Гидропоника 20-го века история открытия
- GREENBAR
- 16 мар. 2019 г.
- 12 мин. чтения
Многие изобретения и открытия были популяризированы, включая радио, автомобиль, фотоаппарат и движущиеся изображения. Исследования в области методов водного культивирования набирали обороты. Бертон Эдвард Ливингстон опубликовал «Простой метод экспериментов с водными культурами» в The Plant World (т. 9, № 1), описывая «… более простой метод изучения питательной или стимулирующей ценности различных веществ». В 1906 году Дж. Ф. Бризил из Чикагского университета опубликовал в Botanical Gazette (т. 41, № 1) статью под названием «Влияние определенных твердых веществ на рост сеянцев в водных культурах». Однако большинство этих статей не были написаны для неспециалистов, и в рецензии на статью Бризила содержалась заключительная оговорка: «статья проявляет очень мало внимания к читателю».
Исследования, исследования и еще раз исследования
Методы исследования также развивались. В ноябре 1908 года Дж. Дж. Скиннер опубликовал «Метод водной культуры для экспериментов с картофелем» в The Plant World (т. 11, № 11) . В 1913 году Конрад Хоффман из Висконсинского университета опубликовал в Botanical Gazette (т. 55, № 3) свое исследование по использованию парафиновых блоков для выращивания рассады в жидких культуральных растворах, поскольку пробка, используемая до сих пор, добавляла растворимые соединения в питательный раствор, что потенциально искажало научные результаты. А в 1914 году У. Э. Тоттингем, также из Висконсинского университета, опубликовал в Physiological Researches «Количественное химическое и физиологическое исследование питательных растворов для культур растений», описав, что «... указывается избирательное поглощение ионов, а не полных солей...» и важность баланса между различными элементами в питательном растворе.
В 1915 году Джон У. Шайв опубликовал работу «Трёхсолевой питательный раствор для растений», в которой он протестировал 84 питательных раствора в различных пропорциях и показал, что формула Тоттингема превосходит более ранний четырёхсолевой раствор Кнопа. В 1916 году Ортон Л. Кларк опубликовал в журнале «Science» (том 44, № 1146) статью «Метод поддержания постоянного объёма питательных растворов», в которой признавалось влияние испарения и транспирации на концентрацию и баланс раствора.
В ноябре 1917 года в журнале «The New Phytologist» появилась статья Уолтера Стайлза и Ингвара Йоргенсена «Наблюдения за влиянием аэрации питательного раствора на эксперименты с водными культурами, с некоторыми замечаниями о методе водного культивирования».
Исследования питательных растворов продолжались, и Б. Э. Ливингстон и У. Э. Тоттингем совместно опубликовали работу «Новый трёхсолевой питательный раствор для культур растений» (июль 1918 года).
Исследования проводились в областях, не связанных с составом питательных растворов.
Многие великие пионеры
Несколько учёных на Сельскохозяйственной исследовательской станции Калифорнийского университета в Беркли активно исследовали водные культуры и питательные растворы. Среди них был Деннис Роберт Хогланд, начавший свою карьеру в Калифорнийском университете в 1913 году и занимавший должность профессора питания растений (1927–1949). Изначально Хогланд занимался изучением почвы, однако его исследования ламинарии привели к длительному изучению того, как растения усваивают питательные вещества.
Он установил, что поглощение минералов растениями – это метаболический процесс, а не просто физический, определяемый проницаемостью, осмосом и т.п. В ходе этих исследований Хогланд выращивал множество видов растений, используя разработанную им формулу питательного раствора, которая на десятилетия стала мировым стандартом. Он подчёркивал, что эта формула не является окончательной. Его часто цитировали, когда он утверждал, что не существует «лучшего» питательного раствора – всегда необходимо корректировать его в зависимости от сорта растений, условий окружающей среды и т.д.
Хогланд также внёс большой вклад в понимание взаимосвязи pH с растениями, выращиваемыми в питательных растворах, а также показал, насколько важен свободный кислород вокруг корневой системы. Он сыграл ключевую роль в определении необходимых для растений элементов питания, помимо десяти, известных к 1920 году, в частности молибдена.
1930-е годы: Уильям Фредерик Герике
Герике, «отец гидропоники», работая в Калифорнийском университете в Беркли, выращивает на своем заднем дворе томатные лозы высотой 25 футов, используя только воду и удобрения.
Фитопатолог Уильям Фредерик Герике присоединился к Калифорнийскому университету в 1912 году. Получив образование в Университете Небраски, Сельскохозяйственном колледже штата Айова, Университете Джона Хопкинса в Балтиморе и Калифорнийском университете, Герике опубликовал свою исследовательскую работу «О физиологическом балансе питательных растворов для культур растений» в « Американском журнале ботаники » (апрель 1922 года). В номере журнала Science от 13 октября 1922 года была опубликована специальная статья Герике «Эксперименты с водными культурами», в которой излагались его исследования по выращиванию пшеницы с использованием односолевых растворов на разных фазах роста в сравнении с хорошо сбалансированными питательными растворами на протяжении всего периода роста.
В течение следующего десятилетия Герике продолжал свои исследования в Калифорнийском университете, занимаясь преимущественно изучением зерновых культур. Среди опубликованных им в 1920-х годах работ – «Потребность пшеницы в солях на разных фазах роста», «Адаптация риса к сорока векам земледелия», а в 1930 году – статья под названием «Чрезмерный налог на плодородие почвы при выращивании сельскохозяйственных культур на бедных землях».
Большое внимание и признание получило 200-словное издание статьи Герике под названием «Аквакультура: средство производства сельскохозяйственных культур», опубликованное в « Американском журнале ботаники » (декабрь 1929 г.). В этой статье он простыми словами описывает успешное строительство резервуаров для выращивания растений, в которые добавлялись картриджи с удобрениями и выращивались разнообразные «цветы, овощи и полевые растения. Результаты потребовали серьёзного рассмотрения этого метода производства для некоторых культур, выращиваемых в интенсивных масштабах». Эту статью часто считают знаком, раскрывающим коммерческий потенциал гидропонного производства.
1 апреля 1928 года газета «The San Bernadino County Sun» опубликовала короткую статью под названием «Профессор утверждает, что пищевые таблетки для выращивания растений в воде». В статье Герике утверждает, что будущий садовод сможет выращивать овощи и цветы в простых банках с водой, в которую добавляются «пищевые таблетки» – цилиндрические капсулы, содержащие комбинации из семи основных питательных веществ для растений. В последующих статьях эти пищевые таблетки вскоре стали называть «растительными таблетками».
Позже в том же месяце по стране разлетелось несколько статей Associated Press. Заголовки гласили: «Выращивает растения в воде: химикаты эффективнее почвы, утверждает эксперт» и «Можно выращивать растения без почвы!». В одной из них говорилось: «Объявляя сегодня о своём открытии, Герике сказал, что цветы, выращенные без почвы, более крепкие, имеют более нежную окраску и меньше подвержены плесени, чем цветы, выращенные в обычных условиях».
Несколько недель спустя в крупных статьях, опубликованных в алабамской газете The Anniston Star и калифорнийской газете Santa Ana Register, более подробно рассматривались его исследования безземельного земледелия, в которых подчеркивалось, что Герике выращивал растения под лампами. В статье Anniston Star под заголовком «Растения растут без солнца и почвы; химикаты заменяют землю в ходе испытаний» рассказывается о таблетках для подкормки растений и о том, как Герике использовал несколько аргоновых ламп мощностью 300 свечей для выращивания пшеницы. В статье утверждалось, что 16 часов в сутки под искусственным освещением обеспечивали быстрый рост, а удвоение количества ламп увеличивало скорость роста в четыре раза. «Эксперимент доказал, что все солнечные лучи, необходимые для роста растений, присутствовали в электрических бликах».
29 июня Герике объявил, что продемонстрирует свои методы беспочвенного выращивания во время лекционного тура по Европе. 13 декабря сообщалось о его возвращении из поездки по исследовательским станциям по всей Европе и о том, что он «планирует продолжать работу над искусственным питанием растений до тех пор, пока не будут завершены все этапы исследований и внедрение системы коммерческими производителями не станет простым».
К 1929 году волна известности Герике, казалось, пошла на спад. За исключением нескольких статей о растительных таблетках, Герике практически не упоминался в прессе до октября, когда в модном журнале Popular Science Monthly появилась четырёхстраничная статья Х. Х. Данна под названием «Растительные таблетки дают небывалый урожай» .
Статья начинается с заявления о том, что «благодаря использованию химической «растительной таблетки», вводимой растениям, выращиваемым в неглубоких ёмкостях с водой, зерновые и овощные культуры теперь могут процветать в условиях пустыни, характеризующихся жарой, засушливой почвой и отсутствием влаги». В статье сообщается, что к этому открытию привели пять тысяч экспериментов, проведённых за последние пять лет.
Потрясающие результаты
В статье Данна подробно описаны его результаты: он утверждает, что размер стеблей спаржи увеличился почти на 100%; картофель увеличился в размере ещё вдвое, а урожайность томатов увеличилась на 40%. Эксперименты с пшеницей, хлопком, табаком и капустой показали схожие результаты. Хлопок, выращиваемый в воде, можно было собирать раньше. Далее в статье говорится: «Основываясь на этих результатах, доктор Герике и его ассистенты при поддержке Калифорнийского университета начали экспериментировать с выращиванием продовольственных культур в резервуарах, чтобы оценить затраты на такое производство в коммерческих масштабах». Автор приводит примеры достигнутых экономических и производственных выгод и высказывает убедительные соображения о потенциале продовольственного земледелия в регионах мира, где оно было невозможно.
Статья заканчивается следующей цитатой Герике: «…площадь, составляющая менее четверти той, которая в мои детские годы снабжала семью «садовым грузовиком», будет производить продукты питания такого разнообразия, качества, количества и ценности, о которых садовод-любитель и не мечтал. Кстати, трудозатраты составят лишь малую долю того, что требуется для надлежащей обработки почвы. Мне кажется, именно в этом и заключается величайшая ценность пяти лет экспериментов, которые мы проводим: миллионы людей могут питаться водой на почвах, которые до сих пор не давали ничего, кроме редких кустиков кактусов или нескольких инжирных деревьев».
Далеко не закончено
Несмотря на шумиху, вызванную статьёй в журнале Popular Science Monthly , Герике предстояло ещё много работы для воплощения своих идей в жизнь. Он решил сосредоточиться на практическом применении своих открытий и 27 июня 1933 года получил патент США на «Удобрительный агрегат для выращивания растений в воде». Вскоре он начал устанавливать оборудование в теплицах и организовывать испытания на сельскохозяйственных исследовательских станциях.
В начале 1936 года известный изобретатель Артур Пиллсбери, один из первых энтузиастов водного земледелия и фотограф, посетил Герике и сделал множество высококачественных фотографий этих феноменальных результатов, которые Герике передал в прессу для публикации вместе со статьями о своей работе. Герике также развернул рекламную кампанию, чтобы привлечь внимание к своим открытиям, которые, по его мнению, должны были произвести революцию в сельском хозяйстве.
24 сентября газета «Corvallis Gazette-Times» в штате Орегон сообщила, что доктор Герике установил систему выращивания растений в резервуарах на крыше консервного завода Джорджа Брема в Сиэтле. В статье он называет систему «гидропоникой». Возможно, это первое печатное упоминание термина, принятого Герике.
Большой прорыв
Благодаря силе изображения и преувеличенным заявлениям, которые пресса охотно распространяла, статьи с фотографиями работы Герике начали появляться по всей стране и по всему миру. Освещение в прессе вызвало поток запросов на дополнительную информацию об этом захватывающем новом методе ведения сельского хозяйства. Поначалу Герике отговаривал от этих запросов, заявляя, что они отвлекают его от работы, и что он не готов делиться подробностями, допускать рекламу системы или передавать её посторонним.
В тот же период Герике искал подходящее название для своей новой технологии ведения сельского хозяйства и, ссылаясь на свою первую работу 1929 года по этой теме, предложил термин «аквакультура».
Уильям Ф. Герике опираясь на труды многих предшественников, в 1929 году он объединил всё это и придумал название — «гидропоника». В качестве питательной среды он использовал опилки и смешал все основные питательные вещества, необходимые для роста растений. Уильям вырастил невероятно крупные растения, привлекая необходимое внимание СМИ и популяризируя эту технологию среди широких масс. Его жена Грейс описывала дело его жизни как «решение мировых продовольственных проблем наиболее эффективным, производительным и экономичным способом. Он стремился помочь человечеству найти способ прокормить себя».
🌻Он использовал два греческих слова для названия: « гидрос » — вода и « понос » — работа. Таким образом, название означает «работа с водой». Изначально он назвал это «аквапоникой», но изменил название, чтобы не путать с существующей аквапоникой.
Остров Уэйк
В 1930-х годах авиакомпания Pan American Airlines использовала остров Уэйк, место дозаправки в Тихом океане, в качестве первого испытательного полигона для гидропоники.
Остров Уэйк, удаленный атолл в Тихом океане, представлял собой серьезную логистическую проблему для обеспечения пассажиров свежими продуктами питания на транстихоокеанских рейсах авиакомпании Pan American. Почва острова не подходила для традиционного сельского хозяйства, а доставка свежих продуктов по воздуху была чрезмерно дорогой. Из-за нехватки пахотных земель на острове и высокой стоимости перевозки свежих овощей, компания успешно внедрила гидропонику для выращивания овощей и фруктов для пассажиров. Это стало одним из первых значительных практических применений этого метода беспочвенного выращивания растений.
Это позволило Pan American выращивать овощи непосредственно на острове, обеспечивая своих пассажиров свежими продуктами питания. Предприятие на острове Уэйк стало одним из первых успешных крупномасштабных внедрений гидропоники, продемонстрировав её потенциал для производства продуктов питания в сложных условиях.
1934 году авиакомпания Pan American World Airways выбрала остров Уэйк в качестве одной из нескольких остановок на пути своего быстро растущего флота гидросамолетов на Дальний Восток; среди остановок были также Гонолулу, остров Мидуэй и Гуам. Авиасообщение было запущено в 1935 году, а к концу 1936 года на островах были построены небольшие отели для размещения пассажиров и экипажей клиперов, пока самолёты обслуживались после перелёта с одного острова на другой. В каждом отеле был ресторан, где путешественники могли поесть.
Половина островов, использовавшихся для этих промежуточных остановок, представляла собой всего лишь скалистые атоллы, не пригодные для выращивания каких-либо культур традиционными способами. Регулярно курсирующее судно снабжения «Трейдвинд» заходило сюда лишь раз в полгода, доставляя очень мало продовольствия. Авиалайнеры клиперов предназначались в основном для пассажиров, а из-за больших расстояний для экономии топлива разрешалось перевозить только необходимые грузы. Единственным исключением были молочные продукты из-за их скоропортящегося характера, поскольку их невозможно было производить на островах.
В декабре 1937 года газеты сообщили, что 23-летний Ламори Т. Лаумейстер, студент старших курсов Департамента сельского хозяйства Калифорнийского университета, тесно сотрудничавший с Герике, отправился на остров Уэйк, чтобы провести эксперимент по выращиванию сельскохозяйственных культур с использованием безземельных технологий. Его наняла компания Pan-American, и его целью было выращивание свежих овощей для 35 постоянных жителей островов. Среди них были управляющий отелем Pan-American Чарльз Дженкинс, его жена и пассажиры, прибывавшие раз в неделю. Мистер и миссис Дженкинс также работали шеф-поварами в ресторане отеля.
Ламори быстро установил резервуары и оборудование, отправленные на остров на судне снабжения, и к середине февраля 1938 года получил первый урожай редиса. С другими культурами было сложно: многие из них пышно разрастались под тропическим солнцем, но давали мало плодов. Небольшие изменения в питательном растворе и установка затеняющей ткани решили проблемы. Месяц спустя он снабдил ресторан салатом, огурцами и морковью. После полной эксплуатации еженедельный урожай составил 30 фунтов помидоров, 20 фунтов стручковой фасоли, 40 фунтов сладкой кукурузы и 20 кочанов салата.
Хотя изначально он планировал провести на острове шесть месяцев, ему удалось пролоббировать продление на год, в течение которого он продолжал совершенствовать свои резервуары для выращивания секвойи площадью 230 квадратных футов. В июне 1939 года Торри Лайонс, выпускник Калифорнийского университета с опытом в области агротехники, сменил Ламори на посту главного специалиста по гидропонике. Приняв управление садом, он быстро понял, что главная проблема Ламори заключалась в том, что он не мог выращивать достаточное количество растений для удовлетворения регулярных потребностей своего небольшого, но растущего числа потребителей, даже при совмещении посевов на своих грядках.
Довольная результатами, компания Pan-American решила увеличить мощности по выращиванию растений настолько, чтобы полностью обеспечить авиабазу всем необходимым. В дополнение к первоначальному производству, компания одобрила строительство нового «гидропонного» комплекса – термин, который Герике использовал, чтобы бороться с тенденцией прессы называть их «садами-ваннами». Новые грядки, в четыре раза больше, были построены из бетона, что увеличило площадь выращивания на 1000 квадратных футов. Торри успешно выращивал множество культур, экспериментируя с различными овощами.
8 декабря 1941 года японцы атаковали остров одновременно с Перл-Харбором, хотя дата нападения не совпадала из-за международной линии перемены дат. После этого весь американский персонал был немедленно эвакуирован. 9 декабря японцы снова атаковали, уничтожив отель «Пан Америка» и островной госпиталь. Гидропоника пережила атаку и, как сообщается, использовалась японцами во время оккупации острова.
1937: Гидропоника
Термин был представлен публике 2 марта 1937 года, когда газета New York Sun опубликовала короткую статью о работе Герике под названием «Гидропоника». (предположительно, предложенный ему физиологом У. А. Сетчеллом).
1938: Компания «Химическая культура»
Бизнесмен Эрнест В. Брундин был очень заинтересован работой Герике и в итоге сам начал экспериментировать, выращивая томаты методом гидропоники. Эрнест В. Брундин был одним из первых, кто применил гидропонику и основал компанию «The Chemical Culture Company». Компания Брундина признана одной из первых, кто успешно коммерциализировал гидропонику. Он также запатентовал «Систему химического земледелия». Всё пошло настолько успешно, что вскоре он стал производить тонны томатов и заключил контракты на поставку томатов для нескольких трансконтинентальных поездов и пароходов. Он назвал свою компанию «The Chemical Culture Company».
1940: Полное руководство по беспочвенному садоводству
Герике покинул университет в 1937 году, а в 1940 году опубликовал свою знаковую книгу «Полное руководство по беспочвенному садоводству». В ней он изложил свою формулу для солей макро- и микроэлементов для выращивания растений методом гидропоники.
Герике отмечал: «Топливо будущего, после того как наши запасы угля и нефти будут истощены, вполне может быть получено из углеводов, полученных гидропонным методом».🌷
Когда журналисты спросили, рассчитывает ли он заработать много денег на гидропонике, он просто улыбнулся.
Уильям был не первым, кто выращивал растения в воде, люди делали это в разных формах на протяжении тысяч лет.
1940-е годы: военные базы Второй мировой войны
Развитие гидропоники и безпочвенного выращивания растений, начиная с первых установок, созданных в Европе, и заканчивая их распространением в различных странах, включая США и Японию. Венгерские и польские установки, созданные в начале 30-х годов XX века, признаются менее известными, чем немецкая установка профессора Хёрнига в Штейнхейме, которая стала первой в Германии и привлекла внимание благодаря высокому качеству продукции. Применение безпочвенных методов продолжает вызывать споры, но со временем технологии были усовершенствованы, а затраты на установку снизились.
Сегодня гидропонные методы получили широкое признание и используются по всему миру, особенно в крупных производственных установках в США, Голландских колониях и Японии. Американские силы оккупации сыграли ключевую роль в распространении этих технологий в Японии после Второй мировой войны, что позволило местному населению научиться их использовать и продолжать развивать.
Таким образом, текст иллюстрирует глобальный путь развития гидропоники, её преимущества и адаптацию в различных культурных и экономических контекстах.
Во время войны британские и американские армии использовали гидропонику для выращивания продуктов питания для военнослужащих, размещенных на скалистых островах.
1952: 8 миллионов фунтов стерлингов
По данным специального гидропонного подразделения армии США, с помощью этого метода выращивания выращивается более 8 миллионов фунтов свежей продукции для военных.
1965: Метод питательной пленки (NFT)
NFT — это метод гидропоники, разработанный Алленом Купером в Институте исследований тепличных культур в Англии. Этот метод предполагает циркуляцию очень мелкой струи, или «плёнки», воды мимо оголённых корней растений в овраге/канале. Все необходимые питательные вещества растворяются в воде.
1976: Общая гидропоника
История компании General Hydroponics охватывает более 4 десятилетий — от скромного стартапа в гараже в Беркли, штат Калифорния, до лидера в области гидропонного питания растений, которым она является сегодня.
Компания General Hydroponics, основанная Ларри Бруком, разрабатывает гидропонные системы и продукцию.
1982: EPCOT: Сады завтрашнего дня
Disney знакомит мир с «садами будущего» в совершенно новом павильоне Land в EPCOT, где представлены различные методы гидропоники. «Сады будущего» в павильоне «Земля» парка EPCOT демонстрируют инновационные методы гидропонного выращивания. В павильоне, где находится аттракцион «Жизнь с землей», представлены интерактивные гидропонные экспонаты, а также постоянно обновляется сельскохозяйственная экспозиция. Посетители могут познакомиться с различными гидропонными системами и узнать, как эти методы применяются для выращивания широкого спектра культур.
2000-е: НАСА
NASA действительно проводило обширные исследования гидропоники в рамках своей программы «Управляемая экологическая система жизнеобеспечения» (CELSS) на протяжении нескольких десятилетий. Целью этого исследования является разработка систем, способных обеспечить устойчивую жизнь человека в космосе, используя растения для переработки ресурсов и обеспечения продовольствием, водой и воздухом для дыхания.
Программа NASA CELSS направлена на создание замкнутых систем жизнеобеспечения для длительных космических миссий. Гидропоника, предполагающая выращивание растений без почвы с использованием богатых питательными веществами водных растворов, является ключевым компонентом этой системы.
Оптимизация роста растений: изучение различных методов гидропоники, питательных растворов, систем освещения и контроля микроклимата для максимального повышения урожайности.
Выбор культур: определение подходящих культур для выращивания методом гидропоники в космосе с учетом таких факторов, как питательная ценность, скорость роста и адаптируемость к контролируемым условиям.
Переработка ресурсов: исследование интеграции гидропонных систем с другими системами жизнеобеспечения для переработки воды, воздуха и питательных веществ.
Влияние микрогравитации: изучение влияния уникальных условий космоса (микрогравитации, радиации) на рост и развитие растений в гидропонных системах.
NASA проводило исследования в Космическом центре имени Джона Ф. Кеннеди, и даже использовало гидропонику для выращивания таких культур, как салат и зелень, на Международной космической станции. Знания, полученные в ходе исследований НАСА в области гидропоники, также способствовали развитию сельского хозяйства в контролируемых условиях (CEA) на Земле, что привело к созданию более эффективных и устойчивых систем производства продуктов питания.
