным для нас являются дождевая и дистиллированная вода. Для научных опытов можно пользоваться только дистиллированной водой, совершенно свободной от каких-либо растворенных составных частей. Тогда можно быть уверенным, что результаты опыта не будет искажены. Мы можем спокойно отказаться от дистиллированной воды, но попробуем покрыть свою не очень большую потребность путем сбора дождевой воды. Здесь следует предупредить против сбора дождевой воды с пропитанных смолами крыш или с других видов кровли, которые могут отдавать стекающей с них воде ядовитые для растений вещества. Любая старая крыша может быть без опасений использована в качестве поставщика дождевой воды.

Запасы воды, которые у нас могут создаться, следует держать по возможности в прохладном месте и без доступа света, чтобы предотвратить порчу или, что часто случается на свету, возможное образование водорослей.