Нейросетевая оценка эффективности использования фульвокислот в сочетании с минеральными удобрениями на продуктивность и качество листового салата сорта Афицион, выращенного в условиях вертикальной гидропоники

Растущий спрос на экологичную растительную продукцию стимулирует развитие городских сити-ферм закрытого типа. Как инновационная бизнес-модель, они эффективно используют ограниченное пространство мегаполисов, обеспечивая прямой доступ к рынку. Растения выращивают вертикально на гидропонике с автоматическим контролем среды. Для повышения качества продукции и снижения зависимости от минеральных удобрений исследовали частичное замещение их гуминовыми стимуляторами. Проводили опыт с салатом на среде Хогланда: контроль (вода), 50% Хогланда, 100% Хогланда и 50% Хогланда + фульвокислоты (90 млн⁻¹). По окончании измеряли биомассу и элементный состав. Данные обрабатывали нейросетью ChemNN, преобразующей биохимический профиль в индекс CSIelem, указывающий оптимальный режим питания. Результаты опыта показали, что разница в биомассе между 100% и 50% Хогланда составила лишь 9%. Добавка фульвокислот к 50% Хогланда полностью нивелировала эту разницу, повышая биомассу до уровня 100% Хогланда. Фульвокислоты улучшали усвоение макро- и микроэлементов из обедненной среды, что подтверждалось ростом CSIelem для этих элементов. При этом наблюдалось снижение содержания мезоэлементов (Ca, Mg, S). Добавки фульвокислот позволяют сокращать долю минеральных удобрений (до 50%) без потери урожайности и питательной ценности. Для оптимизации усвоения мезоэлементов рекомендуется дополнительное внесение солей кальция, магния и серы в питательный раствор или через листовые подкормки.

1. Godfray H.C.J. et al. Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People. Science. 2010; 327(5967): 812–818. https://doi.org/10.1126/science.1185383

2. Жильцова М.С., Кузнецова О.А., Кудинов Б.Б., Мельников А.Р. Сити-фермы как перспективное направление развития «городского» бизнеса. Естественно-гуманитарные исследования. 2024; (2): 113–119. https://www.elibrary.ru/oqpzpz

3. Дмитриева А.С. Вертикальные фермы — новая тенденция в сельском хозяйстве. ХроноЭкономика. 2019; (6): 35–38. https://www.elibrary.ru/kkyhpd

4. Ерохин М.Н., Скороходов Д.М., Скороходова А.Н., Анисимов А.А., Потемкин Р.А. Анализ современных устройств выращивания растений в городском фермерстве и перспективы его развития. Агроинженерия. 2021; (3): 24–31. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2021-3-24-31

5. Santos P.J.A., Ocampo E.T.M. SNAP hydroponics: Development & potential for urban vegetable production. Philippine Journal of Crop Science. 2005; 30(2): 3–11.

6. Sardare M.D., Admane S.V. A Review on Plant Without Soil — Hydroponics. International Journal of Research in Engineering and Technology. 2013; 2(3): 299–304. https://doi.org/10.15623/ijret.2013.0203013

7. Putra P.A., Yuliando H. Soilless Culture System to Support Water Use Efficiency and Product Quality: A Review. Agriculture and Agricultural Science Procedia. 2015; 3: 283–288. https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2015.01.054

8. De Souza P.F. et al. Physiological differences of Crocantela lettuce cultivated in conventional and hydroponic systems. Horticultura Brasileira. 2019; 37(1): 101–105. https://doi.org/10.1590/S0102-053620190116

9. Козлова А.В. Вертикальные фермы — новая тенденция в сельском хозяйстве. Молодежь и наука. 2021; (8): 18. https://www.elibrary.ru/mffxgz

10. Пинчук Е.В., Беспалько Л.В., Козарь Е.Г., Балашова И.Т., Сирота С.М., Шевченко Т.Е. Ценная овощная зелень на гидропонике для круглогодичного потребления. Овощи России. 2019; (3): 45–53. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2019-3-45-53

11. Qadeer A. et al. Hydroponics as an innovative technique for lettuce production in greenhouse environment. Pure and Applied Biology. 2020; 9(1): 20–26. https://doi.org/10.19045/bspab.2020.90130

12. Лебедева А.Т. Салаты. М.: МСП. 2004; 153. ISBN 5-7578-0203-0 https://www.elibrary.ru/qkvwhn

13. Sapkota S., Sapkota S., Liu Z. Effects of Nutrient Composition and Lettuce Cultivar on Crop Production in Hydroponic Culture. Horticulturae. 2019; 5(4): 72. https://doi.org/10.3390/horticulturae5040072

14. Sronsri C., Sittipol W., U-yen K. Quantity and quality of lettuce (Lactuca sativa L.) grown by a circulating hydroponic method with a Halbach array magnetizer. Journal of Food Composition and Analysis. 2022; 108: 104460. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2022.104460

15. Солдатенко А.В. и др. Проблемы производства салата в открытом грунте и особенности его выращивания в условиях мелкотоварного производства (на примере ООО «Веселый агроном» Дмитровского района Московской области). Овощи России. 2018; (2): 55–60. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2018-2-55-60

16. Иванова М.И., Кашлева А.И., Алексеева К.Л., Давлетбаева О.Р. Салат: многообразие разновидностей и сортов. Картофель и овощи. 2017; (5): 22–24. https://www.elibrary.ru/yndazt

17. Иванова М.И., Сурихина Т.Н. Размер и тенденции роста рынка салата. Картофель и овощи. 2024; (2): 20–25. https://doi.org/10.25630/PAV.2024.50.64.001

18. Старых Г.А., Хаустова Н.А. Технология выращивания салата на примере ЗАО «Агрокомбинат “Московский”». Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. 2015; 18: 9–14. https://www.elibrary.ru/vdmahl

19. Олива Т.В., Манохина Л.А., Кузьмина Е.А., Проскурина Е.Н. Листовой салат сорта Афицион в защищенном грунте. Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2019; (4): 235–244. https://www.elibrary.ru/ihlhwo

20. Solis E.S., Gabutan J.U. Hydroponic Lettuce (Lactuca sativa L. var. Lalique) Production Using Commercially Available Nutrient Solutions. International Journal of Agriculture and Environmental Research. 2023; 9(3): 330–341. https://doi.org/10.51193/IJAER.2023.9306

21. Barbosa G.L. et al. Comparison of Land, Water, and Energy Requirements of Lettuce Grown Using Hydroponic vs. Conventional Agricultural Methods. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2015; 12(6): 6879–6891. https://doi.org/10.3390/ijerph120606879

22. Ahmed Z.F.R., Alnuaimi A.K.H., Askri A., Tzortzakis N. Evaluation of Lettuce (Lactuca sativa L.) Production under Hydroponic System: Nutrient Solution Derived from Fish Waste vs. Inorganic Nutrient Solution. Horticulturae. 2021; 7(9): 292. https://doi.org/10.3390/horticulturae7090292

23. Shahein M.M., Afifi M.M., Algharib A.M. Assessing the Effect of Humic Substances Extracted from Compost and Biogas Manure on Yield and Quality of Lettuce (Lactuca sativa L.). American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences. 2014; 14(10): 996–1009.

24. Guilayn F., Benbrahim M., Rouez M., Crest M., Patureau D., Jimenez J. Humic-like substances extracted from different digestates: First trials of lettuce biostimulation in hydroponic culture. Waste Management. 2020; 104: 239–245. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.01.025

25. Скугорева С.Г., Ашихмина Т.Я., Кантор Г.Я., Сырчина Н.В. Влияние гуминовых удобрений на ростовые и биохимические показатели растений салата. Бутлеровские сообщения. 2020; 64(11): 108–115. https://doi.org/10.37952/ROI-jbc-01/20-64-11-108

26. Удалова О.Р., Мирская Г.В., Конончук П.Ю., Панова Г.Г. О влиянии растворов фульвокислот из сапропеля на растения салата при различных видах его обработки. Аграрный вестник Урала. 2021; (6): 22‒33. https://doi.org/10.32417/1997-4868-2021-209-06-22-33

27. Долгих П.П., Трепуз С.В., Попова Н.М. Роль спектральных характеристик источников излучения в формировании урожая салата при выращивании методом гидропоники. Агроинженерия. 2023; 25(5): 62–67. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2023-5-62-67

28. Noh K., Jeong B.R. Optimizing Temperature and Photoperiod in a Home Cultivation System to Program Normal, Delayed, and Hastened Growth and Development Modes for Leafy Oak-Leaf and Romaine Lettuces. Sustainability. 2021; 13(19): 10879. https://doi.org/10.3390/su131910879

29. Loconsole D., Cocetta G., Santoro P., Ferrante A. Optimization of LED Lighting and Quality Evaluation of Romaine Lettuce Grown in An Innovative Indoor Cultivation System. Sustainability. 2019; 11(3): 841. https://doi.org/10.3390/su11030841

30. Senila M. Recent Advances in the Determination of Major and Trace Elements in Plants Using Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry. Molecules. 2024; 29(13): 3169. https://doi.org/10.3390/molecules29133169

31. Schmidhuber J. Deep learning in neural networks: An overview. Neural Networks. 2015; 61: 85–117. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2014.09.003

32. Погодаев А.К., Хабибуллина Е.Л., Инютин Д.М. Применение нейросетевых моделей для построения продукционных правил экспертных систем. Прикладная математика и вопросы управления. 2021; (2): 73–92. https://doi.org/10.15593/2499-9873/2021.2.05

33. Widrow B., Greenblatt A., Kim Y., Park D. The No-Prop algorithm: A new learning algorithm for multilayer neural networks. Neural Networks. 2013; 37: 182–188. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2012.09.020

34. Sutrop U. List Task and a Cognitive Salience Index. Field Methods. 2001; 13(3): 263–276. https://doi.org/10.1177/1525822X0101300303

35. Mascarenhas W.F. Fast and accurate normalization of vectors and quaternions. Computational and Applied Mathematics. 2018; 37(4): 4649–4660. https://doi.org/10.1007/s40314-018-0594-6

36. Nikolić D., Mureşan R.C., Feng W., Singer W. Scaled correlation analysis: a better way to compute a cross-correlogram. European Journal of Neuroscience. 2012; 35(5): 742–762. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2011.07987.x

37. Дюк В.А., Флегонтов А.В., Фомина И.К. Применение технологий интеллектуального анализа данных в естественно-научных, технических и гуманитарных областях. Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2011; 138: 77–84. https://www.elibrary.ru/ndnwej

38. Rose M.T., Patti A.F., Little K.R., Brown A.L., Jackson W.R., Cavagnaro T.R. A Meta-Analysis and Review of Plant-Growth Response to Humic Substances: Practical Implications for Agriculture. Advances in Agronomy. 2014; 124: 37–89. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800138-7.00002-4