В условиях дефицита плодородных земель или длительных зим, а также мирового дефицита продуктов питания особо актуальными становятся технологии сельского хозяйства, не зависящие от природных условий и наличия сельскохозяйственных угодий. Вопросы разработки новых технологий высокопродуктивного и устойчивого к изменениям природной среды сельского хозяйства настолько важны, что Президент России В. Путин своим Указом от 18.06.2024 №529 отнес данную тему к одному из семи приоритетных направлений научно-технологического развития России на ближайшие годы.
Перспективным направлением развития “зеленых” технологий является гидропоника. Гидропоника – это новая технология выращивания овощей и фруктов без использования земли, в закрытых помещениях. Овощи и фрукты здесь выращиваются на вертикальных гидропонных фермах, а питательные вещества растения получают не из земли, а из специальных гидропонных растворов.
Гидропоникой можно выращивать салаты, зелень, огурцы, томаты, перец, баклажаны, редис, кабачки, клубнику, чернику, виноград и др. Это направление сельского хозяйства очень быстро развивается. В 2022 году мировой рынок гидропоники составлял $17 млрд. В последние годы он растет высокими темпами - 16 % в год. Активно начинают внедряться гидропонные технологии и в России.
Основными преимуществами выращивания сельскохозяйственных культур методом гидропоники являются:
- стабильное производство, не зависящее от погоды и сезона;
- отсутствие почвы;
- высокая урожайность;
- высокое качество продукции;
- экономия воды;
- ускоренный оборот продукции;
- меньшие трудозатраты.
Гидропонные овощи и фрукты выращиваются на вертикальных фермах, освещаемых искусственным светом при помощи электрических ламп. Чем выше ферма, тем выше рентабельность производства, так как в одном и том же помещении можно разместить большую площадь посадок растений. Основными предпосылками эффективности такой фермы является наличие “хорошего” света (качественных ламп) и “правильных” гидропонных растворов, из которых растения получают все необходимые им питательные микроэлементы в нужном объеме.
Создание гидропонных растворов является сложной научной задачей. Каждое растение по-своему реагирует на те или иные микроэлементы. Одни элементы они с удовольствием принимают, другие – отторгают. Поэтому главной задачей при разработке гидропонного раствора остается подбор такого состава элементов и их чистоты, которые бы максимально эффективно влияли на развитие того или иного растения.
В лаборатории №24 Института металлургии и материаловедения Российской академии наук (ИМЕТ РАН) многие годы получают и исследуют весь ряд сверхчистых микроэлементов, необходимых человеку, животным и растениям (железо, магний, цинк, медь, марганец, кальций, кремний, фосфор, селен, серебро, молибден, кобальт и др.).
Данные микроэлементы производятся разными способами: методом лазерной абляции, методом водородного восстановления, диспергирования. Каждый метод имеет свои преимущества для получения того или иного чистого микроэлемента. Например, методом водородного восстановления получают чистый порошок элементного железа, а затем делают из него суспензию или раствор.
Методом лазерной абляции сразу получают сверхчистые растворы различных наночастиц. В этом методе лучом лазера из мишени чистого металла (или неметалла) в чистой воде выбиваются сверхмалые частички вещества, которые хаотично плавают в растворе и не выпадают в осадок. Такие растворы еще называют коллоидными. Получив коллоидные растворы отдельных микроэлементов, затем их смешивают в определенных пропорциях и образуют комплексный питательный раствор для растений.
Именно по такой схеме в лаборатории №24 были разработаны и запатентованы новые гидропонные растворы (жидкие комплексные удобрения) специально для салатов Романо, Фриллис, Кейл, Мангольд, Щавель, Мизуна, Пак-Чой. Данные растворы максимально эффективно воздействуют на эти виды салатов. Питание такими растворами позволяет повысить их урожайность и максимально насытить питательными микроэлементами.
Например, в салатах Романо накапливаются витамины А и С, микроэлементы магний, селен, железо, калий, кальций. У щавеля много витаминов А, С, H, B1, B4, B5, B6, B9, а также имеются такие микроэлементы, как калий, кальций, фосфор, натрий, магний, кремний, бор, йод, железо. Листья салата Мангольд содержат витамины К, С, кальций, фосфор, калий, натрий. Но больше всего их в листовой капусте Кейл. Здесь значительное число витаминов А, С, K, B1, B2, B3, B6, есть микроэлементы магний, калий, кальций, натрий, фосфор. По количеству аминокислот листья Кейл вообще практически идентичны мясу (на заметку вегетарианцам :)
Увеличение урожайности зеленых салатов происходит за счет биологической активности наночастиц, находящихся в растворах. Наночастицы в силу своих ультрамалых размеров легко проникают в растительные и животные клетки через их мембраны. Они активизируют внутреннюю биологическую деятельность клеток и ускоряют обмен веществ. За счет мобилизации и повышения активности клеток происходит ускорение роста растений, усиливается их иммунитет, стрессоустойчивость, защита от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Очень подробно об этих процессах написано в книге “Биологически активные наноматериалы в сельском хозяйстве”: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47949901
Для отработки новых гидропонных технологий на базе института в 2023 году была создана опытная вертикальная гидропонная ферма с общей площадью посева 440 м2, из которых 40 м2 – площадь рассады https://green-element.ru. Вся ферма разместилась в закрытом помещении на площади всего 150 м2. В настоящее время на этой ферме производится выращивание около 1 тонны в месяц различных зеленых салатов, которые в свежем, только что срезанном виде сразу поступают в рестораны, магазины и жилищные комплексы города Москвы. Одновременно здесь продолжаются научные исследования по созданию новых, более эффективных гидропонных растворов и получению функциональных продуктов питания.
Функциональные продукты – это продукты, которые обогащены различными полезными витаминами и микроэлементами. Это наше будущее, это здоровье людей. Человеческий организм – такая сложная биологическая машина, в которой ежесекундно происходят миллионы различных биологических, биохимических процессов. Для здоровья человеку необходимо ежедневно получать более 20-ти, так называемых, эссенциальных (т.е. жизненно необходимых) микроэлементов. Откуда мы их берем? Конечно же из пищи. Из овощей, фруктов, мяса, рыбы.
Однако вследствие деградации почв, ухудшения экологии, воздуха в сегодняшних продуктах этих элементов становится все меньше и меньше. К чему это все приводит? К тому, что у людей в организме постепенно накапливается дефицит микроэлементов, что стимулирует возникновение различных болезней. И вот здесь помогают функциональные продукты, в том числе отмеченные выше салаты. Съедая их, ты восполняешь этот недостаток микроэлементов, а значит зеленые салаты с гидропонной фермы прямым образом работают на здоровье людей.
Преимущества гидропонной технологии выращивания овощей и фруктов налицо. Она не зависит от погодных условий, стабильные урожаи салатов можно снимать ежемесячно и круглый год. Так как здесь не используется земля, растения не могут заразиться различными вредными паразитами, микробами, грибками. Именно поэтому такие салаты не нужно мыть, их сохранность и качество значительно выше обычной продукции.
Условия для входа в данный бизнес довольно простые. Необходимо только помещение (желательно с высокими потолками), наличие воды и электричества. Всё остальное поставляется и монтируется “под ключ”. Сотрудники института помогут рассчитать экономику проекта, изготовить и собрать оборудование, поставить семена, гидропонные растворы, все необходимые расходные материалы, провести обучение сотрудников, передать свою технологию выращивания зеленых салатов.
При любом предприятии, магазине, школе, в любой недоступной местности, в северных и арктических условиях можно собрать гидропонную ферму и выращивать для своих сотрудников или на продажу свежие салаты, овощи, фрукты. Это на самом деле технология будущего сельского хозяйства.
Однако, как и у всего в нашем мире, у гидропонной технологии есть свои недостатки. Главным недостатком гидропонной продукции является ее более высокая цена. Например, стоимость 1 кг свежих листьев салатов Романо, Фриллис, Кейл, Мангольд колеблется в пределах 1700 – 2000 рублей. Данная цена несколько выше, чем стоимость такой же продукции, выращенной в теплицах или на открытом грунте. Однако в осенне-зимний сезон конкурентами гидропонным овощам остаются только импортные продукты с большим логистическим плечом и, соответственно, пониженным качеством.
Гидропонная технология существенно зависит также от цены электроэнергии, аренды помещений и заработной платы сотрудников. Эти статьи затрат составляют более 70 % в себестоимости продукции. И если выращивание такой зелени не требует очень квалифицированного труда, то высокая стоимость электричества и арендной платы за помещения могут существенно повысить конечную цену продукта. Именно поэтому идеальным вариантом размещения гидропонной фермы являются собственные помещения в регионах или на предприятиях с низкой стоимостью электроэнергии.
Подробнее на https://green-element.ru.