Аэропоника - Aeroponics

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) В нейтралитет этой статьи оспаривается. Соответствующее обсуждение можно найти на страница обсуждения. Пожалуйста, не удаляйте это сообщение, пока условия для этого выполнены. (Март 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) эта статья содержит контент, который написан как Реклама. Пожалуйста помоги Улучши это путем удаления рекламный контент и неуместно внешняя ссылка, а также путем добавления энциклопедического содержания, написанного с нейтральная точка зрения. (Март 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Салат и пшеница, выращенные в аэропонном аппарате, НАСА, 1998

Аэропоника это процесс роста растения в воздуха или туман окружающая среда без использования почва или совокупность средний. Слово «аэропоника» происходит от Греческий значения Aer (ἀήρ, «воздух») и поносы (πόνος, "труд"). Аэропонная культура отличается как от обычной гидропоника, аквапоника, и in vitro (культура ткани растений ) растет. В отличие от гидропоники, в которой в качестве питательной среды используется жидкий питательный раствор и необходимые минералы для поддержания роста растений, или аквапоники, в которой используются вода и рыбные отходы, аэропоника проводится без питательной среды.^{[1][неудачная проверка ]} Иногда считается^{[кем? ]} тип гидропоники, поскольку вода используется в аэропонике для передачи питательных веществ.

Методы

Основной принцип аэропонного выращивания - выращивать растения, подвешенные в закрытой или полузакрытой среде с помощью распыление растения болтающийся корни и ниже стебель с распылителем или распылением, питательное вещество -обогащенный водный раствор.^[1] Листья и корона, часто называемый навес, продлите выше. Корни растений отделяются друг от опорной конструкции завода. Часто, пена с закрытыми порами сжимается вокруг нижней штанги и вставляется в отверстие в аэропонной камере, что снижает трудозатраты и расходы; для более крупных растений, шпалеровка используется для подвешивания веса растительность и фрукты.

В идеале окружающая среда должна быть защищена от вредители и болезнь чтобы растения могли расти здоровее и быстрее, чем растения, выращенные в средний. Однако, поскольку большинство аэропонных сред не полностью закрыто от внешнего мира, вредители и болезни могут по-прежнему представлять угрозу. Контролируемая среда способствует развитию, здоровью, росту, цветению и плодоношению растений любого вида растений и сорта.

Из-за чувствительности корневых систем аэропонику часто комбинируют с обычной гидропоника, который используется как аварийная «хранительница урожая» - резервное питание и водоснабжение - при выходе из строя аэропоники.

Аэропоника высокого давления определяется как доставка питательных веществ к корням через распылительные головки размером 20–50 микрометров под высоким давлением (80 фунтов на квадратный дюйм (550 кПа)). диафрагменный насос.

Преимущества и недостатки

Аэропонно можно выращивать многие виды растений.

Повышенное воздействие воздуха

Крупный план первого запатентованная аэропонной структуры поддержки завода (1983 г.). Его неограниченная поддержка растения обеспечивает нормальный рост в среде воздух / влажность, и он все еще используется сегодня.

Воздушные культуры оптимизируют доступ воздуха для успешного роста растений. Материалы и устройства, которые удерживают и поддерживают выращенные аэропонные растения, не должны иметь болезней или патогенов. Отличие настоящей аэропонной культуры и аппарата состоит в том, что они обеспечивают минимальные возможности поддержки растений. Минимальный контакт между структурой растительной и поддержкой позволяет для максимального количества воздуха, чтобы достичь завода. Долгосрочное аэропонное культивирование требует, чтобы корневая система была свободна от ограничений, окружающих стеблевую и корневую системы. Физический контакт сведен к минимуму, так что он не препятствует естественному росту и расширению корней или доступу к чистой воде, воздухообмену и свободным от болезней условиям.^{[1][неудачная проверка ]}

Преимущества кислорода в корневой зоне

Кислород (O₂) в ризосфера (корневая зона) необходима для здорового роста растений. Так как аэропоника проводится в воздухе в сочетании с микро-капли воды, почти любое растение может дорасти до зрелости на воздухе с обильным поступлением кислорода, воды и питательных веществ.

Некоторые производители предпочитают аэропонные системы другим методам гидропоники, потому что аэрация питательного раствора доставляет больше кислорода к корням растений, стимулируя рост и помогая предотвратить возбудитель формирование.^{[1][неудачная проверка ]}

Чистый воздух поставляет кислород, который является отличным очистителем для растений и аэропоники. Для естественного роста растение должно иметь неограниченный доступ к воздуху. Для успешного физиологического развития растения должны иметь возможность расти естественным образом. Если естественный рост растений ограничивается опорной конструкцией, риск повреждения растений и тем самым заболевания увеличивается.^{[1][неудачная проверка ]}

Некоторые исследователи использовали аэропонику для изучения влияния состава газа корневой зоны на производительность растений. Соффер и Бургер [Soffer et al., 1988] изучали влияние концентрации растворенного кислорода на образование придаточных корней в том, что они назвали «аэрогидропоникой». Они использовали трехуровневую гидро- и аэросистему, в которой три отдельные зоны были сформированы внутри корневой зоны. Концы корней были погружены в резервуар с питательными веществами, в то время как середина секции корня получала туман с питательными веществами, а верхняя часть находилась над туманом. Их результаты показали, что растворенный O₂ важен для образования корней, но далее показал, что для трех O₂ При проверке концентраций количество корней и длина корней всегда были больше в центральной секции с запотеванием, чем в погруженной секции или в незапотевающей секции. Даже при самой низкой концентрации запотевший участок прижился успешно.^{[1][неудачная проверка ]}

Другие преимущества воздуха (CO₂)

Аэропоника может также включать управление CO
2 уровни в воздухе внутри системы, что, в свою очередь, влияет на скорость фотосинтеза в растениях.

Выращивание при искусственном освещении позволяет увеличить скорость роста и надежность по сравнению с солнечным освещением и может использоваться в сочетании с аэропоникой.^{[1][неудачная проверка ]}

Безболезненное выращивание

Аэропоника может ограничить передачу заболеваний, поскольку уменьшается контакт растений с растениями и каждый импульс распыления может быть стерильным. В случае почвы, агрегатов или других сред болезнь может распространяться по всей питательной среде, заражая многие растения. В большинстве теплиц эти твердые среды требуют стерилизации после каждого урожая, и во многих случаях их просто выбрасывают и заменяют свежими стерильными средами.^{[1][неудачная проверка ]}

Несомненным преимуществом аэропонной технологии является то, что если конкретный растение действительно заболевает, Его можно быстро удалить из структуры поддержки завода, не нарушая или заражения других растений.

Базилик, выращенный из семян в аэропонной системе, расположенной внутри современной теплицы, впервые появился в 1986 году.

Благодаря безболезненной среде, которая является уникальной для аэропоники, многие растения могут расти с более высокой плотностью (количество растений на квадратный метр) по сравнению с более традиционными формами выращивания (гидропоника, техника почвы и питательной пленки [NFT]). Коммерческие аэропонные системы включают аппаратные средства, которые позволяют приспособиться к расширяющейся корневой системе сельскохозяйственных культур.

Исследователи описали аэропонику как «ценный, простой и быстрый метод предварительного скрининга генотипов на устойчивость к определенному фитофторозу или корневой гнили». ^[2]

Изолирующий характер аэропонной системы позволил им избежать осложнений, возникающих при изучении этих инфекций в почвенной культуре.

Гидрораспыление воды и питательных веществ

Аэропонное оборудование предполагает использование распылителей, распылителей, туманообразователей или других устройств для создания мелкодисперсного тумана раствора для доставки питательных веществ к корням растений. Аэропонные системы обычно представляют собой замкнутые системы, обеспечивающие макро и микросреду, подходящую для поддержания надежной и постоянной воздушной культуры. Было разработано множество изобретений, облегчающих аэропонное распыление и опрыскивание. Ключом к развитию корней в аэропонной среде является размер капли воды. В коммерческих целях применяется гидрораспыление под углом 360 ° для покрытия больших площадей корней за счет распыления воздуха под давлением.

Вариант техники тумана использует использование ультразвуковые туманообразователи для распыления питательных растворов в аэропонных устройствах низкого давления.

Размер капли воды имеет решающее значение для поддержания аэропонного роста. Слишком большая капля воды означает, что корневой системе доступно меньше кислорода. Слишком мелкие капли воды, например, созданные ультразвуковым распылителем, производят чрезмерное корни волос без развития боковой корневой системы для устойчивого роста в аэропонной системе.^{[1][неудачная проверка ]}

Минерализация ультразвукового преобразователи требует технического обслуживания и возможен отказ компонентов. Это также недостаток металлических форсунок и мистеров. Ограниченный доступ к воде приводит к тому, что растение теряет отечность и увядание.

Современные материалы

НАСА профинансировал исследования и разработку новых современных материалов для повышения надежности аэропоники и сокращения затрат на техническое обслуживание. Также установлено, что для длительного аэропонного выращивания необходим гидрораспыленный туман с микрокаплями размером 5–50 микрометров.

Для долгосрочного выращивания система тумана должна иметь значительное давление, чтобы заставить туман проникать в плотную корневую систему (системы). Повторяемость является ключом к аэропонике и включает размер гидрораспыленных капель. Деградация Распыление из-за минерализации туманных головок препятствует доставке водного питательного раствора, что приводит к экологическому дисбалансу в воздушной среде культивирования.

Специальная маломассивная полимер материалы были разработаны и используются для устранения минерализации в гидрораспылительных форсунках следующего поколения.

Поглощение питательных веществ

Крупный план корней, выращенных из семян пшеницы с использованием аэропоники, 1998 г.

Дискретный характер интервалов и продолжительности аэропоники позволяет измерять усвоение питательных веществ с течением времени при различных условиях. Барак и др. использовали аэропонную систему для неразрушающего измерения скорости поглощения воды и ионов для клюква (Барак, Смит и др., 1996).^[3]

В своем исследовании эти исследователи обнаружили, что, измеряя концентрации и объемы поступающих и отток растворов, они могли точно рассчитать скорость поглощения питательных веществ (что было проверено путем сравнения результатов с N-изотоп измерения). После проверки их аналитического метода Barak et al. продолжил генерировать дополнительные данные, специфичные для клюквы, такие как дневной различия в потреблении питательных веществ, корреляция между аммоний усвоение и протон отток и взаимосвязь между концентрацией ионов и поглощением. Подобные работы не только показывают перспективность аэропоники как инструмента исследования усвоения питательных веществ, но также открывают возможности для мониторинга здоровья растений и оптимизации культур, выращиваемых в закрытых помещениях.^[4]

Распыление (> 65 фунтов на квадратный дюйм (450 кПа)) увеличивает биодоступность питательных веществ, следовательно, сила питательных веществ должна быть значительно снижена, иначе разовьется ожог листьев и корней. Обратите внимание на большие капли воды на фото справа. Это вызвано слишком длинным циклом подачи или слишком коротким циклом паузы; либо препятствует как росту боковых корней, так и развитию корневых волосков. Время роста и плодоношения растений значительно сокращается, если циклы кормления максимально сокращены. В идеале корни никогда не должны быть более чем слегка влажными или слишком сухими. Типичный цикл подачи / паузы длится <2 секунд включения, за которым следует пауза ~ 1,5–2 минуты - 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, однако, когда встроена аккумуляторная система, время цикла может быть дополнительно сокращено до <~ 1 секунды включения, ~ 1 минуты Пауза.

Как инструмент исследования

Вскоре после своего развития аэропоника стала ценным инструментом исследований. Аэропоника предложила исследователям неинвазивный способ исследования развивающихся корней. Эта новая технология также позволила исследователям использовать в своей работе большее количество и более широкий диапазон экспериментальных параметров.^[5]

Возможность точно контролировать уровень влажности корневой зоны и количество подаваемой воды делает аэропонику идеально подходящей для изучения водного стресса. К. Хубик оценил аэропонику как средство получения устойчивых растений с минимальным водным стрессом для использования в экспериментах по физиологии засухи или наводнения.^[6]

Аэропоника - идеальный инструмент для изучения корневых морфология. Отсутствие агрегатов предлагает исследователям легкий доступ ко всей неповрежденной структуре корней без повреждений, которые могут быть вызваны удалением корней из почвы или агрегатов. Было отмечено, что аэропоника производит более нормальную корневую систему, чем гидропоника.^[7]

Терминология

Аэропонное выращивание относится к растениям, выращиваемым в воздушной культуре, которые могут развиваться и расти нормальным и естественным образом.^{[1][неудачная проверка ]}

Аэропонный рост относится к росту, достигнутому в воздушной культуре.

Аэропонная система относится к аппаратным средствам и системным компонентам, собранным для поддержания растений в атмосфере воздуха.

Аэропонная теплица относится к стеклянной или пластиковой конструкции с климат-контролем с оборудованием для выращивания растений в воздухе /туман Окружающая среда.

Аэропонные условия относится к параметрам окружающей среды воздушной культуры для поддержания роста растений определенного вида.

Аэропонные корни относится к корневой системе, выращенной в воздушной культуре.

Виды аэропоники

Установки низкого давления

В большинстве аэропонных садов с низким давлением корни растений подвешены над резервуар питательного раствора или внутри канала, подключенного к резервуару. Насос низкого давления подает питательный раствор через форсунки или ультразвуковые преобразователи, который затем стекает или стекает обратно в резервуар. По мере того, как растения достигают зрелости в этих единицах, они, как правило, страдают от сухих участков корневой системы, которые препятствуют адекватному усвоению питательных веществ. Эти устройства из-за стоимости не имеют функций для очистки питательного раствора и адекватного устранения недержаний, обломки, и нежелательные патогены. Такие устройства обычно подходят для лабораторного выращивания и демонстрации принципов аэропоники.

Аппараты высокого давления

Корни внутри системы аэропоники высокого давления

Аэропонные методы высокого давления, при которых туман создается насосом (-ами) высокого давления, обычно используются при выращивании ценных сельскохозяйственных культур и образцов растений, которые могут компенсировать высокие затраты на установку, связанные с этим методом садоводство.

Системы аэропоники высокого давления включают технологии для воздуха и очистка воды, стерилизация питательных веществ, маломассивные полимеры и питательное вещество под давлением системы доставки.

Коммерческие системы

Коммерческие аэропонные системы включают оборудование устройств высокого давления и биологические системы. В матрица биологических систем включает улучшения для продления жизни растений и созревания урожая.

Биологические подсистемы и компоненты оборудования включают: сточные воды системы контроля, профилактика заболеваний, характеристики устойчивости к патогенам, точное время и повышение давления питательного раствора, нагрев и охлаждение датчики, тепловой контроль растворов, эффективный фотонныйпоток световые решетки, охват спектральной фильтрации, безотказный датчики и защита, сокращенное обслуживание и функции экономии труда, а также эргономика и долговременная надежность.

Коммерческие аэропонные системы, такие как устройства высокого давления, используются для выращивания ценных культур, где несколько севообороты достигаются на постоянной коммерческой основе.

Передовые коммерческие системы включают сбор данных, мониторинг, аналитику. Обратная связь и подключение к Интернету различных подсистем.^{[8][нужна цитата ]}

История

Трехмерная диаграмма автономной коммерческой системы Aeroponics 2020

В 1911 году В.М. Арциховский опубликовал в журнале «Опытная агрономия» статью «О воздушных культурах растений», в которой рассказывается о своем методе физиологического исследования корневой системы путем опрыскивания различных веществ в окружающем воздухе - методе аэропоники. Он сконструировал первые аэропоники и на практике показал их пригодность для выращивания растений.

Именно В. Картер в 1942 году первым исследовал выращивание воздушной культуры и описал метод выращивания растений в водяном паре для облегчения исследования корней.^[9]По состоянию на 2006 год аэропоника используется в сельском хозяйстве по всему миру.^[10]

В 1944 году Л.Дж. Клотц первым открыл цитрусовые растения, запотевшие паром, в рамках своего исследования болезней корней цитрусовых и авокадо. В 1952 году Г.Ф. Мастерок выращивал яблони методом опрыскивания.^[5]

В 1957 году Ф. В. Вент первым придумал процесс выращивания на воздухе как «аэропонику», когда выращивали кофейные растения и томаты с подвешенными на воздухе корнями и нанесли на корневую часть аэрозольный туман.^[5]

Genesis Machine, 1983 год.

Система укоренения Genesis от GTi, 1983 г.

Первый коммерчески доступный аэропонный аппарат был произведен и продан на рынок компанией GTi в 1983 году. Тогда он был известен как Genesis Machine - взято из фильма Звездный путь II: Гнев Хана. В Genesis Machine продавалась как «Система укоренения Genesis».^[11]

Устройство GTi включало в себя устройство открытого цикла с водяным приводом, управляемое микрочип, и доставил гидрораспыленный спрей питательных веществ под высоким давлением в аэропонную камеру. В Genesis Machine подключен к водопроводный кран и электрическая розетка.^[11]

Аэропонное распространение (клонирование)

Аппаратная срезка вегетативных черенков GTi, полученная в 1983 г.

Аэропонное культивирование произвело революцию в клонировании (вегетативное размножение) черенкованием растений. Многие растения, которые ранее считались трудными или невозможными, стало легче размножать стеблевыми черенками в аэропонике, например, нежные лиственные породы или кактусы, чувствительные к бактериальной инфекции черенков. Общий успех размножения с использованием аэропоники заключается в том, что система создает вокруг корня сильно аэрированную среду, которая способствует хорошему развитию корневых волосков (Soffer and Burger, 1988).^[12] Также наблюдается большее развитие корней и роста благодаря питательным веществам, доставляемым растениям через систему аэропоники (Santos and Fisher 2009).^[13] Поскольку корни не выращиваются в какой-либо среде для укоренения, это сводит к минимуму риск заражения растений корневым заболеванием (Mehandru et al. 2014).^[14]

Использование аэропоники важно для содействия размножению растений с низким уровнем успеха в вегетативном размножении, растений, которые имеют важное медицинское применение, растений, пользующихся большим спросом, а также для создания новых сортов определенных видов растений. Leptadenia reticulata - важное растение, используемое в медицине, которое также имеет низкую скорость размножения как семенами, так и черенками (Mehandru et al. 2014).^[14] Аэропоника упростила размножение некоторых этих важных лекарственных растений (Mehandru et al. 2014).^[14] Ulmus Americana, который был почти полностью уничтожен голландской болезнью вяза, наряду с другими сортами этого вида, также продемонстрировал некоторый успех за счет размножения с помощью аэропоники, что сделало вязы более доступными на рынке (Oakes et al. 2012).^[15]

Аэропоника - более жизнеспособная альтернатива традиционно используемому процессу верхних чиновников (Peterson et al. 2018).^[16] Вероятность успеха при использовании аэропоники выше по сравнению с верхними господами, а с верхними господами есть недостатки, такие как необходимость применения больших объемов воды, наличие потенциально антисанитарных условий, нерегулярное запотевание и возможное вымывание питательных веществ из листвы. (Петерсон и др., 2018).^[16] Короче говоря, клонирование стало проще, потому что аэропонный аппарат инициировал более быстрое и чистое развитие корней благодаря стерильной, богатой питательными веществами, насыщенной кислородом и влажной среде (Hughes, 1983).^{[1][неудачная проверка ]}

Трансплантаты с воздушными корнями

Клонированные аэропоники пересаживают прямо в почву

Аэропоника значительно продвинула технологию культивирования тканей. Он клонировал растения за меньшее время и уменьшил количество рабочих операций, связанных с методами культивирования тканей. Аэропоника может уничтожить посадки на стадии I и стадии II в почву (проклятие всех производителей тканевых культур). Растения тканевых культур необходимо высаживать в стерильную среду (стадия I) и разложить для последующего переноса в стерильную почву (стадия II). После того, как они достаточно окрепнут, их пересаживают прямо в полевую почву. Помимо трудоемкости, весь процесс культивирования тканей подвержен болезням, инфекциям и сбоям.

С применением аэропоники гроверы клонированный и пересаживают растения с воздушной корневой системой прямо в полевую почву. Аэропонные корни не были подвержены увяданию и потере листьев или потере из-за шока при пересадке (с чем гидропоника никогда не справится). Из-за своего здоровья растения с воздушной корневой системой были менее подвержены заражению патогенами.^[5] (Если относительная влажность корневой камеры превышает 70 градусов по Фаренгейту, вероятно развитие грибковых мошек, водорослей и анаэробных бактерий.)

Усилия GTi открыли новую эру искусственного жизнеобеспечения растений, способных расти естественным путем без использования почвы или гидропоники. GTi получила патент на полностью пластиковый аэропонный метод и аппарат, управляемый микропроцессором в 1985 году.

Аэропоника стала известна как средство экономии времени и средств.^{[нужна цитата ]} В экономический факторы вклада аэропоники в сельское хозяйство обретали форму.

Система выращивания Genesis, 1985

Тепличный комплекс Aeroponic Growing System компании GTi, 1985 г.

К 1985 году GTi представила оборудование для аэропоники второго поколения, известное как «Genesis Growing System». Этот аэропонный аппарат второго поколения был замкнутой системой. В нем использовались переработанные сточные воды, которые точно контролируются микропроцессором. Аэропоника перешла на способность поддерживать прорастание семян, что сделало GTi первой в мире аэропонной системой для растений и урожая.

Многие из этих устройств без обратной связи и замкнутый контур Аэропонные системы все еще находятся в эксплуатации.

Коммерциализация

В конце концов аэропоника покинула лаборатории и вышла на арену коммерческого выращивания. В 1966 году пионеру в области коммерческой аэропоники Б. Бриггсу удалось внедрить корни у черенков лиственных пород путем их укоренения. Бриггс обнаружил, что черенки с воздушным укоренением более жесткие и твердые, чем черенки, образующиеся в почве, и пришел к выводу, что основной принцип укоренения воздухом является правильным. Он обнаружил, что деревья с воздушными корнями можно пересаживать в почву без шока при пересадке или нарушения нормального роста. Шок после трансплантации обычно наблюдается при гидропонный трансплантаты.^[17]

В 1982 году в Израиле Л. Нир разработал патент на аэропонный аппарат, использующий сжатый воздух низкого давления для доставки питательного раствора к подвешенным растениям. пенополистирол^{[требуется разъяснение ]}, внутри больших металлических контейнеров.^[18]

Летом 1976 г. британский исследователь Джон Превер провел серию аэропонных экспериментов вблизи г. Ньюпорт, остров Уайт, Великобритания, в которой салат (сорт Tom Thumb) выращивали от семян до созревания за 22 дня в полиэтилен пленочные трубки, жесткие с помощью сжатого воздуха, подаваемого путем вентиляции поклонники. Оборудование, используемое для преобразования питательной воды в капли тумана, было поставлено Mee Industries из Калифорнии.^[19] "В 1984 году в сотрудничестве с Джоном Превером, коммерческим производителем на острове Уайт - питомник Kings Nurseries - использовал для выращивания другой дизайн системы аэропоники. клубника растения. Растения процветали и дали большой урожай клубники, которую собрали клиенты питомника. Система оказалась особенно популярной среди пожилой клиенты, которые оценили чистоту, качество и вкус клубники, а также тот факт, что им не нужно было сутулиться при сборе фруктов ».

В 1983 г. Р. Стонер подал патент на первый микропроцессор интерфейс для доставки водопроводной воды и питательных веществ в закрытую аэропонную камеру из пластика. Стоунер разработал множество компаний, исследующих и разрабатывающих аэропонное оборудование, интерфейсы, биоконтроль и компоненты для коммерческого выращивания аэропоники.^[5]

Первая коммерческая аэропонная теплица для производства аэропоники пищевых продуктов - 1986 г.

В 1985 году компания Stoner, GTi, была первой компанией, которая произвела, продала и применила крупномасштабные аэропонные системы с обратной связью в теплицах для коммерческого растениеводства.^[20]

В 1990-х годах GHE или General Hydroponics [Европа] думали попытаться ввести аэропонику на рынок гидропоники для любителей и, наконец, пришли к системе Aerogarden. Однако это не могло быть классифицировано как «настоящая» аэропоника, потому что Aerogarden производил крошечные капельки раствора, а не мелкий туман раствора; тонкий туман должен был воспроизвести настоящий дождь Амазонки. В любом случае продукт был представлен на рынке, и производитель мог широко утверждать, что выращивает свою продукцию на гидропонике аэропонами. Был установлен спрос на аэропонику на рынке хобби, и, более того, об этом думали^{[кем? ]} как совершенный метод гидропонного выращивания. Разница между истинным ростом аэропонного тумана и ростом аэропонной капли стала очень размытой в глазах многих людей.^{[ВОЗ? ]} В конце девяностых годов британская фирма Nutriculture была достаточно воодушевлена ​​разговорами в отрасли, чтобы испытать настоящее аэропонное выращивание; хотя эти испытания показали положительные результаты по сравнению с более традиционными методами выращивания, такими как NFT и Ebb & Flood, были недостатки, а именно стоимость и обслуживание. Чтобы добиться истинной аэропоники тумана, пришлось использовать специальный насос, что также представляло проблемы с масштабируемостью. Капельно-аэропонику было проще производить, и, поскольку она давала сопоставимые результаты с аэропоникой тумана, Nutriculture начала разработку масштабируемой, простой в использовании капельно-аэропонной системы. В ходе испытаний они обнаружили, что аэропоника идеально подходит для размножение растений; растения можно было размножать без среды и даже выращивать на них. В конце концов, Nutriculture признала, что лучших результатов можно было бы добиться, если бы растение было размножено в их фирменном аэропонном пропагаторе X-stream, и перешло на специально разработанную капельно-аэропонную систему выращивания - Амазонку.

Аэропонно выращенные продукты

В 1986 году Стоунер стал первым продавцом свежих, выращенных в аэропонах продуктов питания национальной сети продуктовых магазинов. Он дал интервью на энергетический ядерный реактор и обсудили важность водосберегающих характеристик аэропоники как для современного сельского хозяйства, так и для космоса.^[10]

Аэропоника в космосе

Космические растения

Технология НАСА жизнеобеспечения GAP с необработанными бобами (левая трубка) и обработанными биоконтролем фасолью (правая трубка), возвращенная с космической станции "Мир" на борту космического челнока - сентябрь 1997 г.

Впервые растения были выведены на орбиту Земли в 1960 году в ходе двух отдельных миссий: Спутник 4 и Первооткрыватель 17 (обзор первых 30 лет роста растений в космосе см. в Halstead and Scott 1990).^[21] На прежней миссии, пшеница, горох, кукуруза, весна лук, и Чернушка дамасская семена были доставлены в космос, и во время последней миссии Chlorella pyrenoidosa клетки были выведены на орбиту.^[10][22]

Позже эксперименты с растениями были выполнены на различных Бангладеш, Китай, а также совместные советско-американские миссии, в том числе Bios Satellite II (Биоспутниковая программа ), Скайлаб 3 и 4, Аполлон-Союз, Спутник, Восток, и Зонд. Некоторые из самых ранних результатов исследований показали эффект низкой сила тяжести от ориентации корней и побегов (Halstead, Scott 1990).^[10]

Последующие исследования продолжили изучение влияния низкой гравитации на растения на организменном, клеточном и субклеточном уровнях. На уровне организма, например, множество видов, включая сосна, овес, маш, латук, кресс-салат, и Arabidopsis thaliana, показали снижение роста проростков, корней и побегов при низкой гравитации, тогда как салат, выращенный на Космосе, показал противоположный эффект роста в космосе (Halstead and Scott 1990). Похоже, что на поглощение минералов влияет и растения, выращиваемые в космосе. Например, горох, выращенный в космосе, показал повышенный уровень фосфор и калий и снижение уровня двухвалентный катионы кальций, магний, марганец, цинк, и утюг (Холстед и Скотт, 1990).^[23]

Биоконтроль в космосе

В 1996 году НАСА профинансировало исследование Ричарда Стоунера по разработке естественного жидкого биоконтроля, известного тогда как борьба с органическими заболеваниями (ODC), для предотвращения болезней растений и повышения урожайности без использования пестицидов для гидропонных систем с замкнутым контуром. К 1997 году эксперименты Стоунера по биоконтролю были проведены НАСА. Технология GAP (миниатюрные камеры для выращивания) BioServe Space Technologies доставляла раствор ODC в семена фасоли. Трижды эксперименты ODC были проведены в GAP, доставленном в МИР космическим челноком; на Космический центр Кеннеди; и в Государственный университет Колорадо (Дж. Линден). Все GAPS были помещены в полную темноту, чтобы исключить свет как переменную эксперимента. Эксперимент НАСА должен был изучить только преимущества биоконтроля.

Эксперименты НАСА с фасолью в закрытых помещениях на борту космической станции MIR и шаттла подтвердили, что ODC вызывает повышенную скорость прорастания, лучшее прорастание, ускорение роста и механизмы естественных болезней растений. Хотя изначально ODC был разработан совместно с НАСА, он предназначен не только для космоса. Производители почв и гидропоники могут извлечь выгоду, включив ODC в свои методы посадки, поскольку ODC соответствует USDA Стандарты NOP для органических ферм.

Одним из примеров расширения ODC в сельском хозяйстве является ODC.^TM линейка продуктов, предназначенная для выращивания новых сельскохозяйственных культур, таких как каннабис. Активные ингредиенты линии каннабиса ODC содержат исходный активный ингредиент хитозан в концентрации 0,25%, а также 0,28% коллоидного азота и 0,05% кальция.^[24][25]

Чтобы сделать гидропонные и аэропонные системы по своей сути более устойчивыми к болезням растений и менее зависимыми от химических добавок, НАСА исследует биоконтроль окружающей среды, интегрированный в конструкцию системы. Например, Advanced Plant Habitat (APA) НАСА работает на МКС с 2018 года. APA оснащена более чем 180 датчиками, которые позволяют оптимизировать рост, здоровье и мониторинг растений в космосе, уменьшая при этом зависимость от химических веществ. аддитивный биоконтроль. Эти средства контроля окружающей среды и датчики включают освещение (интенсивность, спектр и фотопериод), температуру, CO.₂, относительная влажность, орошение, а также очистка этиленом и летучими органическими соединениями (ЛОС) растительного происхождения. Дополнительно APA оснащена датчиками температуры листьев, температуры корневой зоны, датчиками влажности корневой зоны, а также измерителями концентрации кислорода.^[26][27][28]

Эти меры контроля окружающей среды обычно подавляют болезни растений двумя способами. Первый метод заключается в поддержании условий окружающей среды, которые непосредственно влияют на болезни, грибок и вредителей и подавляют их. Например, мониторинг и контроль условий окружающей среды, таких как температура и влажность, снижает риск заражения ботритисом листьев, поскольку окружающая среда не способствует распространению болезней. Второй метод заключается в создании условий окружающей среды, которые способствуют естественным механизмам предотвращения болезней растений, тем самым косвенно подавляя эффекты болезней растений. Этот метод был изучен в ходе легких экспериментов с перцем. Например, перец, выращенный в условиях синего света, показал большую устойчивость к мучнистой росе.^[29]

Аэропоника для Земли и космоса

Проращивание семян салата-латука НАСА. 30 день.

В 1998 году Стоунер получил финансирование НАСА на разработку высокопроизводительной аэропонной системы для использования на Земле и в космосе. Стоунер продемонстрировал значительно более высокие темпы роста сухой биомассы у растений салата, выращенных в аэропонных системах, по сравнению с другими методами выращивания. Впоследствии НАСА использовало многочисленные достижения в области аэропоники, разработанные Стоунером.

Были проведены исследования для выявления и разработки технологий быстрого роста растений в различных гравитационных средах. Среда с низкой плотностью создает такие проблемы, как эффективная доставка воды и питательных веществ к растениям и восстановление сточных вод. Производство пищевых продуктов в космосе сталкивается с другими проблемами, включая обработку воды, минимизацию использования воды и минимизацию веса систем. Производство продуктов питания на планетных телах, таких как Луна и Марс, также потребует работы в условиях пониженной гравитации. Из-за разной динамики жидкости, присутствующей при разных уровнях гравитации, основное внимание при разработке систем роста растений уделялось оптимизации систем доставки питательных веществ.

В настоящее время используется ряд методов доставки питательных веществ (как на Земле, так и в условиях низкой гравитации). Субстрат-зависимые методы включают традиционное культивирование почвы, зеопонику, агар и ионообменные смолы, содержащие питательные вещества. Помимо выращивания в зависимости от субстрата, были разработаны многие методы, не использующие почву, включая технику питательной пленки, приливы и отливы, аэропонику и многие другие. Благодаря высокой пропускной способности питательного раствора гидропонные системы могут способствовать быстрому росту растений. Это требует больших объемов воды и значительной рециркуляции раствора, что затрудняет управление растворами в условиях микрогравитации.

Для доставки питательных веществ в аэропонные системы используются гидрораспылители, которые сводят к минимуму расход воды, увеличивают насыщение корней кислородом и обеспечивают отличный рост растений. Пропускание питательного раствора в аэропонных системах выше, чем в других системах, разработанных для работы в условиях низкой гравитации. Устранение субстратов с помощью Aeroponics и необходимость в больших запасах питательных веществ сокращают количество отходов, которые должны обрабатываться другими системами жизнеобеспечения. Устранение необходимости в субстрате также упрощает посадку и сбор урожая (упрощая автоматизацию), снижает вес и объем расходных материалов и устраняет потенциальный путь передачи патогенов. Эти преимущества демонстрируют потенциал производства аэропоники в условиях микрогравитации и эффективного производства продуктов питания в космосе.^{[1][неудачная проверка ]}

Надувная аэропоника НАСА

В 1999 году НАСА профинансировало разработку надувной маломассивной аэропонной системы (AIS) для космического и земного производства высокоэффективных продуктов питания.^[30] AIS - это автономная самонесущая надувная аэропонная система растениеводства, способная контролировать доставку питательных веществ / тумана к корням растений. Являясь надувной конструкцией, AIS имеет малый вес и может быть спущен, чтобы занимать меньше объема во время транспортировки и хранения. Текущая версия АИС усовершенствована по сравнению с предыдущей конструкцией, в которой использовались жесткие конструкции, которые более дороги в производстве и транспортировке.^[20]

На Земле дорогие материалы и транспорт могут препятствовать экономической целесообразности создания аэропонных систем для коммерческих производителей. Однако такие препятствия усиливаются, если учесть массу полезной нагрузки для космических перевозок.

Из-за ограничений по массе и объему НАСА разработало специальные материалы для надувных сред обитания и конструкций, способных противостоять космической среде. Эти арамидоподобные материалы в настоящее время используются для разработки расширяемой среды обитания Bigelow Aerospace. Один из расширяемых модулей деятельности Bigelow успешно прошел испытания в космосе.^[31][32]

Преимущества аэропоники для земли и космоса

Проращивание семян салата-латука НАСА - День 3

Аэропоника обладает многими характеристиками, которые делают ее эффективным средством выращивания растений.

Меньше питательного раствора повсюду

Прорастание семян салата-латука НАСА - День 12

Растения, выращенные с использованием аэропоники, проводят 99,98% времени на воздухе и 0,02% - в прямом контакте с гидрораспыленным питательным раствором. Время, проведенное без воды, позволяет корням более эффективно поглощать кислород. Кроме того, гидрораспыленный туман также значительно способствует эффективному насыщению корней кислородом. Например, NFT имеет пропускную способность питательных веществ 1 литр в минуту по сравнению с пропускной способностью аэропоники 1,5 миллилитра в минуту.

Уменьшение объема поступающих питательных веществ приводит к уменьшению количества питательных веществ, необходимых для развития растений.

Еще одним преимуществом уменьшения пропускной способности, которое имеет большое значение для использования в космосе, является уменьшение объема используемой воды. Это уменьшение пропускной способности объема воды соответствует уменьшению объема буфера, что значительно снижает вес, необходимый для поддержания роста растений. Кроме того, объем сточных вод с растений также уменьшается с помощью аэропоники, уменьшая количество воды, которую необходимо обработать перед повторным использованием.

Относительно низкие объемы раствора, используемые в аэропонике, в сочетании с минимальным временем, в течение которого корни подвергаются воздействию гидрораспыленного тумана, сводят к минимуму контакт корней с корнями и распространение патогенов между растениями.

Усиление контроля за растительной средой

Прорастание семян салата-латука НАСА (крупный план среды корневой зоны) - День 19

Аэропоника позволяет лучше контролировать окружающую среду вокруг корневой зоны, поскольку, в отличие от других систем роста растений, корни растений не всегда окружены какой-либо средой (как, например, в гидропонике, где корни постоянно погружены в воду).

Улучшенное питательное питание

С помощью аэропоники в корневую зону можно вводить множество различных питательных растворов без необходимости смывать какой-либо раствор или матрицу, в которую ранее были погружены корни. Такой повышенный уровень контроля был бы полезен при исследовании влияния разнообразного режима внесения питательных веществ на корни интересующего вида растений. Аналогичным образом аэропоника допускает более широкий диапазон условий роста, чем другие системы доставки питательных веществ. Интервал и продолжительность распыления питательных веществ, например, могут быть очень точно адаптированы к потребностям конкретного вида растений. Воздушная ткань может подвергаться воздействию совершенно иной среды, чем корни.

Более удобный

Конструкция аэропонной системы позволяет легко работать с растениями. Это происходит в результате разделения растений друг от друга и того факта, что растения находятся в подвешенном состоянии в воздухе, а корни не захватываются какой-либо матрицей. Следовательно, сбор отдельных растений довольно прост и понятен. Точно так же удаление любого растения, которое может быть заражено каким-либо типом патогена, легко выполняется без риска выкорчевывания или заражения близлежащих растений.

Более рентабельный

Крупный план аэропонной кукурузы и корнеплодов внутри аэропонной (воздушной) установки, 2005 г.

Аэропонные системы более рентабельны, чем другие системы. Из-за уменьшенного объема подачи раствора (обсужденного выше) в системе в любой момент времени требуется меньше воды и меньше питательных веществ по сравнению с другими системами доставки питательных веществ. Также отпадает необходимость в подложках, как и во многих движущихся частях.

Использование семенного фонда

С помощью аэропоники можно свести к минимуму вредное воздействие семенного фонда, зараженного патогенами. Как обсуждалось выше, это происходит из-за разделения растений и отсутствия общей матрицы роста. Кроме того, благодаря закрытой контролируемой среде аэропоника может быть идеальной системой выращивания для выращивания семян, свободных от патогенов. Закрытие ростовой камеры, в дополнение к изоляции растений друг от друга, о которой говорилось выше, помогает как предотвратить первоначальное заражение патогенами, занесенными из внешней среды, так и минимизировать распространение любых патогенов, которые могут существовать от одного растения к другим.

Аэропоника 21 века

Благодаря уникальным открытиям на борту космического шаттла, современная аэропоника позволяет с высокой плотностью высаживать многие пищевые и садовые культуры без использования пестицидов.

Аэропоника - это усовершенствование искусственной жизнеобеспечения для поддержки растений, не повреждающих растения, прорастания семян, контроля окружающей среды и быстрого неограниченного роста по сравнению с методами гидропоники и капельного орошения, которые десятилетиями использовались традиционными земледельцами.

Современная аэропоника

Современные аэропонные технологии были исследованы в центре исследований и коммерциализации НАСА.BioServe Space Technologies расположен в кампусе Университета Колорадо в Боулдере, штат Колорадо. Другое исследование включает исследование системы замкнутого цикла на Исследовательский центр Эймса, где ученые изучали методы выращивания продовольственные культуры в низкая гравитация ситуации на будущее колонизация космоса.

В 2000 году Stoner получил патент на технологию биоконтроля для борьбы с органическими заболеваниями, которая позволяет выращивать в аэропонных системах естественное выращивание без использования пестицидов.

В 2004 году Эд Харвуд, основатель AeroFarms, изобрел аэропонную систему для выращивания салата на микрофлисовой ткани.^[33][34] AeroFarms, использующая запатентованную Harwood технологию аэропоники, в настоящее время управляет крупнейшей крытой вертикальной фермой в мире, исходя из годовой мощности роста в Ньюарке, штат Нью-Джерси. Используя аэропонную технологию, ферма может производить и продавать до двух миллионов фунтов не содержащей пестицидов листовой зелени в год.

Аэропонный биофарминг

Биофармацевтическая кукуруза, выращенная в аэропортах, 2005 г.

Аэропонный биофарминг используется для выращивания фармацевтических препаратов внутри растений. Технология позволяет полностью изолировать сточные воды и побочные продукты биофармацевтических культур, которые остаются внутри объекта с замкнутым циклом. ГМО исследования в Государственный университет Южной Дакоты доктора Нила Риза применил аэропонику для выращивания генетически модифицированная кукуруза.

По словам Риза, выращивать кукурузу в аэропонном аппарате для биомассирование. Прошлые попытки университета выращивать все виды кукурузы с использованием гидропоники закончились неудачей.

Используя передовые методы аэропоники для выращивания генетически модифицированной кукурузы, Риз собрал полные початки кукурузы, в то же время содержав пыльцу кукурузы и отработанные сточные воды и не допуская их попадания в окружающую среду. Сдерживание этих побочных продуктов гарантирует, что окружающая среда останется безопасной от заражения ГМО.

Риз говорит, что аэропоника дает возможность сделать биофарминг экономически практичным.^[10]

Масштабная интеграция аэропоники

В 2006 г. Институт биотехнологии им. Вьетнамский национальный сельскохозяйственный университет совместно со Стоунером учредил аспирантуру по аэропонике. Центр исследований агробиотехники университета под руководством профессора Нгуен Куанг Тач, использует аэропонные лаборатории для продвижения Вьетнам Производство мини-клубней картофеля для производства сертифицированного семенного картофеля.

Аэропонный картофель эксплантаты на 3-й день после установки в аэропонную систему, Ханой

Историческое значение аэропоники состоит в том, что это первый случай, когда нация специально призвала аэропонику развивать сельскохозяйственный сектор, стимулировать экономические цели фермерских хозяйств, удовлетворять возросшие потребности, улучшать качество продуктов питания и увеличивать производство.

«Мы показали, что аэропоника в большей степени, чем любая другая сельскохозяйственная технология, значительно улучшит производство картофеля во Вьетнаме. У нас очень мало пахотных земель, и аэропоника имеет для нас полный экономический смысл», - заявил Тач.

Аэропонная теплица для картофельного мини-клубня Ханой, 2006 г.

Вьетнам присоединился к Мировая Торговая Организация (ВТО) в январе 2007 года. Воздействие аэропоники во Вьетнаме будет ощущаться на уровне фермерских хозяйств.

Аэропонная интеграция в сельское хозяйство Вьетнама начнется с производства недорогих сертифицированных экологически чистых миниклубней, которые, в свою очередь, будут поставляться местным фермерам для их посадки семенного и товарного картофеля. Фермеры, выращивающие картофель, выиграют от аэропоники, потому что их семенной картофель будет здоровым и будет выращиваться без пестицидов. По словам Тэча, что наиболее важно для вьетнамских фермеров, это снизит их эксплуатационные расходы и увеличит их урожайность.^[10]

Смотрите также

• Воздушный корень
• Питание растений

Рекомендации

внешняя ссылка

• Веб-сайт НАСА: Aeroponic Plants
• Веб-сайт НАСА: Aeroponic High Performance Food Production
• Веб-сайт НАСА: Аэропоника малой массы
• «Пересмотр аэропоники для выращивания растений в космических полетах»
• Астронавт Дон Петтит выращивает цуккини во время 31-й экспедиции на МКС
• AeroFarms (платный доступ)