Aeroponika to proces uprawy roślin w środowisku powietrznym lub aerozolowym, bez użycia gleby lub podłoża zbiorczego. Słowo “aeroponiczny” pochodzi od greckich aer (powietrze) i ponos (praca). Uprawa aeroponiczna różni się zarówno od tradycyjnej hydroponiki, aquaponiki, jak i uprawy in vitro (hodowla tkanek roślinnych). W przeciwieństwie do hydroponiki wykorzystującej płynny roztwór substancji odżywczych jako podłoże uprawowe i niezbędne minerały do podtrzymania wzrostu roślin; lub aquaponiki, wykorzystującej wodę i odpady rybne, aeroponika prowadzona jest bez podłoża uprawowego. Czasami aeroponika traktowana jest jako rodzaj hydroponiki, gdyż woda w postaci kropel wykorzystywana jest w aeroponice do przenoszenia substancji odżywczych.
Co jest aeroponika i system aeroponiczny?
Hodowla rośliny w powietrzu lub w mgle, bez użycia gleby lub innego zagęszczonego medium to aeroponika. System aeroponiczny nie wymaga gleby, a korzenie zawieszone są w powietrzu, aby mogły odbierać tlen i środki odżywcze. Systemy aeroponiczne zużywają na ogół mniej wody w porównaniu z innymi rodzajami metod hydroponicznych. Jest to jeden z najbardziej efektywnych, niskoemisyjnych rodzajów metod uprawy.
Jaka jest różnica między aeroponiką a hydroponiką?
Istnieje pewna różnica zdań na temat tego, czy aeroponika jest podzbiorem hydroponiki, czy też nie, ponieważ termin hydroponika opisuje każdy bezglebowy system uprawy, który dostarcza składniki odżywcze do korzeni roślin za pomocą wody.
Wielu ekspertów twierdzi, że są to odrębne systemy, patrząc na to w kategoriach formy cieczy używanej do dostarczania składników odżywczych:
- Systemy hydroponiczne obejmują płynną wodę w ruchu, zazwyczaj wymagają pewnego rodzaju podłoża do uprawy, aby dostarczyć wilgoć, składniki odżywcze i tlen w sposób zapobiegający gniciu.
- Systemy aeroponiczne generują mgiełkę małych kropelek wody do karmienia roślin z wykorzystaniem powietrza lub mglistego środowiska jako medium do uprawy.
Inni zauważają, że systemy hydroponiczne wymagają pewnego rodzaju podłoża bezglebowego, które może być pożywką, samą w sobie, podczas gdy systemy aeroponiczne nie używają podłoża.
To sprawia, że aeroponika jest bardziej zaawansowaną formą niż knotowe systemy hydroponiczne, uprawa w głębokiej wodzie i inne rodzaje.
Wszystkie rośliny potrzebują składników odżywczych. Każdy zielony organizm poświęci cenną ilość energii na rozwój korzeni, aby znaleźć je w glebie. W hydroponice i aeroponice, składniki odżywcze są dostarczane prosto do korzeni.
W porównaniu do tradycyjnych upraw, rośliny hydroponiczne mają tendencję do szybszego wzrostu i wchłaniania większej ilości składników odżywczych, gdyż korzenie wystawione na działanie wyższych ilości tlenu. Ponadto, istnieje mniej zagrożeń związanych z chorobami i szkodnikami wokół choroby strefy korzeniowej.
Komory systemu aeroponicznego są stale mokre od składników odżywczych w mgiełce, która jest wygodna dla rozwoju szkodliwych bakterii i grzybów. Ważne jest, aby oczyścić i wysterylizować dysze przed użyciem, a od czasu do czasu wyjąć i wysterilizować komory roztworem z nadtlenku wodoru, który można kupić w każdym sklepie hydroponicznym jakości.
Jak działa system aeroponiczny?
W systemie aeroponicznym, rośliny są zazwyczaj wprowadzane do otworów platformy na górze zbiornika umieszczonych w zamkniętym pojemniku. Ze względu na brak podłoża dla strefy korzeniowej roślin trzeba przygotować kołnierz podtrzymujący łodygi. Tuleje te muszą być wystarczająco sztywne, aby utrzymać rośliny w pozycji pionowej, ale na tyle elastyczne, aby zapewnić miejsce na wzrost korzeni.
Podstawową zasadą uprawy aeroponicznej jest uprawa roślin zawieszonych w zamkniętym lub półzamkniętym środowisku poprzez opryskiwanie zwisających korzeni i dolnej łodygi rośliny. Liście i korona, często nazywane baldachimem, wystają powyżej.
System pomp i zraszaczy tworzy parę wodną (hydroatomizowana mieszaniną wody, składników odżywczych i hormonów wzrostu) z roztworu bogatego w składniki odżywcze i rozpyla mgłę w zbiorniku, nawadniając zwisające korzenie roślin. Spray dostarcza dokładną ilość pożywki, która stymuluje wzrost rośliny i pozwala na komfortowy rozwój.
Zegar sterujący kontroluje czas trwania oprysku. Niektórzy uważają, że rośliny rosnące w systemie aeroponicznym będą łatwiej ulegały uszkodzeniom w porównaniu do hydroponiki. Ale to nie jest prawda. Tajemnica systemu aeroponicznego polega na dużej ilości tlenu dostarczanego do korzeni bez ograniczającego podłoża. Dzięki temu korzenie roślin rozwijają się szybko w wilgotnym, bogatym w powietrze środowisku.
Idealnie byłoby, gdyby środowisko było wolne od szkodników i chorób, dzięki czemu rośliny mogą rosnąć zdrowiej i szybciej niż rośliny uprawiane na podłożu. Ze względu na wrażliwość systemów korzeniowych, aeroponika jest często połączona z konwencjonalną hydroponiką, używaną jako zapasowe odżywianie jeśli aparat aeroponiczny zawiedzie.
Jaki zestaw aeroponiczny kupić?
Jeśli wybierasz gotowy system aeroponiczny zamiast budować go samemu, polecamy firmy oferujące kompletne systemy aeroponiczne:
- AERO Development Corp
- General Hydroponics: AeroFlo
- Clone King
Rodzaje systemów aeroponicznych
Urządzenia niskociśnieniowe
W większości niskociśnieniowych ogrodów aeroponicznych, korzenie roślin zawieszone są nad zbiornikiem z pożywką lub wewnątrz kanału połączonego ze zbiornikiem. Pompa niskociśnieniowa dostarcza pożywkę za pomocą dysz lub przetworników ultradźwiękowych.
Urządzenia wysokociśnieniowe
Techniki aeroponiczne wysokociśnieniowe, w których mgła jest wytwarzana przez pompę(-y) wysokociśnieniową(-e), są zazwyczaj stosowane w uprawie wysokowartościowych roślin i okazów roślin, które mogą zrekompensować wysokie koszty instalacji związane z tą metodą ogrodnictwa.
Aeroponiczne systemy wysokociśnieniowe obejmują technologie oczyszczania powietrza i wody, sterylizacji składników pokarmowych, polimerów o niskiej masie i ciśnieniowych systemów dostarczania składników pokarmowych.
Aeroponika ultradźwiękowa
Ultradźwiękowa mgiełka aeroponiczna, potocznie znana jako fogponika (fogoponika), jest ciekawym rodzajem systemu aeroponicznego. Hodowcy używają ultradźwięków do rozpylania mgiełki z malutkimi cząsteczkami wody. Korzenie roślin łatwiej wchłaniają wodę w postaci małych cząstek.
Systemy komercyjne
Komercyjne systemy aeroponiczne obejmują urządzenia wysokociśnieniowe i systemy biologiczne. Matryca systemów biologicznych zawiera ulepszenia służące wydłużeniu żywotności roślin i dojrzewania upraw.
Podsystemy biologiczne i podzespoły sprzętowe obejmują systemy kontroli ścieków, zapobieganie chorobom, wzmocnienia odporności na patogeny, precyzyjny pomiar czasu i ciśnienia roztworu substancji odżywczych, czujniki ogrzewania i chłodzenia, kontrolę termiczną roztworów, wydajne matryce świetlne foton-flux, zakres filtracji spektrum, czujniki i zabezpieczenia odporne na awarie, zmniejszone funkcje konserwacji i oszczędzania i długoterminową niezawodność.
Komercyjne systemy aeroponiczne, takie jak urządzenia wysokociśnieniowe, są stosowane w uprawie wysokowartościowych roślin, gdzie stosuje się wielokrotny płodozmian na bieżąco w celach komercyjnych. Zaawansowane systemy komercyjne obejmują gromadzenie danych, monitorowanie, analityczne informacje zwrotne i połączenia internetowe z różnymi podsystemami.
Aeroponika – pełna charakterystyka metody
Kultury powietrzne optymalizują dostęp do powietrza dla pomyślnego wzrostu roślin. Materiały i urządzenia utrzymujące i wspierają aeroponiczną uprawę roślin, muszą być pozbawione chorób lub patogenów. Wyróżnieniem prawdziwej kultury i aparatury aeroponicznej jest minimalne zapewnienie funkcji wsparcia roślin. Minimalny kontakt między rośliną a strukturą nośną pozwala na dostarczenie maksymalnej ilości powietrza do rośliny. Długoterminowa uprawa aeroponiczna wymaga, aby systemy korzeniowe były wolne od ograniczeń otaczających łodygi i systemy korzeniowe. Fizyczny kontakt jest zmiejszony tak, aby nie utrudniał naturalnego wzrostu i ekspansji korzeni lub dostępu do czystej wody, wymiany powietrza i warunków wolnych od chorób.
Korzyści wynikające z obecności tlenu w strefie korzeniowej
Tlen (O2) w ryzosferze (strefie korzeniowej) jest niezbędny dla zdrowego wzrostu roślin. Ponieważ aeroponika prowadzona jest w powietrzu w połączeniu z mikro-kropelkami wody, prawie każda roślina może rosnąć i dojrzewać w powietrzu z obfitym w tlen, wodę i składniki odżywcze.
Niektórzy hodowcy preferują systemy aeroponiczne w stosunku do innych metod hydroponicznych, ponieważ zwiększone napowietrzanie roztworu substancji odżywczych dostarcza więcej tlenu do korzeni roślin, stymulując wzrost i pomaga zapobiegać powstawaniu patogenów.
Czyste powietrze dostarcza tlen, który jest doskonałym oczyszczaczem dla roślin i środowiska aeroponicznego. Aby nastąpił naturalny rozrost, roślina musi mieć nieograniczony dostęp do powietrza. Rośliny muszą być dopuszczone do wzrostu w sposób naturalny dla pomyślnego rozwoju fizjologicznego. Jeśli naturalny wzrost rośliny jest ograniczony przez strukturę nośną, wzrasta ryzyko uszkodzenia rośliny, a tym samym chorób.
Niektórzy badacze wykorzystywali aeroponikę do badania wpływu składu gazu strefy korzeniowej na wydajność roślin. Soffer i Burger badali wpływ stężenia rozpuszczonego tlenu na tworzenie się przypadkowych korzeni w tak zwanej “aero-hydroponice”. Wykorzystali oni 3-stopniowy system hydro i aero, gdzie w obrębie korzeni utworzono trzy odrębne strefy. Końce korzeni były zanurzone w zbiorniku składników odżywczych, a środek sekcji korzeniowej otrzymywał mgiełkę odżywczą, a górna część znajdowała się nad mgiełką. Ich wyniki wykazały, że rozpuszczone O2 jest niezbędne do powstania korzeni, ale wykazały, że w przypadku trzech badanych stężeń O2, liczba korzeni i długość korzeni były zawsze większe w środkowej części zamglonej niż w części zanurzonej lub niezmieszanej. Nawet przy najniższym stężeniu, zamglona część zakorzeniła się z powodzeniem.
Uprawa wolna od chorób
Aeroponika może ograniczyć przenoszenie chorób. Kontakt roślin z innymi roślinami jest zredukowany, a każdy impuls aerozolu jest sterylny. W przypadku gleby, agregatu lub innych mediów, choroba może rozprzestrzeniać się na całym podłożu, zarażając wiele roślin. W większości szklarni stałe podłoża wymagają sterylizacji po każdej uprawie, a w wielu przypadkach są po prostu wyrzucane i zastępowane świeżymi, sterylnymi podłożami.
Wyraźną zaletą technologii aeroponicznej jest to, że jeśli dana roślina zachoruje, można ją szybko usunąć ze struktury, nie zakłócając ani nie infekując innych roślin.
Ze względu na środowisko wolne od chorób, które jest unikalne dla aeroponiki, wiele roślin może rosnąć w większym zagęszczeniu (rośliny na metr kwadratowy) w porównaniu z bardziej tradycyjnymi formami uprawy (hydroponika, gleba i technika cienkowarstowa NFT). Komercyjne systemy aeroponiczne zawierają funkcje sprzętowe, które umożliwiają rozwój systemów korzeniowych roślin.
Naukowcy opisali aeroponikę jako “wartościową, prostą i szybką metodę wstępnego przesiewania genotypów w celu uzyskania odporności na specyficzną zarazę sadzonkową lub zgniliznę korzeni”.
Izolacyjny charakter systemu aeroponicznego pozwolił im na uniknięcie komplikacji napotykanych podczas badania infekcji w hodowli glebowej.
Hydroatomizacja wody i składników odżywczych
Wyposażenie aeroponiczne to głównie opryskiwacze, dysze lub inne urządzenia do tworzenia delikatnej mgiełki roztworu składników odżywczych do korzeni roślin. Systemy aeroponiczne to zwykle zamknięte ekosystemy, dostarczające makro i mikro elementy odpowiednie do utrzymania niezawodnej, stałej kultury powietrza. Opracowano liczne wynalazki w celu ułatwienia aeroponicznego opryskiwania i tworzenia mgły. Kluczem do rozwoju korzeni w środowisku aeroponicznym jest wielkość kropli wody. W zastosowaniach komercyjnych, natrysk hydroponiczny w 360° jest stosowany do pokrycia dużych powierzchni korzeni przy użyciu mgły powietrznej.
Odmiana techniki wytwarzania mgły polega na zastosowaniu mgiełek ultradźwiękowych do zamglenia roztworów odżywczych w niskociśnieniowych urządzeniach aeroponicznych.
Rozmiar kropli wody jest kluczowy dla podtrzymania wzrostu aeroponicznego. Zbyt duża kropla wody oznacza, że system korzeniowy otrzymuje mniejszą ilość tlenu. Zbyt drobne krople wody, takie jak te generowane przez mgłę ultradźwiękową, wytwarzają nadmierną ilość włosków korzeniowych bez rozwoju bocznego systemu korzeniowego dla podtrzymania wzrostu w systemie aeroponicznym.
Mineralizacja przetworników ultradźwiękowych wymaga konserwacji i grozi awarią podzespołów. Jest to również wada metalowych dysz natryskowych i rozpylaczy. Ograniczony dostęp do wody powoduje, że roślina traci jędrność i więdnie.
Zaawansowane materiały
NASA sfinansowała badania i rozwój nowych zaawansowanych materiałów w celu poprawy niezawodności aeroponicznej i redukcji kosztów utrzymania. Ustaliła również, że wysokociśnieniowa, hydroatomizowana mgła o wielkości kropelek 5-50 mikrokemtrów o wysokim ciśnieniu jest niezbędna do długotrwałej uprawy aeroponicznej.
W przypadku długotrwałej uprawy, system mgły musi działać pod znacznym ciśnieniem, aby doprowadzić mgiełkę do gęstego systemu korzeniowego. Powtarzalność jest kluczem do aeroponiki i obejmuje hydroatomizowaną wielkość kropli. Degradacja aerozolu spowodowana mineralizacją główek dyszy powoduje zahamowanie dostarczania wodnego roztworu odżywczego, co prowadzi do braku równowagi w środowisku kultury powietrznej.
Opracowano specjalne niskomasowe materiały polimerowe, które są wykorzystywane do eliminacji mineralizacji w kolejnej generacji hydroatomizujących mgiełek i dysz rozpylających.
Pobór składników odżywczych
Dyskretny charakter interwałów w aeroponice pozwala na pomiar poboru składników pokarmowych w czasie w różnych warunkach.
W badaniach naukowcy stwierdzili, że poprzez pomiar stężeń i objętości roztworów wejściowych i wypływowych mogą dokładnie obliczyć wskaźnik poboru składników pokarmowych (co zostało zweryfikowane poprzez porównanie wyników z pomiarami izotopów N). Po weryfikacji metody analitycznej, naukowcy sprawdzili dzienne zmiany w poborze składników pokarmowych, korelacja między poborem amonu i wypływem protonu, a także związek między stężeniem jonów i poborem. Aeroponika jako narzędzie badawcze może pomóc w zakresie pobierania składników pokarmowych, ale także otwierają możliwości monitorowania zdrowia roślin i optymalizacji upraw w środowiskach zamkniętych.
Aeroponika jako narzędzie badawcze
Wkrótce po opracowaniu systemu, aeroponika stała się cennym narzędziem badawczym. Aeroponika oferuje badaczom nieinwazyjny sposób testowania korzeni w trakcie rozwoju. Ta nowa technologia pozwala naukowcom na wykorzystanie większej liczby i szerszego zakresu parametrów eksperymentalnych.
Zdolność do precyzyjnej kontroli poziomu wilgotności strefy korzeniowej i ilości dostarczanej wody sprawia, że aeroponika idealnie nadaje się do badania stresu wodnego. K. Hubick ocenił aeroponikę jako środek do produkcji spójnych, minimalnie obciążonych wodą roślin do wykorzystania w doświadczeniach z zakresu fizjologii suszy lub powodzi.
Aeroponika jest idealnym narzędziem do badania morfologii korzeni. Brak ziemi oferuje badaczom łatwy dostęp do całej, nienaruszonej struktury korzeni bez uszkodzeń, które mogą być spowodowane usunięciem korzeni z gleby.
Korzyści z aeroponiki dla Ziemi i przestrzeni kosmicznej
Aeroponika posiada wiele cech, które czynią ją skutecznym i wydajnym środkiem do uprawy roślin.
Mniejsz zużycie pożywki
Rośliny uprawiane z zastosowaniem aeroponiki spędzają 99,98% czasu w powietrzu i 0,02% w bezpośrednim kontakcie z hydroatomizowaną pożywką. Czas spędzony bez wody pozwala korzeniom na bardziej efektywne wychwytywanie tlenu. Co więcej, hydroatomizowana mgła znacząco przyczynia się do efektywnego dotlenienia korzeni. Na przykład, system NFT ma przepustowość 1 litra na minutę w porównaniu z przepustowością 1,5 mililitra na minutę w aeroponice.
Zmniejszona objętość składników odżywczych powoduje zmniejszenie ilości składników odżywczych potrzebnych do rozwoju roślin.
Inną korzyścią wynikającą ze zmniejszonej przepustowości, mającą duże znaczenie dla wykorzystania w przestrzeni kosmicznej, jest zmniejszenie ilości wykorzystywanej wody. Niższa przepustowość wody odpowiada zmniejszonej objętości buforów i masy potrzebnej do utrzymania wzrostu roślin. Ponadto, objętość ścieków z systemu w aeroponice jest również zmniejszona i może być oczyszczona przed ponownym użyciem.
Większa kontrola środowiska roślinnego
Aeroponika pozwala na większą kontrolę środowiska wokół strefy korzeniowej. Wprzeciwieństwie do innych systemów wzrostu roślin, korzenie roślin nie są stale otoczone przez jakiś czynnik (jak na przykład w hydroponice, gdzie korzenie są stale zanurzone w wodzie).
Wydajne odżywianie
Różne pożywki mogą być podawane do strefy korzeniowej za pomocą aeroponiki, bez konieczności czyszczenia jakiegokolwiek roztworu lub matrycy, w której korzenie były wcześniej zanurzone. Ten podwyższony poziom kontroli byłby przydatny przy badaniu wpływu zróżnicowanego reżimu podawania składników odżywczych na korzenie interesującego nas gatunku rośliny.
W podobny sposób, aeroponika pozwala na uzyskanie większego zakresu warunków wzrostu niż inne systemy dostarczania składników odżywczych. Odstępy czasu i czas trwania oprysków składników odżywczych mogą być bardzo dokładnie dostosowane do potrzeb konkretnego gatunku rośliny. Tkanka powietrzna może być rozwijana w zupełnie innym środowisku niż korzenie.
Bardziej przyjazna dla użytkownika
Konstrukcja systemu aeroponicznego pozwala na łatwą pracę z roślinami. Wynika to z faktu, że rośliny są zawieszone w powietrzu, a korzenie nie są uwięzione w żadnym podłożu. W związku z tym, zbiór owoców z roślin jest dość prosty. Usunięcie każdej rośliny, która może być zainfekowana jakimś rodzajem patogenu, jest łatwe i może być przeprowadzenia bez ryzyka wykorzenienia lub zanieczyszczenia pobliskich roślin.
Bardziej opłacalna
Systemy aeroponiczne są bardziej opłacalne niż inne kofiguracje. Ze względu na zmniejszoną przepustowość roztworu (omówioną powyżej), w porównaniu z innymi systemami dostarczania składników odżywczych w danym czasie w systemie aeroponicznym potrzeba mniej wody i mniej składników odżywczych. Zapotrzebowanie na substraty jest również wyeliminowane, podobnie jak zapotrzebowanie na wiele ruchomych części.
Wykorzystanie zapasów materiału siewnego
Dzięki aeroponice można zminimalizować szkodliwy wpływ zapasów nasion zainfekowanych patogenami. Jak wspomniano powyżej, wynika to z oddzielenia roślin i braku wspólnej matrycy wzrostu. Ponadto, ze względu na zamknięte, kontrolowane środowisko, aeroponika może być idealnym systemem wzrostu, w którym można uprawiać zapasy nasion wolne od patogenów.
Zamknięcie komory wzrostu, oprócz izolacji roślin, pomaga zapobiec wstępnemu zanieczyszczeniu przez patogeny wprowadzane ze środowiska zewnętrznego, jak i zminimalizować rozprzestrzenianie się ewentualnych patogenów z jednej rośliny na drugą.
Ultra aeroponika w przyszłości
Nowoczesna aeroponika pozwala na gęstą obsadę wielu roślin spożywczych i ogrodniczych bez użycia pestycydów. Aeroponika to poprawa w zakresie sztucznego podtrzymywania życia nieuszkodzonych roślin, kiełkowania nasion, kontroli środowiska i szybkiego, nieograniczonego wzrostu w porównaniu z hydroponiką i technikami nawadniania kroplowego, które są stosowane od dziesięcioleci przez tradycyjnych rolników.
Współczesne techniki aeroponiczne były badane w centrum badawczym NASA BioServe Space Technologies znajdującym się na kampusie Uniwersytetu Colorado. Inne obejmują badania systemu zamkniętego obiegu w Centrum Badawczym Ames, gdzie naukowcy sprawdzali metody uprawy roślin spożywczych w warunkach niskiej grawitacji dla przyszłej kolonizacji przestrzeni kosmicznej.
W 2004 r. Ed Harwood, założyciel AeroFarms, wynalazł system aeroponiczny, gdzie uprawia sałatę na płótnie z mikro włókniny. AeroFarms, wykorzystując opatentowaną przez Harwooda technologię aeroponiczną, prowadzi obecnie największą na świecie pionową farmę w pomieszczeniach zamkniętych, opartą na rocznej wydajności uprawy. Dzięki zastosowaniu technologii aeroponicznej, farma jest w stanie wyprodukować i sprzedać do dwóch milionów funtów zieleni liściowej bez użycia pestycydów rocznie.
Aeroponiczny bio-farming
Aeroponiczna biofarmacja jest używana do uprawy leków farmaceutycznych wewnątrz roślin. Technologia ta pozwala na całkowite odizolowanie zanieczyszczeń i produktów ubocznych z upraw biofarmaceutycznych, które pozostają w zamkniętym obiegu. Jeszcze w 2005 r. badania nad GMO na South Dakota State University prowadzone przez dr Neila Reese’a zastosowały aeroponikę do uprawy genetycznie zmodyfikowanej kukurydzy.
Według Reese’a historycznym osiągnięciem jest uprawa kukurydzy w aparacie aeroponicznym do biomasy. Wcześniejsze próby uprawy wszystkich rodzajów kukurydzy przy użyciu hydroponiki zakończyły się niepowodzeniem.