Подбор оптимальных условий выращивания руколы при возделывании в условиях гидропонной культуры
- Авторы: Пальцев Л.А.1, Суслов Е.А.1, Харлап С.Ю.1, Цыбин В.А.1
-
Учреждения:
- Уральский государственный аграрный университет
- Выпуск: № 3 (2025)
- Страницы: 133-142
- Раздел: Садоводство и питомниководство
- Статья получена: 30.09.2025
- Статья опубликована: 05.12.2025
- URL: https://journal-vniispk.ru/2312-6701/article/view/316284
- ID: 316284
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Выращивание руколы (Eruca sativa Mill.) в условиях защищенного грунта – востребованное направление, которое связано с расширением сортимента овощных культур в РФ, развитием здорового образа жизни и увеличением уровня потребления зеленных растений. Ценные органолептические качества листьев и микрозелени руколы все чаще делают ее компонентой пищи, растение актуально в лечебном питании. Поскольку растение потребляется круглогодично именно в свежем виде важно оптимизировать способы возделывания этой культуры с учетом современных технологических возможностей выращивания в защищенном грунте. Цель работы – выяснить оптимальные условия возделывания руколы на многоярусной горизонтальной гидропонной установке периодического затопления, а именно, провести исследование влияния плотности посева и состава питательного раствора на рост и урожайность сорта Виктория. При закладке вегетационного эксперимента использовали разную плотность посева семян: 105, 210 и 315 растений на 1 м2. В качестве субстрата применяли смесь из торфа и агроперлита. Полив проводили методом периодического затопления с использованием трех вариантов питательных растворов, отличающихся по концентрации минеральных компонентов (680, 1100 и 1370 ppm). Интенсивность светового потока составляла 160 Вт/м2. Сменяемость режима освещения обеспечивали автоматизированной системой контроля в режиме смены дня и ночи каждые 12 часов. Эксперимент длился 50 дней, в течение которых вели учет динамики роста растений путем подсчета количества листьев. По завершении эксперимента провели статистическую обработку полученных данных. Была построена регрессионная модель, учитывающая три параметра: масса урожая, число растений на горшок и концентрация питательных веществ в растворе. В результате установлено, что максимальное количество листьев и наибольшая сырая масса получены при плотности посадки 210 растений на 1 м2. Были определены оптимальные условия выращивания руколы сорта Виктория для получения максимального урожая листьев: выход сырой массы сырья на горшок более 80 г при посеве 11 семян на горшок (231 растение на 1 м2) и концентрации питательного раствора 1344 ppm с соотношением NPK 14:9:20.
Полный текст
Введение
Рукола (Eruca sativa Mill.) является популярной овощной культурой (Rana, 2017). Зелень руколы содержит полезные для здоровья биологически активные вещества, антиоксиданты и витамины (A, С и К), тиамин, рибофлавин, ниацин, пантотеновая кислота, пиридоксин, различные макро и микроэлементы (Cu, Fe, K, Ca, Mn, P) и некоторые другие необходимые человеку нутриенты, оказывающие позитивное влияние на здоровье (Chapman-Lopez et al., 2023; Coolong et al., 2013; Kopsell et al., 2023).
Возделывание руколы возможно в открытом и закрытом грунте, в совместных посевах с другими культурами (Lino et al., 2021; Viana et al., 2021; Yang et al., 2021), а также активно выращивается с использованием гидропонных установок, что обосновано высокой урожайностью в таких условиях (Бербеков, Езаов, 2015; Genuncio et al., 2011; Santos et al., 2022). Выращивание зеленных культур на гидропонных установках имеет ряд преимуществ, связанных с экономией воды и площадей, логистических издержек, точной дозировкой удобрений, стабильной урожайностью, которая опирается на технологически отрегулированные циклы возделывания (Киселева и др., 2024; Пальцев, Носков, 2019; Buehler, Junge, 2016), отсутствие или минимизация потерь от болезней и вредителей, экологичность получаемого фреш-сырья (Benke, Tomkins, 2017; Oliveira et al., 2022). Также использование программного обеспечения и искусственного интеллекта сегодня активно внедряется, что может масштабировать производство, понизить затраты на процесс выращивания и улучшить качество продукции (Asseng, Eichelsbacher, 2024; Kabir et al., 2023; Rajaseger et al., 2017).
Поиск оптимальных условий для выращивания различных сельскохозяйственных культур в защищенном грунте с использованием отечественных гидропонных установок временного затопления – одно из перспективных направлений исследований в связи с импортозамещением (Киселева и др., 2024). Цель настоящей работы – провести изучение влияния плотности посева и состава питательного раствора на рост и урожайность руколы на примере сорта Виктория при культивировании с использованием сити-ферм российского производства.
Материалы и методы
В настоящей работе для исследований был выбран сорт руколы Виктория. Вегетационный опыт был поставлен на базе УрГАУ в условиях горизонтальной гидропонной установки с временным затоплением Vefarm Green со светодиодным освещением (производства ООО «Агроаспект плюс», Екатеринбург, модель 2014 года). Посев был произведен тремя разными способами, а именно, в каждый горшок высевалось разное количество семян согласно таблице 1.
Таблица 1 – Плотность посадки и обозначения в опыте
Плотность посева | Количество семян на горшок | Количество растений на м2 | Количество повторностей |
pd5 | 5 | 105 | 5 |
pd10 | 10 | 210 | 5 |
pd15 | 15 | 315 | 5 |
В качестве питательных растворов использовали самостоятельно приготовленные нами смеси согласно таблице 2, так что общее соотношение NPK 14:9:20 оставалось постоянным, однако TDS (Total Dissolved Solids) отличался. Этот показатель, отражает общее количество растворенных в питательном растворе твердых веществ, измеряется в ppm (единица измерения, показывающая концентрацию растворенных веществ в питательном растворе).
Таблица 2 – Состав питательных растворов
Компоненты | CAS № | TDS, ppm | ||
680 | 1100 | 1370 | ||
Количество солей, г/л | ||||
Ca(NO3)2*4H2O | 13477-34-4 | 1,1780 | 1,9056 | 2,3733 |
KNO3 | 7757-79-1 | 0,2300 | 0,3721 | 0,4634 |
NH4NO3 | 6484-52-2 | 0,0470 | 0,0760 | 0,0947 |
MgSO4*7H2O | 10034-99-8 | 0,1930 | 0,3122 | 0,3888 |
KH2PO4 | 7778-77-0 | 0,1800 | 0,2912 | 0,3626 |
Mg(NO3)2*6H2O | 13446-18-9 | 0,0310 | 0,0501 | 0,0625 |
EDTA (Fe) 13% | 15708-41-5 | 0,0099 | 0,0160 | 0,0199 |
EDT(Mn) 13% | 15375-84-5 | 0,0015 | 0,0024 | 0,0030 |
H3BO3 | 10043-35-3 | 0,0029 | 0,0047 | 0,0058 |
EDTA (Zn) 15% | 14025-21-9 | 0,0015 | 0,0024 | 0,0030 |
EDTA (Cu) 15% | 14025-15-1 | 0,0003 | 0,0005 | 0,0006 |
(NH4)2MoO4 | 13106-76-8 | 0,0001 | 0,0002 | 0,00022 |
Все семена высевали в технологические горшки (диаметр горшка 62 мм, высота 60 мм). Грунт, использованный в исследовании, представлял собой смесь верхового просеянного торфа 70% и агроперлита 30%. Также в грунт была внесена сенная палочка. Режим освещения: день 12 часов, ночь 12 часов, сменяемость была автоматизирована системой контроля. Режим полива и подачи питательного раствора был реализован системой периодического затопления по15 минут 2 раза в сутки с интервалом 12 часов и также был автоматизирован. Температура в помещении 22±1°С, влажность 62%. Освещение на установке: 160 Вт/м2.
Учеты проводили на 14, 28, 32 и 50 день от посева. Измеряли всхожесть, количество листьев, сырую массу листьев. Для обработки результатов воспользовались программами обработки статистических данных Microsoft Excel 2013, OriginLab 2015. Была определена и рассчитана средняя масса урожая на горшок, общая масса на серию при одинаковом количестве семян, а также определена средняя масса листа на 50 день роста. Сделан подсчет среднего значения ( ) и среднеквадратического отклонения (σ) изученных признаков. На основании полученных данных была построена регрессионная модель, учитывающая три параметра: масса урожая, число растений на горшок и концентрация питательных веществ в растворе.
Результаты и их обсуждение
Всхожесть семян сорта Виктория и составила 98%. По мере развития растений, количество листьев у сеянцев увеличивалось, что иллюстрирует рисунок 1а. Динамика изменения количества листьев руколы в каждом горшке отличалась, в зависимости от следующих факторов: день посева, плотность посева (pd5, pd10 и pd15), особенности питательного раствора.
(а) – зависимость числа листьев от срока культивации; (b) – зависимость массы урожая от количества посеянных семян
Рисунок 1 – Динамика роста листьев и урожайность руколы при концентрации питательного раствора 1100 ppm
В частности, установлено, что прирост количества листьев в горшках pd10 возрастает, и количество листьев приближается к образцам в горшке pd15, начиная с 32 дня. Из этого следует, что 15 растений на горшок является избыточным, так как растения, имея большое количество листьев начинают затенять друг друга, ухудшается фотосинтез и газообмен в следствии чего рост замедляется. На рисунке 1b представлена общая урожайность на растворе с TDS 1100 ppm, выраженная в массе полученного фреш-сырья (зелени) в зависимости от плотности посева. Из данного графика мы видим, что оптимальным количеством семян на горшок является 10 штук так как общий вес зеленой массы на 33% выше, чем в горшках с 5 растениями и на 12,5 % выше в горшках с 15 растениями. Схожая картина наблюдается при выращивании на питательных растворах c показателями TDS 680 и 1370 ppm.
Таблица 3 – Продуктивность руколы при возделывании в условиях гидропонной культуры, грамм
Плотность посадки | Масса одного листа, X̅±σ | Масса фреш-сырья на 1 горшок, X̅±σ | Масса полученного урожая зелени |
pd5 | 0,88±0,08 | 53,67±13,69 | 268,37 |
pd10 | 0,86±0,21 | 80,41±14,69 | 402,03 |
pd15 | 0,71±0,24 | 70,38±18,19 | 351,9 |
В таблице 3 представлены объединенные результаты гравиметрического анализа, где не учитывался тип питательного раствора, поскольку оказалось, что этот фактор слабо влияет на массу выращенных растений. Стоит отметить, что удельная масса листа, средняя масса зелени, полученная c одного горшка, и общая масса урожая максимальны для варианта опыта из серии pd10. При этом разброс по массе урожая на 1 горшок и по удельной массе листа для образцов pd15 оказался наибольшим. Согласно полученным данным, наиболее удачный (перспективный, экономически выгодный) вариант посева: 10 семян на 1 горшок.
Рисунок 2 показывает данные, объединенные без учета типа питательного раствора. Динамика увеличения количества листьев до 25 дня роста без принципиальных различий между вариантами опыта с разным количеством семян в горшке.
Рисунок 2 – Динамика развития листьев руколы в зависимости от плотности посева
Однако в диапазоне от 25 до 50 дня заметно серьезное расхождение. Примечательным является то, что максимальное удельное значение количества листьев на 1 горшок наблюдалось при высеве 5 семян на горшок, 105 растений на 1 м2 (pd5). Минимальное удельное значение количества листьев на 1 горшок – при высеве 15 семян на горшок, 315 растений на 1 м2 (pd15).
Полученные данные были использованы при построении регрессионной модели, описывающей урожайность руколы в заданных условиях, в зависимости от плотности посева (105, 210 и 315 растений на 1 м2) и концентраций питательного раствора (680, 1100 и 1370 ppm). На рисунке 3 представлена поверхность средней массы зелени, полученной с 1 горшка по результатам регрессионного анализа. Хорошую достоверность зависимости показывает фактор R2=0,91. Анализ поверхности демонстрирует максимум объемной параболы Zmax (1344, 11). Таким образом, для руколы сорта Виктория оптимальная плотность посева составляет 11 семян на 1 горшок (231 растение на 1 м2) при возделывании на питательном растворе с концентрацией 1344 ppm.
Рисунок 3 – Зависимость средних значений массы зелени руколы с одного горшка от плотности посева и концентрации питательного раствора
Заключение
В результате работы были установлены оптимальные параметры посадки и возделывания руколы сорта Виктория для получения максимального урожая в условиях гидропонного выращивания на отечественных искусственных вегетационных установках с временным горизонтальным затоплением. Для получения урожайности на горшок более 80 грамм необходимо 7 недель при посеве 11 семян на 1 горшок (231 растение на 1 м2), и концентрации питательного раствора 1344 ppm с соотношением NPK 14:9:20.
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах
Лев Андреевич Пальцев
Уральский государственный аграрный университет
Email: zelenin.ekb@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-3002-3713
SPIN-код: 9426-0882
руководитель ООО «Зеленин»
РоссияЕвгений Андреевич Суслов
Уральский государственный аграрный университет
Email: suslov-ea@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9078-7588
SPIN-код: 3169-9070
Кандидат химических наук
РоссияСветлана Юрьевна Харлап
Уральский государственный аграрный университет
Email: Pal.lev97@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3651-8835
SPIN-код: 5033-1278
Кандидат биологических наук
РоссияВладимир Андреевич Цыбин
Уральский государственный аграрный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: Pal.lev97@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-5116-2045
SPIN-код: 5750-4361
Студент
РоссияСписок литературы
- Бербеков К.З., Езаов А.К. Повышение эффективности выращивания руколы в условиях малообъемной гидропоники и грунтовой культуры // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. 4. 27-30. https://bulletin.ssaa.ru/1997-3225/article/view/22853
- Киселева О.А., Бахтина В.В., Говоруха Е.А. Сравнительная характеристика трех сортов земляники садовой при возделывании в условиях гидропонной культуры // Современной садоводство. 2024. 2. 24-33. https://elibrary.ru/mxgvcr
- Пальцев Л.А., Носков А.И. Ресурсосберегающие технологии выращивания растений методом роторной гидропоники // Россия – Азия – Африка – Латинская Америка: экономика взаимного доверия: материалы конференции. 2019. 234-236. https://www.elibrary.ru/gcgbiv
- Asseng S., Eichelsbacher S. Advancing vertical farming with automation for sustainable food production // Automatisierungstechnik. 2024. 72. 599-605. https://doi.org/10.1515/auto-2024-0065
- Benke K., Tomkins B. Future food-production systems: vertical farming and controlled environment agriculture // Sustainability: Science, Practice and Policy. 2017. 13, 1. 3-26. https://doi.org/10.1080/15487733.2017.1394054
- Buehler D., Junge R. Global trends and current status of commercial urban rooftop farming // Sustainability. 2016. 8. 1108. https://doi.org/10.3390/su8111108
- Chapman-Lopez T.J., Heileson J.L., Torres R., Richardson K.A., Gallucci A.R., Koutakis P., Funderburk L.K., Forsse J.S. Rocketing to new frontiers: the effects of arugula consumption on cardiovascular health – a call for action // International Journal of Disease Reversal and Prevention. 2023. 5. 1-8. https://doi.org/10.22230/ijdrp.2023v5n2a375
- Coolong T., Law D.M., Snyder J.C., Rowell B., Williams M.A. Organic leafy greens variety trials in Kentucky: identifying superior varieties for small-scale organic farmers // Horttechnology. 2013. 23. 241-246. https://doi.org/10.21273/HORTTECH.23.2.241
- Genuncio G., Silva R., Sá N., Mary W., Zonta E. Produtividade de rúcula hidropônica cultivada em diferentes épocas e vazões de solução nutritiva // Horticultura Brasileira. 2011. 29. 605-608. https://doi.org/10.1590/S0102-05362011000400027
- Kabir M., Reza M., Chowdhury M., Ali M., Samsuzzaman S., Ali M., Lee K., Chung S.-O. Technological trends and engineering issues on vertical farms: a review // Horticulturae. 2023. 9. 1229. https://doi.org/10.3390/horticulturae9111229
- Kopsell D.E., Kopsell D.A., Lefsrud M.G., Curran-Celentano J. Variability in elemental accumulations among leafy Brassica oleracea cultivars and selections // Journal of Plant Nutrition. 2005. 27. 1813-1826. https://doi.org/10.1081/PLN-200026431
- Lino V.A., Bezerra Neto F., Lima J.S., Santos E.C., Nunes R.L., Guerra N.M., Lino F.K.K., Sá J.M., Silva J.N. Beet-arugula intercropping under green manuring and planting density induce to agro-economic advantages // Horticultura Brasileira. 2021. 39. 432-443. https://doi.org/10.1590/s0102-0536-20210413
- Oliveira C., Jalal A., Oliveira J., Tamburi K., Teixeira Filho M. Leaf inoculation of Azospirillum brasilense and Trichoderma harzianum in hydroponic arugula improve productive components and plant nutrition and reduce leaf nitrate // Pesquisa Agropecuária Tropical. 2022. 52. 1-11. https://doi.org/10.1590/1983-40632022v5272755
- Rajaseger G., Chan K.L., Tan K. Yee, Ramasamy S., Khin M.C., Amaladoss A., Kadamb Haribhai P. Hydroponics: current trends in sustainable crop production // Bioinformation. 2023. 19. 925-938. https://doi.org/10.6026/97320630019925
- Rana M.K. Vegetable crop science. Boca Raton: CRC Press. 2017. 472. https://doi.org/10.1201/9781315116204
- Santos J., Silva A., Lacerda C., Costa R., Silva G., Putti, F. Frequencies of application and dilution of nutrient solution in hydroponic cultivation of arugula // IRRIGA. 2022. 27. 639-652. https://doi.org/10.15809/irriga.2022v27n3p639-652
- Viana C., Guimarães M., Neto H., Neto B., Sampaio Í., Hendges A., Rabelo J. Intercropping arugula with aromatic condiment species affords better yields, biological efficiency and financial return // Research, Society and Development. 2021. 10. e21910313237. https://doi.org/10.33448/rsd-v10i3.13237
- Yang T., Samarakoon U., Altland J., Ling P. Photosynthesis, biomass production, nutritional quality, and flavor-related phytochemical properties of hydroponic-grown arugula (Eruca sativa Mill.) ‘Standard’ under different electrical conductivities of nutrient solution // Agronomy. 2021. 11. 1340. https://doi.org/10.3390/agronomy11071340
Дополнительные файлы
Примечание
Отказ от ответственности: заявления, мнения и данные, содержащиеся в публикации, принадлежат исключительно авторам и соавторам. ФГБНУ ВНИИСПК и редакция журнала снимают с себя ответственность за любой ущерб людям и/или имуществу в результате использования любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте.
