История гидропоники

Гидропоника основывается на современных технологиях  но, несмотря на кажущуюся сложность,  в её основе лежат простые принципы. Всё новое - это хорошо забытое старое.

Мы, живущие в мире высоких технологий, не изобрели гидропонику, хотя и думаем, что это наша заслуга. Гидропоника – это, на самом деле, старейшая форма выращивания растений. 

Как известно, жизнь в воде зародилась раньше наземных растений на миллионы лет. Поэтому гидропонные фотосинтетические морские водоросли и бактерии существовали ещё до появления растений на суше.

В 18 веке исследователи обнаружили, что растения поглощают необходимые минеральные питательные вещества в виде неорганических ионов в воде. В естественных условиях почва действует как резервуар с минеральными питательными веществами, но сама почва не является необходимым условием для роста растений. Когда минеральные питательные вещества в почве растворяются в воде, корни растений способны их поглощать.

Висячие сады Семирамиды

Первые упоминания о гидропонике появились в древности, когда люди начали заниматься выращиванием растений в искусственных условиях.

600 год до н. э.  Знаменитые Висячие сады Семирамиды в Вавилоне. Часто говорят, что это первое письменное упоминание о гидропонике. К сожалению, достославные насаждения древности не подпадают под определение о гидропонике: хотя растения и росли в желобах, в которых постоянный поток воды омывал их корни, сами желоба-то были наполнены землей. Так получилось, что желоба не совсем уж «висели». Дело в неправильном переводе греческого слова, которое означало «нависание». Как бы то ни было, это самое древнее письменное свидетельство о применении большой оросительной системы, встроенной в здание.

1100 год. Индейские племена Южной Америки и Мексики (ацтеки и другие) применяли плоты, называемые «чинампа», для увеличения площадей пахотной земли. Они использовали переплетенные стебли камыша, тростника и кукурузы для постройки плавучих «островков» на озерах. На такой каркас они накладывали богатую питательными веществами грязь из вулканической земли.

Индейские плоты "чинампа" 

Эти плавучие острова затем использовались для выращивания сельскохозяйственных культур. Растения получали питание как из илистой грязи, так и из корней, проросших в воду. Такие озера были очень богаты растворенными солями, вода была прохладна и хорошо насыщена кислородом. Этот метод использовался и в других уголках мира. В 1275 году Марко Поло встретил плавучие сады в Китае, и они, возможно, тоже были изобретены в других частях света. Никто не знает, где и когда плавучие сады были применены впервые, но очевидно, что это действительно первая гидропонная технология, примененная человеком.

1699 год. Джон Вудвард, натуралист, историк, интересовавшийся ботаникой, а также член Королевского общества Англии, провел первый эксперимент, доказывающий, что растения получают питание из почвы и посредством воды. Нам неизвестно, что знали об этом предмете остальные люди на земле, но до 1699 года западный человек понятия не имел, как и почему растут растения. В первом эксперименте по гидропонике Вудвард продемонстрировал, что растения лучше растут в речной воде, чем в чистой, дистиллированной: то есть, растения, должно быть, извлекают из воды нечто такое, что способствует их росту. Он выращивал растения в воде, в которую добавлял различное количество почвы. Таким образом, Вудвард продемонстрировал, что чем больше в водной среде почвы, тем лучше рост растений – следовательно, они получают из почвы нечто полезное.

          Джон Вудвард                             Джозеф Пристли                          Юлиус фон Закс

После этого знания о физиологии растений развивались медленно. Понадобилось еще сто лет, чтобы другой британский ученый, Джозеф Пристли, продемонстрировал, что растения меняют состав воздуха вокруг себя. Впоследствии он «открыл» кислород и доказал, что растения поглощают двуокись углерода и выделяют кислород. В 1779 году Ян Ингенхауз открыл, что для фотосинтеза растениям необходим свет. Итак, только на заре XIX века нам стали известны основные механизмы роста растений, но мы не знали, какие именно элементы необходимы для этого роста.

1860 год. Немецкий ученый Юлиус фон Закс опубликовал формулу питательного раствора, который может быть растворен в воде и использован для выращивания растений. Вместе с агрохимиком Кнопом он заложил основы гидропоники. Учитывая ограниченное количество органических солей, которые имелись в их распоряжении, эта формула должна была быть весьма простая и не очень эффективная. Однако с этих самых пор, благодаря гидропонике, методом проб и ошибок, добавляя и подавляя элементы в питательном растворе, ученые смогли выяснить, какие элементы жизненно важны для роста растений, а какие нет.

В 1896 году К.А. Тимирязевым впервые в России продемонстрирован метод выращивания растений на питательных средах. В Нижнем Новгороде на Всероссийской художественной и промышленной выставке он демонстрировал растения, которые росли в милом стеклянном кубе. Все его растения были помещены в сосуды, заполненные растворами минеральных солей. В то время этот метод признали «кощунственным» и он не получил распространения далее лабораторных исследований.

1920–1930 годы. Основателем современной гидропоники, особенно в англо-саксонском мире, считается доктор Уильям Ф. Герик. В его послужном списке две важные заслуги. Он первым вывел водную культуру из лаборатории и поставил на промышленную основу. Он также ввел термин «гидропоника». Его работа привлекла много внимания. В те бурные времена общество переживало серьезные изменения благодаря множеству научных открытий.

Уильям Ф. Герик                                                            Пряшников Д.Н.

Некоторые авторы заходили даже так далеко, что объявляли пахотную землю пережитком прошлого. Такое преждевременное внимание не привело ни к чему хорошему. Технология делала свои первые детские шаги, и нужен был ученый масштаб Герика, чтобы успешно выращивать урожаи. Это повлекло за собой множество неудач. Многие люди с головой ушли в коммерческие предприятия, которые обманули их ожидания! С другой стороны, польза от общественного внимания заключалась в увеличении числа государственных и частных лабораторий. Книга Герика «Полный справочник по беспочвенному садоводству» по-прежнему доступна и последний раз переиздавалась в 2008 году.

В те же годы, когда Герик совершенствовал «аппаратные средства» системы, Денис Р. Хогланд работал над «программным обеспечением», то есть питательными веществами. В 1933 году он обнародовал формулу своего раствора, известного как «раствор Хогланда». Эта формула мало изменилась в последующие годы (в основном благодаря внедрению хелата железа), но её основа осталась неизменной. Формула по-прежнему остается эталонной для многих исследовательских лабораторий по растениеводству, которые периодически применяют её в своих экспериментах. Она все еще применяется промышленными плантациями, которым не хочется тратить деньги на улучшенные формулы.

Однако нельзя не отметить, что к тому времени, когда Геррике проводил свои опыты, в Европе уже действовали подобные установки. Вероятно, наиболее крупная из них была создана в советском институте плодоводства по инициативе "русского Либиха" - проф. Д.Н. Прянишникова. Результаты работ этой значительной научной установки были практически реализованы советской полярной экспедицией уже в 1937 г.

С 1936 года методом гидропоники начали выращивать овощные и цветочные растения в оранжереях у нас в стране. Первый НИИ, работающий с беспочвенными методами, был образован в Минске. Метод аэропоники был разработан именно там. В Киевском ботаническом саду испытывались первые Советские аэропонные установки, и весьма успешно.

"Система нутрикультуры" Роберта и Алисы Уитроу

После этого некоторое время ничего особенного не происходило. Здесь сыграла роль и высокая себестоимость учреждения такого предприятия, и технология, которая нуждалась в совершенствовании. Одним из препятствий было то, что гравий или песок – самые любимые субстраты того времени – слишком тяжелы или компактны для этих целей. По-прежнему еще не был найден действенный способ удерживания железа в растворе. В эти годы было начато множество проектов в пустынных районах мира. Большинство, если не все, окончились провалом, предопределив упадок этой технологии на несколько десятилетий.

1960–1970 годы. Произошли важные события, возвратившие к жизни гидропонику: минеральная вата, ранее применявшаяся в качестве строительной изоляции, стала использоваться с небольшими изменениями как субстрат для выращивания растений. Производятся искусственные хелаты, что дает возможность эффективнее удерживать микроэлементы в растворе. На рынке появились сложные соли, например моноаммонийфосфат (в зарубежной литературе – MAP), что внесло разнообразие в источники растворимого фосфора. Одновременно переживает бурный расцвет промышленность пластмасс, и в парниковой отрасли стали использовать множество новых материалов. Теплицы постепенно переходят со стекла на пластиковые покрытия. На смену бетонным гидропонным ваннам приходят пластмассовые желоба, пластмассовые лотки, пластмассовые пленки. 

В России в это время ведется активное обсуждение гидропонических методов выращивания. В научно-популярных журналах появляются статьи, выражающие надежды относительно перспектив для использования гидропоники в сельском хозяйстве СССР.

1970 год. Доктор Аллен Купер разработал технику питательного слоя (NFT). В 1979 году он опубликовал «Азбуку NFT» – книжицу, которая пользуется популярностью до сих пор. NFT получила немедленное признание во всем мире как промышленный метод выращивания растений с коротким циклом, например салатов.

Примеры гидропонных систем на основе техники питательного слоя (NFT)

Метод гидропоники на основе питательного слоя обозначается NFT и расшифровывается как Nutrient Film Technique (дословно “Техника Питательной Пленки”). Суть метода проста: имеем слегка наклоненную плоскость, по которой тонкой пленкой стекает питательный раствор. На эту плоскость ставится кусочек минеральной ваты, в которой укоренился проросток. Его корневая система, прорастая из ваты, стелется по орошаемой плоскости и подхватывает из протекающего раствора необходимые питательные вещества. По мере роста растения корни занимают практически всю площадь орошаемой плоскости. Таким образом, метод находится на полпути от гидропоники к аэропонике, поскольку гидропонная основа практически отсутствует.

В 1974 году видным деятелем американского контркультурного движения Томасом Кингом Форкейдом (Forcade) основан журнал High Times как периодическое издание, посвященное «пропаганде, защите и сохранению альтернативной культуры». Тема вращивания конопли различыми методами, в том числе и гидропоническими, сразу же заняла в нём видное место и к 1990-м гг. стала доминирующей. 

В 1978 году Лоуренс Брукс основал фирму «Дженерал Гидропоникс». Он модернизировал и усовершенствовал крупномасштабные гидропонные системы, урезав их до габаритов городской оранжереи. Он снабдил систему лучшим для своего времени питательным веществом, составленным доктором Кэлом Германом из научного центра имени Эймса в НАСА. Эта технология была впервые предложена мелким городским оранжерейщикам. Однако поначалу рост рынка был медленным даже в Калифорнии. И бум начался только в 1980-х годах, когда десятки людей посвятили себя этому занятию.

Кэл Герман и Лоуренс Брук, основатели General Hydroponics

1982 год. В июльском выпуске “High Times” (#83) “Сделай сам” (“Do it Yourself Hydroponics”) в цикле «Гидропоника» представлены первые кустарные установки для выращивания конопли в водной среде. Эпкот-центр в Диснейлэнде (Epcot Center at Disneyworld ) представляет аттракцион «Жизнь Земли», позволяющий посетителям совершить футуристическое путешествие через гидропонические «сады завтрашнего дня».

В 1986 году израильский ученый доктор Хиллель Соффер, работая в Университете Калифорнии в Дэвисе, разработал водоворот-вертушку – на сегодняшний день самую эффективную гидропонную систему. Его исследования впервые установили прямую корреляцию между уровнем растворенного кислорода в питательном растворе и ростом растения. Корректировкой уровня растворенного кислорода он смог изменить скорость роста ficus benjamina. Так были заложены основы аэрогидропоники – важной отрасли современной гидропоники. 

Насос-водоворот, распыляющий раствор на корни растений и Rainforest - современная аэропонная система, работающая на его основе.

Приблизительно в это же время в США и Канаде появилось множество фирм, до сих пор присутствующих на рынке. Таким образом, с середины 1980-х годов в гидропонике наметились два противоположных направления: крупномасштабное промышленное и домашнее. Многие стали любителями тропических, лекарственных или коллекционных растений.

Тем временем в Европе не происходило ничего особенного, за исключением Голландии. Выращивая множество разных культур, главным образом цветов, в огромных тепличных хозяйствах, голландцы практиковали свой собственный вариант выращивания растений в закрытых помещениях. Помимо прочего им в заслугу можно поставить разработку метода «море зелени» – выращивание множества мелких растений вместо меньшего количества крупных

1989 год. 26 октября, названное гроверами как “Черный четверг”, началась широкомасштабная операция DEA “Green Merchant” против гроверов и поставщиков гидропонных систем, которая оказалась неприятным сюрпризом для производителей орхидей в оранжереях, которые были опустошены во время рейдов. Пока продолжаются аресты и задержания, производители марихуаны все глубже уходят в подполье, и гроверы стараются повысить эффективность домашнего выращивания конопли.

1995 год. На фронте промышленной гидропоники отрасль развивается весьма быстрыми темпами, но тоже изменяется, приспосабливаясь к новым временам. Более сложные, щадящие окружающую среду системы стали прибыльными, особенно в случае производства растений с коротким вегетационным периодом, таких как салат-латук и лекарственные растения.

Для того, чтобы удовлетворить потребности европейского рынка гидропоники, Нусетта Кеди (Nocetta Kehdi) и Вильям Тексье (William Texier) основывают европейскую ветвь компании GH - General Hydroponics Europe .

Профайл компании GHE Europe.

Нусетта Кеди и Вильям Тексье, основатели General Hydroponics Europe

В этот же год в майском выпуске “High Times” (#237) “Большая дискуссия: Гидро против Био” (“The Great Hydro vs. Bio Debate” ); Арьян из Грин Хаус (Arjan, Greenhouse), Вернард из Позитроникс (Wernard, Positronics) и Кайл Кушман (Kyle Kushman) обсуждали достоинства и ограничения между органическим выращиванием в почве или в воде с химическими питательными веществами.

2003 год - появление первых тем о гидропонике на Dzagi.ru.

2005 год - Вильям Тексье, основатель GHE, патентует BioSevia -  новую концепцию питательных смесей. В ней он соединяет несовместимые ранее понятия гидропоники и органики, создавая уникальную формулу полностью органического питательного состава, способного успешно применяться в гидропонике. Появляется новый термин - "биопоника". 

В середине двадцатого века было преодолено множество препятствий, в том числе суровый контроль со стороны государства, неподходящая среда питания для корней и использование непригодных материалов. Бетон, применяемый для постройки клумб, и известняк гальванизировались, а железные трубы ржавели, выпуская при этом токсины в питательные растворы. С развитием пластмассы гидропоника предстала наконец-то, как жизнеспособный способ выращивания растений. Этот новый материал освободил садоводов от дорогих конструкций и пагубных для растений химических веществ и элементов. Благодаря разработке подходящих насосов, таймеров, труб и эффективной питательной среды гидропонные системы стали автоматическими, компьютеризированными и направленными на снижение финансовых затрат и физических усилий.

Домашние гидропонные мини-установки и промышленные системы гидропоники

Гидропоника сегодня

Беспочвенное выращивание развивается быстрыми темпами. Сегодня гидропоника доступна как для частного, так и для коммерческого использования. На рынке существует множество вариантов гидропонических систем, от домашних мини-установок до больших промышленных систем. Все больше появляется литературы, посвященной гидропонике - периодические издания, обучающая литература. Открываются новые интернет-ресурсы, посвещенные беспочвенному выращиванию растений.

Недавно родилась новая, не менее интересная отрасль – применение гидропоники как в дизайне интерьера, так и в украшении фасадов и крыш. Растительность на фасаде или крыше дома представляет собой отличную изоляцию, а также эффективно поглощает двуокись углерода (CO₂). В помещении можно выращивать растения, очищающие атмосферу от всевозможных загрязняющих веществ и одновременно являющиеся изысканным украшением. Эта отрасль гидропоники также быстро набирает обороты. 

"Живая стена" в аэропорту г.Эдмонтон, Канада

В последнее время начали появляться организации, целью которых является применение гидропонных методов для борьбы с голодом в перенаселенных территориях, не обеспеченных продовольствием. Так называемая "бюджетная" или "упрощенная" гидропоника основывается на элементарных, порой даже самодельных системах, и направлена на распространение гидропонического метода выращивания среди стран, в которых особо остро стоит проблема голода, чистой воды, и недостаточного количества плодородных земель.

Одной из таких организаций является Институт Упрощенной Гидропоники (The Institute of Simplified Hydroponics), основанный в 2008 году в Мельбурне, Австралия. В 2009 году Институт создал в Индии, в городе Бангалор, первый гидропонический беспочвенный сад. Сейчас институт обучает более 5000 студентов со всей Индии, организует семинары для жителей города, чтобы они могли организовать собственные гидропонические мини-оранжереи у себя дома.

"Гидропоника и беспочвенное культивирование могут стать панацеей от проблем современного мира - глобальное потепление, плохое питание, новые заболевания, рост цен на продукты питания, использование генетически модифицированных продуктов, увеличение мировых конфликтов, нехватка чистой питьевой воды, истощение почв, и других проблем, связанных с перенаселением. Мы знаем наверняка, что будущее принадлежит таким технологиям" - говорят представители института.

Источники:

В.Тексье "Гидропоника для всех"

HydroponEast, журнал, №3-2012

Википедия en.wikipedia.org, ru.wikipedia.org

http://www.hightimes.com

http://www.petbharoproject.co.in

http://www.gidronom.ru

Обсудить на форуме