Корни в камне, еда из трубы
Неожиданно, но в высокотехнологичной теплице нет почвы. Корни томата или огурца растут не в земле, а в бруске из минеральной ваты, того же материала, которым утепляют дома.
Делают его так: камень, например базальт или известняк, плавят и раскручивают в тонкие волокна, из которых формируют стерильный пористый блок. Эта минеральная вата хорошо удерживает воздух и воду. Для корней это идеальный дом: влага и кислород рядом, а болезнетворных микробов, которые обитают в обычной почве, нет вовсе. Один такой брусок объёмом всего около 0,01 м³ кормит несколько взрослых растений сразу.
Но вата — это только опора. Еду растение получает методом гидропоники: по трубкам к каждому кубику подаётся питательный раствор, который состоит из азота, калия, фосфора, кальция и других точно отмеренных микроэлементов, растворённых в воде. Кислотность и концентрацию солей в нём контролируют с точностью до сотых, а излишки собирают и пускают по кругу. Если плодородие почвы в поле складывается стихийно за годы, то здесь заменяется таблицей значений, которую агроном может менять хоть каждый день.
Остаётся воздух, точнее углекислый газ, с помощью которого растение строит своё тело. И тут закрытая теплица сама себе создаёт проблему: ведь пока форточки закрыты, растения выкачивают CO2 из воздуха быстрее, чем он поступает, и фотосинтез из-за этого падает примерно на четверть. Поэтому в теплицу углекислый газ подают по трубам, чтобы довести концентрацию с атмосферных 400 до 800–1000 частиц на миллион (ppm). Подъём с 400 до 1000 ppm увеличивает фотосинтез примерно на 51%, а прибавка урожая по разным культурам доходит до 30%. Растение дышит буквально с помощью трубы.
Материалы подготовила компания «Собираем урожай»
Зачем ферме фиолетовое свечение
Если вы видели фотографии вертикальных ферм, то, должно быть, замечали их свечение. Стеллажи с зеленью залиты не белым, а бледно-розовым или фиолетовым светом. И это прямое следствие того, как растение видит свет.
Дело в том, что весь свет растению не нужен. Из солнечного спектра для фотосинтеза используются две узкие полосы. Хлорофилл сильнее всего поглощает свет в синей области (около 450 нм) и красной (около 660 нм). А зелёную часть спектра лист по большей части отражает — поэтому листья и кажутся нам зелёными.
Поэтому в теплице используют светодиоды только тех цветов, которые растение использует: красные и синие. При смешении они дают то самое фиолетово-розовое свечение.
Но от чистого фиолетового свечения теплицы тоже уходят. Зелёный свет не совсем бесполезен, потому что он глубже проникает сквозь листву и подсвечивает нижние ярусы, до которых красный и синий не добивают.
Поэтому современные фермы добавляют к красно-синей основе долю белого: так и растениям полезнее, и людям внутри не так тяжело работать под кислотным светом.
Коробка с хищниками и семья шмелей
Закрыв растение в стеклянном доме, человек отрезал его от двух вещей, которые в поле были данностью: насекомых-опылителей и естественных врагов вредителей. И то и другое пришлось завозить внутрь.
В тёплой влажной теплице вредители, такие как тля, белокрылка, паутинный клещ, размножаются стремительно, а природных хищников внутри нет. Можно было бы всё залить химией, но это плохо по многим причинам, одна из которых будет ниже. В общем, у промышленных теплиц другой путь.
Вместо опрыскивания туда запускают живых хищников. Против паутинного клеща помогают хищные клещи, которых расселяют по грядкам из бумажных пакетиков-саше. Против белокрылки помогает крошечная оса-паразит Encarsia formosa, применяемая в теплицах ещё с 1930-х годов. Каждый вредитель получает своего специализированного врага.
Теперь опыление. Цветок томата устроен так, что пыльца заперта внутри пыльников и высыпается только от вибрации определённой частоты. То есть необходимо жужжащее опыление, соникация. Это приём, при котором насекомое заставляет цветок вибрировать, вытряхивая из него пыльцу. Медоносная пчела так не умеет, да и всего лишь примерно половина видов пчёл способны трясти цветок, и она в их число не входит. До 1980-х годов проблему решали вручную. Рабочие просто трясли растения по три раза в неделю, обходили цветки вибрирующими палочками или обрабатывали их гормонами. Но это было дорого, долго и не очень эффективно.
В 1985 году бельгийский ветеринар Роланд де Йонге заметил, что шмель справляется с этой задачей идеально: он зажимает пыльник челюстями, а его грудные мышцы вибрируют с частотой в сотни герц, так что пыльца сыплется сама. Открытие создало целую индустрию: сейчас семьи шмелей продают готовыми ульями-коробками, которые ставят прямо в теплицу. Проверить их работу можно по самим цветкам, потому что после визита шмеля на лепестках остаются коричневатые следы от челюстей. А урожай при этом растёт, ведь опыление шмелями даёт более высокую завязь и вес плодов, чем ручные методы.
И вот тут мы возвращаемся к проблеме вредителей и химии. Шмели несовместимы с химическими пестицидами, потому что опрыскивание убьёт их вместе с вредителями. А значит, для борьбы с вредителями нужны хищные насекомые. Одно решение тянет за собой другое
Что в итоге
Современная теплица позволяет контролировать почти все условия, от которых зависит рост растений. Вместо естественной почвы нередко используют искусственный субстрат или гидропонику с точно рассчитанным раствором минеральных веществ. Освещение обеспечивают специальные светодиодные лампы, а температуру, влажность и концентрацию углекислого газа поддерживают автоматически. Опыление и биологическую защиту растений часто организуют с помощью специально выращенных шмелей и хищных насекомых. Теплица превращается в целую экосистему, биом, хоть и искусственный.
Но важно понимать, что такая система крайне прожорлива по энергии и капиталу. Свет, отопление, климат-компьютеры стоят дорого, а сбой в управлении может за сутки погубить весь урожай. Минеральная вата после сезона превращается в трудноутилизируемые отходы — и поиск разлагаемых замен ей идёт до сих пор. Вся эта рукотворная природа держится на электричестве и точном контроле.
Комментарии