Ученые петербургского Агрофизического НИИ разработали и апробируют технологию выращивания сельскохозяйственных растений без грунта. Для каждой культуры подбирают оптимальный состав питательных растворов и спектр искусственного освещения. В итоге урожайность увеличивается в 2−2,5 раза по сравнению с производством в тепличных и полевых условиях. Богаче становится и микроэлементный состав овощей. Ученые испытывают технологию в Антарктиде — в прошлом году там уже собрали первый урожай мелкоплодных томатов и перцев. А ближайшей весной на станцию «Восток» доставят специальный комплекс для выращивания огурцов и арбузов. Также ученые готовятся применить свои наработки при создании лунных станций.
Безотходность и простота
Малогабаритный фитотехкомплекс, предназначенный для выращивания огурцов и арбузов, на станцию «Восток» в Антарктиде доставит научно-исследовательское судно «Академик Федоров». Запустить его полярники планируют в марте.
— К началу мая на станции «Восток» созреют первые арбузики, — сказала «Известиям» заведующая отделом светофизиологии растений и биопродуктивности агроэкосистем Агрофизического научно-исследовательского института Гаянэ Панова.
Она уточнила, что для эксперимента выбраны лучшие отечественные и зарубежные сорта высокопродуктивных и скороспелых арбузов.
Основу для апробируемой сейчас в Антарктиде технологии подсказала природа. Ученые прицельно изучали сосны и березы в Карелии, где растения живут практически на голых камнях.
— Мы подсмотрели в Карелии как растут деревья — сосна, береза, ольха на скалах, максимум с двух-трехсантиметровым слоем почвы, и смоделировали близкие к этому условия в лаборатории, только у нас здесь не дикорастущие деревья, а сельскохозяйственные культуры, — рассказала Гаянэ Панова. — Для опоры и питания корневой системы растений мы разработали конструкцию, сочетающую в себе три среды: твердую, жидкую и газообразную.
Роль твердой среды, на которой располагаются и закрепляются корни, выполняет специальный тонкий и гидрофильный материал. Жидкая среда представлена подачей к корням растений воды и питательных суспензий. Также система содержит воздушную прослойку, необходимую для дыхания корней.
Как пояснили разработчики, состав питательных суспензий различается от культуры к культуре. Освещенность приближена к солнечному спектру. Для этого используются светодиодные светильники, которые создали биофизики в лаборатории регулируемых агробиосистем Агрофизического института совместно с индустриальным партнером. 80% стоимости фитотехкомплекса составляют светильники, цена миниатюрной установки в сборе рассчитывается исходя из его размеров, в среднем около 100 тыс. рублей за квадратный метр площади.
При массовом производстве, по словам Гаянэ Пановой, могут возникнуть нюансы — например, связанные с микроклиматом, — которые невозможно учесть при работе с малогабаритными установками. Для испытаний установок контейнерного и ангарного типов требуются средства в объеме более 10 млн рублей, а гранты, на которые институт сейчас ведет свои исследования в этом направлении, составляют от 1,5 млн до 5 млн рублей. Однако в Смольном готовы помочь ученым с тиражированием проекта.
— Технология петербургских ученых очень нужна в Арктике, причем в промышленных масштабах. Она поможет создать на полярных станциях, на судах, движущихся по Северному морскому пути, комфортную среду, — отметил в интервью «Известиям» заместитель председателя комитета Санкт-Петербурга по делам Арктики Андрей Анохин. — Сейчас очень подходящее время, чтобы использовать научный задел для обеспечения процветания нашей страны.
Ученые постоянно расширяют ассортимент исследуемых на установке культур. Их число уже достигло тысячи. Самыми первыми были листовые зеленные культуры, мелкоплодные перцы и томаты. Затем добавили бобовые и бахчевые, кукурузу. В ближайших планах — отработка технологии выращивания лесных ягод: ежевики, черники, голубики.
«На Марсе будут яблони цвести»
Станция «Восток» выбрана в качестве полигона как место с самым неблагоприятным для живых организмов климатом.
Также там наблюдаются перепады атмосферного давления и магнитного поля.
— Растения, которые будут испытаны на станции «Восток», вырастут везде, — уверена Гаянэ Панова.
В прошлом году, по данным директора Арктического и антарктического НИИ Росгидромета Александра Макарова, с помощью этой технологии на станции «Восток» собрали 28,5 кг помидоров и 9 кг перцев с площади чуть больше 1 кв. м.
Растения измеряются и изучаются учеными в процессе роста. После сбора урожая половина его идет на еду, вторая исследуется на предмет качества и безопасности. Часть продукции с «Востока» засушивается и доставляется в Агрофизический институт с очередной оказией. Здесь ученые сравнивают результаты, полученные в Антарктиде и в Санкт-Петербурге.
Такие же параллельные эксперименты Агрофизический институт проводит с Всероссийским институтом генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова (ВИР).
— Преимущество фитотехкомплекса совершенно очевидно. Здесь за краткий период времени можно получить большой урожай высокого качества благодаря тому, что созданы оптимальные условия для произрастания растений, убраны все факторы, мешающие им расти, — рассказала руководитель отдела генетических ресурсов овощных и бахчевых культур ВИР Анна Артемьева. — Мы такого не можем достичь ни в полевых условиях, где срок вегетации ограничен пятью месяцами в году, ни даже в теплицах.
В фитотехкомплексе можно вырастить, например, салат не за 45−60 дней, а за 25−28 дней и получать с единицы площади урожай в 2−2,5 разы выше, чем в поле, рассказала Анна Артемьева. По зеленным культурам, таким как руккола или кресс-салат, можно получить до 20 урожаев в год, по огурцам — 6−7, томатам — 4−5.
Ученые Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) вместе с коллегами из Агрофизического института изучают психологический аспект взаимодействия человека и растения в труднодоступных условиях.
— Мы анкетируем участников эксперимента по выращиванию растений на станции «Восток» и сравниваем данные с другими нашими экспериментами в условиях изоляции — в космосе или же в специально смоделированных условиях на Земле. Везде мы видим очень высокую заинтересованность в контакте с растениями — и у полярников на станции «Восток», и у космонавтов на МКС, и у испытателей, — сообщила «Известиям» ученый секретарь Института медико-биологических проблем, организовавшего десятки экспериментов выращивания растений на орбите по собственным технологиям, Маргарита Левинских.
По ее словам, выращивание растений в экстремальных условиях выполняет роль средства психологической разгрузки для космонавтов и полярников.
Дальнейшая цель трехлетнего научного содружества ученых Агрофизического института с Арктическим и антарктическим научно-исследовательским институтом и ИМБП — отбор растений и разработка технологий, необходимых для длительного поддержания жизнедеятельности человека во время длительных космических экспедиций.
