Hydroponika. Na czym polega i jakie korzyści ma dla ludzkości i środowiska

Uprawa hydroponiczna (hydroponika) to metoda kultywacji roślin, która od kilku lat rewolucjonizuje uprawy warzyw i owoców. Nie ma jednak w sobie tyle sensacji, co żywność GMO i być może dlatego wielu z nas spotyka się z tym określeniem po raz pierwszy, mimo że hydroponiczna sałata ląduje na talerzu Polaków przez cały rok.

Rewolucja… sprzed czasów Chrystusa

Określenie „hydroponika” pochodzi z połączenia greckich słów – hydro – woda i ponos – praca, trud. W praktyce uprawa hydroponiczna oznacza, bezpośredni dostęp korzeni rośliny do wody, bez użycia mediatora w postaci gleby. Wykorzystanie hydroponiki datuje się na połowę XVIII wieku, jednak pierwsza tego typu uprawa znana jest już z 500 roku p.n.e., kiedy to król Babilonu zaprojektował dla swojej żony zjawiskowe wiszące ogrody Semiramidy [3]. Bujna roślinność ogrodów w gorącym klimacie czerpała wodę poprzez zanurzone w przepływającej rzece korzenie.

Po co uprawiać roślinę bez gleby?

Z punktu widzenia botaniki, nie ma różnic między roślinami bezglebowymi i glebowymi. W obu systemach składniki mineralne, zanim roślina będzie mogła je pobrać, muszą w pierwszej kolejności zostać rozpuszczone w wodzie. Odmienny jest jednak sposób, w jaki pierwiastki są dostępne dla rośliny.

W hydroponice, składniki odżywcze z wody dzięki absorpcji dostają się poprzez nieskomplikowane korzenie do różnych części rośliny. W kultywacji glebowej, składniki mineralne przyklejają się do ziemi, a następnie są wchłaniane przez korzenie z roztworu powstałego przy podlewaniu [1].

W ten sposób rośliny w systemie hydroponicznym czerpią to, czego potrzebują, znacznie łatwiej – ponieważ wykształcają mniejsze, uproszczone systemy korzeniowe, przez które mikro- i makroelementy wnikają w prostszy sposób, mogą przeznaczyć więcej energii na wzrost liści i łodyg.

Jak powstają hydrorośliny

Przyjęło się uważać, że roślina do urodzajnych plonów potrzebuje żyznej gleby. Żyznej – owszem, ale czy aby na pewno gleby? Znaczenie mają tak naprawdę składniki mineralne, które równie dobrze mogą być zawieszone w innej substancji, na przykład wodzie. Jednak niezaprzeczalnie niezbędnymi czynnikami do wzrostu rośliny są: światło, składniki odżywcze, woda i tlen.

Modyfikacja tych elementów, która jest możliwa w uprawach szklarniowych, oddziałuje na roślinę w podobny sposób, jak zmiana stylu życia na człowieka. Poprzez odpowiednią suplementację i dietę jesteśmy w stanie wyleczyć wiele przypadłości, znacząco poprawić lub pogorszyć kondycję i w szerokim zakresie wpływać na możliwości ludzkiego organizmu. Podobne zabiegi w przypadku roślin wydają się genialnym pomysłem, dzięki któremu warzywa i owoce potencjalnie mogą zyskać na wartości odżywczej.

Uprawa ściśle kontrolowana

Uprawa rośliny bez gleby brzmi dziwnie i nienaturalnie, lecz w pewnych warunkach – na przykład klimacie Bliskiego Wschodu – jest sposobem na lokalne świeże warzywa i owoce. W Australii duże hydroponiczne farmy są umieszczane na świeżym powietrzu, lecz jedną z zalet tej metody jest możliwość kontrolowanej uprawy w klimacie kompletnie niesprzyjającym rozwojowi przyrody. Dzięki temu w mieście takim jak Dubaj, gdzie upały sięgają 50 stopni Celsjusza, na piętrach wieżowców w rynnowych pojemnikach rosną świeże warzywa. Sezon na hydroponikę w każdy miejscu na świecie może trwać cały rok.

Kultywacja w dostosowanych pod roślinę warunkach, bez inwazyjnych zabiegów, a jedynie przez modulację wilgotności, jakości wody czy natężenia oświetlenia, pozwala na modyfikację zawartości substancji bioaktywnych i wzrost wydajności upraw. Szczególnie łatwo i z dużym sukcesem są hodowane warzywa liściaste, takie jak sałata, szpinak czy pietruszka, a plony mogą być zbierane już po 35-40 dniach. Z kolei hydroponiczna uprawa truskawek przyczynia się do wzrostu plonów o 10% w porównaniu z uprawą glebową [19].

Życie w kosmosie istnieje!

Sama NASA doceniła walory tej technologii uprawy. Stworzono projekt „Veggie”, który zakłada hydroponiczną, szklarniową plantację warzyw na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Głównym celem tej inicjatywy jest odciążenie statku kosmicznego z zapasów żywności, które przy trzyletniej misji są kosztowne i mało trwałe pod względem wartości żywieniowej.

Świeże uprawy mogą zapewnić astronautom niezbędne składniki odżywcze na co dzień, jednocześnie zwiększając różnorodność ich diety. Zauważono również, że codzienna obserwacja i pielęgnacja wzrastającego życia na pokładzie, w tak odległym regionie wszechświata, stanowi dla astronautów ogromne wsparcie psychiczne, dając im namiastkę życia na Ziemi daleko od niej [11, 10].

Nie tylko w kosmosie

Obecnie to Europa należy do największych producentów upraw hydroponicznych, na czele z Francją, Holandią i Hiszpanią, zaraz obok Stanów Zjednoczonych i Chin. W tunelach pod Londynem sadzi się hydroponiczną sałatę na wielką skalę. W Australii od ponad 20 lat hydroponiczne farmy są jednym z głównych dostawców sałaty dla australijskich supermarketów.

W Chinach nowoczesne techniki hydroponiczne były stosowane już w latach 70. do uprawy sadzonek ryżu i warzyw. Ograniczone, nadające się pod uprawę tereny, stale wzrastająca populacja i pogarszający się stan powietrza w pewien sposób wymusiły na Chinach poszukiwanie innych technik rolniczych.

Kultura bezglebowa rozwijała się tam bardzo szybko w ciągu ostatnich 30 lat, już w latach 80., będąc kluczowym projektem Ministerstwa Rolnictwa [9]. Dziś pionowe hydroponiczne farmy oplatają szanghajskie wieżowce, a warzywa pochodzące ze szklarniowej „rynny” nikogo nie dziwią. Chiny wkrótce będą posiadać więcej bezglebowych, zamkniętych farm na mieszkańca miast niż jakikolwiek inny kraj [18].

Hydroponika dla człowieka

Wartość odżywcza upraw hydroponicznych

Składniki mineralne w warzywach i owocach znajdują się w nich, ponieważ są czerpane z bogatej w nie gleby. Zawartość poszczególnych pierwiastków w warzywach z upraw bezglebowych zależy zatem od pożywki dodanej do wody i może być tak samo odżywcza, a nawet bardziej niż ziemia [6]. Witaminy natomiast są syntetyzowane w roślinach na ich własne potrzeby życiowe i ich zawartość będzie uzależniona nie tylko od gatunku rośliny, ale także od zapewnionych jej warunków wzrostu. Ten fakt daje nam, ludziom, duże pole do popisu i szansę na wypielęgnowanie superodżywczych roślin.

Siła antyoksydacyjna hydroponicznych owoców i warzyw

Zauważono, że w kontrolowanym środowisku o obniżonej temperaturze w owocach jagodowych wzrasta zawartość antocyjanin [8]. Inni autorzy zaobserwowali, że ilość flawonoidów jest większa, kiedy stosownie modyfikuje się różnice między temperaturą w ciągu dnia, a nocą [16].

W przypadku sałaty odpowiednia intensywność naświetlania przez 16 godzin w ciągu doby w dostosowanej temperaturze spowodowała zwiększenie ilości polifenoli i glukozynolanów, a także zawartości alfa-tokoferolu [5]. Pomidory natomiast, kultywowane we właściwie zbilansowanej pożywce, zwiększają zawartość likopenu z 34 do 85% [2, 12]. Uprawa hydroponiczna poprawia także aktywność antyoksydacyjną bazylii, zwiększając zawartość witaminy C, witaminy E, kwasu liponowego, fenoli i kwasu rozmarynowego [14].

Tego typu badania stanowią ważne odkrycie w technologii żywności i z pewnością w przyszłości przyczynią się do rozwoju rynku żywności funkcjonalnej. Być może jeszcze sami doświadczymy czasów, w których pełne zapotrzebowanie na witaminę C będzie pokrywane przez zjedzenie kilku listków hydroponicznej bazylii ;).

Należy jednak pamiętać, że zawartość składników odżywczych różni się w zależności od produktu, niezależnie od metody uprawy. Różnice są związane z rodzajem owoców lub warzyw, pory roku zbiorów, a także sposobu przechowywania i czasu, jaki dzieli warzywo od momentu zbioru do naszego talerza.

Hydroponika dla świata i środowiska

Sposób na rozwój (wciąż) zrównoważony

Ze względu na szybką urbanizację i industrializację zmniejsza się powierzchnia gruntów uprawnych, a także następuje ich wyjałowienie. Wysoki popyt wymaga od rolników osiągania szybszych plonów i konwencjonalne praktyki rolnicze często są zastępowane po prostu wydajniejszymi, co nie zawsze idzie w parze z ekologią i rozwojem zrównoważonym [15].

W uprawach hydroponicznych, dzięki piętrowym uprawom półkowym, zmniejsza się zapotrzebowanie na grunty o 75%. Duża część wody w uprawie glebowej wnika głęboko w ziemię, prowadząc do zmarnowania tego cennego składnika, gdyż często staje się przez to niedostępny dla korzeni. Zużycie wody w produkcji hydroponicznej jest zredukowane nawet o 90% ze względu na jej cyrkulację i ponowne użycie [7].

Sojusznik w walce z głodem

Według Światowej Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO), więcej niż 800 milionów ludzi nie ma dostępu do wystarczającej ilości jedzenia [7]. Uproszczona wersja kultywacji hydroponicznej poprzez bardziej efektywne zarządzanie zasobami naturalnymi i znacznie tańszą uprawę może realnie pomóc w walce z głodem na świecie.

Czyste plantacje, czyste środowisko

System hydroponiczny okazuje się również bardziej skuteczny w kontrolowaniu zanieczyszczenia mikrobiologicznego, chociażby dzięki temu, że podczas uprawy roślina nie dotyka ziemi [13]. W badaniach wykazano mniejszą ilość mikroorganizmów na sałacie w porównaniu do uprawy glebowej [17]. Dzięki stosunkowo łatwemu zachowaniu czystości kultywacji, w tej metodzie ogranicza się, a nawet eliminuje stosowanie pestycydów i wynikającą z nich toksyczność. Ponadto, składniki nawozów są poddawane recyklingowi, dzięki czemu żadne resztki soli nie są tracone do środowiska [4].

Co w takim razie powstrzymuje rolnictwo przed hydroponiką?

Sałata i szpinak są najbardziej obiecującymi gatunkami do uprawy w zintegrowanych systemach hydroponiki ze względu na ich wyższy wzrost i zdolność wchłaniania składników odżywczych. Cykl życia sałaty hydroponicznej jest bardzo krótki w porównaniu do sałaty tradycyjnie uprawianej [15], jednak nie każda roślina nadaje się do tego typu hodowli. I choć kultywacja hydroponiczna jest niesamowicie opłacalna, cena modernizacji rolnictwa przez wprowadzenie tego systemu jest początkowo wysoka. Z tego względu nie każda gospodarka będzie mogła pozwolić sobie na takie inwestycje.

Hydroponika dla każdego

Wzrastająca świadomość żywieniowa konsumentów i zwracanie uwagi na jej pochodzenie oraz znajomość konsekwencji wpływu produkcji na środowisko sprawia, że potrzeba nowych, mniej obciążających Matkę Naturę rozwiązań. Uprawa hydroponiczna pozwala stworzyć indywidualnie dobrany, idealny klimat dla każdego typu rośliny, by zapewnić jej optymalny rozwój. Warunki dostosowane są do rośliny, nie odwrotnie.

Podsumowanie

Wiele wskazuje na to, że z rewolucji hydroponicznej z pewnością skorzysta środowisko i ludzkość w aspekcie długoterminowym, ale także człowiek jako jednostka w swojej kuchni każdego dnia, spożywając hydroponiczną sałatę o wyższej wartości odżywczej. Uprawa bezglebowa może być zatem dobrym sposobem na wymazanie naszych grzechów degradacji środowiska.

Bibliografia:

1. Aires, A. (2018). Hydroponic Production Systems: Impact Nutritional Status and Bioactive Compounds of Fresh Vegetables. Vegetables: Importance of Quality Vegetables to Human Health. University of Tras-oas-Montes e Alto Douro, Vila Real.
2. Ajlouni, S., Kremer, S., Masih, L. (2001).  Lycopene content in hydroponic and non-hydroponic tomatoes during postharvest storage. Food Australia, 53, 195-196.
3. Benton Jones Jr., J.(1982). Hydroponics: Its history and use in plant nutrition studies. Journal of Plant Nutrition, 5:8, 1003-1030.
4. Bradley, P., Marulanda, C. (2001). SIMPLIFIED HYDROPONICS TO REDUCE GLOBAL HUNGER. Acta Hortic. 554, 289-296
5. Buchanan, D. N., Omaye, S. T. (2013). Comparative study of ascorbic acid and tocopherol concentrations in hydroponic- and soil-grown lettuces. Food and Nutrition Sciences, 4, 1047-1053.
6. Egan, S. (2016). Are Hydroponic Vegetables as Nutritious as Those Grown in soil? [Blog]. Pobrano z https://well.blogs.nytimes.com/2016/12/23/are-hydroponic-vegetables-as-nutritious-as-those-grown-in-soil/
7. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2018). More people, more food… worse water? – Water Pollution from Agriculture: a global review. Pobrano z https://www.fao.org/3/CA0146EN/ca0146en.pdf
8. Greer, D. H., Weston, C. (2010). Heat stress affects flowering, berry growth, sugar accumulation and photosynthesis of Vitis viniferaSemillon grapevines grown in a controlled environment. Functional Plant Biology, 37, 206-214.
9. Jiang, W. J., Yu, H. J. (2007). TWENTY YEARS DEVELOPMENT OF SOILLESS CULTURE IN MAINLAND CHINA. Acta Hortic. 759, 181-186.
10. Kowalski, K. (2013). Rośliny w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Pobrano z https://www.rp.pl/nauka/art5347471-rosliny-w-miedzynarodowej-stacji-kosmicznej#ap-1
11. NASA Facts – Veggie (bdw.). Pobrano 9.04.2022 https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/veggie_fact_sheet_508.pdf
12. Premuzic, Z., Bargiela, M., Garcia, A., Rendina, A., Iorio, A. (1998). Calcium, iron, potassium, phosphorus, and vitamin C content of organic and hydroponic tomatoes. HortScience, 33, 255-225.
13. Selma, M. V., Luna, M. C., Martínez-Sánchez, A., Tudela, J. A., Beltrán, D., Baixauli, C., Gil, M.I. (2012). Sensory Quality, Bioactive Constituents and Microbiological Quality of Green and Red Fresh-Cut Lettuces (Lactuca sativa L.) Are Influenced by Soil and Soilless Agricultural Production Systems. Postharvest Biology and Technology, 63, 16-24.
14. Sgherri, C., Cecconami, S., Pinzino, C., Navari-Izzo, F., Izzo, R. (2010). Levels of antioxidants and nutraceuticals in basil grown in hydroponics and soil. Food Chemistry, 123 (2), 416-422.
15. Sharma, N., Acharya, S., Kumar, K., Singh, N., Chaurasia, O. (2019). Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: An overview. Journal of Soil and Water Conservation, 17. 364-371.
16. Shashirekha, M. N., Mallikarjuna, S. E., Rajarathnam, S. (2105). Status of bioactive compounds in foods, with focus on fruits and vegetables. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 55, 1324-1339.
17. Sirsat, S.A., Neal, J.A. (2013). Microbial profile of soil-free versus in-soil grown lettuce and intervention methodologies to combat pathogen surrogates and spoilage microorganisms on lettuce. Food, 2:488-498.
18. Thorpe, D. (2017). How China Leads the World in Indoor Farming [Blog]. Pobrano z https://www.smartcitiesdive.com/ex/sustainablecitiescollective/chinas-indoor-farming-research-feed-cities-leads-world/409606/
19. Treftz, C., Omaye, S. T. (2015). Nutrient analysis of soil and soilless strawberries and raspberries grown in a greenhouse. Food and Nutrition Sciences, 6, 805-815.