Аэропоника
| Аэропоника | |
|---|---|
| Дата открытия | 1911 |
| Предыдущее по порядку | гидропоника |
_-_Aeroponics_at_the_Satariya_Settlement.jpg) | |
| Первооткрыватель или изобретатель | Арциховский, Владимир Мартынович |
| Страна происхождения | |
 Медиафайлы на РУВИКИ.Медиа | |
Аэропо́ника (др.-греч. ἀήρ «воздух» + πόνος здесь «труд») — процесс выращивания растений в воздушной среде без использования почвы, при котором питательные вещества к корням растений доставляются в виде аэрозоля[1]. В отличие от гидропоники, которая использует в качестве субстрата воду, насыщенную необходимыми минералами и питательными веществами для поддержания роста растений, аэропонный способ выращивания растений не предполагает использование почвенного субстрата[2].
Методика
Основной принцип аэропонного выращивания растений — это распыление аэрозолем в закрытых или полузакрытых средах питательного, богатого минеральными веществами водного раствора[3]. Само растение закрепляется опорной системой, а корни просто висят в воздухе, орошаемые питательным раствором. Смесь подаётся к корням непрерывно или через короткие промежутки времени так, чтобы те не успевали высохнуть. Листья и ствол растения изолированы от зоны распыления. При таком подходе среда остаётся свободной от вредителей и болезней, связанных с почвой, а значит, растения могут расти здоровыми и быстрее, чем растения, выращенные в почве. Использование аэропоники позволяет создавать полностью автоматические системы выращивания растений, которые значительно проще систем с использованием субстрата[4].
Аэропоника позволяет создать для растений безопасную среду, свободную от вредителей и болезней. В таких условиях растения могут расти и развиваться быстрее, чем в обычных условиях. Однако, поскольку большинство аэропонных систем не обеспечивают полную изоляцию от внешней среды, вредители и болезни всё равно могут представлять опасность. Тем не менее, создание такой среды способствует развитию, здоровью, росту, цветению и плодоношению различных видов и сортов растений.
Ввиду особой чувствительности корней растений, аэропоника часто используется в сочетании с традиционной гидропоникой: это создаёт дополнительный источник питания и воды на случай, если аэропонная система выйдет из строя, и таким образом обеспечивает безопасность урожая[5].
Существует также аэропонный метод высокого давления — это технология, которая позволяет доставлять питательные вещества к корневой системе растений с помощью специальных распылителей, размер капель которых составляет 20—50 микрометров. Для этого применяется мембранный насос, работающий под давлением около 550 килопаскалей на квадратный дюйм.
История
В 1911 году Владимир Мартынович Арциховский опубликовал в журнале «Опытная агрономия» статью «О воздушных культурах растений», в которой рассказал о своём методе физиологических исследований корневых систем с помощью разбрызгивания различных веществ в окружающем корни воздухе. Он сконструировал первые аэропонные установки и на практике показал их пригодность для культивирования растений[6].
В 1942 В. Картер году исследовал воздушные культуры растений и описал способ выращивания растений в парах воды[7].
В 1957 году Ф. В. Вент придумал процесс выращивания растений с помощью воздуха и назвал этот процесс «аэропоникой»[8].
В 1964 году И. Г. Мураш, сотрудник научно-исследовательского института овощного хозяйства, детально описал аэропонику[6].
В 1990-е году в Москве, в лаборатории безвирусных культур Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии, начались разработки по использованию аэропоники для размножения оздоровленного семенного картофеля.
Тогда же интерес к технологии выращивания растений без почвы и гравия проявило Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. В течение нескольких лет космонавты проводили эксперименты по адаптации растений к условиям невесомости. В ходе этих экспериментов было обнаружено, что в условиях космических шаттлов растения поглощают больше фосфора и меньше таких элементов, как магний, цинк и железо[6].
В 2000 году кандидат биологических наук Ю. Мартиросян создал универсальную аэропонную установку «Урожай-2000».
С 2006 года аэропоника используется в сельском хозяйстве во всем мире[9].
Преимущества подхода
Экологические преимущества
Аэропонное выращивание растений считается безопасным и экологически чистым способом получения естественных, здоровых растений и сельскохозяйственных культур. Также дополнительными экологическими преимуществами аэропоники являются экономия воды и энергии. По сравнению с обычным выращиванием растений, аэропоника предполагает более низкое потребление воды и затрат энергии на единицу продукции[3].
Увеличение воздействия воздуха
Аэропоника оптимизирует большой доступ к воздуху для более успешного роста растений в отличие от методов с использованием субстрата. Растение в аэропонном аппарате имеет 100 % доступ к CO2, что способствует ускоренному росту растения[5].
Так, для полноценного роста растений важно необходимо достаточное количество кислорода (O2) в корневой зоне — ризосфере. В аэропонике, где растения выращиваются в среде, состоящей из воздуха и микроскопических капель воды, практически любое растение может успешно развиваться при условии обильного поступления кислорода, воды и питательных элементов.
Некоторые производители отдают предпочтение аэропонным системам перед другими методами гидропоники, потому что они обеспечивают более интенсивную аэрацию. Это, в свою очередь, способствует активному росту растений и предотвращает развитие патогенных микроорганизмов[3].
В 1988 году исследователи Соффер и Бургер провели эксперимент, чтобы выяснить, как концентрация растворённого кислорода в системе, которую они назвали «аэрогидропоникой», влияет на рост растений. Эта система представляла собой трёхуровневую гидро- и аэросистему с различными зонами в корневой зоне.
Результаты показали, что растворённый кислород играет ключевую роль в формировании корней. Кроме того, исследователи обнаружили, что в зоне, где подавался обогащённый питательными веществами пар, корни образовывались более активно и имели большую длину. Даже при небольшом содержании кислорода в зоне с паром корни продолжали успешно развиваться[3].
Аэропоника также позволяет контролировать уровень содержания углекислого газа в воздухе, что, в свою очередь, оказывает воздействие на скорость процесса фотосинтеза у растений.
Минимальный риск заражений
В аэропонике можно предотвратить распространение инфекции, быстро изолировав заражённый участок. В случае с почвой, болезнь может распространиться по всей питательной среде, заражая многие растения[3]. Так, аэропонический метод выращивания позволяет избежать болезней, характерных для почвы, а также избавиться от большого количества вредителей, обитающих в земле.
Кроме того, поскольку в аэропонике растения не подвержены болезням, можно добиться более высокой плотности посадки, чем при использовании традиционных методов, таких как гидропоника, почвенное выращивание или метод питательного слоя. В коммерческих аэропонических системах используются специальные устройства, которые учитывают рост корней растений.
По мнению исследователей, аэропоника — это эффективный, простой и быстрый способ оценить устойчивость генотипов к различным заболеваниям рассады и корневым гнилям. Изолирующая среда в таких систем позволяет избежать сложностей, связанных с изучением этих инфекций в почвенных культурах[10].
Экономические преимущества
Основное экономическое преимущество аэропоники заключается в том, что для её производства не требуется земля, а как следствие, возможно создание многоярусных теплиц для производства пищи. Такой подход поможет решить проблемы ограниченного количества площади для культивирования растений, а также позволит выращивать пищу в пустынях, тундре и других непригодных для сельского хозяйства районах Земли.
Образование тумана
В системах аэропоники используются специальные механизмы, которые создают мелкодисперсный туман, который доставляет питательные вещества к корневой системе растений. Такие устройства включают в себя распылители, форсунки и генераторы тумана. Размер капли воды имеет большое значение для развития корней в условиях аэропоники. Если капли слишком большие, они могут препятствовать поступлению кислорода к корням. С другой стороны, если капли слишком мелкие, это может привести к избыточному росту корневых волосков без развития боковых корней, которые необходимы для стабильного роста в системе аэропоники[3].
Для оптимизации процесса аэропонного распыления и создания тумана было разработано несколько передовых технологий. В коммерческих целях часто используется спрей с углом распыления 360 градусов. Он создаёт туман под воздействием воздуха и обеспечивает равномерное покрытие большой площади корней. Также применяется технология туманопоники, или фогопоники, которая основана на использовании ультразвуковых генераторов тумана, позволяет создавать туман из питательных растворов в аэропонных системах с низким давлением.
Передовые материалы
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) выделило финансирование для проведения исследований и создания инновационных материалов, которые позволят повысить надёжность и сократить объём технического обслуживания в сфере аэропоники. В ходе исследований было установлено, что для стабильного развития аэропоники требуется использование высокодисперсного тумана с размером частиц от 5 до 50 микрометров[11].
Чтобы обеспечить стабильный и долгосрочный рост, система тумана должна создавать высокое давление, которое обеспечит эффективное проникновение жидкости в плотную корневую систему. Если распылительные головки минерализуются, это может привести к деградации распыления и, как следствие, к нарушению доставки питательного раствора. В результате нарушается экологический баланс в системе воздушной культуры.
Для решения этой проблемы были разработаны особые полимерные материалы с небольшой массой. Они применяются для предотвращения образования минеральных отложений и позволяют поддерживать эффективность и производительность системы туманообразования на высоком уровне.
Терминология
- Аэропонная культивация — это метод, который позволяет растениям развиваться и расти в воздушной среде, что создаёт естественные условия для их роста и развития[3].
- Аэропонное выращивание — это процесс выращивания растений в воздушной среде.
- Аэропонная система — это комплекс приспособлений, которые используются для выращивания растений в воздушной среде.
- Аэропонная теплица — это конструкция из стекла или пластика, которая обеспечивает контролируемую среду для выращивания растений в условиях, напоминающих туман. Она оснащена всем необходимым оборудованием для создания оптимальных условий для роста и развития растений.
- Аэропонные условия — это особые параметры окружающей среды, необходимые для успешного выращивания растений в воздушной среде, которые подбираются с учётом особенностей конкретного вида растений.
- Аэропонные корни — это корневая система, которая формируется в процессе выращивания растений в воздушной среде
Коммерциализация
Аэропоника, которая ранее была исключительно лабораторным методом, стала активно применяться в коммерческих целях.
В 1966 году Брюс Бриггс, пионер в области аэропоники, успешно вырастил корни у черенков лиственных растений с помощью метода воздушного укоренения. Он заметил, что черенки, укоренённые в воздухе, были более крепкими и выносливыми по сравнению с черенками, выращенными в почве[12].
В 1982 году израильский изобретатель Исаак Нир разработал устройство, которое позволяло выращивать растения без использования почвы. В основе его разработки лежал принцип аэропоники: растения получали питательные вещества из раствора, который подавался к ним с помощью сжатого воздуха низкого давления[13].
В 1976 году британский исследователь Джон Превер провёл в Великобритании серию опытов по аэропонике. В ходе этих экспериментов он вырастил салат-латук из семян до полного созревания всего за 22 дня. Для этого он использовал трубки из полиэтилена. Туман, который применялся в опытах, был получен с помощью оборудования американской компании Mee Industries из Калифорнии[14].
В 1984 году компания Kings Nurseries в сотрудничестве с Джоном Превером применила инновационный подход к выращиванию клубники с использованием системы аэропоники. Результат превзошёл все ожидания: клубника радовала обильным урожаем, который высоко оценили покупатели. Пожилые люди особенно отмечали чистоту, качество и вкус плодов, а также удобство их сбора без необходимости наклоняться.
В 1983 году Ричард Стоунер получил патент на устройство, которое позволяло подавать воду и питательные вещества в закрытую аэропонную камеру с помощью микропроцессоров[8]. Впоследствии Стоунер основал несколько компаний, которые занимаются исследованиями и разработкой оборудования для аэропоники, интерфейсов, биоконтролей и компонентов для коммерческого выращивания растений в условиях аэропоники[8].
Компания Стонера, Genesis Technology Inc, стала новатором в области создания, продвижения и использования масштабных аэропонных систем с замкнутым циклом в теплицах для коммерческого выращивания растений[15].
В 1990-х годах компания General Hydroponics попыталась выйти на рынок гидропонных систем для хобби и представила свою разработку — Aerogarden («аэросад»). Она не соответствовала строгим стандартам «настоящей» аэропоники, поскольку вместо тумана создавала капли, она всё же привлекла внимание садоводов к аэропонике[16].
Британская компания Nutriculture провела успешные испытания «настоящей» туманной аэропоники. Несмотря на некоторые недостатки, такие как высокая стоимость и сложность в эксплуатации, она предлагает инновационное решение в виде масштабируемой и удобной в использовании капельно-аэропонной системы под названием Amazon. Компания пришла к выводу, что для достижения наилучших результатов необходимо использовать фирменный аэропонный пропагатор X-stream для выращивания рассады, а затем перенести её в специально разработанную капельно-аэропонную систему для выращивания.
Выращивание продуктов питания
В 1986 году Стоунер успешно реализовал свежие продукты, выращенные методом аэропоники, через национальную сеть продуктовых магазинов. Это достижение привлекло внимание общественности, и Стоунера пригласили на интервью на радио NPR. В ходе беседы он рассказал о важности аэропоники для экономии водных ресурсов как в современном сельском хозяйстве, так и в освоении космоса[9].
Аэропоника в XXI веке
Аэропоника представляет собой значительное достижение в области в области искусственного выращивания растений. Она предлагает целый ряд преимуществ, таких как бережная поддержка растений, быстрое проращивание семян, тщательный контроль окружающей среды и неограниченный потенциал для роста.
В сравнении с традиционными методами сельского хозяйства, такими как гидропоника и капельное орошение, аэропоника демонстрирует значительные улучшения в процессе выращивания растений[5].
Современная аэропоника
Современные аэропонные технологии активно изучают в космическом центре NASA BioServe Space Technologies, расположенном на территории кампуса Колорадского университета в Боулдере, штат Колорадо. Это научно-исследовательский центр, который специализируется на разработке и внедрении в производство аэропонных систем[5].
Специалисты Исследовательского центра Эймса также занимаются изучением замкнутых систем. Они исследуют методы выращивания сельскохозяйственных культур в условиях пониженной гравитации. Это может стать основой для будущих проектов по освоению космоса.
В 2000 году Стоунер получил патент на технологию биологического контроля органических заболеваний, которая даёт возможность выращивать растения в аэропонных системах без использования пестицидов.
В 2004 году Эд Харвуд, основатель компании AeroFarms, создал инновационную систему аэропоники, в которой для выращивания латука используется микрофлисовая ткань[17]. Компания AeroFarms, опираясь на запатентованную технологию Харвуда, управляет крупнейшим в мире вертикальным фермерским хозяйством в Ньюарке, штат Нью-Джерси. Ферма использует метод аэропоники для выращивания и распространения до двух миллионов фунтов свежей зелени без применения химических веществ[18].
В России популярность систем капельного полива также растёт. В оранжерейном комплексе «Флорариум»[19] в Москве можно увидеть образцы аэропоники — технологии, разработанной Всероссийским научно-исследовательским институтом сельскохозяйственных биотехнологий (ВННИСБ). С помощью этой технологии растения выращиваются без почвы, а питательные вещества поступают к корням в виде мелкодисперсной взвеси.
Аэропонная биофармацевтика
Аэропонная биофармацевтика — это инновационная технология, которая применяется для производства фармацевтических препаратов в растениях. Она обеспечивает полную герметичность, благодаря чему отходы и побочные продукты биофармацевтических культур остаются внутри системы[20].
В 2005 году доктор Нил Риз из Университета Южной Дакоты попытался применить метод аэропоники для выращивания генетически модифицированной кукурузы. При этом была обеспечена надёжная защита от попадания в окружающую среду пыльцы и отработанных стоков. Такая изоляция обеспечивает чистоту и безопасность окружающей среды, защищая её от возможного загрязнения ГМО. Ранее попытки культивирования различных сортов кукурузы с использованием гидропоники не приносили результатов.
Доктор Риз подчёркивает, что аэропоника открывает возможности для дальнейшей разработки и применения экономически выгодных методов в области биофармацевтики, что делает её привлекательным направлением для производства лекарственных препаратов[9].
Масштабная интеграция аэропоники
В 2006 году в рамках сотрудничества между Институтом биотехнологии Вьетнамского национального сельскохозяйственного университета и Стоунером была запущена программа подготовки аспирантов и докторантов по направлению «Аэропоника». В рамках этой программы исследовательский центр агробиотехнологий, возглавляемый профессором Нгуен Куанг Тхач, использует аэропонные лаборатории для разработки и внедрения методов производства мини-клубней картофеля во Вьетнаме. Это позволяет выращивать сертифицированный семенной картофель, который соответствует всем необходимым стандартам качества[21].
Это событие имеет большое значение для истории, поскольку оно знаменует собой начало нового этапа в развитии сельского хозяйства страны. Впервые в истории государство уделяет особое внимание аэропонике как инструменту для укрепления сельскохозяйственного сектора, стимулирования роста фермерских хозяйств, удовлетворения растущего спроса, повышения качества продуктов питания и увеличения общего объёма производства.
«Мы продемонстрировали, что аэропоника, в отличие от других методов ведения сельского хозяйства, способна существенно повысить урожайность картофеля во Вьетнаме. В условиях ограниченности пахотных земель использование аэропоники становится экономически выгодным решением», — заявил Тхач[21].
Использование аэропоники приносит пользу производителям картофеля, поскольку обеспечивает их качественным семенным материалом, выращенным без использования пестицидов, позволит сократить расходы на производство и повысить урожайность.[9]
Примечания
- ↑ Овлягулыев Есет, Еминова Марал, Овезгылыджова Дженнет, Мередов Батыр, 2024.
- ↑ Lakhiar, Imran Ali; Gao, Jianmin; Syed, Tabinda Naz; Chandio, Farman Ali; Buttar, Noman Ali (2018). “Modern plant cultivation technologies in agriculture under controlled environment: a review on aeroponics”. Journal of Plant Interactions. 13 (1): 338—352. DOI:10.1080/17429145.2018.1472308.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Stoner, R.J. and J.M. Clawson (1997—1998). A High Performance, Gravity Insensitive, Enclosed Aeroponic System for Food Production in Space. Principal Investigator, NASA SBIR NAS10-98030.
- ↑ Аэропоника — воздушная культура. Дата обращения: 7 июня 2022. Архивировано 26 мая 2011 года.
- ↑ 1 2 3 4 'Air garden' provides fresh salad greens steps from Village Center dining tables (англ.). CU Boulder Today. Дата обращения: 1 апреля 2025.
- ↑ 1 2 3 Громенко И. В., 2023.
- ↑ Carter, W.A. (1942). A method of growing plants in water vapor to facilitate examination of roots. Phytopathology 732: 623—625.
- ↑ 1 2 3 Stoner, R.J. (1983). Aeroponics Versus Bed and Hydroponic Propagation. Florists' Review Vol 1 173 (4477).
- ↑ 1 2 3 4 NASA Spinoff (2006) Progressive Plant Growing Has Business Blooming. Environmental and Agricultural Resources NASA Spinoff 2006, pp. 68-72.
- ↑ du Toit LJ; Kirby HW; Pedersen WL (1997). “Evaluation of an Aeroponics System to Screen Maize Genotypes for Resistance to Fusarium graminearum Seedling Blight”. Plant Disease. 81 (2): 175—179. DOI:10.1094/pdis.1997.81.2.175. PMID 30870892.
- ↑ Experiments Advance Gardening at Home and in Space | NASA Spinoff (англ.). spinoff.nasa.gov. Дата обращения: 30 марта 2025.
- ↑ Briggs, B.A. (1966). An experiment in air-rooting. International Plant Propagators' Society.
- ↑ Nir, I. (1982), Apparatus and Method for Plant growth in Aeroponic Conditions., Patent United States
- ↑ The system employed is described in detail in UK patent No.1 600 477 (filed 12 November 1976 — Complete Specification published 14 October 1981 — title Improvements in and relating to the propagation of plants).
- ↑ Stoner, R.J. and J.M. Clawson (1999—2000). Low-mass, Inflatable Aeroponic System for High Performance Food Production. Principal Investigator, NASA SBIR NAS10-00017
- ↑ sher. The Best Aerogarden Nutrient Alternatives, Sher She Grows (16 апреля 2024). Дата обращения: 30 марта 2025.
- ↑ Method and apparatus for aeroponic farming. US Patent & Trademark Office, Patent Full Text and Image Database. Дата обращения: 6 марта 2016. Архивировано 18 января 2017 года.
- ↑ Say Hello To The (Soon To Be) World's Largest Indoor Vertical Farm. modern farmer (17 марта 2015).
- ↑ Гастрономический Центр Зарядье -. zaryadyegastrocenter.ru. Дата обращения: 30 марта 2025.
- ↑ admin1. Biofortification Meets Aeroponics (амер. англ.). igrownews.com. Дата обращения: 1 апреля 2025.
- ↑ 1 2 Buckseth, Tanuja; Sharma, A. K.; Pandey, K. K.; Singh, B. P.; Muthuraj, R. (2016-06-02). “Methods of pre-basic seed potato production with special reference to aeroponics—A review”. Scientia Horticulturae. 204: 79—87. Bibcode:2016ScHor.204...79B. DOI:10.1016/j.scienta.2016.03.041. ISSN 0304-4238.
Литература
- Овлягулыев Есет, Еминова Марал, Овезгылыджова Дженнет, Мередов Батыр. аэропоника и гидропоника для выращивания овощей // Наука и мировоззрение. — 2024. — № 23.
- Громенко И. В. Аэропоника или метод выращивание хвойных растений в воздухе // Экономика строительства. — 2023. — № 5.
Ссылки
- Аэропоника в теплице
- NASA Web Site: Aeroponic Plants
- NASA Web Site: Aeroponic High Performance Food Production Архивировано 26 марта 2012 года.
- NASA Web Site: Low Mass Aeroponics Архивировано 26 марта 2012 года.
- «Re-examining Aeroponics for Spaceflight Plant Growth»
- Astronaut Don Pettit Grows Zucchini on ISS Expedition 31
- AeroFarms (paywall)
 | |
|---|---|
| В библиографических каталогах |
