Авторский расчет питательных растворов

Коллеги, при том, что в Интернете да и на GreenTalk много информации по расчету питательного раствора для гидропоники, иногда у начинающих встречается недопонимание некоторых вещей. 
В этой теме расскажу об ином подходе или иной методике по расчету состава раствора. Это может и не ново, но я подобного не встречал.
Методика отличается от общепринятой тем, что:
1) В расчете мы не будем брать соли и по ним считать сколько каких ионов с этими солями попадет (добавится) в раствор и подгонять под требуемое значение, а будем сразу добавлять  нужные ионы, не заботясь с какими солями или кислотами они потом попадут в раствор. Хотя такое выражение не совсем и верно, но смысл в этом.
2) Ненужно уравнивать количество катионов-анионов, это происходит автоматически. Накосячить с этим моментом не получится (или значительно сложнее).
3) На "выходе" получаем не только массу солей необходимых для приготовления пит. р-ра, но и ЕС раствора с учетом его состава и качества исходной воды и, если значение ЕС не устраивает, корректируем состав, подгоняя ЕС под нужное значение.

Расчет будет вестись вручную, чтобы было понятно откуда что берется. 

Пусть требуемый состав раствора для томата (стандартный) в ммоль/л такой:
NH4 = 1.25;  K = 8.75;  Ca = 4.25;  Mg = 2; NO3 = 13.75; SO4 = 3.75; P = 1.25; Сl = 1;
Нам нужно расчитать сколько каких удобрений нужно растворить в единице объема, чтобы получить требуемый состав.
Для начала нужно знать состав исходной воды, чтобы учесть элементы присутствующие в ней.
По минимуму нужно знать количество гидрокарбонатов, кальций, магний. По макс. нужно делать полный анализ.
В моей воде ммоль/л: 
HCO3- = 5;
Са++    = 2;
Mg++   = 0.5;
NO3-   = 0.4;
SO4--  = 0.5;
Cl-   =  0.5;
Составил такую таблицу.

Строка 1. Гидрокарбонаты нейтрализуем азоткой, которой требуется 4.5 ммоль/л. HCO3 оставляем 0.5 ммоль/л.
Нитрат ион стоит отдельно и специально его не добавляем, а скорее расчитываем по мере добавления других анионов и катионов.
Вначале вычитаем от заданного количества каждого элемента его содержание в исходной воде (коррекция по воде).
В столбце 6 получаем недостающее количество элементов - то, что нужно внести с удобрениями.

Добавляя катионы, добавляем эквивалентное количество нитрат ионов. Как будто мы вносим катионы в нитратной форме.

Затем добавляем анионы, при этом заменяя ими эквивалентное количество NO3. В столбце 9 цифры со знаком "-".
Снизить NO3 в растворе  можно только повышая (при этом замещая  NO3) другие анионы. Для этого вводим ион хлора. Для томата можно его количество и выше .
H2PO4 можно поднять только немного и заметного снижения NO3 не получить.
HCO3 тоже нельзя значительно повысить.
Остается SO4. Его повышение на 1 снижает нитрат ион на 2.

Из расчетов видно что завышено содержание  NO3 = 14.15 ммоль/л вместо 13.75 ммоль/л заданных. Эту разницу можно устранить добавив еще Cl dв количестве 0.4ммоль/л. Но я этого не стал делать и дальнейшие расчеты пойдут с теми значениями, как в таблице.

Итак, в таблице выше расчитали необходимое количество элементов для приготовления пит. раствора.
Это столбец 6, строки 2-8 и для NO3 столбец 9 строка 9. Осталось расчитать какими солями и в каком количестве можно внести эти элементы.

Таблица 2.

1) Первым закрываем хлор 0.5 моль CaCl2*2H2O, при этом добавляется 0.25 моль Са. Всего нужно внести в раствор 0.25ммоль/л СаСl2. Вписываем в столбец 9. (там ошибка - вместо моль/л нужно ммоль/л). Если хлора нет в составе раствора, то п.1 пропускаем.
2) Остальной Са (2моль) закрываем Ca(NO3)2 . При этом вносится 4 моль NO3.    (в моем случае безаммонийная селитра, а в аммонийной на 1моль Са приходится 2.2 моль NO3   и 0.2 моль NH4).
3) Закрываем 1.25 моль NH4 аммиачной селитрой. При этом вносится 1.25 моль NO3.
4) Закрываем 1.25 моль Р монофосфатом калия. При этом вносится 1.25 моль К.
5) Дальше закрываем магний или серу - что из них меньше по значению. Использую сульфат мания семиводный (MgSO4*7H2O) и вместе с 1.5 моль Mg вносится 1.5 моль серы. Можно использовать нитрат магния, тогда с 1.5 моль Mg закроется 3 моль NO3.
6) Остаток серы 1.75 моль закрываем K2SO4. При этом вносится 3.5 моль K.
7) Остаток 4 моль K закрываем KNO3. При этом вносится 4 моль NO3.

В столбце 10 получили количество солей (удобрений) в ммоль/л или в моль/м3 раствора. Нижнее значение - количество азотной кислоты. При нейтрализации 1 моль гидрокарбонатов азоткой ЕС раствора повышается примерно на 0.02 мСм/см. Это и означает запись: 4.5моль х 0.02мСм/см/моль = 90 мкСм/см.

В столбце 14 количество из ммоль/л пересчитано в физический вес (массу) удобрений в мг/л или г/м3.

В столбце16 электропроводность раствора каждой соли в концентрации 1 г/л. Для точного значения этих величин нужно растворить 1 г каждого удобрени в 1 л. дистилированной воды и замерить ЕС кондуктомером.

В столбце 18 на сколько повысится ЕС раствора в мкСм/см при растворении расчитанной массы конкретной соли .
Внизу столбца прибавляется 90 мкСм/см от кислоты и 630 мкСм/см от исходной воды.
Расчетное ЕС раствора = 2676 мкСм/см =~ 2.7 мСм/см.

Массу или объем азотки в количестве 4.5 ммоль/л нужно посчитать в зависимости от её концентрации.

Мелкие подробности или основы я пропустил - надеюсь они даже начинающим известны. Что непонятно - спрашивайте.

14 часа назад, Aleksey Kurenin сказал:

и по моему так оно и считалось всегда - просто вы по другому это все оформили.

Да, Алексей, отличия только в расчете количества элементов в растворе (первая таблица). Не получится "накидать" в раствор скажем 30 моль катионов и только 25 моль анионов (эквивалентов), урезав их количество за счет снижения NO3 в растворе)) 
Все необходимое количество NO3 просто будет "вылазить" (расчитываться) перед глазами такого "химика".

Во второй таблице отличие в том, что расчетное ЕС раствора производится с учетом удельной электропроводности каждой соли, а не просто умножается общая масса солей на какой-то коэффициент.

В 16.09.2017 в 10:02, Pyotr сказал:

В моем случае при подкислении исходной воды с 5 ммоль/л гирокарбонатами до рН=5 ЕС поднималась с 0.63 до 0.73 мСм/см.
Считая, что при рН=5 уровень HCO3- в растворе практически равен нулю, получилось, что при нейтрализации каждого иона HCO3-   ЕС р-ра повышается на 0.02 мСм/см.

Проверил - при подкислении фосфорной кислотой  ЕС воды уменьшается на 0.02 мСм/см!
Можно сделать вывод, что степень диссоциации гидрокарбонатов в воде на высоком уровне (приближается к 100%).

Нейтрализация гидрокарбонатов серной к-той значительно повысит ЕС воды.( см.таблицу выше)

Удельная электропроводность растворов удобрений в концентрации 1 г/л. Значения применимы к концентрациям
от 0,5 до 8 г /л.

Может немного различаться по производителям.

Вопрос по бору в рассадном растворе.

10 часов назад, Юхани сказал:

Вопрос по бору в рассадном растворе.

Опечатка там, да не одна.

Вот еще рецепты от Кравцовой и Ладогиной

15 часов назад, Pyotr сказал:

Коллеги просили выложить состав питательного раствора для томатов. Где-то была подходящая тема, но с ходу не нашёл. 

Обратите внимание на важную часть в таблице "Соотношение макроэлементов в растворе".
 

Супер!

Да, по Бору конечно опечатка.

Однако отметил, что его 30 мкмоль рекомендуют (33 мг при молярной массе Бора 11 г/моль это и есть 30 мкмоль). 

Это уже значительно лучше, чем те 20 мкмоль, которые все почему то за аксиому считают. А во время созревания - массового плодоношения (G) вообще смотрю до 60-70 мкмоль рекомендуют поднимать. Собственно именно так как я всегда и делал :)

Так томаты значительно быстрее созревают и "не засиживаются" на растении и в них накапливается больше сахаров.

Ещё обратите внимание на заглавие: это состав из капельницы, а не в корневой зоне/субстрате или тем более дренаже (как в моей практике думали многие руководители и именитые консультанты/эксперты/"сопровождатели"). В корневой-то зоне как я всегда и говорил состав в идеале должен сохраняться на постоянном уровне после потребления растением и наших корректировок проактивных. 

В 27.12.2017 в 12:18, Марите сказал:

Спасибо, Петр! Очень полезная таблица для тех, кто пытается переводить г/л в мС/см

Обратите внимание, что это данные 1982 года, чистота и состав удобрений с той поры несколько изменился. Однако, если речь идет о химически чистых солях, то все так и осталось.

Вообще на практике надежнее измерять фактические значения нежели полагаться на расчеты.

Марите, на практике никто обычно не измеряет Ес раствора того или иного удобрения по отдельности взятого :) Не говоря уже о том, что дистиллированная вода и банальная чистая  лабораторная  посуда у всех есть в  наличии :)

Так что таблица весьма полезная. Мне то в свое время приходилось Если каждого удобрения брать из его конкретного паспорта/этикетки.

В 16.09.2017 в 09:30, Pyotr сказал:

Да, Алексей, отличия только в расчете количества элементов в растворе (первая таблица). Не получится "накидать" в раствор скажем 30 моль катионов и только 25 моль анионов (эквивалентов), урезав их количество за счет снижения NO3 в растворе)) 
Все необходимое количество NO3 просто будет "вылазить" (расчитываться) перед глазами такого "химика".

Во второй таблице отличие в том, что расчетное ЕС раствора производится с учетом удельной электропроводности каждой соли, а не просто умножается общая масса солей на какой-то коэффициент.

Петр, +100!!!

Это кстати, основная и самая грубейшая ошибка 99,99% таких рассчитывателей "химиков"!

Они банально тупо подгоняют данные, думая что "не дают лишнего азота". А на самом же деле он у них есть но просто теряется в расчетах!!!Точнее в неверном алгоритме расчета. И проверить наличие этой ошибки можно просто сверив сумму анионов и катионов, но такие "химики" по запарке забывают это сделать, а сами же программы почему-то "пропускают" этот неловкий момент (думаю намеренно: чтобы заказчику показать красивые цифры и отрапортовать что лишнего азота нет а калия и кальция при этом много много, хотя по факту это чисто физически невозможно) притягивая результаты за уши. Отчего приготовленный раствор иногда раза в полтора может отличаться от расчетного по ряду элементов!!! (Просто многие (90%) банально не делают анализ раствора из капельницы никогда)

Именно поэтому кстати я также свою систему расчета составил и успешно пользуюсь ею. И в ней также как у Вас идёт расчет сразу же по Ес получившегося раствора от каждой отдельной соли, и сразу вылезают все нитраты на вид.

Максим, и вообще коллеги, в расчетах выше я упустил важную вещь. Заметил только что.

В 15.09.2017 в 15:56, Pyotr сказал:

В моей воде ммоль/л: 
HCO3- = 5;
Са++    = 2;
Mg++   = 0.5;
NO3-   = 0.4;
SO4--  = 0.5;
Cl-   =  0.5;

Эквивалентов
катионов 2х2 + 0.5х2 = 5 мМоль/л
анионов  5 + 0.4 + 0.5х2 + 0.5 = 6.9 мМоль/л

Видно, что не хватает 1.9 мМоль/л катионов (вода нейтральна). Скорее всего натрий.
Здесь два пути
1. Дописываем в состав исходной воды недостающее количество экв. анионов/катионов, чтоб их стало поровну.
  И дальше считаем раствор. Наши "приписки" окажутся и в составе раствора и тогда всё будет сходится.

2. Оставляем как есть, но тогда и в требуемом растворе эта разница анионы - катионы должна остаться и пусть она нас не смущает - это для "бумаги". В моем случае должно быть катионов на 1.9 мМоль-экв/л меньше, чем анионов (это на "бумаге"). Добавлять же к составу воды будем одинаковое количество анионов - катионов.

3 часа назад, Марите сказал:

Я не предлагала измерять растворы отдельных удобрений :). Мне просто не очень нравится идея расчетного ЕС, проще и надежнее измерить фактическое ЕС раствора.

В рецепте от Гродана по бору несомненная опечатка. И хочу напомнить, что для растений в почве в открытом грунте считается, что более 3,5 мг В/л может быть токсичной для растений. А 1 л почвы и 1 л раствора это очень большая разница.

Так пока он не приготовлен его и не измерить :) 

Опять таки далеко не все и не всегда измеряют Ес в баках (дистиллированная вода не везде есть). 

Да и речь идёт вовсе не о замене альтернативе факиического измерения Ес маточного раствора измеренным. А о планировании, знании Ес мат растворов путем расчета. Необходимо это в связи с тем, что у нас есть ещё элементы из воды.

20 часов назад, Grower1 сказал:

Да и речь идёт вовсе не о замене альтернативе факиического измерения Ес маточного раствора измеренным. А о планировании, знании Ес мат растворов путем расчета. Необходимо это в связи с тем, что у нас есть ещё элементы из воды.

Максим, начинающие могут не понять, поэтому дополню.

Например есть какой-то состав раствора с определенным содержанием элементов и их соотношением K:N, K:Ca и т.д. см. растворы от Гродан.
Мы посчитали раствор и узнали его расчетное ЕС, равное например 2.5 мСМ/см. А нам нужно ЕС = 3. Вода с высоким содержанием Ca, Mg, гидрокарбонатами...
Если мы тупо увеличим дозирование мат.растворов, чтоб поднять ЕС раствора до 3 мСм/см, то в таком случае в нем уменьшится относительное содержание Ca, Mg, азота (нейтрализация гидрокарбонатов азоткой) и мы получим совсем другой раствор, с иными значениями K:N, K:Ca и т.д.

А вот если мы увеличим пропорционально содержание каждого элемента на 20-30% в требуемом растворе и расчетное значение ЕС окажется близко к 3 мСм/см, то в пит.растворе сохранятся заданные соотношения K:N, K:Ca и т.д.

Из выше сказанного следует, что задавать в расчетах (и в программах расчета пит.р-ра) абсолютные значения элементов в пит. растворе не совсем правильно.
Нужно бы задавать состав и ЕС воды, соотношения элементов как в таблице от Гродан и ЕС раствора. 
Абсолютные значения задавать только для фосфора, может NH4 или еще чего.

15 часов назад, Pyotr сказал:

Максим, начинающие могут не понять, поэтому дополню.

Например есть какой-то состав раствора с определенным содержанием элементов и их соотношением K:N, K:Ca и т.д. см. растворы от Гродан.
Мы посчитали раствор и узнали его расчетное ЕС, равное например 2.5 мСМ/см. А нам нужно ЕС = 3. Вода с высоким содержанием Ca, Mg, гидрокарбонатами...
Если мы тупо увеличим дозирование мат.растворов, чтоб поднять ЕС раствора до 3 мСм/см, то в таком случае в нем уменьшится относительное содержание Ca, Mg, азота (нейтрализация гидрокарбонатов азоткой) и мы получим совсем другой раствор, с иными значениями K:N, K:Ca и т.д.

А вот если мы увеличим пропорционально содержание каждого элемента на 20-30% в требуемом растворе и расчетное значение ЕС окажется близко к 3 мСм/см, то в пит.растворе сохранятся заданные соотношения K:N, K:Ca и т.д.

Из выше сказанного следует, что задавать в расчетах (и в программах расчета пит.р-ра) абсолютные значения элементов в пит. растворе не совсем правильно.
Нужно бы задавать состав и ЕС воды, соотношения элементов как в таблице от Гродан и ЕС раствора. 
Абсолютные значения задавать только для фосфора, может NH4 или еще чего.

Именно так!

Как правило  95% рассчитывателей раствора вообще не понимают для чего существует графа "Ес раствора" и воспринимают ее как чистую формальность. И как следствие не обращают внимание на нее. 

В итоге когда они наконец насчитают себе много много калия и кальция и магния (и мало мало нитратов и им пофиг что катионы и анионы у него в полтора раза не бьются :) т.е. по факту нитратов он не видит в своем "липовом"  расчетном растворе, а они есть при этом в реале :)) то у них в той графе выходит Ес эдак в 4,3 мСм.

Но при этом у человека в 2,6 мСм в установках на полив стоит. А ведь у нас в воде 0,5 - 1,2 мСм элементов (кальций и магний в основном). В итоге и соотношения все летят в тартары и фактические количества могут расходиться раза так в три !!! В три раза, Карл!!! 

Но так как анализ раствора из капельницы обычно не делается, то низкое содержание того же калия в субстрате или даже нулевое списывается на "очень хорошее потребление растением", а то что калий фактически не дрдается раза в три, то про это никто ни сном ни духом... А потом у нас 70-80 кг/м2 в год на досветке в 150 Вт/м2 при бизнесплановых и реальных 130-140 кг/м2 не напрягаясь особо, но при этом грамотно строя питание.

А вообще при расчете раствора какова допустимая разница значений  анион - катион. Многие рецепты после внесения в программу "Вагенингена"   показывают несоответствия по этим значениям. Есть ли допустимые погрешности? При поднятии  с  ЕС -2,35 до 2-,57   уровень вносимых мин удобрений действительно сильно изменился  , саму массу мин веществ пришлось увеличить на 10%. Правильно понял выше сказанное?

Юхани, погрешности в соотношении катионов и анионов не должно быть. Расчет катионно-анионного состава раствора довольно таки тривиальная задача, попробуйте сделать это руками один раз, не полагаясь на программу.

Изменение электропроводности раствора зависит не только от количества ионов, но и от их природы, не зная состава раствора, нельзя говорить что изменение ЕС на н% приведет к увеличению подачи питательных веществ на к%.

1 час назад, Юхани сказал:

А вообще при расчете раствора какова допустимая разница значений  анион - катион. Многие рецепты после внесения в программу "Вагенингена"   показывают несоответствия по этим значениям. Есть ли допустимые погрешности? При поднятии  с  ЕС -2,35 до 2-,57   уровень вносимых мин удобрений действительно сильно изменился  , саму массу мин веществ пришлось увеличить на 10%. Правильно понял выше сказанное?

1.Ни насколько не должны расходиться. Так как это неравенство невозможно в принципе.

2. Совершенно верно. И это ещё не значительно Вам пришлось повысить расход удобрений при росте Ес. Иногда увеличение Если на 10% влечет вслед за собой увеличение расхода в физическом весе на 20%. Например мы поливали 1,6 мСм (розы) а стали поливать 1,76 мСм. И при этом расход туков на приготовление куба раствора вырастает у нас не на 10%, а на все 20% так как Ес-подачи (чистая вода + дренаж) у нас допустим 0,8 мСм. И.е. из свежих удобрений приходило 0,8 мСм, а теперь стало приходить все 0,96 мСм. То есть элементарная арифметика всё объясняет. Но почему то эта элиментарщина вызывает дикое недоумение и непонимание у такого заштатного рассчитывателя (так как нередко его загружают или он сам себя загружает ненужными пустыми заботами (навроде измерений в разных точках теплицы или мата) или слишком частыми безсистемгыми и потому бесплодными расчетами и корректировками рецепта). 

Вопрос-а если взять комплексные удобрения где есть все макро и микро элементы, и воду подготовленную, нужно ли все равно держать агрохимика и баки а в с и постоянно контролировать смеси, проценты и тп и тд?

Нужно