Влияние соли (NaCl) в гидропоническом и аквапоническом растворе на урожай каннабиса

Гроупедия Dzagi

Влияние солевого стресса на каннабис до сих пор не было полностью изучено. В этой работе авторы изучали влияние различных концентраций поваренной соли NaCl (1-40 миллимоль/литр) в гидропонных и аквапонных системах в период цветения каннабиса.

Параметры роста (высота, объем кроны), физиология растений (содержание хлорофилла, газообмен между листьями, флуоресценция хлорофилла и эффективность использования воды) и физико-химические свойства раствора (pH, EC и питательные вещества) измерялись на протяжении всего эксперимента. После созревания соцветий растения собирали и определяли урожай (биомасса сухого соцветия) и активность соцветия (массовая концентрация каннабиноидов).

Было обнаружено, что каннабиноиды линейно уменьшаются с увеличением концентрации NaCl. Также была обнаружена фитотоксическая концентрация NaCl в гидропоническом, но не аквапоническом растворе – она составляет 40 мМ/л.

Механизмы аквапонического раствора, которые позволяют повысить устойчивость к NaCl, заслуживают дальнейшего изучения.

Зачем растению нужна соль?

Засоление корневой зоны растения является преобладающим фактором стресса, который создает три основных проблемы для корней обычных полевых культур. Чтобы понять, как это работает необходимо понять, что такое водный потенциал.

Водный потенциал — один из фундаментальных показателей термодинамического состояния воды. Её молекулы обладают кинетической энергией, поскольку и в жидкости, и в газе (водяном паре) быстро и беспорядочно движутся. Чем выше концентрация этих молекул в системе, тем больше их общая кинетическая энергия и выше водный потенциал. Таким образом, у чистой воды он максимален. Если две системы, содержащие воду (например, почва и атмосфера или клетка и окружающий её раствор), вступают в контакт, то беспорядочное движение молекул приведет к их результирующему движению туда, где их меньше, — из области с более высоким водным потенциалом (с более высокой энергией) туда, где он ниже (ниже энергия), пока их концентрации в обеих системах не уравновесятся.

Таким образом, засоление влияет на водный потенциал почвы, который сначала снижается из-за засухи, вызванной наличием солей, затем понижается из-за поглощения Cl- и Na+ и, наконец, ещё сильнее снижается из-за нарушений баланса питательных веществ.

Проблема солёности заключается в том, что соли вызывают осмотический и водный стресс, но также являются веществом, которое поддерживает осмотическое давление клеток.

Читай: Как промывать субстрат, чтобы избежать засола

Почему аквапоника?

Аквапоника — это развивающаяся форма сельского хозяйства с контролируемой средой, использующая отходы аквакультуры в качестве источника питательных веществ для растениеводства. Эта система приобрела в последнее время коммерческую популярность как устойчивая система, способная производить как растения, так и рыбу, при одновременной переработке ресурсов (например, воды и питательных веществ).

Из-за высокой эффективности использования воды в аквапонике (потребляет 0,3–5% от общего раствора системы в день), раствор рециркулирует дольше, чем большинство рециркулирующих гидропонных систем, что потенциально может привести к накоплению Na+ и Cl-.

Физически аквапоника содержит заметные количества органических веществ, которые подвергаются минерализации, обеспечивая растение доступными питательными веществами. Этому органическому веществу и в некоторой степени другим твердым частицам присуще отрицательное давление, действующее так же, как осмотическое средство для улучшения состояния воды и уменьшения стресса от «засухи» в солевых растворах.

Аквапонические системы также отличаются от обычных гидропонных растворов биологически, поскольку большинство из них содержат богатый микробиом, который включает бактерии и грибки, способствующие росту растений. Кроме того, нитрифицирующие бактерии в аквапоническом растворе обеспечивают стабильную поставку NO3 из органических источников NH4. Непрерывное поступление NO3 может облегчить стресс, связанный с NaCl, учитывая, что увеличение поступления NO3 показало снижение клеточной токсичности Cl-.

Чтобы определить влияние NaCl на рост, физиологию, урожайность и активность C. sativa (выработку вторичных метаболитов), в контролируемой среде применяли увеличивающиеся концентрации NaCl с 1 до 40 мМ в обычных гидропонных и аквапонических растворах на стадии цветения. Была выдвинута гипотеза, что растения будут иметь зависимые от концентрации ответы на NaCl, предсказывая тенденцию к снижению роста, физиологической производительности, урожайности и активности по мере увеличения концентрации NaCl. Также ожидалось, что толерантность к NaCl будет варьироваться в зависимости от раствора из-за разницы в биогеохимии гидропонных и аквапонических растворов.

Дизайн эксперимента

Для эксперимента использовался сорт Nordle. Из материнского растения было взято 120 черенков, сначала их укореняли с помощью гормона-корнеобразователя, а после укоренения пересаживали в горшки объемом около 1 литра с инертным субстратом. Вегетативный рост происходил в течение 21 дня в полностью контролируемых условиях. Из выживших растений было отобрано 60 растений одного размера, затем их пересадили в 8-литровые горшки и далее их выращивали при режиме освещения 12/12 часов. Первые 11 дней цветения все растения получали одинаковые концентрации удобрений. На 12 день, когда длина корней позволила им касаться раствора, растения были подвергнуты воздействию соответствующих водно-солевых растворов.

Эксперимент был полностью рандомизированым за исключением двух факторов: тип системы выращивания (гидропоника и аквапоника) и концентрация NaCl. Гидропонные растворы имели концентрации NaCl (в мМ) 1, 5, 10, 20 и 40; аквапонические растворы имели концентрации NaCl (в мМ) 4, 8, 10, 20 и 40. Каждая комбинация концентраций раствора и NaCl была воспроизведена шесть раз, причём каждый раз — для отдельного растения, выращенного в одной из 10 комбинаций NaCl и раствора (2 раствора x 5 концентраций x 6 повторов = 60 растений).

Подробные характеристики удобрений и методы приготовления растворов вы можете посмотреть на странице исследования.

Соль влияет на физиологию растений

Концентрация NaCl влияла на рост и физиологию растений C. sativa, выращенных в гидропонном растворе, но не влияла на рост растений в аквапоническом растворе. Большинство параметров, которые были измерены с течением времени, имели пониженные значения у растений, выращенных в 40 мМ гидропонном растворе NaCl.

У растений, выращенных в гидропонном растворе с концентрацией 40 мМ NaCl, с течением времени наблюдалось снижение индекса роста по сравнению с растениями, выращенными в гидропонных растворах 1 и 10 мМ NaCl, тогда как NaCl не влиял на растения, выращенные в аквапоническом растворе.

Скорость фотосинтеза и максимальная потенциальная квантовая эффективность фотосистемы II были нарушены, когда NaCl превышал 40 мМ.

С другой стороны, растения, выращенные в аквапоническом растворе, не реагировали на концентрации NaCl в отношении физиологических параметров на уровне листа.

NaCl снижает урожайность и психоактивность

NaCl, превышающий 5 мМ, приводил к снижению активности растений, выращиваемых в обоих растворах, и снижению урожайности растений, выращенных в гидропонном растворе. Предполагается, что снижение фотосинтетической способности, вызванное кумулятивным солевым стрессом, способствует линейному снижению производства биомассы сухих соцветий за счет снижения способности ассимилировать углерод. Это было подкреплено положительной корреляцией между физиологическими параметрами и биомассой соцветий у гидропонных растений.

В отличие от реакции роста, физиологии и биомассы, производство каннабиноидов одинаково зависело от концентрации в обоих типах растворов. Воздействие на корни каннабиса раствора с увеличивающейся концентрацией NaCl уменьшало концентрацию каннабиноидов линейным образом с 1 до 40 мМ NaCl.

Потенциальная толерантность к соли в аквапонике

Негативное влияние NaCl на рост и физиологию растений было очевидно у растений, выращенных в гидропонном растворе, но не у растений, выращенных в аквапоническом растворе. Кроме того, аквапонические растения при обработке 4 мМ NaCl имели более высокую биомассу сухих соцветий, чем гидропонные растения при обработке 1 мМ NaCl. Это указывает на то, что аквапоника может конкурировать с гидропоникой при добавлении питательных веществ.

Хотя оба раствора имели схожие EC, гидропонный раствор имел более высокие концентрации N, P, K и питательных микроэлементов, а аквапонный раствор имел более высокие концентрации Si, SO4-2 и Mg2+ . Недавние исследования определили кремний (Si) как важную молекулу в переносе солевого стресса, регулируя осмотический баланс лубяных волокон. Более высокие концентрации Si в аквапоническом растворе (0,13 мМ) по сравнению с гидропонным раствором (0,02 мМ), возможно, позволили ассимилировать большее количество Si, однако анализ питательных тканей растений не проводился, и поэтому ассимиляция не могла быть подтверждена.

Выводы

Урожайность и эффективность каннабиса снижались при постоянном воздействии на корни возрастающих концентраций NaCl, при этом 40 мМ оказались фитотоксичными для растений, выращенных в гидропонном растворе.

При культивировании каннабиса гроверы должны с осторожностью использовать NaCl ≥ 5 мМ в своем растворе. Измеряя концентрации Na+ и Cl- в исходной воде, удобрениях и рециркулирующем питательном растворе, бридеры и гроверы теперь могут принимать более обоснованные решения о том, когда следует заменить их раствор для фертигации. Это может уменьшить потенциальное снижение эффективности и урожайности C. sativa, вызванные солевым стрессом, а также предотвращение выброса раствора.

Специфический отрицательный порог стресса NaCl для каннабиса от 1 до 10 мМ, а также эффекты периодического солевого стресса заслуживают дальнейшего изучения.

С другой стороны, данное исследование показало, что определенный аспект аквапонического раствора может способствовать устойчивости к солевому стрессу. Необходимы дальнейшие исследования конкретных механизмов, снижающих солевой стресс в аквапоническом растворе, они могут быть экстраполированы на гидропонное производство, что позволит обеспечить оптимальный рост при более высоких концентрациях NaCl. Это эффективно уменьшит расход раствора для фертигации, а также может снизить потребности в фильтрации, связанные с дорогостоящим удалением Na+.

Еще почитать:

Будь с нами на одной волне

▪ Сообщество Dzagi: dzagi.club

▪ Всегда доступны: dzagi.xyz/enter

Наши телеграм каналы:

▪ Основной: @dzagiofficial

▪ Чат: @dzagi4at

▪ Гроупедия: @growpediadzagi

▪ «Автор, Жги!»: @burnwriter

▪ Гроурепорты: @dzagirep

▪ Мемы, приколы: @dzagi420

▪ Кубок Dzagi: @dzagicup

▪ DzagiSeeds: @dzagiseed

Мы в социальных сетях:

▪ Youtube ▪ Instagram

▪ VK ▪ Twitter