9 ο Εργαστήριο Υποστρώματα καλλιεργειών εκτός εδάφους

9 ο Εργαστήριο Υποστρώματα καλλιεργειών εκτός εδάφους 9.1. Γενικά Στις υδροπονικές καλλιέργειες το υπόστρωμα αποτελεί ένα υποκατάστατο του εδάφους και επομένως θα πρέπει να είναι σε θέση να επιτελεί όλες τις λειτουργίες που γίνονται από το χώμα και μάλιστα με καλύτερο τρόπο. Μόνο όταν εκπληρώνεται αυτή η προϋπόθεση είναι οικονομικά σκόπιμη η χρήση υποστρώματος αντί της καλλιέργειας στο έδαφος. Τα υποστρώματα είναι πορώδη υλικά που δεν προκαλούν φυτοτοξικότητα και υποκαθιστούν το έδαφος ως προς τις εξής λειτουργίες του: 1. Παροχή νερού στα φυτά 2. Παροχή θρεπτικών στοιχείων στα φυτά 3. Παροχή οξυγόνου στη ρίζα 4. Στήριξη των φυτών. Τα υποστρώματα καλλιέργειας διακρίνονται σε χημικά αδρανή και χημικά ενεργά. Τα χημικά αδρανή υποστρώματα είναι πορώδη υλικά τα οποία δεν ασκούν καμία ρύθμιση στην προσφορά θρεπτικών στοιχείων στα φυτά, με συνέπεια να είναι δυνατός ο πλήρης έλεγχος της θρέψης μέσω της υδρολίπανσης και μόνο. Τα συστατικά των χημικά αδρανών υποστρωμάτων δηλαδή δεν διαθέτουν ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων και επομένως δεν συγκρατούν αλλά και δεν αποδίδουν ανόργανα ιόντα στο περιεχόμενο σε αυτά θρεπτικό διάλυμα. Αντίθετα, τα χημικά ενεργά υποστρώματα έχουν σημαντική ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων η οποία οφείλεται στην παρουσία είτε αργιλικών ορυκτών (π.χ. βερμικουλίτης) είτε οργανικής ουσίας (π.χ. τύρφη) στην σύστασή τους. Για να είναι σε θέση ένα υπόστρωμα να επιτελεί με τον καλύτερο τρόπο τον ρόλο για τον οποίο προορίζεται θα πρέπει να έχει τα εξής χαρακτηριστικά: α) σταθερή δομή, ώστε να μην αποσυντίθεται εύκολα, β) ικανοποιητική αναλογία μεταξύ νερού και αέρα στην κατάσταση της υδατοϊκανότητας, γ) ομοιομορφία στην σύσταση, στην εμφάνιση και στην συμπεριφορά από άποψη θρέψης, δ) απαλλαγμένο από παθογόνα, ζωικούς εχθρούς και σπόρους ζιζανίων, ε) εύκολο στη χρήση του και γενικά στους καλλιεργητικούς χειρισμούς, στ) σχετικά χαμηλό κόστος. 61

Περιεκτικότητα σε υγρασία (%) 9.2. Αξιολόγηση φυσικών ιδιοτήτων υποστρωμάτων Από καλλιεργητική άποψη, ιδανικό υπόστρωμα θεωρείται αυτό που έχει αυξημένη ικανότητα συγκράτησης νερού, αλλά ταυτόχρονα και υψηλή αεροπερατότητα. Η μέγιστη περιεκτικότητα των υποστρωμάτων σε υγρασία και επομένως η ελάχιστη περιεκτικότητα σε αέρα παρατηρούνται στην κατάσταση της υδατοϊκανότητας (υδατική κατάσταση υποστρώματος μετά από πλούσιο πότισμα και ανεμπόδιστη στράγγιση). Η περιεκτικότητα των υποστρωμάτων σε υγρασία στην κατάσταση της υδατοϊκανότητας καλείται υδατοχωρητικότητα. Συμβατικά η υδατοχωρητικότητα αντιστοιχεί σε μύζηση 1 kpa σύμφωνα με την χαρακτηριστική καμπύλη υγρασίας (ΧΚΥ) του υποστρώματος. Η διαφορά στην περιεκτικότητα ενός υποστρώματος σε υγρασία μεταξύ της κατάστασης κορεσμού και της υδατοϊκανότητας προσδιορίζουν την αεροπερατότητα του υποστρώματος. Γενικά, για να υπάρχει επάρκεια οξυγόνου για τα φυτά στην περιοχή του ριζικού συστήματος, η περιεκτικότητα του υποστρώματος σε αέρα πρέπει πάντοτε να υπερβαίνει το 15% περίπου. Επομένως, για να θεωρηθεί ότι ένα υπόστρωμα παρέχει επαρκείς συνθήκες αερισμού στις ρίζες των φυτών, η αεροπερατότητά του θα πρέπει να υπερβαίνει το 15%. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Κόκος Coir Πετροβάμβακας peat Περλίτης Rockwool Τύρφη Perlite 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Μύζηση (cm) Σχήμα 9.1. Χαρακτηριστικές καμπύλες υγρασίας κόκου, πετροβάμβακα, περλίτη και τύρφης. Για το κάθε υπόστρωμα ζητείται να υπολογιστούν η υδατοχωρητικότητα, η αεροπερατότητα και το εύκολα διαθέσιμο νερό (ΕΔΝ). 62

Η ικανότητα ενός υποστρώματος να συγκρατεί υγρασία και να παρέχει ικανοποιητικές ποσότητες νερού στα φυτά, αξιολογείται κυρίως μέσω υπολογισμού του εύκολα διαθέσιμου νερού (ΕΔΝ). Το ΕΔΝ υπολογίζεται εύκολα όταν είναι γνωστή η ΧΚΥ του υποστρώματος με αφαίρεση της περιεκτικότητάς του σε υγρασία σε μύζηση 5 kpa (50 cm στήλης νερού) από αυτή που υφίσταται στα 1 kpa (10 cm στήλης νερού). Στο Σχήμα 9.1 δίνεται ένα παράδειγμα υπολογισμού της υδατοχωρητικότητας, της αεροπερατότητας και του ΕΔΝ για ένα υπόστρωμα με βάση την ΧΚΥ του. 9.3. Είδη υποστρωμάτων 9.3.1. Χημικά αδρανή υποστρώματα Τα κυριότερα χημικά αδρανή υποστρώματα είναι η κρυσταλλική άμμος, ο πετροβάμβακας, ο περλίτης και η ελαφρόπετρα. Από τα παραπάνω υποστρώματα, ο πετροβάμβακας χρησιμοποιείται σε μορφή πλακών σταθερού σχήματος ενώ τα υπόλοιπα έχουν κοκκώδη σύσταση και επομένως λαμβάνουν το σχήμα του υποδοχέα μέσα στον οποίο τοποθετούνται (σάκος, φυτοδοχείο, κ.λπ.). Από τα παραπάνω αναφερόμενα χημικά αδρανή υποστρώματα, η άμμος, ο πετροβάμβακας και ο περλίτης έχουν περιγραφεί στο 4 ο Εργαστήριο και γι αυτό παρακάτω δίνεται μία σύντομη περιγραφή μόνο για την ελαφρόπετρα. Ελαφρόπετρα. Πρόκειται για ένα αργιλοπυριτικό ηφαιστειογενές ορυκτό το οποίο δεν έχει την συμπαγή υφή άλλων πετρωμάτων αλλά φέρει εκτεταμένο πορώδες σε όλη του τη μάζα. Η ύπαρξη ενός τόσο εκτεταμένου πορώδους καθιστά την ελαφρόπετρα ένα πέτρωμα με χαμηλό ειδικό βάρος. Σε αυτήν ακριβώς την φυσική της ιδιότητα οφείλει και το όνομά της. Ο σχηματισμός των πόρων στην ελαφρόπετρα οφείλεται στην διαφυγή υδρατμών και άλλων ηφαιστειακών αερίων μέσα από την μάζα της κατά τον χρόνο ψύξης του μάγματος από το οποίο προέρχεται. Στην φύση η ελαφρόπετρα συναντάται σε μορφή κόκκων ή μεγαλύτερων τεμαχιδίων των οποίων η διάμετρος μπορεί να φτάνει και σε ένα πολύ μικρό ποσοστό να υπερβαίνει τα 15 cm. Το μεγαλύτερο μέρος των τεμαχιδίων της ελαφρόπετρας όμως έχει διάμετρο που δεν υπερβαίνει τα 10 cm. Κατά κανόνα, για καλλιέργεια φυτών εκτός εδάφους χρησιμοποιείται ελαφρόπετρα με διάμετρο μέχρι 8 cm (0-8 cm). Στην Ελλάδα υπάρχουν εκτεταμένα κοιτάσματα ελαφρόπετρας σε ορισμένα νησιά του Αιγαίου, από τα οποία τα σημαντικότερα βρίσκονται στο Γυαλί της Νισύρου. 63

Η ελαφρόπετρα μπορεί να τοποθετηθεί σχεδόν σε κάθε είδους υποδοχέα υποστρωμάτων. Κατά κανόνα όμως τοποθετείται είτε σε φυτοδοχεία (συνήθως γλάστρες), είτε σε σάκους καλλιέργειας, είτε σε κανάλια (βλέπε 8 ο Εργαστήριο). Το μεγάλο πλεονέκτημα που έχει η ελαφρόπετρα είναι η πολύ χαμηλή τιμή αγοράς της. Εκτός από την χαμηλή τιμή και την πολύ καλή καλλιεργητική συμπεριφορά, η ελαφρόπετρα διαθέτει και ένα ακόμη πλεονέκτημα. Είναι ένα υλικό το οποίο μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί αρκετές φορές. Σε περίπτωση επαναχρησιμοποίησής της όμως, η ελαφρόπετρα πρέπει πρώτα να απολυμαίνεται. 9.3.2. Χημικά ενεργά υποστρώματα Όλα τα οργανικά υποστρώματα βιολογικής προέλευσης, όπως η τύρφη, ο κόκος και η κομπόστα, είναι χημικά ενεργά. Εκτός όμως από τα οργανικά υποστρώματα, χημική δραστικότητα παρουσιάζουν επίσης και ορισμένα ανόργανα υποστρώματα, από τα οποία τα σπουδαιότερα είναι ο βερμικουλίτης και ο ζεόλιθος. Από τα παραπάνω αναφερόμενα χημικά ενεργά υποστρώματα, η τύρφη, η κομπόστα και ο βερμικουλίτης έχουν περιγραφεί στο 4 ο Εργαστήριο και γι αυτό παρακάτω δίνεται μία σύντομη περιγραφή μόνο για τον κόκο και τον ζεόλιθο. Κόκος ή κοκόχωμα. Μετά την τύρφη, ο κόκος (coir) ή κοκόχωμα (cocosoil) είναι το δεύτερο σε σημασία οργανικό υλικό βιολογικής προέλευσης που χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα καλλιέργειας φυτών. Ο κόκος προέρχεται από τον ψιλοτεμαχισμό (άλεσμα) και την μερική αποσύνθεση (κομποστοποίηση) του ινώδους περιβλήματος (μεσοκάρπιο) της ινδικής καρύδας, η οποία αποτελεί τον καρπό του κοκοφοίνικα (Cocus nucifera L.). Το 1/3 περίπου του ινώδους μεσοκαρπίου αποτελείται από ίνες (coco fibre), οι οποίες διαχωρίζονται από την υπόλοιπη μάζα του και χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ως πρώτες ύλες για κατασκευή σχοινιών. Η υπόλοιπη μάζα του μεσοκαρπίου, η οποία έχει κοκκώδη υφή (coir dust), είναι υδρόφιλη, έχει σχετικά σταθερή δομή και πολύ καλά φυσικά χαρακτηριστικά. Επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο της τύρφης για καλλιέργεια φυτών αφού πρώτα υποστεί κομποστοποίηση. Αντίθετα, το ινώδες κλάσμα του περικαρπίου της ινδικής καρύδας είναι υδρόφοβο και επομένως ακατάλληλο για χρήση ως υπόστρωμα καλλιέργειας φυτών. Η κομποστοποίηση του κόκου λαμβάνει χώρα κάτω από αερόβιες συνθήκες και διαρκεί από 2 έως 6 χρόνια. Μετά την ολοκλήρωση της κομποστοποίησης, ο κόκος 64

συμπιέζεται στο ¼ έως 1 8 του αρχικού του όγκου και ξηραίνεται, ώστε να μειωθεί ο όγκος του και να περιοριστεί αντίστοιχα το κόστος μεταφοράς του. Όταν διαβρεχτεί, ο συμπιεσμένος κόκος διογκώνεται και επανέρχεται στον αρχικό του όγκο. Ο συμπιεσμένος κόκος λαμβάνει την μορφή τούβλων ή πλακών. Συνήθως οι πλάκες συσκευάζονται σε σάκους οι οποίοι έχουν κατάλληλες διαστάσεις, ώστε να χωράνε μέσα τους το υπόστρωμα και μετά την διαβροχή και διόγκωσή του. Ο κόκος είναι ένα υπόστρωμα καλλιέργειας με πολύ καλές φυσικές ιδιότητες και με ικανοποιητική χημική συμπεριφορά. Επιπλέον, ο κόκος είναι ένα υπόστρωμα που προέρχεται από ανανεώσιμες φυσικές πρώτες ύλες, ενώ μετά την χρήση του στα θερμοκήπια απορρίπτεται χωρίς περιβαλλοντικούς περιορισμούς και βιοαποδομείται πλήρως χωρίς να απελευθερώνει βλαπτικά υπολείμματα. Τα απορρίμματα του χρησιμοποιημένου κόκου από τα θερμοκήπια δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για εδαφοβελτίωση υπαίθριων αγρών όσο και για αποκατάσταση υποβαθμισμένων τοπίων (παλιά λατομεία, κ.λπ.). Ζεόλιθος. Οι ζεόλιθοι είναι μια ομάδα ορυκτών αποτελούμενη από τουλάχιστον 30 διαφορετικά είδη με δομή χαρακτηριζόμενη από ένα τρισδιάστατο αργιλοπυριτικό πλέγμα. Τα μεταλλικά κατιόντα που περιέχονται στην κρυσταλλική δομή των ζεόλιθων (κυρίως K, Na, Ca και σε μικρότερο βαθμό Mg) είναι προσροφημένα με ασθενείς ηλεκτροστατικές δυνάμεις και μπορούν εύκολα να ανταλλάσσονται. Εξαιτίας αυτής της ιδιότητας οι ζεόλιθοι χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων η οποία ανέρχεται σε 200-300 meq ανά 100 g περίπου. Από την ομάδα των ζεολίθων, ως υπόστρωμα χρησιμοποιείται κυρίως ο κλινοπτιλόλιθος, ο οποίος έχει μέτρια έως ικανοποιητική αεροπερατότητα, αλλά σχετικά χαμηλό πορώδες και χαμηλή περιεκτικότητα σε εύκολα διαθέσιμο νερό. Έχει όμως σταθερή δομή και δεν αποδομείται ούτε θρυμματίζεται εύκολα, οπότε μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί για πολλά χρόνια εφόσον πρώτα απολυμαίνεται. Γενικά ο ζεόλιθος δίνει συγκρίσιμες παραγωγές με άλλα γνωστά υποστρώματα, ιδιαίτερα όταν πριν την χρήση του είχε εμπλουτιστεί με θρεπτικά στοιχεία και κυρίως με K + και ΝΗ 4 +. Εντούτοις, παρά τα ενθαρρυντικά πειραματικά αποτελέσματα, στην καλλιεργητική πράξη ο κλινοπτιλόλιθος χρησιμοποιείται κυρίως ως συστατικό μειγμάτων καλλιέργειας και όχι ως αμιγές υπόστρωμα. Αυτό οφείλεται στις μη ικανοποιητικές φυσικές του ιδιότητες, σε συνδυασμό με τις θρεπτικές ανισορροπίες που μπορεί να προκαλέσει η έντονη προσρόφηση θρεπτικών κατιόντων. 65