Аэропоника: история, настоящее и будущее

Поиск возможных вариантов интенсификации и вывода аграрного производства на качественно и количественно новый уровень начался еще в прошлом столетии. Разработка современных сельскохозяйственных машин и технологий, применение последних достижений инженерной мысли, разработок химиков и биологов уже начинает давать свои плоды в передовых аграрных странах мира. Но поиски современных альтернатив устаревающим технологиям не прекращаются. И уже сейчас, в начале ХХІ века, выращивание овощей, ягод и плодов в воздухе без почвы ни для кого не звучит как сюжет фантастического рассказа. Это реальность. Встречайте аэропонику — революционный метод тепличного производства!

Хотя аэропоника получила широкую известность и применение в практике только в начале 2000-х годов, ее концепция была разработана и активно изучалась многими учеными еще в начале ХХ века. Еще в дореволюционном 1911 году В.М. Арциховский сконструировал первые примитивные аэропонные установки, чем доказал возможность успешного культивирования растений без субстрата.

В 1942 году В. Картер решил выращивать опытные образцы растений для большего удобства исследования их корневой системы без использования каких-либо природных или искусственных материалов в качестве субстрата. Суть его технологии заключалась в выращивании растений в распыляемом водяном паре. В 1944 году аэропоника была использована Л. Клотцом во время исследования заболеваний корневой системы цитрусовых. А уже в 1952 году Г.Ф. Троуэл был первым ученым, который успешно вырастил в аэропонной культуре яблони. Хотя само название «аэропоника» появилось лишь спустя 5 лет. Его предложил в 1957 году Ф.В. Вент (от греческого ἀήρ — воздух, πόνος — труд), успешно вырастив кофе и томаты в воздушной среде.

Спустя почти 20 лет (в 1976 году) британец Д. Прюэр в ходе научных экспериментов вырастил урожай салата в полиэтиленовых трубах при подаче вентиляторами паров увлажненного воздуха с растворенными микродозами удобрений к корням. Однако аэропоника все еще оставалась достоянием чистой науки. Путь к практике закрывало отсутствие необходимой аппаратуры.

Первой промышленной установкой для аэропонного выращивания растений в теплицах, поступившей в массовую продажу и оснащенной микропроцессором, был аппаратный комплекс GTi Genesis Rooting System, выпущенный в 1983 году. Это событие дало мощный толчок дальнейшему развитию технологии, особенно в области клонирования и гистологии растений. А уже через 2 года компания представила второе поколение своего «детища»: Genesis Growing System. Практически одновременно (в 1982 году) Л. Нир в Израиле разработал собственную аэропонную установку, которая использовала подаваемый под низким давлением воздух для доставления питательных веществ к корневой системе растений, удерживаемых в металлических контейнерах при помощи пенопласта.

В 1983 году Р. Стоунер запатентовал свой микропроцессор для управления аэропонной системой, а спустя три года он вывел на рынок продукцию, выращенную аэропонным методом.

Не оставались вдали от прогрессивного Запада и отечественные ученые. В 1990-х во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной биотехнологии началась разработка методов получения безвирусного материала картофеля, в основу которых были положены аэропонные тканевые культуры. А в 2000-м году Ю.Ц. Мартиросяном была разработана и введена в эксплуатацию уникальная аэропонная установка «Урожай 9000», которая нашла свое применение в ускоренном размножении семенного материала многих ценных и редких сельскохозяйственных культур. Несмотря на то, что первые рабочие аэропонные установки были введены в производство еще в 80-х годах прошлого века, широкое распространение в практике мирового сельскохозяйственного производства инновационная безсубстратная технология выращивания культурных растений получила только лишь в 2006 году.

Сущность аэропоники проста: выращивать культурные растения можно без субстрата и почвы. При этом удовлетворение потребностей растений во влаге и питательных веществах происходит за счет сверхчастой дозированной подачи мелкодисперсного аэрозолеподобного многокомпонентного питательного раствора непосредственно в зону корневой системы растений при помощи насоса (подается раствор в определенные временные промежутки или постоянно с тем, чтобы обеспечивать корни необходимым уровнем питания и не позволять им пересыхать). Сами растения («высаживают» их в виде молодой рассады) при помощи специальных материалов прочно закрепляются и выращиваются в специальных индивидуальных, обычно пластиковых, контейнерах или трубах, в которых помещается и «хранится» их корневая система. Часто при выращивании компактных культур (например, салата) в теплицах аэропонные контейнеры размещают многоярусным способом, поскольку аэропоника, в отличие от других технологий, позволяет разместить «грядки» практически где и как угодно, чем достигается максимально эффективное использование рабочей площади.

Ряд практических наблюдений и экспериментов позволил выявить сильные и слабые стороны аэропоники в сравнении с иными технологиями выращивания растений в закрытом грунте. Рассмотрим их по порядку.

Итак, какие же преимущества дает производителю аэропоника? В первую очередь технология коренным образом изменяет рост и развитие растений. Благодаря перманентному нахождению в воздушной среде и активному газообмену, корневая система получает ряд «бонусов» в виде ускоренного развития и наиболее интенсивного, полноценного использования элементов питания. Быстрое формирование мощной и здоровой корневой системы способствует активному нарастанию вегетативной массы и ускоряет наступление генеративной фазы, а поэтому урожай на аэропонике всегда поспевает раньше, чем при других технологиях выращивания. Кроме того, коэффициент усвоения удобрений возрастает, а потому при равных затратах питательных элементов отдача урожаем на аэропонной культуре выше. Это же справедливо и для воды: ее затраты снижаются порой в разы, а урожайность при этом только растет.

Одним из немаловажных факторов, говорящих в пользу безсубстратного выращивания, является низкий риск развития фитопатогенов, при этом о заболеваниях и вредителях, переносимых с субстратом и сохраняющихся в почве в латентной форме, можно вообще забыть. То же самое справедливо и о сорняках (справедливости ради отметим, что они являются нонсенсом и на гидропонике, и на субстратном выращивании в закрытом грунте, однако порой могут заводиться на почвах приусадебных непромышленных теплиц). Таким образом, пестицидная нагрузка снижается, а это положительно отражается и на токсико-экологических характеристиках получаемой продукции, и на экономической стороне производства.

Кроме того, многоярусное расположение растений в закрытом грунте на аэропонике позволяет выращивать в разы большее количество растений на единице площади, нежели в условиях гидропоники или почвенного возделывания. Да и по показателям эргономики аэропонные теплицы «утрут нос» любым другим. К слову, аэропоника является наиболее приемлемой технологией для микроклонирования и клонирования культурных растений, а также получения чистого, здорового семенного материала.

В то же время аэропоника не лишена ряда недостатков. Некоторые из них могут быть легко устранимы при наличии финансовых средств и грамотной организации производства, а с некоторыми придется смириться, как с данностью. «Ложку дегтя в бочку меда» аэропонной технологии добавляют следующие факторы:

1) Необходимость высокотехнологичного оборудования для автоматизации мониторинга состояния окружающей среды в теплице, поддержания необходимого уровня увлажнения и питания корней, освещения и температуры, которое должно быть четко и правильно отлажено, работать без сбоев в режиме 24/7.

2) Наличие соответствующих кадров, которые смогут разработать технологию возделывания культуры на аэропонике, отладить автоматизацию и контролировать процесс производства.

3) Отсутствие возможности выращивания культуры из семян (только рассадная культура).

4) Необходим тщательный мониторинг качества воды и применяемых удобрений. Абсолютно непригодна к использованию на аэропонике вода:

• из загрязненных источников;
• минерализованная (с концентрацией солей свыше 0,4 г/л);
• с высоким содержанием токсических ионов (натрия, карбонатов и гидрокарбонатов, хлоридов);
• с наличием патогенной микрофлоры.

Точно так же непригодны и удобрения сомнительного происхождения и состава, которые, помимо действующего вещества, могут содержать примеси тяжелых металлов и радионуклидов (а такое, к сожалению, у нас встречается довольно часто).

5) Спектр применяемых удобрений настолько широк, что голова может пойти кругом. А все потому, что отсутствует природный источник питания — почва. Поэтому абсолютно все потребности растений в макро- и микроэлементах приходится восполнять за счет комплексных удобрений и ростостимулирующих препаратов.

6) Необходимо периодически аккуратно и тщательно вымывать контейнеры с растениями, чтобы предотвратить их загрязнение, которое может спровоцировать рост патогенной микрофлоры.

В целом, аэропоника в ближайшие десятилетия, на наш взгляд, способна вытеснить гидропонику и другие стандартные технологии возделывания культурных растений в теплицах. В первую очередь, в странах с высокой культурой плодоовощеводства и мощным индустриальным развитием. Для ряда развивающихся стран аэропоника все еще является «лакомой», но труднодоступной технологией по причине недостаточного финансирования отрасли и банального отсутствия технологических и организационных предпосылок запуска и стабильного функционирования промышленных аэропонных установок. Кроме того, необходимо и наличие высококвалифицированных кадров, как агрономического, так и технического профиля, которые были бы способны эффективно работать и обслуживать инновационные технологические узлы.

Сегодня в странах СНГ аэропоника все еще является в некоторой степени экзотикой, хотя из года в год число тепличных комбинатов, работающих по этой технологии, растет. Интерес к инновациям у наших аграриев стабильно высок. Они любят учиться новому, применять полученные знания на практике и радовать себя и нас с вами высокими урожаями качественной продукции. Поэтому хочется верить, что в ближайшие годы аэропонная культура будет развиваться и получать все большее и большее распространение. Тем более, что экономическая сторона вопроса играет ей только на пользу.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2018 г., № 19).