Τα Είδη των Υποστρωμάτων στις Υδροπονικές Καλλιέργειες

Υδροπονία: Τα Είδη των Υποστρωμάτων στις Υδροπονικές Καλλιέργειες

6 Νοεμβρίου 2020

Στις υδροπονικές εγκαταστάσεις ένα από τα βασικότερα στοιχεία είναι το υπόστρωμα. Το υπόστρωμα είναι ένα πορώδες μέσω που αντικαθιστά το φυσικό χώμα. Θα πρέπει να επιτελεί όλες τις λειτουργίες που γίνονται από το χώμα με ακόμα καλύτερο τρόπο. Οι βασικές λειτουργίες του εδάφους που καλείται να επιτελέσει σε μια υδροπονική καλλιέργεια είναι η τροφοδότηση του φυτού με νερό και θρεπτικά στοιχεία, η παροχή οξυγόνου στο ριζικό σύστημα και η μηχανική στήριξη.

Στα υποστρώματα είναι πολύ σημαντική η αναλογία μεταξύ νερού και αέρα στους πόρους του, η εξασφάλιση επάρκειας νερού και οξυγόνου και η συγκράτηση νερού και απόδοσης του στα φυτά. Αξίζει να σημειωθεί ότι κάθε υπόστρωμα έχει διαφορετική ικανότητα να συγκρατεί και να αποδίδει το χορηγούμενο νερό στο φυτό.

Λόγω του περιορισμένου όγκου ανά φυτό σε σχέση με το έδαφος οδηγούμαστε σε συχνή άρδευση το οποίο δεν αποτελεί κανένα πρόβλημα καθώς επιτυγχάνεται μέσω των αυτοματισμών. Ο περιορισμένος όγκος των υποστρωμάτων αποτελεί έναν σημαντικό παράγοντα επίσης στην διαχείριση της λίπανσης καθώς θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η χαμηλότερη ρυθμιστική ικανότητα για το pH και την σύσταση του θρεπτικού διαλύματος, ο περιορισμένος εφοδιασμός θρεπτικών στοιχείων και η περιορισμένη ανάπτυξη ριζικού συστήματος (μικρότερο ριζικό σύστημα με μεγάλη πυκνότητα). Για την ικανοποίηση των υδατικών και θρεπτικών αναγκών οι πρακτικές που ακολουθούνται είναι συχνή άρδευση για μικρά χρονικά διαστήματα με θρεπτικό διάλυμα και όχι σκέτο νερό. Το θρεπτικό διάλυμα θα πρέπει να περιέχει όλα τα απαραίτητα για την θρέψη των φυτών χημικά στοιχεία καθώς τα υποστρώματα είναι κυρίως χημικά αδρανή, που σημαίνει ότι δεν περιέχουν θρεπτικά στοιχεία σε διαθέσιμη μορφή για το φυτό.

Επιλογή υποστρώματος

Η επιλογή του κατάλληλου υποστρώματος είναι ένα από τα βασικά ερωτήματα που τίθενται. Οι διαφορετικές προελεύσεις και φυσικοχημικές ιδιότητες δημιουργούν μια μεγάλη ποικιλία υποστρωμάτων που χρόνο με τον χρόνο μεγαλώνει. Από πλευράς φυσικοχημικών ιδιοτήτων προτιμώνται υποστρώματα αδρανή χημικά ώστε να επιτυγχάνεται καλύτερος έλεγχος της θρέψης, με μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα E.C.

Επιθυμητά χαρακτηριστικά

Τα επιθυμητά χαρακτηριστικά που πρέπει να έχουν τα υποστρώματα είναι:

Απουσία παθογόνων και ζιζανίων. Για τον σκοπό αυτό τα υποστρώματα θα πρέπει να απολυμαίνονται πριν την διάθεση τους στην αγορά αν δεν προέρχονται από υλικά ή μεθόδους κατεργασίας που εγγυώνται την απουσία παθογόνων.
Καλή συγκράτηση υγρασίας και απόδοσης στα φυτά. Ένα κατάλληλο υπόστρωμα θα πρέπει να συγκρατεί ικανή ποσότητα νερού μετά την άρδευση και να το διαθέτει εύκολα στα φυτά.
Επάρκεια αέρα. Θα πρέπει να υπάρχει μια ισορροπημένη σχέση μεταξύ των όγκων που καταλαμβάνει το νερό κα ο αέρας μέσα στο πορώδες του.
Ομοιομορφία και σταθερή δομή. Σε αντίθεση με το χώμα το υπόστρωμα έχει ομοιογενή σύσταση ώστε να μπορεί να προβλεφθεί η συμπεριφορά του στην διαθεσιμότητα νερού και θρεπτικών στοιχείων και σταθερή δομή ώστε να μην αποσυντίθεται κατά την διάρκεια της καλλιέργειας και να έχει αυξημένο χρόνο ωφέλιμης ζωής ώστε να μειώνεται το κόστος αντικατάστασης που συνεπάγεται μείωση του κόστους της καλλιέργειας.
Ευκολά διαχειρίσιμο. Θα πρέπει να είναι εύκολο στον χειρισμό, ελαφρύ και τοποθετημένο σε κατάλληλη συσκευασία ώστε να μειώνεται σημαντικά το κόστος σε εργατικά που απαιτείται για την εγκατάσταση μιας νέας καλλιέργειας.
Κόστος. Το κόστος του υποστρώματος είναι μια σημαντική παράμετρος αξιολόγησης καθώς καλύτερο υπόστρωμα θεωρείται αυτό που δίνει το μεγαλύτερο εισόδημα. Θα πρέπει λοιπόν το κόστος απόκτησης και μεταφοράς να είναι χαμηλό.

Ιδιότητες υποστρωμάτων

Όσον αφορά τις ιδιότητες των υποστρωμάτων αυτές είναι φυσικές, χημικές και μικροβιολογικές.

Οι φυσικές ιδιότητες είναι:

Η κοκκομετρική κατανομή η οποία είναι η εκατοστιαία κατανομή των κόκκων στο συνολικό όγκο του υποστρώματος. Έχει εφαρμογή μόνο στα κοκκώδη υποστρώματα:
- Λεπτοί κόκκοι: <0,60 mm
- Ελαφρώς λεπτοί κόκκοι: 1,69-2,38 mm
- Μέτρια χονδροί κόκκοι: 4,01-6,35 mm
- Χονδροί κόκκοι: >6,35 mm
  - Χονδρόκοκκα υποστρώματα: μεγάλο μέγεθος πόρων, μικρή συγκράτηση νερού.
  - Λεπτόκοκκα υποστρώματα: μικρό μέγεθος πόρων, μεγάλη συγκράτηση νερού, κακή στράγγιση και κακός αερισμός.
Το ολικό πορώδες, το οποίο είναι ο λόγος του όγκου που καταλαμβάνουν οι πόροι σε ένα υπόστρωμα προς το συνολικό όγκο του υποστρώματος. Στις υδροπονικές εγκαταστάσεις λαμβάνει τιμές από 40-95%. Όταν αναφερόμαστε μόνο στους ανοιχτούς πόρους τότε μιλάμε για ενεργό πορώδες.
Το φαινομενικό ειδικό βάρος, είναι το βάρος του σε ξηρή κατάσταση δια του όγκου που καταλαμβάνει. Πλεονέκτημα το χαμηλό φαινομενικό ειδικό βάρος.
- Άμμος: 1,48 – 1,80 g/cm³
- Ελαφρόπετρα: 0,62 – 0,95 g/cm³
- Περλίτης: 0,06 – 0,13 g/cm³
- Πετροβάμβακας: 0,05 – 0,10 g/cm³
Συνολική συγκράτηση νερού. Τα υποστρώματα συγκρατούν νερό μέσω ελκτικών δυνάμεων (δυνάμεις συνάφειας). Το φαινόμενο οπού προσκολλάται στοιβάδα νερού στην επιφάνεια των κόκκων ονομάζεται μύζηση. Για να έχουν τα φυτά εύκολα διαθέσιμο νερό θα πρέπει η μύζηση που ασκεί το υπόστρωμα στο νερό να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη. Τα λεπτόκοκκα υποστρώματα έχουν πολύ μεγαλύτερη ικανότητα συγκράτησης νερού (Εικόνα 2).

Εικόνα 2 Ικανότητα συγκράτηση νερού διαφόρων υποστρωμάτων

Όσον αφορά στις χημικές ιδιότητες των υποστρωμάτων, αυτές είναι:

Χημική σύνθεση. Είναι η % περιεκτικότητα των ανόργανων ή οργανικών συστατικών του. Εξαρτάται από την προέλευση τους, ανόργανα υλικά (ηφαιστειακά πετρώματα, ορυκτά κλπ), οργανικά υλικά (φυτικής ή ζωικής προέλευσης)
Ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων-ανιόντων. Κάποια υποστρώματα που είναι χημικά ενεργά έχουν την δυνατότητα να συγκρατούν και να ανταλλάσσουν κάποια ιόντα (κυρίως κατιόντα). Τέτοια είναι η τύρφη, κόκκος, βερμικουλιτής.
Οξύτητα (pH). Θεωρείται μια από τις πλέον σημαντικές παραμέτρους και αφορά μόνο τα χημικά ενεργά υποστρώματα καθώς τα χημικά αδρανή δεν το μεταβάλουν.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα. Εκφράζει την συγκέντρωση ανόργανων αλάτων στα υποστρώματα. Επιδιώκουμε η ηλεκτρική αγωγιμότητα να είναι χαμηλή. Σε περιπτώσεις υψηλής αγωγιμότητας πραγματοποιούνται εκπλύσεις του υποστρώματος με άφθονο νερό πριν την εγκατάσταση της καλλιέργειας.

Τα κυριότερα αδρανή υποστρώματα

Άμμος (sand)
1. Λεπτόκοκκη (0,05 – 0,5 mm)
  - Υψηλό πορώδες
2. Χονδρόκοκκη (0,5 – 2 mm)
  - Χαμηλό πορώδες

Αποφυγή χρήσεως της θαλασσινής και της ασβεστολιθικής, προτιμάται η κρυσταλλική (ποταμίσια). Έχει χαμηλό κόστος, απολυμαίνεται ευκολά με ατμό, έχει απεριόριστη διάρκεια ζωής και η χονδρόκοκκη παρέχει καλό αερισμό του ριζικού συστήματος αλλά δυστυχώς λόγω του μεγάλου ειδικού βάρους και της μειωμένης συγκράτησης νερού έχει περιορισμένη εφαρμογή στην πράξη.

Διογκωμένος περλίτης (Perlite)

Εικόνα 3 Διογκωμένος Περλίτης σε δοχεία και σάκους

Κόκκοι διαμέτρου 0-4 mm. Στην υδροπονία χρησιμοποιούνται 0-2 mm ή 1,5-3mm.
- Κοιτάσματα υπάρχουν στα ελληνικά νησιά Μήλος, Νίσυρο, Αντίπαρο και Κώ.
- Ολικό πορώδες 85-95%
- Εύκολο διαθέσιμο νερό 20-30%
- Υψηλό πορώδες (ιδανική αναλογία αέρα – νερού στη ριζόσφαιρα)
- Ομοιομορφία
- Ιδανικές συνθήκες στράγγισης
- Μηδενική ανταλλαγή κατιόντων
- Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλές καλλιέργειες καθώς οι κόκκοι θρυμματίζονται
Ελαφρόπετρα (Pumice)
- Κλασμάτωση 5 μεγεθών: 0-5, 0-8, 5-8, 0-16 και 20-70 mm με ασφαλέστερο τύπο τον 0-8 mm.
- Ολικό πορώδες 70-75%
- pH περίπου 7
- Μεγάλη διάρκεια ζωής έως και 10 χρόνια
- Μπορεί να τοποθετηθεί σε διάφορους υποδοχείς
- Χαμηλό κόστος
- Αυξημένο ειδικό βάρος (δύσκολοι χειρισμοί, υψηλό κόστος μεταφοράς)
Πετροβάμβακας (Rockwool)

Ινώδης υφή
- Υλικό ομογενοποιημένο και αποστειρωμένο
- Φαινομενικό ειδικό βάρος 0,05 – 0,10 g/cm³
- Ολικό πορώδες 95%
- Αέρας 20%
- Συγκράτηση νερού 75%
- Δυνατότητα ανακύκλωσης
- Πλάκες με επιθυμητό ύψος 7,5-10 cm, σε μεγαλύτερο ύψος μειώνεται η διαθεσιμότητα νερού λόγω μείωσης της υδραυλικής αγωγιμότητας
- Εύκολοι χειρισμοί των σάκων
- Απουσία παθογόνων
- Μεγάλη ικανότητα συγκρατήσεως νερού
- Εύκολα διαθέσιμο νερό (34-66%)
- Μη διαθέσιμο νερό <2%
- Αυξημένο κόστος
Διογκωμένη άργιλος (Expanded clay)
- Κοκκώδες προϊόν με κυψελοειδή δομή
- Μεγάλη ικανότητα συγκράτησης υγρασίας
- Μικρό ειδικό βάρος
- pH γύρω στο 7
- Χρησιμοποιείται κυρίως σε ερασιτεχνικά́ υδροπονικά συστήματα και σε μείγματα με άλλα υποστρώματα
- Κοκκομετρία (σε mm): 0-4, 4-8 (κυρίως), κλπ.
- Πρέπει να τοποθετείται σε σάκκους μικρού ύψους (<8 εκ)
- Αυξημένο κόστος
Τύρφη
- Αποτέλεσμα της μερικής αποσύνθεσης υδροχαρών φυτικών ιστών (καλάμια, βρύα κλπ).
- Αυξημένη περιεκτικότητα σε οργανική ουσία
- Οι τύποι τύρφης ποικίλουν ανάλογα με τον βαθμό αποσύνθεσής τους.
Κοκοφοίνικας

Εικόνα 5 Ρίζα αναπτυγμένη σε κοκοφοίνικα

Προέλευση: φλοιός των καρύδων (μεσοκάρπιο)
- Αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής
- Αυξημένη υδατοϊκανότητα
- Χαμηλή EC και pH από 5,5 έως 6
- Προέλευση: Σρι Λάνκα, Ινδονησία
- Υπάρχουν διάφορα είδη ανάλογα με την προέλευση, κατεργασία, στάδιο αποσύνθεσης.
- Συμπιέζεται και κυκλοφορεί στην αγορά με μορφή πλακών ή σάκων. Διογκώνεται μετά την διαβροχή του.
- Ολικό πορώδες ~90%
- Ευκολά διαθέσιμο νερό: ~35%
- Υψηλή ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων που προκαλεί δυσχέρεια στον ακριβή έλεγχο των φυτών (αυξημένες συγκεντρώσεις K, Na και μειωμένη απορρόφηση Ca, Mg)

Για την τελική επιλογή υποστρώματος θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν οι συνθήκες της περιοχής καλλιέργειας, η ποιότητα του αρδευτικού νερού και το κόστος.

Ηλίας Παπαδόπουλος
Γεωπόνος MSc
i-CON.SHARE

Βιβλιογραφία:

RESH, H. M. 2013. HYDROPONIC Food Production.

ΝΕΟΚΛΕΟΥΣ, Δ. 2014. Εγχειρίδιο Υδροπονίας. Ινστιτούτο Γεωργικών Ερευνών – Γραφείο Τύπου και Πληροφοριών.

ΤΕΙ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ, 2018.

ΣΑΒΒΑΣ, Δ. 2011. Καλλιέργειες εκτός εδάφους: Υδροπονία, Υποστρώματα, Αθήνα, Εκδόσεις ΑγρόΤυπος.