biotechnologia


 
 

Hydroponika

elicytoryHydroponika, czyli kultura wodna, jest powszechna na świecie od bardzo dawna, jednak dla niektórych to wciąż nowość. Innymi słowy jest to uprawa roślin bez obecności gleby, na odpowiednich wodnych pożywkach. Metoda ta umożliwia produkcję roślinną w sztucznie do tego stworzonych warunkach na skalę przemysłową, ale również w warunkach domowych. W zasadzie każda roślina nadaje się do uprawy tym sposobem. Niektórzy za formę hydroponiki uznają stosowany w wielu domach wysiew rzeżuchy na wilgotnej ligninie, jednak nie jest to rozumowanie do końca prawidłowe, gdyż w tym przypadku roślina nie otrzymuje pożywki ze składnikami mineralnymi potrzebnymi do wzrostu, a czerpie jedynie z substancji zgromadzonych w nasieniu.

Rośliny lądowe mogą być uprawiane z wykorzystaniem mineralnych pożywek w wodzie lub w podłożu takim jak perlit, keramzyt czy łupiny kokosowe. W XVIII wieku odkryto, że rośliny absorbują niezbędne składniki mineralne w postaci jonów nieorganicznych. W warunkach naturalnych gleba stanowi zbiornik substancji odżywczych, ale sama w sobie nie jest potrzebna do rozwoju rośliny. W momencie gdy składniki z gleby rozpuszczą się w wodzie, korzenie są w stanie je wchłaniać. Zatem gdy konieczne składniki mineralne wprowadzone są do wody sztucznie, gleba nie jest już potrzebna do rozwoju rośliny. Praktycznie każda roślina rośnie w ten sposób.


Historia hydroponiki

Początki techniki sięgają roku 1627, kiedy to została opublikowana pierwsza praca ze wzmianką na ten temat - książka "Sylva Sylvarum" Francisa Bacona. W 1699 roku John Woodward opublikował wyniki swojego eksperymentu prowadzonego na mięcie. Doszedł w nim do wniosku, że rośliny w wodzie destylowanej rosły gorzej niż w wodzie mniej oczyszczonej. W 1842 roku opracowano listę 9 niezbędnych pierwiastków do wzrostu roślin, natomiast w latach 1859-65 niemieccy botanicy opracowali technikę bezglebowej uprawy. W 1929 William F. Gericke z Uniwersytetu Kalifornijskiego zaczął silnie promować tę metodę uprawy. Gericke dokonał czegoś na tamte lata sensacyjnego, gdyż udało mu się wyhodować wysoką na 25 stóp gałąź obfitą w pomidory w bezglebowej uprawie. W 1937 zaproponował on termin "hydroponika". Jeden z pierwszych ważnych sukcesów metody hydroponicznej miał miejsce na Wake Island (skalista wyspa na Pacyfiku), która była miejscem tankowania samolotów jednej z amerykańskich linii lotniczych, później także otwarto tam niewielkie lotnisko. Od 1930 roku zaczęto tam stosować hydroponikę do hodowli warzyw dla pasażerów samolotów, ponieważ na wyspie nie było warunków do uprawy glebowej, a transport świeżych warzyw z innych części świata był zbyt drogi. W czasach współczesnych hydroponika jest metodą intensywnie testowaną przez NASA.W hydroponice pokładana jest nadzieja odnośnie uprawy roślin na Marsie, z wykorzystaniem technologii LED jako oświetlenia.


Różne rodzaje systemów hydroponicznych

Podstawowy podział rozróżnia systemy aktywne i pasywne.
System aktywny to taki, w którym roztwór składników odżywczych jest w ruchu. Przykładami systemów aktywnych mogą być napełnianie z drenowaniem oraz nawożenie powierzchniowe.

Systemy pasywne polegają na oddziaływaniu kapilarnym tamponów i podłoża. Roztwór substancji odżywczych jest pasywnie wchłaniany przez tampon, podłoże oraz korzenie. Podłoża używane zwykle w tych systemach to wermikulit i trociny.

Inny podział to systemy odzyskiwalne i nieodzyskiwalne.
Systemy nieodzyskiwalne używają piasku, trocin i innych ogólnodostępnych materiałów jako podłoża. Składniki są dawkowane w małych ilościach, aby ograniczyć straty, gdyż żaden z komponentów nie jest używany ponownie. Systemy nieodzyskiwalne są stosowane głównie w przypadkach komercyjnych. Systemy odzyskiwalne aktywne to metoda przepływowa oraz nawożenia powierzchniowego. Ich zasada działania polega na przemieszczaniu objętości roztworu składników odżywczych, tak by miały kontakt z korzeniami. Roztwór składników odżywczych jest odzyskiwany po drenażu i może być użyty ponownie. Takie systemy wykorzystują podłoża, które zawierają dużo powietrza, jak żwir, lekka skała pumeksowa lub kruszona cegła.
W metodzie nawożenia powierzchniowego roztwór składników odżywczych jest dostarczany przez rurkę biegnącą górą. W systemie przepływowym wpływająca woda "wypycha" powietrze bogate w CO2, a ubogie w tlen.


Podłoża wzrostowe

Najważniejsze cechy dobrego podłoża do uprawy hydroponicznej to:
 odpowiednia wielkość porów,
 nie powinno blokować systemu uprawowego,
 nie może mieć wpływu na pożywkę (powinno być neutralne wobec niej, nie wpływać na pH),
 posiadające dużą zdolność wchłaniania wody,
 czyste,
 stabilne pod względem organicznym,
 zdolne do wymiany kationów (buforowanie),
 dobry stosunek woda-powietrze,
 dobra przewiewność i przesiąkliwość,
 nie może stanowić zagrożenia dla środowiska ani zdrowia.

Podłoże (substrat) może stanowić bardzo wiele materiałów. Są to przede wszystkim:

Keramzyt
Rodzaj podłoża odpowiedni dla systemów hydroponicznych, w których wszystkie składniki odżywcze są dokładnie kontrolowane w roztworze wodnym. Keramzyt powstaje w wyniku wypalania kulek glinianych w wysokiej temperaturze 1200oC, po czym kulki te pęcznieją i stają się porowate. Grudki keramzytowe są obojętne, o neutralnym pH i nie mają żadnej wartości odżywczej. Są lekkie, nie stają się zbite po upływie czasu, zachowują swoje właściwości. Keramzyt uważany jest za podłoże ekologiczne, wielokrotnego użytku, ponieważ można je czyścić oraz sterylizować (myje się go w roztworach octu, chloru czy nadtlenku wodoru). Keramzyt ze względu na swoja porowatość zapewnia wystarczająco dużo wilgoci oraz powietrza, aby umożliwić optymalny wzrost korzeni. Niekiedy keramzyt jest stosowany z połączeniu z innymi substratami (np. włóknem kokosowym), celem poprawienia przesiąkliwości podłoża i wzbogacenia go w dodatkowe wymieniacze kationów.


Wermikulit
Wermikulit to minerał ilasty, który zwiększa swoją objętość pod wpływem podgrzewania. Ma naturalną właściwość "przesiąkania" – może czerpać wodę i składniki odżywcze w pasywnym systemie hydroponicznym. W przypadku, gdy korzenie otacza zbyt dużo wody, a zbyt mało powietrza, można stopniowo obniżać retencję wody poprzez mieszanie z perlitem.


Perlit
To rodzaj skały wulkanicznej, która po podgrzaniu do wysokiej temperatury (powyżej 871 °C) zwiększa swoją objętość nawet 20 razy. Jest bardzo lekki i charakteryzuje się strukturą pęcherzykowatą. Zapobiega zbyt dużemu zagęszczeniu podłoża jako dodatek do innych substratów. Ma podobne właściwości do wermikulitu, aczkolwiek ma większą przewiewność i pochłania mniej wody. W hydroponice perlit jest używany przy nawadnianiu kroplowym albo jako dodatek do wełny skalnej lub włókna kokosowego, aby poprawić ich właściwości.


Włókna kokosowe
Włókna powstają jako produkt uboczny przy rozłupywaniu orzechów kokosowych. Obecnie stanowi tańszą alternatywę dla wełny mineralnej, również stosowanej w hydroponice. Włókno kokosowe ma doskonały stosunek powietrze-woda, dzięki czemu trudne jest przesadzenie z ilością wody w przypadku takiej uprawy. Ponadto włókno cechuje wysoka wymiana kationowa, co oznacza że niewykorzystane minerały mogą być "przechowywane" i wykorzystane w zależności od potrzeb w odpowiednim momencie. Jest kolonizowane przez grzyby z rodzaju Trichoderma, które pełnią funkcję ochronną (grzybnia pokrywa korzenie, chroniąc je w ten sposób przed groźnymi patogenami) oraz stymulującą wzrost korzeni.

Włókno kokosowe jest dostępne w różnych formach, najpopularniejszą jest "coco peat", czyli materiał mający strukturę i wygląd podobny do torfu, ale nie zawiera żadnych składników mineralnych.


Łuski ryżowe
Łuski ryżowe umożliwiają drenaż, a ponadto zatrzymują mniej wody niż np. podłoża pochodzenia skalnego. Badania pokazały, że nie wpływają na działanie roślinnych regulatorów wzrostu. Łuski ryżowe są produktem ubocznym produkcji rolnej, który do tej pory nie znalazł zastosowania i był traktowany jako element odpadowy.


Pumeks
To wulkaniczna skała magmowa. Podobnie jak perlit, jest bardzo lekki.


Piasek
Piasek jest tani i łatwo dostępny. Z drugiej strony, jest ciężki, nie jest dobrym nośnikiem wody oraz musi być sterylizowany przed powtórnym użyciem.


Żwir
Takiego samego typu jak w akwariach, po uprzednim umyciu, żwirek może być stosowany również w hydroponice. Jest to podłoże tanie, łatwe do utrzymania w czystości, umożliwiające przesiąkanie wody i nie ulega zbyt dużemu namoknięciu. Z drugiej strony, jest ciężki, i jeśli system nie zapewnia ciągłego przepływu wody, korzenie rośliny mogą wyschnąć.


Włókna drzewne
To bardzo wydajny organiczny substrat do uprawy hydroponicznej. Jego zaletą jest fakt, że nie zmienia swojej struktury przez bardzo długi czas. To także substrat, który nie wywiera wpływu na regulatory wzrostu roślin. Wełna owcza
Wełna owcza to dotychczas rzadko używane, ale obiecujące podłoże. W badaniach porównawczych wełnę, włókna kokosowe, perlit i wełnę mineralną w uprawie ogórka, wełna zapewniała największy dostęp powietrza dla roślin.


Wełna mineralna
To jeden z najczęściej stosowanych substratów. Odpowiednia do różnych systemów uprawy, także do systemów z recyrkulacją. Przy produkcji wełny mineralnej czysta skała bazaltowa jest podgrzewana do bardzo wysokich temperatur (rzędu 1500°C). Płynna masa bazaltowa jest poddawana odwirowaniu. Podczas oziębiania powstają włókna, które są formowane do kształtu podłużnych mat lub kostek. Substrat ten jest neutralny, cechuje go dobra przewiewność i odpowiednia pojemność wodna. Wełna jest związana na nośniku zdolnym do przewodzenia kapilarnego, jednocześnie niewrażliwego na zagrożenia mikrobiologiczne. Jest sprawdzonym i efektywnym substratem w uprawie hydroponicznej, jednak budzi zastrzeżenia ze względu na fakt, że jest nieekologiczna. Jest materiałem wywierającym silny i szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka. Wywołuje podrażnienia skóry.


Odłamki cegieł
Mają podobne właściwości do żwiru. Wadą takiego materiału jest jednak możliwość zmian pH podłoża oraz wymagane czyszczenie przed ponownym użyciem.


Styropian
Kulki styropianowe są tanie, łatwo dostępne i mają doskonały drenaż. Jednakże, mogą być zbyt lekkie do niektórych zastosowań. Są wykorzystywane głównie w systemie hydroponicznym z zamkniętymi rurami do uprawy. Należy używać kulek polistyrenowych, które nie są biodegradowalne, gdyż biodegradowalne mogą rozkładać się i rośliny mogą wchłaniać szkodliwy styren, który mógłby dostać się do konsumentów, zatem istnieje potencjalne ryzyko.


Podstawowe składniki odżywcze zawarte w pożywkach wodnych do uprawy hydroponicznej

Do uprawy hydroponicznej nie są potrzebne sole chemicznie czyste, jakich używa się do celów naukowych. Podstawowa mieszanka hydroponiczna zawiera 12 pierwiastków: 7 makroelementów (azot, potas, fosfor, wapń, magnez, siarkę i żelazo) oraz 5 mikroelementów (mangan, bór, cynk, miedź i molibden).

Związki potasu. Saletra potasowa stanowi źródło azotu i potasu w uprawach hydroponicznych. Nie można jej zastąpić saletrą sodową. Azot jest niezbędny do wzrostu liści. Potas natomiast pomaga w regulacji działania aparatów szparkowych.

Związki fosforu. Najlepszym źródłem fosforu w uprawie hydroponicznej jest fosforan amonowy, produkowany w dwóch postaciach: fosforanu jednoamonowego i fosforanu dwuamonowego. Fosfor umożliwia budowanie silnych korzeni i jest niezbędny do produkcji kwiatów i nasion.

Związki wapnia. Saletra wapniowa (azotan wapnia) służy roślinom w uprawie hydroponicznej jednocześnie za źródło wapnia i azotu.

Związki magnezu. W uprawie glebowej rośliny czerpią ten pierwiastek z ziemi, natomiast w hydroponice musi być on dostarczany w postaci siarczanu magnezu.

Związki siarki. Siarka w postaci siarczanów stanowi 5% do 30% pożywienia mineralnego roślin. Dostarcza się ją do pożywki zazwyczaj w postaci siarczanów magnezu, manganu, cynku, żelaza i miedzi. W miarę alkalizowania się pożywki zakwasza się ją kwasem fosforowym lub siarkowym.

Związki żelaza. Źródłem żelaza w pożywce dla roślin może być uwodniony chlorek żelazowy lub siarczan żelazowy. Fosforany żelaza źle się rozpuszczają w wodzie.

Istnieją czynniki mogące utrudnić pobieranie żelaza przez rośliny lub spowodować jego szkodliwe działanie, są to m.in.:
1. Zbyt silne światło, które powoduje strącanie się żelaza w pożywce.
2. Glony rosnące w pożywce, które współzawodniczą w pobieraniu żelaza z roślinami wyższymi.
3. Zbyt wysoka temperatura pożywki - im temperatura jest wyższa, tym łatwiej żelazo się rozpuszcza. Może się więc zdarzyć, że wysokiej temperaturze rośliny ulegną uszkodzeniu przez nadmiar żelaza w roztworze.

Mikroelementy. Dodając mangan, bor, cynk, miedź i molibden używa się czystych soli lub kwasów w bardzo małych dawkach.

Pożywka zawsze musi być dostosowana do rośliny, którą chcemy uprawiać. Niektóre wymagają innych, dodatkowych elementów poza podstawowymi składnikami. Do dodatków takich można zaliczyć grzyby mikoryzowe czy węglowodany.


Parametry, które muszą być monitorowane w trakcie uprawy hydroponicznej:
 pH pożywki,
 temperatura,
 poziom tlenu.

Najczęściej uprawiane w hydroponice rośliny jadalne to sałata, pomidory, ogórki, papryka, bazylia, oregano i tymianek.


Zalety uprawy hydroponicznej

Hydroponika znalazła bardzo wiele zastosowań, do tej pory głównie w uprawie warzyw oraz kwiatów. W porównaniu z typową uprawą ziemną niesie wiele korzyści, m.in.:
 hydroponika daje możliwość uprawy na terenach suchych, nieodpowiednich pod uprawę ziemną;
 nie występuje zjawisko "zmęczenia gleby", zatem można uprawiać po sobie dowolnie wybrane rośliny, również w monokulturze;
 uzyskuje się wyższe plony w porównaniu z uprawą glebową, przede wszystkim dzięki szybszemu rozwojowi roślin;
 w związku z niestosowaniem pestycydów oraz niepobieraniem z gleby metali ciężkich produkty uzyskane dzięki uprawie hydroponicznej są mniej skażone i zdrowsze niż tradycyjne ;
 niezależność terminu kwitnienia i owocowania od sezonu;
 eliminacja prac ręcznych (prac polowych) – łatwiejsze zbiory;
 oszczędność wody (woda pozostaje w systemie cały czas, co umożliwia jej ponowne wykorzystanie);
 oszczędność składników mineralnych dzięki możliwości kontrolowania ich poziomu;
 łatwiejsze pozbycie się ewentualnych chorób dzięki mobilności pojemników uprawowych;
 produkty są bezpieczne w spożyciu.

Na skalę domową taka uprawa niesie również wiele korzyści, jak chociażby pozbycie się alergenów obecnych w ziemi, oszczędność miejsca, a także fakt, że rośliny w uprawie hydroponicznej w większym stopniu podnoszą wilgotność powietrza w pomieszczeniu w porównaniu do roślin w uprawie ziemnej.


Wady uprawy hydroponicznej

Bez gleby jako buforu, każdy błąd w uprawie hydroponicznej prowadzi do obumarcia rośliny. Ponadto zdarzają się ataki patogenów (np. Verticillium), powodujące więdnięcie. Zbyt duża ilość wody również nie jest wskazana. Niektóre rośliny wymagają także specyficznych pożywek i układów zamkniętych do efektywnej uprawy.


Autor: Kamila Mazur
Studentka Biotechnologii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie



Literatura:
1) Toshiki Asao, "Hydroponics - A Standard Methodology for Plant Biological Researches"
2) "Using hydroponics for food production" (www.colostate.edu/Dept/CoopExt/Adams/gh/pdf/Intro_Hydroponics.pdf)
3) https://en.wikipedia.org/wiki/Hydroponics
4) http://pl.wikipedia.org/wiki/Hydroponika
5) http://www.domowauprawa.pl/uprawa/4-podoa/16-kilka-sow-o-podoach-do-uprawy

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

201 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u