Способ выращивания тимьяна обыкновенного (Thymus vulgaris L.) в условиях гидропоники Российский патент 2025 года по МПК A01G31/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к гидропонным способам выращивания многолетних растений и может быть использовано для выращивания тимьяна в защищенном грунте; для заготовки растительного сырья высокого качества; для получения посадочного материала; для его дальнейшего использования в пищевых целях; для получения лекарственных средств индивидуальных биологически активных веществ и биологически активных добавок; для функциональных пищевых продуктов с микроинкапсулированными ингредиентами; для парфюмерного и косметического производства.

Известно, что основным методом выращивания тимьяна обыкновенного является высадка растений в открытый грунт семенным или рассадным способами. Недостатками этого метода являются: высокие требования культуры к почвенным условиям, температуре и влажности в период вегетации, короткий вегетационный сезон и низкая продуктивность и урожайность в отдельных районах возделывания (Сулейманова З.Н., Сулейманова Л.А., Хасанова З.М., Хасанова Л.А. Особенности биологии, полезные и лекарственные свойства некоторых видов тимьяна (Thymus L.) // Вестник Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы. № 2 (50). 2019. С. 64-69; Куркин В.А. Фармакогнозия. Самара: Офорт, 2019. 1278 с.; Цибина А.С. Фармакогностическое исследование травы монарды дудчатой (Monarda fistulosa L.): диссертация на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук: 14.04.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия. Самара, 2020. 209 с.).

При культивации тимьяна обыкновенного в условиях открытого грунта Московской области высота растений находилась в пределах 20-23 см; масса растений существенно отличалась по сортам и колебалась от 65 до 104 г у сорта «Медок», для большинства сортов были характерны значения 70-80 г/куст. Масса растений у всех сортов возрастала до максимума к третьему году жизни (Аль-Карави Х. Особенности роста, развития и биохимического состава хозяйственно значимых представителей рода Thymus L. в условиях нечерноземной зоны Российской Федерации: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук: 03.02.01 - Ботаника. Москва, 2018. 23 с.).

В восточной предгорной части Крыма была достигнута урожайность тимьяна обыкновенного 1,34-2,22 кг/м² при различных обработках стимуляторами роста (Каширина Н. А., Дроботова Е. Н., Невкрытая Н. В., Скипор О. Б. Технологические приемы возделывания Thymus vulgaris L. // Таврический вестник аграрной науки. 2022. № 4(32). С. 93-105.)

Однако для культивирования растений можно использовать беспочвенный способ выращивания в закрытых системах (гидропоника), который позволяет создавать и поддерживать необходимый микроклимат с учетом биологических особенностей культуры. Выращивание растений методом гидропоники имеет большие преимущества перед традиционными методами. Метод позволяет выращивать большое количество растений на ограниченной площади, получать урожай несколько раз в течение сезона вне зависимости от климатических условий; контролируемые условия выращивания способствуют оптимизации расхода воды и удобрений, обеспечивают требуемое качество растительного сырья, использование инертного субстрата позволяет избежать заражения растений почвенными фитопатогенами.

Метод гидропоники разработан и широко используется для выращивания овощных, зеленных и эфиромасличных культур (Sharma N. et al. Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: An overview // Journal of Soil and Water Conservation. 2018. V. 17. № 4. P. 364-371. http://dx.doi.org/10.5958/2455-7145.2018.00056.5; Genuncio G. C., Gomes M., Ferrari A. C. et al. Hydroponic lettuce production in different concentrations and flow rates of nutrient solution // Horticultura Brasileira. 2012. Vol. 30 (3). P. 526-530. DOI: 10.1590/S0102-05362012000300028; Любова С. В., Кудрявцева М. А. Технология выращивания салата в защищенном грунте Архангельской области // Вестник КрасГАУ. 2012. № 4. С. 1-4; Walters K. J., Currey C. J. Hydroponic greenhouse basil production: Comparing systems and cultivars // HortTechnology. 2015. V. 25. № 5. P. 645-650. https://doi.org/10.21273/HORTTECH.25.5.645), но не для тимьяна обыкновенного.

Известен способ выращивания лекарственного растительного сырья лапчатки белой в условиях гидропоники (патент RU 2570623 С1). Этот способ получения лекарственного сырья лапчатки белой является сопряженным с методом микроклонального размножения и выращивания в условиях гидропоники. При этом первоначально из материнских растений микроклональным способом получают необходимое количество растений-регенерантов и помещают их для адаптации к нестерильным условиям среды в гидропонную установку, где выращивают 90 сут до получения лекарственного сырья. В качестве питательного раствора используют питательную среду по прописи Мурасиге-Скуга, содержащей ¼ состава макро- и микросолей, полный набор витаминов, хелата железа, хлористого кальция, при температуре 24-26°C, режиме освещения 16 ч днем и 8 ч темновой фазы. Авторами используется гидропонная установка промышленного образца типа “Минивит” (АО “ДОКА”, г. Зеленоград). Средняя масса высаживаемого растения-регенеранта в гидропонику составляет 0,25 г. На площади 1 м² выращивают 750 растений. Через 90 сут средняя масса 1 растения составляет 3,6 г. При круглогодичном выращивании таким способом количество биомассы сырья лапчатки белой составляет 10,05 кг/м² сырой массы за 1 год. При этом качественный состав экстрактивных веществ растений-регенерантов лапчатки белой, выращенных в условиях гидропоники, и растений лапчатки, выращенных в полевых условиях идентичен (патент RU 2570623 С1).

Также известен способ выращивания княженики арктической гидропонным методом (патент RU 2812933 С1, опубликовано 05.02.2024 г.) на субстрате из нейтрального торфа или кокосового волокна с периодическим подтоплением. Двулетние растения из грунта переносят на трехярусную гидропонную установку в горшки с субстратом на расстоянии 20-30 см в 2 ряда. Поддерживаются следующие параметры микроклимата: 16-ч освещение, интенсивность освещенности 11 кЛк, интервал температур воздуха 20-23°С, питательного раствора 18-21°С, влажность воздуха 65-70%, электропроводность питательного раствора 1,7-2,0 мСм/см, рН 5,0-6,0; подача питательного раствора дважды в сутки по 15 мин.

В качестве близкого заявленному изобретению выбран способ выращивания пряно-ароматической культуры монарды лимонной (Беспалько Л.В., Пинчук Е.В., Ушакова И.Т. Монарда лимонная (Monarda citriodora L.) - ценная пряно-ароматическая овощная культура для открытого и защищенного грунта. Овощи России. 2018; (5): 57-60. DOI:10.18619/2072-9146-2018-5-57-60) по технологиям проточной гидропоники (салатные линии) и методом подтопления (рассадные столы и многоярусные узкостеллажные установки) с использованием кассет и горшочков с торфом в смеси с перлитом в качестве субстрата и минеральных блоков 10×10 см. Состав питательных элементов для этой технологии тот же, что и на салатных линиях. Оптимальный уровень кислотности питательного раствора до 4,0, а Электропроводность - 0,5-2,5 мСм/см. Можно проводить несколько срезок.

Тем не менее, в литературе нет сведений о их применимости метода гидропонного выращивания для тимьяна обыкновенного.

Заявляемое изобретение направлено на решение проблемы: разработку технологии выращивания тимьяна обыкновенного в условиях гидропоники.

Технический результат заключается в повышении сырой биомассы на 1 м² в условиях гидропонного выращивания по сравнению с культивированием в условиях открытого грунта, а также повышении содержания некоторых ценных компонентов эфирного масла.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления способа. Примеры конкретного выполнения.

Растения выращивают в двухъярусной гидропонной установке с системой периодического подтопления. Установка состоит из опорной системы и поддонов размером 130×50 см с поперечными и продольными желобами для размещения субстрата с растениями, бака объемом 80-100 л для питательного раствора, насоса для подачи питательного раствора, питающих и возвратных трубок, соединяющих бак с поддоном.

Подготовка семян к посеву. Семена замачивают в суспензии Фитоспорина М в течение 1 ч (1,5 г/л воды, расход рабочего раствора 100-150 мл/100 г семян) с целью предупреждения заражения растений фитопатогенными грибами.

Посев и условия выращивания семян. Посев семян проводят на глубину 0,1-0,3 см в пропитанный водой минераловатный субстрат, помещенный в горшочек (6×5 см), располагая их равномерно по всей площади субстрата. Количество семян тимьяна составляет 7 шт./горшочек. Семена проращивают в темноте при температуре воздуха +23...+24°С, относительной влажности воздуха 90 %.

Выращивание растений на гидропонных установках. При появлении всходов (через 5-7 дней) горшочки с растениями размещают в кассетах с отверстиями на поддонах гидропонной установки. Плотность размещения горшочков на поддоне - 60 шт. на 1 м². В культивационном помещении поддерживаются оптимальные параметры микроклимата: температура воздуха +22…+25°C, температура раствора +20…+22°C, влажность воздуха - 55-65 %.

В качестве удобрений применяют полностью растворимые в воде комплексные удобрения с микроэлементами (N 6,0 масс. %, P 6,1%, K 24,9%, Mg 2,4%, S 4,0%, B 0,03%, Cu 0,02%, Fe 0,2%, Mn 0,14%, Zn 0,02%, Mo 0,004%) и кальциевую селитру (N 15,5% и Ca 19,0%) в соотношении 6:4, общая концентрация 1 г/л.

Подачу питательного раствора осуществляют в течение 15 мин трижды в сутки. Электропроводность (ЕС) питательного раствора для растений в фазе проростков поддерживают на уровне 0,8-1,0 мСм/см, в период вегетации взрослых растений - в диапазоне 1,6-2,0 мСм/см. Уровень кислотности (рН) готового питательного раствора поддерживают в пределах 5,5-6,5. Для поддержания оптимальной кислотности используют 0,1 н раствор азотной кислоты.

Режим освещения. Освещение проводят в течение 16 ч в сутки в видимом диапазоне спектра светодиодными лампами, расположенными на высоте 50 см до растений. Параметры цветного освещения: комбинация красных, синих и белых диодов в соотношении 2:1:2, доминанта длины волны красного спектра - 625 нм, синего - 470 нм, световой поток 6600 лм, РРFD 143 мкмоль/с/м²; параметры белого освещения: белые диоды, световой поток 8000 лм, цветовая температура 4000 К, РРFD 165 мкмоль/с/м².

Срезка растений. Срезку зеленой массы тимьяна в системе вертикального типа проводят на 50-55-й день выращивания. Побеги срезают на высоте 12-15 см от корневой шейки для последующего отрастания. В дальнейшем срезки можно проводить каждые 40 сут. Предложенный способ был апробирован в течение 9,5 месяцев (292 дня), однако есть возможность продолжения культивирования тимьяна в гидропонных условиях в течение большего срока. Были проведены 7 срезок биомассы с интервалом в 38-45 дней.

Максимальная продуктивность тимьяна за одну срезку у сорта Змейка достигала в среднем 22,46 г/горшочек при освещении цветными лампами и 30,28 г при белом освещении, а у сорта Медок - 25,65 г и 39,69 г соответственно. Суммарно за 7 срезок можно получить с 1 горшочка до 135,3 г тимьяна сорта Змейка и до 145,8 г сорта Медок при освещении белыми лампами в условиях гидропоники.

Урожайность тимьяна при выращивании предложенным способом в условиях гидропоники с плотностью расстановки 60-64 горшочка/м² за 7 срезок составила суммарно 7,68 кг/м² для сорта Змейка и 8,16 кг/м² для сорта Медок при цветном освещении, а при белом освещении - 8,74 кг/м² для сорта Змейка и 9,42 для сорта Медок. Такое значение урожайности зеленой массы превосходит показатели открытого грунта в Крыму (Каширина и др., 2022) в 3,5-4,3 раза.

Освещение белыми светодиодами с указанными параметрами позволяет повысить урожайность растений на 15% по сравнению с комбинацией красных, синих и белых диодов.

В условиях гидропоники получено качественное растительное сырье тимьяна обыкновенного, содержащее хлорофиллы а и b, каротиноиды и флавоноиды. Исследование компонентного состава эфирного масла тимьяна, выращенного в условиях гидропоники, показало, что освещение белыми фитолампами способствует увеличению накопления тимола, линалоола и кариофиллена, по сравнению с растениями, выращенными в условиях открытого грунта.

Таблица 1 - Биометрические показатели тимьяна обыкновенного в условиях гидропоники при освещении различными фитолампами

Сорт Высота растений, см Длина листа, см Ширина листа, см белые лампы цветные лампы белые лампы цветные лампы белые лампы цветные лампы Змейка 26,31±0,71 27,65±0,93 1,02±0,02 1,01±0,02 0,63±0,02 0,62±0,02 НСР_0,05 2,98 0,05 0,07 Медок 30,20±0,67 34,06±1,12 1,03±0,03 1,04±0,02 0,65±0,02 0,66±0,03 НСР_0,05 3,34 0,05 0,07

Таблица 2 - Урожайность тимьяна обыкновенного при выращивании гидропонным методом

Сорт (освещение) Урожайность при срезках, кг/м² Суммарная за 7 срезок, кг/м² 1 2 3 4 5 6 7 Змейка, (белый спектр) 0,38±0,06 0,46±0,08 1,09±0,16 1,43±0,21 1,55±0,24 1,87±0,28 1,96±0,29 8,74 Змейка (красно-сине-белый спектр) 0,33±0,05 0,38±0,05 0,97±0,13 1,02±0,14 1,45±0,23 1,69±0,25 1,84±0,26 7,68 Медок (белый спектр) 0,36±0,06 0,43±0,07 0,99±0,16 0,87±0,12 1,88±0,27 2,56±0,34 2,33±0,31 9,42 Медок (красно-сине-белый спектр) 0,39±0,06 0,68±0,11 0,79±0,12 0,89±0,13 1,66±0,25 1,97±0,28 1,78±0,24 8,16

Таблица 3 - Содержание пигментов фотосинтеза и флавоноидных соединений в растительном материале тимьяна обыкновенного (мг/г сухого вещества)

Сорт (освещение) Хлорофилл а, мг/г Хлорофилл b, мг/г Сумма хлорофиллов a+b, мг/г Каротиноиды, мг/г Флавоноиды, мг/г Медок (красно-сине-белый спектр) 4,68±0,08 3,74±0,05 8,42 0,67±0,05 0,52±0,02 Медок (белый спектр) 4,63±0,04 1,87±0,06 6,50 0,85±0,06 0,95±0,06 Змейка (красно-сине-белый спектр) 5,73±0,05 3,10±0,02 8,83 0,87±0,07 0,39±0,04 Змейка, (белый спектр) 5,00±0,04 2,53±0,08 7,53 0,68±0,07 0,49±0,04

Предложенный способ выращивания тимьяна гидропонным методом, включающий посев семян, выращивание растений на гидропонных установках, уход за растениями, сбор урожая, отличается от известных набором параметров, подобранных именно для культуры тимьяна обыкновенного.

Преимущества предложенного способа заключаются в использовании инертного субстрата с высокой влагоемкостью и пористостью, возможности контролировать условия выращивания (температура, влажность воздуха, параметры питательного раствора, освещенность) для достижения оптимальной урожайности и качества полученного сырья, независимости от погодных условий, что позволяет выращивать растения длительное время и проводить многократные срезки биомассы.

Процитированные документы:

Патент RU 2570623 С1, 18.08.2014, опубликовано 10.12.2015 г.

Патент RU 2812933 С1, 29.11.2022, опубликовано 05.02.2024 г.

Сулейманова З.Н., Сулейманова Л.А., Хасанова З.М., Хасанова Л.А. Особенности биологии, полезные и лекарственные свойства некоторых видов тимьяна (Thymus L.) // Вестник Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы. № 2 (50). 2019. С. 64-69.

Аль-Карави Х. Особенности роста, развития и биохимического состава хозяйственно значимых представителей рода Thymus L. в условиях нечерноземной зоны Российской Федерации : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук : 03.02.01 - Ботаника. Москва, 2018. 23 с.

Каширина Н. А., Дроботова Е. Н., Невкрытая Н. В., Скипор О. Б. Технологические приемы возделывания Thymus vulgaris L. // Таврический вестник аграрной науки. 2022. № 4(32). С. 93-105.

Цибина А.С. Фармакогностическое исследование травы монарды дудчатой (Monarda fistulosa L.): диссертация на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук : 14.04.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия. Самара, 2020. 209 с.

Куркин В.А. Фармакогнозия. Самара: Офорт, 2019. 1278 с.

Беспалько Л.В., Пинчук Е.В., Ушакова И.Т. Монарда лимонная (Monarda citriodora L.) - ценная пряно-ароматическая овощная культура для открытого и защищенного грунта. Овощи России. 2018; (5): 57-60. [ = Bespalko L.V., Pinchuk E.V., Ushakova I.T. Valuable spice-aromatic vegetable - Monarda citriodora L. Vegetable crops of Russia. 2018;(5):57-60. (In Russ.)] DOI:10.18619/2072-9146-2018-5-57-60

Sharma N. et al. Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: An overview // Journal of Soil and Water Conservation. 2018. V. 17. № 4. P. 364-371. http://dx.doi.org/10.5958/2455-7145.2018.00056.5

Genuncio G. C., Gomes M., Ferrari A. C. et al. Hydroponic lettuce production in different concentrations and flow rates of nutrient solution // Horticultura Brasileira. 2012. Vol. 30 (3). P. 526-530. DOI: 10.1590/S0102-05362012000300028

Любова С. В., Кудрявцева М. А. Технология выращивания салата в защищенном грунте Архангельской области // Вестник КрасГАУ. 2012. № 4. С. 1-4.

Walters K. J., Currey C. J. Hydroponic greenhouse basil production: Comparing systems and cultivars // HortTechnology. 2015. V. 25. № 5. P. 645-650. https://doi.org/10.21273/HORTTECH.25.5.645

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к гидропонным способам выращивания многолетних растений, и может быть использовано для выращивания тимьяна в защищенном грунте. Способ включает подготовку семян к посеву и их посев в горшочки с минераловатным субстратом, выращивание с периодическими срезками растений в двухъярусной гидропонной установке с периодическим подтоплением при использовании водного питательного раствора с общей концентрацией 1 г/л комплексных удобрений с микроэлементами и кальциевой селитры, подаваемого трижды в сутки в течение 15 мин, электропроводностью 0,8-2,0 мСм/см, pH 5,5-6,5. Выращивание проводят при оптимально подобранных для культуры тимьяна обыкновенного условиях выращивания: температура воздуха +22…+25°C, температура питательного раствора +20…+22°C, влажность воздуха 55-65 %, 16-часовой световой режим. Освещение проводят белыми диодами со световым потоком 8000 лм, цветовой температурой 4000 К, РРFD 165 мкмоль/с/м² или комбинацией красных, синих и белых диодов в соотношении 2:1:2, с доминантой длины волны красного спектра 625 нм, синего 470 нм, световой поток 6600 лм, РРFD 143 мкмоль/с/м². Технический результат заключается в повышении сырой биомассы на 1 м² в условиях гидропонного выращивания по сравнению с культивированием в условиях открытого грунта, а также повышенном содержании некоторых ценных компонентов эфирного масла. 3 табл.

Гидропонный способ выращивания тимьяна обыкновенного, включающий подготовку семян к посеву и их посев в горшочки с минераловатным субстратом, выращивание с периодическими срезками растений в двухъярусной гидропонной установке и с периодическим подтоплением при использовании водного питательного раствора с общей концентрацией 1 г/л комплексных удобрений с микроэлементами и кальциевой селитры, подаваемого трижды в сутки в течение 15 мин, электропроводностью 0,8-2,0 мСм/см, pH 5,5-6,5, при оптимально подобранных для культуры тимьяна обыкновенного условиях выращивания: температура воздуха +22…+25°C, температура питательного раствора +20…+22°C, влажность воздуха 55-65 %, 16-часовой световой режим, освещение белыми диодами, световой поток которых 8000 лм, цветовая температура 4000 К, РРFD 165 мкмоль/с/м², или комбинацией красных, синих и белых диодов в соотношении 2:1:2, с доминантой длины волны красного спектра 625 нм, синего 470 нм, световой поток 6600 лм, РРFD 143 мкмоль/с/м².