КОРОТКО О ГИДРОПОНИКЕ

Гидропоника (от др.-греч. ὕδωρ «вода» + др.-греч. πόνος, pónos — работа) — это способ выращивания растений на искусственных средах без почвы. Питание растения получают из питательного раствора, окружающего корни. Гидропоника позволяет регулировать условия выращивания растений — создавать режим питания для корневой системы, полностью обеспечивающий потребности растений в питательных элементах, концентрацию углекислого газа в воздухе, наиболее благоприятную для фотосинтеза, а также регулировать температуру воздуха и корнеобитаемого пространства, влажность воздуха, интенсивность и продолжительность освещения. Создание оптимальных условий для роста и развития растений обеспечивает получение очень высоких урожаев, лучшего качества и за более короткие сроки. Выращивание растений этим способом менее трудоемко, чем в почвенной культуре, вода и питательные вещества расходуются экономнее. Подача питательного раствора легко автоматизируется. В условиях гидропоники практически отпадает борьба с сорняками.

Общая информация

При выращивании гидропонным способом растение питается корнями не в почве, а во влажно-воздушной, сильно аэрируемой водной, или твёрдой, но пористой, влаго- и воздухоёмкой среде, которая способствует дыханию корней, и требует сравнительно частого (или постоянно-капельного) полива рабочим раствором минеральных солей, приготовленным по потребностям этого растения. В качестве таких заменителей могут использоваться гравий, щебень, а также некоторые пористые материалы — керамзит, вермикулит и др.

Корневая система растений при выращивании их способом гидропоники развивается на твёрдых субстратах, не имеющих питательного значения, в воде или во влажном воздухе (аэропоника). Примером органического субстрата служит кокосовое волокно: это перемолотая скорлупа и лыко кокосового ореха — койр, из которой вымыты соли железа и магния. В естественной среде кокосовое волокно служит первоначальным грунтом для корней новорожденной пальмы. Кокосовое волокно легче воды, поэтому при поливе не утапливается как почвогрунт, а разбухает, наполняясь воздухом. Каждое волокно содержит в своей толще большое количество пор и канальцев. Силой поверхностного натяжения канальцы заполняются рабочим раствором, но корневой волосок выпивает содержимое, прорастая рядом. Гладкая поверхность волокна позволяет корню свободно скользить от выпитой микропоры к следующей. Сетью микротрубочек кокосовое волокно распределяет воду и воздух по всему своему объёму. Волокно кокоса, как полностью рекультивируемый, экологически дружественный субстрат, используется на многих голландских гидропоник-фермах, при выращивании многолетних растений, например, роз. В Голландии промышленная гидропоника имеет обширное распространение, несмотря на климатические особенности — светолюбивым культурам солнце заменяют специальные лампы ДНаТ и Grow Led.

Истощение и загрязнение земель ещё не очевидно, но нехватка воды уже остро чувствуется в некоторых регионах, например, в ОАЭ, Израиле, Кувейте. В этих регионах остро встаёт проблема орошения. В настоящее время до 80 % всех овощей, зелени, фруктов, в Израиле выращивается гидропонным способом[источник не указан 2636 дней]. Армия США всегда имеет в наличии всё необходимое для развертывания в полевых условиях гидропонных теплиц для овощей и зелени. Гидропоника — идеальное решение для жарких засушливых стран, так как при экономии воды в разы можно снимать множество урожаев за год.

При тепличном выращивании в северных широтах гидропоника также показывает отличные результаты, при наличии искусственного освещения.

Развитие гидропоники в России связано с возрастающим интересом к т. н. «малым фермерским хозяйствам», где на небольшой площади можно выращивать зелень, овощи, цветочные и ягодные культуры. Всё большей популярностью пользуются модульные системы капельного полива. Они позволяют создать за короткий срок и при небольших затратах оросительную систему как для традиционного земельного выращивания, так и для гидропонных установок типа капельного полива. Набирает обороты технология прогрессивного растениеводства — выращивание съедобной зелени и овощей в закрытых помещениях.

Основные гидропонные системы

Существует несколько разновидностей гидропонных систем. В целом, их можно разделить на две основные группы: «Пассивные» и «Активные». В «Пассивных» системах питательный раствор не подвергается какому-либо механическому воздействию и доставляется к корням за счет капиллярных сил. Такие системы получили название — фитильные[1].

Все «Активные» системы, так или иначе, требуют циркуляции питательной жидкости, что достигается при помощи насосов. Большинство из них нуждается в параллельной системе аэрации (насыщении кислородом питательного раствора). Существуют сотни модификаций гидропонных систем, но все они — это разновидность (или комбинация) шести основных типов[2]:

1. Фитильная система
2. Система глубоководных культур (метод «плавающей платформы»)
3. Система периодического затопления
5. Техника питательного слоя (NFT)
6. Система капельного полива
7. Аэропоника

Вертикальная ферма

Вертикальное сельское хозяйство — обобщённое название высокоавтоматизированного агропромышленного комплекса, размещенного в специально спроектированном высотном здании, а также название самого здания. Главное отличие вертикального сельского хозяйства от традиционных тепличных хозяйств и животноводческих ферм — это интенсивный подход к использованию территории, вертикальное многоярусное размещение насаждений.

По сути, вертикальное сельское хозяйство представляет собой многоэтажную теплицу.

Из-за того, что вертикальные комплексы изначально планируются как элемент городской среды, их архитектурной проработке уделяют большое внимание.

Предпосылкой для разработки подобных проектов послужил постоянный рост населения планеты а также влияния климатических факторов, который в обозримом будущем приведёт к нехватке территорий сельскохозяйственного назначения.

Вместо того, чтобы выращивать урожай на залитых солнцем полях или в теплицах, некоторые компании складируют и выращивают его в темных, старых кладовых под ультрафиолетовым светом или полноценным LED освещением — что позволяет им экономить воду и быстрее пожинать плоды. На старой ковровой фабрике на окраине бельгийского города Кортрейк, готовится сельскохозяйственный переворот: выращивать урожай в здании, а не на ферме, собирая его слой за слоем под цветными лампочками в области размером с небольшую квартиру.

Это называется вертикальное сельское хозяйство, и несколько компаний занимаются этим уже около десяти лет, арендуя старые склады и неиспользуемые фабрики и выстраивая на них структуры, которые выращивают овощи и зерновые в тесных, искусственно освещаемых помещениях с теплым солнечным светом.

Одной из таких является фирма Urban Crops. У нее есть большая рама, предназначенная для удерживания подносов с медленно движущимися конвейерными лентами молодых растений под мягко светящимися синими и красными светодиодами, на этой бывшей ковровой фабрике.

Но их система, в основном автоматизированная, все еще находится в стадии разработки. Главный исполнительный директор Мартен Вандекрюс объясняет, что их оборудование позволяет растениям питаться светом и полезными веществами в течение всего их цикла роста. Затем их можно будет собрать, когда настанет время.

Каждый вид культур имеет план роста, адаптированный под его потребности, например, в питательных веществах и свете. Кроме того, здесь растения растут быстрее, чем на открытой ферме.

Urban Crops говорит, что вертикальное сельское хозяйство дает больше урожая на квадратный метр, чем традиционное сельское хозяйство или теплицы. Вертикальное сельское хозяйство также потребляет меньше воды, растения растут быстрее и круглый год — а не только в определенные времена года. Объекты также можно строить, теоретически, в любых местах.

В Urban Crops восемь слоев растений можно сложить в области всего на 30 квадратных метрах. Пока это не полномасштабный коммерческий проект, а проверка, которая должна показать жизнеспособность концепции.

«В принципе, внутри системы, каждый день — это летний день без облачка в небе», говорит Вандекрюс.

Вандекрюс говорит, что внутри можно вырастить практически все, что угодно — но это не всегда хорошая идея. Он объясняет, что экономически выгоднее придерживаться более быстрорастущих культур, которые имеют высокую рыночную стоимость. Травы, зелень для салата и съедобные цветы, например, приносят намного больше за килограмм, чем некоторые корнеплоды, которые, скорее всего, будут выращиваться на открытом воздухе по старинке еще какое-то время.

Выращивая растения в закрытом помещении, вы получаете точный контроль над ресурсами, в которых нуждается ваш урожай. Это позволяет растениям расти предсказуемым и тщательно контролируемым образом. Светодиоды, например, можно включать и выключать по желанию, потому что они не излучают много тепла, как «лампочки Ильича» и их можно приближать к растениям для оптимального потребления света.

Конечно, можно производить то же самое количество овощей и на «свободе», но на это уйдет больше земли и ресурсов.

Итак, как это работает на самом деле? Есть несколько основных моделей закрытого сельского хозяйства, из которых может выбирать вертикальный фермер: гидропоника — когда растения выращиваются в богатом питательными веществами бассейне с водой — и аэропоника — когда корни растений периодически сбрызгиваются туманом, содержащим воду и питательные вещества. В последнем случае используется меньше воды, но возникает больше технических проблем. Есть еще аквапоника, которая немного отличается, потому что включает разведение рыбы, которая помогает культивировать бактерии, которые затем используются для питания растений.

Urban Crops выбрала гидропонику. Вандекрюс отмечает, что они перерабатывают воду несколько раз после того, как она испаряется с растений, и вытягивают ее из влажного воздуха. Ее также обрабатывают ультрафиолетовым светом, чтобы предупредить распространение болезней.

Основные виды

На данный момент можно выделить следующие основные виды вертикальных ферм:

Фермы, специализирующиеся исключительно на растениеводстве (обычно гидропонным методом, реже аэропонным способом)
Сельскохозяйственные фермы, занимающиеся растениеводством и животноводством.

Обобщённые характеристики проектов вертикальных ферм

Полная энергетическая независимость, благодаря использованию солнечной и ветровой энергии;
системы сбора и очистки воды, переработки СО2 и отходов, очистка и ионизация воздуха в залах выращивания,использование энергии биомассы;
гибкая конструкция и возможность установки дополнительных модулей; возможность локального производства ( даже в черте города).
зелёные сады, вертикальные гидропонные и аэропонные участки для выращивания растений и зерновых культур, ягодных культур, бассейны с рыбой, фермы с животными.

Известные проекты

На данный момент есть несколько проектов (в основном в виде эскизов — концепций) вертикальных ферм, среди которых можно выделить следующие:

- Вертикальная ферма «Стрекоза» (англ. Dragonfly) бельгийского архитектора Винсента Каллебо (Vincent Callebaut).
Своё название «Стрекоза» вертикальная ферма — небоскреб получил за форму в виде гигантских крыльев стрекозы, сложенных вместе высотой в 600 метров. Этажность здания — 132 этажа. Предполагается, что здание будет полностью обеспечивать себя энергией за счет солнца и ветра. Место для строительства предусмотрено на острове Рузвельта, практически в центре Нью-Йорка (между Манхэттеном и Лонг-Айлендом).
- Вертикальная ферма «Plantagon», концепт которой был представлен шведско-американской компанией «Plantagon», представляет собой сферический купол, внутри которого размещена спиральная платформа, на которой и происходит выращивание растений.
Вертикальная ферма Circular Symbiosis Tower, концепт южнокорейских архитекторов.
В отличие от всех подобных проектов вертикальных ферм, предусматривающих их размещение в городской среде, проект южнокорейских архитекторов «Circular Symbiosis Tower» предусмотрен для создания нового облика сельских поселений. Небоскреб состоит из платформ, расположенных по спирали вокруг несущего ядра здания. На этих платформах планируется разведение кормовых растений и свободный выпас коров. После тридцати дней выпаса крупного рогатого скота он переводится на другой уровень, а на этот запускаются овцы либо другие животные, которые способны употреблять в пищу укороченные части зеленых растений. Проект вертикальной фермы «Circular Symbiosis Tower» является победителем «2011 Skyscraper Competition».
- Высотный дом-ферма «R4 apartment» от сингапурской компании «Surbana International Consultants» также можно отнести к категории высотных ферм. Этот проект получил главный приз «Skyrise Greenery Awards»* 2010, награды, присуждаемой за создание экологичных зданий.
Кроме этого появляются компании проектирующие и создающие вертикальные фермы такие как: AgroTechcorp, Troysun.

Фитильная система
Фитильная система – самая простая гидропонная система из всех существующих. Она работает по принципу «капиллярных сил» — питательный раствор поступает в субстрат и к корням по фитилям, обеспечивая растения всем необходимым.

Эту систему с успехом можно использовать при декоративном растениеводстве на обычной земле, поместив один конец фитиля в питательный раствор, а другой в горшок. Такое искусственное орошение избавит Вас от множества хлопот, связанных с поливом. Однако, фитильная система эффективна лишь в декоративном растениеводстве и при выращивании миниатюрных культур. Корни крупных растений поглощают гораздо большее количество влаги, нежели то, которое им могут доставить фитили. Именно из-за этого фитильные системы не получили широкого признания.

Литература

- Гидропоника // Газлифт — Гоголево. — М. : Советская энциклопедия, 1971. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 6).
- Энциклопедический словарь юного химика / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1982.- С.52.
- Журнал «Hydroponics Journal» (издается с 2010 года)
- Алиев Э. А. Выращивание овощей в гидропонных теплицах. — К.: Урожай, 1985.