Год в «Звездолёте».

Божко Андрей Николаевич

Выращиваем мы свои растения методом гидропоники. Этот термин в переводе с греческого означает «работа с водой». Возникшая как водная культура растений, гидропоника вскоре стала также и субстратным методом культивирования растений.

Еще в 1876 году К. Тимирязев показал, что вместо почвы можно использовать заменители из песка, толченой пемзы, стеклянных бус и других материалов. Вводя в заменитель необходимые вещества, можно культивировать растения в водном растворе. Впервые было выращено растение от семени до семени на водном растворе химически чистых солей в 1895 году немецким ученым Кнопом. В следующем году К. Тимирязев на Нижегородской промышленной выставке продемонстрировал растения, полученные в стеклянных сосудах на водных питательных растворах. А в 1929 году профессор Калифорнийского университета Герике таким

же способом вырастил и собрал урожай помидоров, который оказался в четыре раза большим, чем на почве. После этого ученые многих стран стали культивировать растения на водных растворах и почвозаменителях.

В Европе лучшие результаты были получены при культивировании растений на гравии и крупнозернистом песке.

В СССР опыты по выращиванию овощей на искусственной почве проводились в Ленинграде профессором В. Чесноковым, в Ереване — академиком Г. Давтяном, в Москве — профессором З. Журбицким. К числу преимуществ гидропоники относятся: значительно большая урожайность растений, чем в почве, и небольшой расход воды, так как влага, стекающая с корней, используется многократно. Качество и количество урожая в гидропонике, по свидетельству специалистов, выше, чем в открытом грунте. Объясняется это тем, что растения развиваются в оптимальных условиях, которые постоянно контролируются и приводятся в соответствие с их потребностями. В этом случае планировать урожай легче.

С появлением в 60-х годах большого количества органических смол в ряде стран в качестве субстрата для гидропоники стали применять некоторые ионообменные смолы, обладающие высокой сорбционной способностью. Появилась возможность запасать необходимые для растений соли на смолах и тем самым исключить весьма трудоемкую операцию приготовления питательных растворов и их последующую коррекцию.

Из такого субстрата, насыщенного солями, состоят наши «грядки». Внешне он похож на песок. На самом же деле — это смесь смол, которые снабжают растения элементами минерального питания, и поэтому нет нужды готовить для них питательный раствор, а достаточно лишь время от времени увлажнять субстрат водой. Он потом постепенно, по мере потребности растений, отдает запасенные воду и соли. Кроме того, он сорбирует корневые выделения растений и тем самым предохраняет посев от отравления собственными метаболитами, выделяющимися через корни.

Использование такого активного почвозаменителя значительно облегчает уход за плантацией. Он обеспечивает круговорот воды в оранжерее, что существенно упрощает схему жизнеобеспечения. Однако полного круговорота веществ при этом все-таки не получается, и в будущих космических путешествиях придется брать в запас минеральные вещества на ионитных смолах. Так будет до тех пор, пока ученые не разработают методы регенерации почвозаменителя, обеспечивающие бесконечно долгое его использование при многократном обогащении элементами минерального питания, необходимого растениям.

На иных планетах при создании оранжерей высших растений можно будет, по-видимому, использовать местный грунт, так как брать с собой даже такой перспективный почвозаменитель, как ионообменные смолы, будет трудно из-за его веса. Впрочем, местный грунт может оказаться близким к нашей земной почве. Так, по сообщению американских ученых, лунные породы оказались пригодными для культивирования высших растений.

В невесомости предпочтение, вероятно, будет отдано бессубстратным вариантам гидропоники. Среди них, по-видимому, наиболее перспективна так называемая «воздушная культура», или «аэропоника», примененная более пятидесяти лет назад русским ученым В. Арциховским. Он сконструировал первые аэропонные установки и на практике показал их пригодность для культивирования растений. При таком методе питательный раствор набрызгивается на корни растений, а затем так же, как в гидропонике с почвозаменителем, возвращается в бак для повторного использования.

Основой таких аэропонных установок является культивационная ванна, внутри которой размещены трубы для подачи питательного раствора. Форсунки, расположенные в ванне, обеспечивают его тонкое распыление. Сверху ванны имеется крышка с отверстиями для растений, которые закрепляются на ней как в почве, при этом корни находятся в зоне действия форсунок.

Некоторые специалисты считают метод воздушной культуры наиболее подходящим для невесомости, однако при применении аэропонного способа

обычно повышают концентрацию солей в питательном растворе в два-три раза против обычных норм. Одно из несомненных преимуществ аэропоники перед способами культивирования с почвозаменителями заключается в том, что в первом случае растения не закреплены субстратом и их можно легко передвигать, а это позволяет рациональнее использовать освещаемую площадь оранжереи.

Выращивание растений может быть основано на использовании еще одних сил — капиллярных, — которые не зависят от гравитации и действие которых будет в невесомости сохранено в полной мере. Эти силы лежат в основе нескольких способов гидропонного культивирования растений: метод фитильной культуры, пленочный метод, непрерывного и неполного насыщения субстрата и другие.

Так как питательный раствор при всех этих методах не может быть полностью поглощен корнями растений, то соли, принесенные водой, постепенно накапливаются и засоряют пленку или субстрат. Периодически их надо промывать либо заменять. В космической же оранжерее такая процедура может оказаться весьма трудоемкой…

На исходе 14-х светлых суток наше «солнце» постепенно затухает. Но нас это не тревожит. Благодаря рациональному использованию посевной площади мы сняли хороший урожай и в течение последующих 14 темных суток будем с зеленью, которой заполнен наш холодильник. Сейчас мы стоим на специальной платформе около кювета с растениями, последними в этом цикле, и заканчиваем их уборку. Скоро совсем погаснет свет. Это похоже на заход солнца.

Борис первым закончил работу и ушел в жилой отсек готовить ужин. Через несколько минут до нас уже доносился приятный запах разогретой пищи. Что он там готовит? Ушел и Герман, захватив всю зелень с кюветы. Я сегодня собираю капусту и салат с двух кювет. До ужина надо успеть все взвесить, учесть, корни упаковать и все данные занести в журнал. Но, кажется, не успеваю: Борис приглашает к столу. Придется продолжить после ужина.

Обитатели оранжереи

Человеку, растениям, микроорганизмам подолгу придется жить в одном герметичном помещении. Как складываются взаимоотношения в такой искусственно созданной обитаемой среде? Проявится ли так называемая «биологическая совместимость» растений между собой и с другими организмами, в первую очередь с человеком? Эти вопросы мы и призваны решить в нашем эксперименте.

Вокруг каждого растения, точно так же, как и вокруг человека, создается своеобразный микромир. В космических оранжереях нельзя допустить, чтобы представители флоры оказывали неблагоприятное действие на человека или друг на друга. Известно, что все растения в процессе жизнедеятельности неизбежно выделяют через корни и листья различные вещества — продукты обмена, — которые смогут оказывать то или иное воздействие на своих соседей. Это свойственно не только растениям, но и всему живому. Любой организм, осуществляя обмен веществ с окружающей средой, получает необходимые ему вещества и выделяет ненужные метаболиты, изменяя окружающую среду и оказывая воздействие на другие организмы. Оно может быть положительным, приводящим к улучшению их роста и развития или, по крайней мере, не оказывающим неблагоприятного влияния. В этих случаях принято говорить о биологической совместимости. В случаях угнетающего воздействия одних организмов на другие говорят о биологической несовместимости.

В практике земледелия и лесоводства приходится считаться с этими понятиями. Например, известно, что вика с овсом в совместных посевах дают больший урожай, горох с викой плохо уживаются, а посевы гороха с кукурузой оказывают друг на друга неблагоприятное воздействие. Из ели и лиственницы, дуба и липы можно создать хорошие лесные насаждения, а дуб и ясень, дуб и белая акация, сосна и бузина взаимно угнетаются.

Контакты растений могут осуществляться через окружающую среду, а также непосредственно. Борьба их за основные факторы внешней среды, например, за свет, элементы корневого питания, влагу, углекислоту, может быть значительно ослаблена путем создания для них наилучших условий. Поэтому на первый план выступает взаимное влияние растений, осуществляемое ими через метаболиты, выделяемые всей поверхностью растений. Среди выделений обнаруживаются минеральные соли, аминокислоты, органические кислоты и другие высокомолекулярные соединения.