Erozija kasmet sunaikina nuo 25 iki 40 mlrd. t viršutinio dirvožemio sluoksnio pasaulyje, taip gerokai sumažindama derlingumą ir dirvožemio gebėjimą kaupti anglį, maistines medžiagas ir vandenį. Dirvožemyje besikaupiančios druskos mažina derlių ir gali visai sustabdyti žemės ūkio augalų auginimą. Tačiau augalai gali būti auginami ne tik žemėje, viena iš alternatyvų – hidroponika.

Hidroponika, kaip viena iš pažangiausių technologijų, sulaukia vis daugiau dėmesio. Ji ypač plačiai naudojama auginant daržoves ir gėles, nes galima gauti maksimalų derlių, nebūtinas žemės įdirbimas, taip sumažinami kaštai, nors pradinės investicijos yra gana didelės. Kadangi hidroponikos metodui nereikalingas derlingas dirvožemis, jį gana intensyviai taiko turtingos Afrikos ir Azijos šalys (Kataras, Saudo Arabija, Egiptas). Šiuo metu intensyviai vystoma komercinė-gamybinė jos kryptis, bet populiarėja ir individualiuose ūkiuose ar tiesiog butuose, nes daugėja hidroponinių sistemų – indų – pasiūla.

Šis auginimo būdas labai perspektyvus pirmiausia dėl to, kad galima turėti šviežių daržovių visus metus, taip pat nedideliame plote užauginti didelį derlių, efektyviai suplanavus erdvę. Su hidroponika siejama daržininkystės ateitis dideliuose miestuose, ypač tuose, kur dėl užterštumo ar netinkamų sąlygų negalima auginti daržovių lauke. Dar vienas privalumas – išvengiama daržovių transportavimo dideliais atstumais.

Kaip sistema veikia

Hidroponinės sistemos apibūdinamos kaip atsinaujinančios arba neatsinaujinančios. Pirmuoju atveju maistinis tirpalas naudojamas pakartotinai. Neatsinaujinančioje sistemoje maistinis tirpalas naudojamas vieną kartą. Atsinaujinančioje sistemoje maistinių medžiagų tirpalas naudojamas šiek tiek efektyviau, nes perteklinis tirpalas panaudojamas pakartotinai, regeneravimo sistemoje nereikia labai tiksliai kontroliuoti laistymo ciklo laiko. Neatsinaujinančioje sistemoje reikia naudoti tikslesnį laikmatį, kad būtų galima koreguoti laistymo ciklus ir įsitikinti, kad augalai gauna pakankamai maistinių medžiagų tirpalo, o nuotėkis yra minimalus. Tačiau šiai sistemai reikia mažiau priežiūros, nes perteklinis maistinis tirpalas nesurenkamas atgal į rezervuarą, todėl rezervuaro maistinių medžiagų stiprumas ir pH nekinta, jų nereikia kontroliuoti. Atsinaujinančioje sistemoje gali būti didelis pH ir maistinių medžiagų pokytis, kurį reikia periodiškai tikrinti ir koreguoti.

Norint išauginti produktyvesnius augalus, reikia užtikrinti, kad bet kuri pasirinkta hidroponikos sistema augalų šaknims tiektų tris svarbiausius dalykus – vandenį (drėgmę), maistines medžiagas ir deguonį, todėl hidroponinės sistemos dažniausiai susideda iš šių elementų: auginimo talpos, rezervuaro, aeratoriaus, šviesos šaltinio, vandens siurblio, laikmačio.

Maitinamasis (hidroponinis) tirpalas turi būti sureguliuoto pH, per jį augalams tiekiamos didelio tirpumo maisto medžiagos. Tai leidžia augalams maisto medžiagas paimti su daug mažesnėmis energijos sąnaudomis, palyginti su auginimu dirvožemyje, kur augalo šaknys išeikvoja daug energijos maisto medžiagų paieškai, todėl augalas gali nukreipti šią energiją vegetatyviniam augimui, žiedų ir vaisiaus brandinimui. Labai svarbu nuolat sekti vandens rūgštingumą (pH). Tą galima atlikti paprasta lakmuso juostele arba specialiais matuokliais. Vandens, bėgančio iš čiaupo, pH dažniausiai yra 8, o hidroponinėse sistemose vandens pH turėtų būti apie 5,5–7,0 (priklausomai nuo augalo). Pvz., sėjamosioms salotoms rekomenduojamas pH yra 6,0–7,0. Jį padidinti arba sumažinti galima specialiais preparatais.

Esant rekomenduotinam vandens pH, į vandenį dedamos specialios trąšos, skirtos hidroponinėms sistemos. Mokslininkai nustatė, kad augalams reikia bent šešiolikos įvairių makro- ir mikroelementų (azoto, fosforo, kalio, geležies, magnio ir kt.). Hidroponinėse sistemose augalas turi gauti visų būtinųjų maistinių elementų, nes jis pasiima tik tai, kas duodama, negali savo mitybos papildyti elementais iš dirvožemio, kaip auginant tradiciniu būdu. Maistinių medžiagų tirpalas turi būti ruošiamas tik griežtai pagal rekomenduojamas koncentracijas.

Svarbus veiksnys yra tirpalo temperatūra – ji turėtų būti apie 18–24 ^oC, optimali – 20 ^oC: Kuo žemesnė temperatūra, tuo mažiau joje ištirpsta oro. Tirpalą keisti ir sistemą išplauti rekomenduojama kas dvejus trejus metus, siekiant išvengti pernelyg didelio mineralų kiekio augaluose. Būtina neleisti negyvoms augalų dalims patekti į tirpalą. Be to, negalima atmesti tirpalo „žydėjimo“ galimybės, ypač jei išorinis indas pagamintas iš skaidrios medžiagos.

Dirbtinis apšvietimas reguliuoja šviesos srauto intensyvumą, formuojant dienos ir nakties ciklą, padeda užtikrinti stabilią fotosintezę bei parinkti optimalų šviesos spektrą kiekvienam augalo gyvavimo etapui. Dirbtinis apšvietimas ypač svarbus augalus auginant uždaro tipo šiltnamiuose keliomis pakopomis, siekiant taupyti erdvę. Įranga leidžia reguliuoti anglies dioksido koncentraciją, kuri palankiai veikia fotosintezės procesą, nustatyti optimalų augalų drėgnumą ir temperatūrą, taip pat keisti patalpų apšvietimo intensyvumą ir trukmę.

Sistemų tipai ir drėkinimo būdai

Hidroponinės sistemos pagal drėkinimo metodą skirstomos į aktyviąsias ir pasyviąsias. Aktyviojoje sistemoje nereikia absorbento auginimo terpės (substrato), nes per augalų šaknis, pasitelkus siurblį, teka nuolatinis maistinių medžiagų ir vandens srautas. Dėl to padidėja deguonies kiekis tirpale ir ilgainiui išauginami sveikesni augalai, gaunamas didesnis derlius.

Pasyvioji hidroponikos sistema remiasi augalų auginimu inertinėje porėtoje terpėje, kurioje tirpalas tiekiamas panaudojant kapiliarines jėgas. Ši sistema yra techniškai paprastesnė, tačiau ne tokia efektyvi kaip aktyvioji hidroponikos sistema. Priklausomai nuo hidroponinių augalų, šios sistemos gali būti sujungtos, siekiant sudaryti optimalias sąlygas augalams.

Hidroponinės sistemos pagal drėkinimo būdą yra įvairių tipų: kapiliarinio drėkinimo, potvynio, lašelinio drėkinimo. Dažniausiai nedideliuose plotuose, kur naudojama minimaliai automatikos, tinkamiausias yra kapiliarinis metodas. Šio metodo esmė yra ta, kad augalo šaknys yra tam tikrame substrate. Substratas sukuria atramą augalams ir būna užpildytas maistinių medžiagų, kurios kapiliarais kyla link augalo.

Substratui įprastas dirvožemis nėra naudojamas. Tam tinka įvairios natūralios medžiagos (smėlis, keramzitas, pjuvenos, durpės, žvyras, kokosas ir pan.) ir specialūs užpildai. Kiekvienas substratas turi tam tikrų savybių. Pavyzdžiui: žvyras pasižymi mažomis sąnaudomis ir minimaliomis vandens laikymo savybėmis, kas yra svarbu hidroponikoje; kokoso plaušai – ekologiški ir saugūs, užtikrina gerą drėkinimą bei vėdinimą, naudojami ilgiau nei samanos; mineralinė vata panaši į kokoso substratą, tačiau yra neorganinė ir nesuteikia augalams maksimaliai maistinių medžiagų, todėl reikia nuolat stebėti mineralinių trąšų kiekį tirpale; perlito ir vermikulito mišinys (1:1) – vienas geriausių pasirinkimų dugno tipo įrenginiams, nes išlaiko drėgmę ir mineralines medžiagas, reikalingas augalui. Taigi, substrato pasirinkimas priklauso nuo auginamų augalų, hidroponinės sistemos tipo ir numatytų sąnaudų.

Hidroponiniai metodai yra šešių sistemų variantai arba jų deriniai.

Vienas iš paprasčiausių ir ekonomiškai efektyviausių metodų yra plaukiojančios platformos sistema. Ji rekomenduojama pradedantiesiems, kurie neturi augalų auginimo be dirvožemio įgūdžių. Ši sistema puikiai tinka augalams, kurie greitai auga ir kuriems reikia daug drėgmės.

Plaukiojančios platformos sistemą sudaro:

• konteineris;
• konteinerio dangtis arba plaukiojanti platforma (gali būti pagaminta iš putplasčio);
• auginimo indai su kiaurymėmis;
• oro siurblys;
• oro difuzorius.

Konteinerio dangtyje ar platformoje padaromos angos, kuriose įtvirtinami indai su augalais. Inde gali būti tik augalas arba auginimo terpė (substratas), kurioje įtvirtintas augalas. Difuzorius prijungiamas prie siurblio ir įdedamas į konteinerį. Oro siurblys tiekia orą oro difuzoriui, kuris išskaido jį mitybos tirpale. Taip deguonis transportuojamas prie augalų šaknų.

Hidroponikos privalumai ir trūkumai

Akivaizdžiausias hidroponinės sistemos pranašumas yra padidėjęs daugumos augalų augimo greitis: neretai augalas užauga bent 20 proc. greičiau nei auginant dirvožemyje, nes visos maistinės medžiagos siunčiamos tiesiai į šaknų sistemą. Taip pat hidroponika leidžia taikyti individualų požiūrį į kiekvieną augalo veislę, visiškai pašalinami tokie neigiami veiksniai, kaip drėgmės trūkumas, apšvietimas, augalų deguonies badas, per drėgna dirva ir pan. Skaičiuojama, kad derlius būna apie 25 proc. didesnis negu augalus auginant dirvožemyje, nes augalai nepatiria streso dėl vandens ar maistinių medžiagų trūkumo, be to, šaknys būna puikiai aprūpintos deguonimi.

Dar vienas privalumas – nereikia žemės (dirvožemio), nereikia laistyti ir ravėti, taip pat išvengiama ligų ir kenkėjų, kurių vystymuisi būtinas dirvožemis, auginti galima ištisus metus. Be to, augaluose nebūna kenksmingų elementų, galinčių patekti į dirvą ūkininkaujant tradiciškai. Jame yra tik tų medžiagų, kurios buvo hidroponikos tirpale. Augalas nekaupia kenksmingų elementų, esančių dirvožemyje, tokių kaip toksiški organiniai junginiai, nitratai, nitritai, radionuklidai, sunkieji metalai ir pan. Tai ypač svarbu vaistiniams augalams. Šis metodas padeda augalams suteikti visų reikalingų medžiagų, kad jis galėtų augti stiprus ir sveikas, be to, daug greičiau nei dirvožemyje.

Augalų nereikia laistyti, lengviau kontroliuoti vandens kiekį, nebaisios sausros ir dirvos užmirkimas, kas būna dažna problema tradiciniame žemės ūkyje. Šiose sistemose reikia tik sistemingai papildyti išgaravusio / suvartoto vandens kiekį. Tai priklauso nuo augalo – vieniems kas dvi dienas, kitiems – kartą per savaitę.

Lengviau prižiūrėti augalus, nėra purvo, daugiamečiai augalai, auginami hidroponinėse sistemose, yra daug lengviau persodinami, išvengiama šaknų sistemos sužalojimų. Hidroponikoje nėra naudojami pesticidai ir cheminės medžiagos, nes joje nėra kenkėjų ir piktžolių, kurios auga dirvožemyje, taip pat išnyksta dirvožemio pakeitimo problema ir ypač sumažėja sąnaudos auginant dekoratyvinius augalus.

Visą procesą galima automatizuoti, palaikant optimalią augalams oro temperatūrą, drėgmę ir pan., įdiegti nuotolinės kontrolės sistemas, kurios leidžia stebėti ir valdyti procesus nuotoliniu būdu.

Vienas didžiausių šios sistemos trūkumų yra kaina: įsirengti hidroponinę sistemą kainuoja gerokai brangiau nei reikalingos vienkartinės išlaidos žemei įsigyti (čia, žinoma, nekalbama apie individualiam naudojimui skirtas sistemas). Be pradinių investicijų, dar reikia investuoti į darbą ir laiką, ypač pradiniame etape. Be to, vėliau norint koreguoti procesą, būtinos papildomos investicijos į įrangą. Tačiau dėl greito augalų augimo, didesnio derliaus ir paprastos priežiūros, investicijos dažnai greitai atsiperka.

Dar vienas trūkumas – ši sistema netinka gumbiniams augalams, kurių gumbai kartu yra ir augalo šaknys, nes jie netoleruoja pernelyg daug drėgmės ir gali pradėti pūti. Atkreiptinas dėmesys ir į vyraujantį neigiamą požiūrį, nes hidroponika siejama su kažkuo dirbtiniu, todėl – nesveiku. Tačiau toks požiūris atsiranda dėl nežinojimo, kas yra hidroponika.

Pažymėtina, kad sodinukai hidroponinėms sistemos išauginami naudojant tradicinį metodą, o vėliau perkeliami į hidroponines sistemas tolesniam auginimui. JAV mokslininkai, nagrinėję tradicinio (dirvožemyje) ir hidroponinio salotų auginimo 815 m2 šiltnamyje skirtumus, nustatė, kad hidroponinėje sistemoje užauginama apie 11 kartų daugiau salotų, vandens sunaudojama 12,5 kartų mažiau, tačiau energijos sąnaudos apie 82 kartus didesnės nei auginant salotas dirvožemyje.

Vis dėlto šios sistemos privalumų turi daug daugiau nei trūkumų, todėl manoma, kad ateitis priklauso hidroponikai. Tai ypač svarbu tokioms vietovėms, kur trūksta natūralios drėgmės. Šiuo metu ši technologija sparčiai vystosi, yra paklausi, nes patenka „ant ekologiškumo bangos“: sunaudojama mažiau vandens; išsprendžiamas transportavimo klausimas; žinoma, kokioje maistinėje terpėje augalas augo, todėl galima būti tikram, kad jame nėra kenksmingų medžiagų; taupomi ištekliai ir mažinamos darbo sąnaudos. Didėjant paklausai, dėl inovacijų pastaruoju metu sparčiai tobulėja įranga (maksimaliai išnaudojama vieta) ir hidroponinio tirpalo kokybė, leidžianti sumažinti produkcijos vieneto kainą. Galbūt greitai ir Lietuvos restoranai pateiks daržovių, užaugintų nuosavose hidroponikos sistemose.

***

Hidroponiniai metodai

Dagtis. Tai pati primityviausia hidroponikos sistema. Joje nėra judančių dalių, o hidroponinis tirpalas iš rezervuaro link augalo kyla dagčiu dėl kapiliarinių jėgų. Tokia sistema nėra taikoma didelę drėgmę mėgstantiems augalams.

Plaukiojanti platforma. Jos pagrindas – plaukiojanti platforma su kiaurymėmis, į kurias sudedami indeliai su augalais. Šis plaustas patalpinamas maistinio tirpalo baseine, o oro siurblys šaknis prisotina reikiamo deguonies kiekio.

Periodinis apsėmimas. Ji pagrįsta periodiniu maistinio tirpalo įpylimo ir nupylimo principu. Laikmačiu nurodytu laiko tarpu augalams yra tiekiamas maistinių medžiagų tirpalas, pasitelkiant siurblį. Siurbliui išsijungus, tirpalas nuteka atgal į rezervuarą dėl gravitacijos ir tuomet augalų šaknys natūraliai prisisotina deguonies. Taip vyksta keletą kartų per dieną.

Lašelinis laistymas. Maistinį tirpalą iš rezervuaro siurblys tiekia kiekvienam augalui atskirai per lašelines. Augalai patalpinami substrate. Tirpalo perteklius per substratą nubėga į rezervuarą, iš kurio siurblys jį vėl kelia augalui.

Maitinamasis sluoksnis. Šios sistemos esmė yra tai, kad hidroponinis tirpalas nuolat teka sekliu sluoksniu inde, kuriame sustatyti indeliai su augalais. Čia nebūtina naudoti augalui substrato. Tirpalas siekia tik augalų šaknų apatinę dalį, todėl šaknims pakanka oro. Tai populiariausias hidroponinių sistemų metodas.

Aeroponika. Sistemos principas pagrįstas hidroponinio tirpalo padavimu labai smulkiais lašeliais (rūku). Patys augalai yra pastatyti tam tikru lygiu nuo paviršiaus ir atrodo lyg kabantys ore. Tai pats moderniausias ir technologiškai pažangiausias metodas. 

***

Hidroponika (gr. hidro – vanduo + ponos – darbas, užsiėmimas) – augalų auginimas maistiniuose tirpaluose, be dirvožemio. Šis metodas naudotas jau prieš tūkstančius metų. Manoma, kad seniausia žinoma hidroponinė sistema – Kabantieji Babilono arba Semiramidės sodai (apie 600 m. pr. Kr.), taip pat Meksikos actekų plaukiojantys sodai (apie 1350 m.).

Mokslininkai hidroponika susidomėjo XVII a., tačiau plačiau ši sistema pradėta taikyti tik XX a. Didelis susidomėjimas kilo 1929 m., kai Kalifornijos universiteto (JAV) profesorius Viljamas F. Gerikas (William F. Gerickke) paskelbė mokslinių tyrimų rezultatus apie daržovių auginimą įvairiose maistinių tirpalų talpose (be dirvožemio). Šiam metodui jis 1937 m. panaudojo hidroponikos (vandens kultūros) terminą. Jo tyrimai buvo tokie sėkmingi, kad jau Antrojo pasaulinio karo metu amerikiečių kareiviai buvo maitinami iš hidroponinių baseinų, įrengtų išsprogdintose uolose.

Gamybos tikslais hidroponikos metodai pradėti plačiau taikyti maždaug apie 1970 m., nes pradėjo augti aplinką tausojančių produktų paklausa. Tai ir buvo pagrindinė spartaus hidroponikos vystymo priežastis Europos Bendrijoje.