CC BY
261
УДК / UDC 635.044:631.147:631.589.2
ТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО В ОВОЩЕВОДСТВЕ ЗАЩИЩЁННОГО ГРУНТА: МНОГОЯРУСНАЯ УЗКОСТЕЛЛАЖНАЯ ГИДРОПОНИКА
TECHNOLOGIES OF THE FUTURE IN GREENHOUSE VEGETABLE PRODUCTION: MULTICIRCLE HYDROPONICS ON NARROW BANCHES
Балашова И.Т.*, доктор биологических наук, главный научный сотрудник
Balashova I.T., Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher Сирота С.М., доктор сельскохозяйственных наук, заместитель директора Sirota S.M., Doctor of Agricultural Sciences, Vice Director Козарь Е.Г., кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Kozar E.G., Candidate of Agricultural Sciences, Leader Researcher Пинчук Е.В., кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Pinchuk E.V., Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур», Московская область, Россия All-Russian Research Institute for Vegetable Breeding and Seed Production,
Moscow region, Russia *E-mail: balashova56@mail.ru
Технологии будущего в овощеводстве защищённого грунта представляют собой многоярусные гидропонные установки (МУГ). Такие установки позволяют использовать объём теплицы, экономить электроэнергию и воду. Производство на них будет экологически чистым. Фирмы PlantLab и Philips (Нидерланды) выращивают листовые овощи, травы и землянику на экспериментальных установках на площади 234 м2. Японская компания Mirai строит агрокомбинат с гидропонными комплексами в индустриальном районе Хабаровска. Основные овощные культуры - томаты, огурец, перец - на таких установках пока не выращиваются ввиду отсутствия специального сортимента. В ФГБНУ ВНИИССОК с 2010 г. действует программа по созданию новых форм овощных растений, адаптированных к условиям мУг. Смонтирована и введена в эксплуатацию установка многоярусной узкостеллажной гидропоники с автоматическим растворным узлом отечественной фирмы «ФИТО». Разработана новая схема селекционного процесса, основное время в котором отводится пребридингу: создание виртуальной модели сорта/гибрида, использование современных методов оценки коллекций (молекулярный анализ), применение новых способов отбора/гибридизации на базе гаметной селекции, анализ наследуемости основных хозяйственно ценных признаков, построение целевых схем селекции. Используя эту схему, получили 2 сорта томата Наташа и Тимоша для многоярусной узкостеллажной гидропоники (патенты). Ключевые слова: овощеводство, многоярусная узкостеллажная гидропоника (МУГ), новые сорта, томат.
Technologies of the future in the greenhouse vegetable production are multi circle hydroponics (MCH). Vertical multi circle hydroponics gives an opportunity to use vertical area of greenhouse and to save energy and water resources. Vegetable production on multi circle hydroponic will be ecologically friendly. PlantLab and Philips firms (Netherlands) grow salads, grasses and strawberry at the experimental hydroponic constructions on 234 m2. Mirai-company (Japan) builds agro-center with hydroponic complexes at the industrial part of Khabarovsk. But main vegetables of greenhouses- tomato, cucumber and sweet pepper can't be produced at these hydroponic complexes because the lack of special varieties. New program named "The obtaining new vegetable varieties, adopted for multi circle hydroponics" has been developed at All-Russian Research institute for Vegetable breeding and Seed Production in 2010. Multi circle hydroponics with the automatic irrigation unit (Russian firm "FITO") is exploited. We developed new scheme of breeding process for obtaining new forms of vegetable plants which have been adopted to MCH-conditions. Main time in this breeding scheme is occupied by the pre-breeding: creation of the virtual model of variety/hybrid, using modern techniques of the collections evaluation (molecular analysis), of application of new methods of breeding (gamete selection), on the basis of the heritability analysis of main value traits, and the target breeding schemes. Two tomato varieties Natasha and Timosha for MCH have been obtained by using this breeding scheme (patents). Key words: vegetable production, multi circle hydroponics (MCH), new varieties, tomato.
Программа импортозамещения в овощеводстве предусматривает использование новых энергоэкономичных технологий возделывания растений. Это особенно актуально для овощеводства защищённого грунта, которое по-прежнему остаётся убыточным [1]. Необходимо учитывать и общемировые тенденции: к 2050 г. примерно 85% из 9 миллиардов человек на Земле будут жить в городах, нехватка продовольствия и воды будет угрожать растущему населению мира [2]. Ведущие специалисты по защищённому грунту Японии и Нидерландов предлагают новый вариант теплиц, экономящих электроэнергию и воду -«городские фермы». Идея заключается в том, чтобы перенести производство продуктов питания туда, где будет жить 85% всего населения Земли, что создаст дополнительно тысячи новых рабочих мест. Растения на таких «фермах» выращиваются на площадях, свободных от проживания людей - в подземных боксах, на крышах домов, в закрытых теплицах в городской среде, что подразумевает использование многоуровневых гидропонных установок. Данное производство является также более экологически выдержанным: оно закрытое и управляется в соответствии со строгим протоколом гигиены, поэтому избавлено от необходимости дезинфекции хлорсодержащими препаратами и использования пестицидов. Исследовательские фирмы PlantLab и Philips на экспериментальных установках, размещённых на площади 234 м2, уже выращивают листовые овощи (салаты и др. зеленные культуры), травы и землянику [3]. Японская компания Mirai достраивает агрокомбинат, оснащённый современными гидропонными комплексами, в индустриальном районе Хабаровска. Особенность проекта -запрещение использования растений, модифицированных с использованием микроорганизмов, и химических методов борьбы с болезнями и вредителями. При введении в эксплуатацию данного комплекса регион сможет увеличить самообеспечение овощами и зеленью с 10 до 60% [4].
Во Всероссийском НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ФГБНУ ВНИИССОК) начаты работы по использованию в овощеводстве защищённого грунта многоярусных и малообъёмных технологий выращивания. Мы работаем на пятиярусной узкостеллажной гидропонной установке. Конструкция представляет собой усечённую пирамиду с основанием 900 см * 200 см и высотой 250 см. Лотки с питательным раствором размещены на жёстком основании (каркасе) по высоте в 5 ярусов. Сверху лотки закрыты крышкой из того же материала, что и лоток, с отверстиями для установки горшков/блоков минеральной ваты с растениями. Глубина лотка 10 см, ширина 15 см. Узел автоматизированной подачи раствора по трубам фирмы НПО «ФИТО» (Россия) расположен в торце «пирамиды». Подача питательного раствора в лотки производится автоматизировано, обратный слив раствора - самотеком. Растения выращивают либо в горшках 0,5 л, наполненных смесью торф: перлит (1:1), либо в блоках минеральной ваты. Плотность установки растений в лотках - 5 растений на 1 погонный метр. Режим подачи питательного раствора меняется по оборотам - в зависимости от условий и фаз развития растений (в среднем с интервалом 20-40 минут, длительность подачи - 5-10 минут). Такая конструкция позволяет получать урожаи от 100 кг/м2 в год, экономя при этом электроэнергию и полезную площадь теплицы.
Распространение данной технологии в теплицах России до недавнего времени сдерживалось в связи с отсутствием специфического ассортимента овощных растений. Поэтому в лаборатории новых технологий ФГБНУ ВНИИССОК с 2010 г. разработана и действует программа по созданию новых высокопродуктивных форм овощных растений, адаптированных к условиям многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ). Инновационность подхода при создании новых форм овощных растений для МУГ заключается в новой схеме селекционного процесса, основное время в котором отводится предварительной селекции (пребридингу):
- разработка виртуальной модели сорта/гибрида, отвечающей требованиям технологии и потребителей;
- использование современных методов оценки коллекций с привлечением технологий молекулярного анализа;
- разработка новых способов отбора/гибридизации с использованием технологий гаметной селекции;
- анализ наследуемости основных хозяйственно ценных признаков;
- построение целевых схем селекционного процесса.
Приведенную схему мы использовали при целевой селекции сортов и
гибридов томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники. В результате:
1. Созданы 2 виртуальные модели сорта/гибрида томата, адаптированных к условиям многоярусной узкостеллажной гидропоники [5]. В настоящее время данные модели корректируются с учётом полученных реальных результатов.
2. С помощью технологии гаметной селекции (отбор по спорофиту) в 20102012 гг. в рассадном отделении из 2 518 образцов томата отобрано 57, которые подготовили к испытанию на установке МУГ. Установка пятиярусной узкостеллажной гидропоники была смонтирована в июне 2013 г. в теплице с поликарбонатным типом покрытия (фирма «Ришель», Франция). На этой установке из 57 образцов томата отобрано 2 образца поколения F6, адаптированных к условиям МУГ, всего за 2 года (2014-2015). Отбор был ускорен в 2 раза за счёт того, что нам удалось получить 3 поколения в год [6]. Два раннеспелых и продуктивных образца 30.11.2015 г. были переданы в ФГБУ «Государственная Комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений».
3. Проведён анализ наследуемости основных селекционно ценных признаков, в результате которого установлено, что ключевые характеристики продуктивности - число плодов на растении (^=0,96) и средняя масса 1 плода (^=0,99) - наследуются по материнской линии, а карликовость (^=0,83) и раннеспелость (^=0,60) - по отцовской линии [7, 8, 9, 10].
4. Разработаны 2 схемы селекционного процесса: целевой отбор из популяции и целевая гибридизация [6, 7].
Эти схемы применены в практической селекции. В результате:
- созданы 2 сорта томата, которые адаптированы к условиям МУГ. В 2017 г. новые сорта под именами Наташа (№ 8457767) (рис. 1а) и Тимоша (№ 8457766) (рис. 1 б) внесены в Государственный Реестр Селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации.
а б
Рисунок 1 - Новые сорта томата для МУГ: а - Наташа; б - Тимоша
- отобрано 9 материнских и 8 отцовских форм для проведения скрещиваний, проведена целевая гибридизация и получены гибридные формы с более крупным плодом [8, 10].
Использование технологий гаметной селекции позволило сократить время проведения селекционных работ в 2 раза и существенно снизить селекционную и экономическую нагрузку на основной технологический узел (МУГ), так как главные работы по отбору карликовых форм были проведены заранее - на стадии рассады [8]. Создание новых форм томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники продолжается и вызывает интерес на международном уровне [9-12].
БИБЛИОГРАФИЯ
1. «Обзор российского рынка картофеля и овощей: итоги 2015 года, включая некоторые тенденции января 2016 года» // URL: http://www.ab-centre.ru.
2. URL: http://prohitech.ru.
3. URL: http://www.ovoport.ru/ovosh/tomat/zas_grunt2_1.htm.
4. URL: http://rn.hab.kp.ru/.
5. Сирота С.М., Балашова И.Т., Козарь Е.Г., Митрофанова О.А., Аутко А.А., Долбик М.А. Первые результаты селекции сортов и гибридов томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники//Журнал «Теплицы России». -
2014. - №3. - С.58-62.
6. Балашова И.Т., Сирота С.М., Козарь Е.Г. Анализ стратегий селекции томата с d-генами для многоярусной узкостеллажной гидропоники // Овощи России.
2015. № 2. С. 52-57.
7. Балашова И.Т., Сирота С.М., Козарь Е.Г. Оценка эффективности гибридизации томата с d-генами для многоярусной узкостеллажной гидропоники // Селекция и семеноводство овощных культур: сборник научных трудов ВНИИССОК. 2015. Вып. № 46. С. 92-111.
8. Усовершенствование селекции по спорофиту с целью ускорения отбора форм томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники / В.Ф. Пивоваров, И.Т. Балашова, С.М. Сирота, Е.Г. Козарь, Е.В. Пинчук // Сельскохозяйственная биология. 2013. № 1. С. 95-101.
9. The Heritability Analysis Main Tomato Traits for the Special Hydroponic Technology (On Narrow Benches) / I. Balashova, S. Sirota, N. Balashova, E. Kozar, E. Pinchuk // Book of Abstracts of XVIIIth EUCARPIA Meeting, Vegetable Section, Tomato Working Group. April. 2014. Avignon, France. P. 8.
10. New hydroponic technology for vegetables: obtaining special tomato forms / I.T. Balashova, S.M. Sirota, E.G. Kozar, O A. Mitrofanova, V.F. Pivovarov // Genetica, fiziologia §i ameliorerea plantelor: Materialele Conferinjei §tiintifice international. Chi§inau. 2014. Р.15-21.
11. The breeding strategy and hybridization of tomato plants with d-genes in the special breeding program / I.T. Balashova, S.M. Sirota, E.G. Kozar, V.F. Pivovarov // Abstract book of The Xth International Congress of Genetics and Breeders. Chi§inau. 2015. P. 72.
12. Target tomato breeding for special hydroponic technology / I.T. Balashova, S.M. Sirota, E.G. Kozar, V.F. Pivovarov // Abstracts of 20th EUCARPIA Congress.
2016. Zurich, Switzerland. P. 343.
