Гидропоника
Гидропоника (от греческого hydro – «вода» и ponos – «работа», в дословном переводе – «рабочий раствор») – выращивание растений без почвы, при котором все питательные вещества растение получает из водного раствора, содержащего их в требуемых количествах и точных пропорциях. [2]
Содержание:
Термин «гидропонная культура» обозначает растение, выращенное без почвогрунтов или почв, с использованием специальных питательных растворов. На сегодняшний день существует более 500 рецептов подобных растворов. [5]
История
Первым в истории человечества удачным опытом выращивания растений без почвы считаются легендарные сады Семирамиды в древнем Вавилоне – одно из семи чудес света, построенное при вавилонском царе Навуходоносоре во II веке до н. э. (605–562). Это была уникальная конструкция из наслаивающихся друг на друга материалов и разветвленной сети водопровода, обеспечивающего снабжение растений в садах водой.
Еще один пример использования питательного раствора для выращивания растений – плавучие сады ацтеков в Центральной Америке. Кочевые племена индейцев, вытесненные воинственными соседями с плодородных земель, применили на берегах мексиканского озера Теночитлан оригинальный способ выращивания растений. Из длинных стеблей тростника были изготовлены плоты, а на них уложен ил со дна озера. Эти плоты назывались чампас. Таким образом, индейцы выращивали обильные урожаи, позволившие племени не знать ни голода, ни нужды. В плавучих садах прекрасно росли не только овощи, но и фруктовые деревья.
Годом рождения современного растениеводства без естественной почвы считается 1860-й. Именно в этом году Вильгельм Кноп (1817–1901), профессор агрохимии и руководитель сельскохозяйственной опытной станции Лейпциг-Меккерн, совместно с профессором ботаники Боннского университета Юлиусом Заксом (1832–1897) впервые приготовили растворы солей, при помощи которых можно было выращивать зеленые растения без почвы.
Долгое время «вегетационные сосуды», наполненные питательным раствором, были неотъемлемым атрибутом научно-исследовательских лабораторий.
Первое масштабное использование водных культур для производства продуктов питания история приписывает американскому фитофизиологу профессору Уильяму Ф. Герикке, доценту Калифорнийского университета. Впервые о своих опытах он сообщил в 1929 году. Успешность его работ нашла подтверждение на практике во времена Второй мировой войны. Американские войска, находясь на бесплодных скалистых островах, выращивали овощи в гидропонных бассейнах, созданных в голой скале с помощью взрывчатых веществ. Уильяму Герикке принадлежит и термин «гидропоника».
Сады Семирамиды. Мартин ван Хемскерк, гравюра
Параллельно с американскими учеными над проблемой выращивания растений без почвы трудились и многие европейские специалисты. Наиболее крупная гидропонная установка была создана в советском институте плодоводства под руководством профессора Д.Н.Прянишникова. Опыты нашли практическое применение уже в 1937 году. Во время одной из полярных экспедиций овощи для питания получали именно таким способом.
Не отставали от своих российских и американских коллег венгерские и польские ученые. В 1932–1933 годах ими были созданы установки в Карпатах и южнее Львова. Польскими установками руководил профессор В. Пиотровский, а венгерскими – профессор Пауль Решлер. Оба предприятия были расположены в горной местности, и там выращивали ранние овощи и декоративные растения.
В 1938 году в местечке Штейнхейм, в Вестфалии (Германия), профессор Херниг создал гидропонную установку, которая успешно действует по сегодняшний день.
Сейчас гидропоника – одно из успешно развивающихся направлений растениеводства. Крупные установки для производства овощей используют в США, Японии, Германии, Швейцарии, Дании, Норвегии, России и других странах мира. [3]
Зоны и слои корня
1 – зона деления; 2 – зона растяжения (роста); 3 – зона корневых волосков (всасывания); 4 – зона ветвления; 5 –кончик корня; 6 – корневой чехлик; 7 – меристема; 8 – флоэма; 9 – ксилема; 10 – кора; 11- эпидермис; 12 – корневые волоски.
Биохимические принципы гидропоники
Растения получают углерод и кислород из воздуха, остальные элементы – из почвы, а в случае применения гидропоники – из питательного раствора.
Питательные элементы – это азот, фосфор, калий, кальций, железо и многие другие, в том числе, микроэлементы. Они необходимы растениям и не могут быть заменены ничем другим. Питательные вещества – это соединения, содержащие эти элементы. Известно, что в почве питательные элементы содержатся в четырех формах:
- прочно фиксированные почвой и недоступные для растений;
- труднорастворимые неорганические соли;
- адсорбированные на поверхности коллоидов и доступные для растений благодаря ионному обмену;
- растворенные в воде и легко доступные для растений. [4]
За поглощение питательных элементов из почвы или питательного раствора отвечает корневая система. Основной зоной поглощения питательных веществ является зона растяжения (роста) и зона корневых волосков. Она же снабжает необходимыми веществами и надземные корни растений.
Подсчитано, что на 1 мм 2 корневой поверхности развивается от 200 до 400 корневых волосков, что позволяет корневой поверхности увеличиваться в сотни раз. Корневые волоски обладают повышенной способностью к поглощению.
В меристематической зоне (меристема – это ткань, из которой образуются остальные виды тканей корня) отсутствует дифференцированная сосудистая система. При этом флоэма дифференцируется раньше, и только выше по длине корня наблюдается образование ксилемы. Именно по ней и передвигается вода с растворенными питательными веществами. Основная масса ионов, поглощенных меристемой, используется именно в этих клетках. Некоторое количество ионов, особенно Ca 2+ , поступает из этой зоны в надземные органы растений. Поглощенные в зоне растяжения и в зоне корневых волосков ионы транспортируются как вверх, так и вниз по корню. Выше зоны корневых волосков расположена зона ветвления корня. Здесь поверхность покрывается прочным пробковым слоем и в поглощении питательных веществ участия практически не принимает.
Различные зоны корня отвечают за поглощение различных минеральных элементов. Установлено, что Ca 2+ поступает в апикальные зоны, K + , NH + 4, фосфаты адсорбируются всей поверхностью корневой системы. [6] (фото)
Источник
Гидропоника, как способ выращивания растений без использования почвы
Слово «гидропоника» (берет свое происхождение от греческого «υδρα» — вода и «πόνος» — работа, что в итоге переводится как «рабочий раствор»).
Гидропоника представляет собой модель выращивания растительных культур без наличия земельного грунта, поскольку растение получает подкормку из специального раствора, который содержит все необходимые питательные вещества (комплекс макро и микро элементов).
Идея применения гидропоники далеко не нова. Легенда о знаменитых «Висячих садах Семирамиды», дошедшая до нас еще со времен Вавилона является по видимости одной из первых попыток человечества выращивать растения на искусственных почвах.
Еще одним достаточно древним аналогом применения технологии гидропоники являются «Плавающие сады ацтеков». Когда коренные племена индейцев были вытеснены из своих плодородных земель, которые захватили воинствующие соседи, ацтеки было вынуждены выживать в нелегких условиях скудных почв, поэтому смекалистые индейцы придумали выращивать растения на плотах, сделанных из тростника. Поверх плотов индейцы укладывали слой ила (сапропель), на котором им удавалось выращивать овощи, и даже фрукты. При этом корневая система растений питала влагу непосредственно из водоема.
Ученые, внесшие вклад в создание и развитие гидропоники
Одним из первых ученых, кто попытался разобраться в процессе питания растений, был Аристотель.
Позже над данной задачей трудились такие умы как Эдме Мариот, Марчелло Мальпиги, Стефан Хэйлс и Джон Вудворд.
Далее эстафету подхватил голландский ученый Иоганн Ван Гельмонт, который долгое время проводил опыты над растениями, пытаясь определить для них оптимальную модель питания.
Впервые определение гидропоники, как методу выращивания растений дал известный американский ученый Уильям Герикке, который ставил эксперименты над овощами, которые высаживал в емкости с различными питательными растворами (без использования земельного грунта). В 1936 году, после целого ряда удачных проб, Герикке издал свою научную работу, где впервые применил новый термин.
В девятнадцатом веке Климент Аркадьевич Тимирязев продолжил разработку метода выращивания культур в водных растворах. Он детально изучал не только физиологию растений, но и исследовал воду, почву, питательные вещества, удобрения и субстраты, которые оказывают влияние на рост культур.
Современные ученые-агрономы на протяжении нескольких десятков лет пытаются определить оптимальный состав минеральных солей и элементов, который необходим культурам для нормального роста и развития. Результат их длительной работы показал, что для полноценного питания крайне важны такие макро и микроэлементы как железо, магний, кальций, фосфор, азот, сера и другие. Всего, помимо углерода, водорода и кислорода растениям требуется около шестнадцати обязательных микроэлементов.
Ученым удалось выяснить, что при отсутствии в питании, к примеру, калия, рост растений останавливается, а при недостатке кальция, корневая система прекращает свое развитие. Для образования хлорофилла растениям необходимы такие важные элементы как магний и железо, а оказывается, что без фосфора и серы не образуются белки, жизненно необходимые растительным клеткам для формирования протоплазмы и ядра.
В чем состоит суть технологии под названием «гидропоника»?
Гидропоника позволяет искусственным путем регулировать условия выращивания растений. Применяя ее можно создавать для различных культур специальный режим питания, который по максимуму обеспечит их потребности всеми необходимыми элементами, благодаря чему можно получать максимальный урожай, причем превосходного качества.
Суть самой технологии, если описать ее в нескольких словах – это выращивание сельскохозяйственных и декоративных культур гидропонным путем, при котором корневая система растений находятся не в плодородном грунте, а его заменителе, то есть некоем субстрате, наполненным питательными веществами и создающим опору для корней.
В теплицах и оранжереях закрытого типа метод гидропоники позволяет выращивать растения в несколько ярусов, что экономит значительную часть площади. При этом оборудование позволяет производить регулировку концентрации углекислого газа, что благоприятно влияет на процесс фотосинтеза, дает возможность устанавливать оптимальную для растений влажность и температуру воздуха, а также изменять интенсивность и продолжительность освещения внутри помещения.
А поскольку питание при данном способе выращивания подается в корневую систему растений дозировано и в легкодоступной для растений форме — это значительно экономит ресурсы и снижает трудозатраты. По этой причине гидропоника особенно актуальна для районов со сложными климатическими условиями, где существует недостаток природной влаги.
Существующие методы гидропоники
При данном методе выращивания растений их корневая система размещается в твердых инертных, неорганических субстратах, таких как керамзит, щебень, песок, гравий и им подобные.
При данном способе выращивания субстратом служит мох, опилки, верховой торф, а также органические материалы.
При данном методе основной субстрат состоит из ионообменных материалов.
При выращивании культур методом аэропоники твердый субстрат не применяется, а корневая система растений находится в подвешенном состоянии. Обычно при этом используют специальные затемненные камеры.
Поскольку в гидропонике субстраты не содержат питательных веществ или вообще отсутствуют, единственно доступным методом питания растений является фертигация (способ внесения растворимых в воде минеральных или органических удобрений). Более подробно об этом можно прочитать здесь.
Достоинства гидропоники, как метода выращивания растений
Главным преимуществом гидропоники является то, что данный метод позволяет значительно поднимать урожайность культур, поскольку все необходимые полезные вещества направляются непосредственно в корневую систему. При этом в растениях абсолютно отсутствуют какие-либо ядовитые соединения, нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды и прочие вредные для человеческого организма соединения и элементы. Растения выращиваются в чистой среде без наличия грязи и посторонних запахов.
Гидропоника позволяет применять индивидуальный подход к каждой разновидности растений и полностью исключает такие негативные факторы как пересыхание, недостаток влаги, освещения, кислородное голодание растений и так далее.
Кроме того, используя метод гидропоники, можно не бояться, что растения будут повреждаться вредителями, инфекциями, грибками и прочими заболеваниями, поэтому вопрос использования инсектицидов и прочих ядохимикатов отпадает сам собой.
Упрощается и технология пересаживания растений, поскольку корневая система при применении данного метода не травмируется.
Недостатки применения гидропоники
Безусловным и пожалуй единственным минусом данного метода является высокая стоимость оборудования, задача которого состоит в том, чтобы обеспечить полноценную систему жизнеобеспечения растений. Тем не менее, инвестиции в гидропонику окупятся с лихвой, поскольку культуры при использовании данной технологии растут быстрее и дают более богатый урожай.
Будущее принадлежит гидропонике
По прогнозам футурологов, через пятьдесят лет все жители планеты будут жить в городах, а сел практически не останется. Кто и где будет выращивать продукты питания, чтобы накормить человечество?
Ученые делают ставку на гидропонику.
В настоящее время данный метод развивается стремительными темпами, поскольку ему на службу приходят ультрасовременные технологии и новейшие достижения науки. Благодаря инновациям постоянно улучшается качество питательной среды, усовершенствуется модель выращивания растений, повышается качество оборудования. Например, последние разработки в проектировании систем гидропоники позволяют использовать рабочую площадь помещений по максимуму. Это уменьшает затраты на единицу продукции, значительно повышая урожайность.
Нам уже не кажутся фантастикой огромные промышленные теплицы и оранжереи, где по данному методу выращиваются самые различные культуры: овощи, ягоды, декоративные растения. При этом гидропоника позволяет компьютеризировать и автоматизировать абсолютно все операционные процессы, благодаря чему происходит значительная экономия ресурсов, а выращивание растений заключается исключительно в подготовке рассады и уборке урожая.
Источник