System produkcji i dystrybucji żywności wygląda dzisiaj katastrofalnie w skali światowej. Nadmierne użycie pestycydów, nawozów, wyjałowienie gleby i uprawy monokulturowe nie pozostają bez wpływu na naturalne ekosystemy i bioróżnorodność na Ziemi. Zmiany klimatu i coraz dotkliwsze susze z kolei, utrudniają uprawę roli i powodują drastyczne wzrosty cen żywności. Gdyby tego było mało, około ⅓ wyprodukowanej żywności trafia do koszy i ląduje na wysypiskach, podczas kiedy 1 na 9 osób na świecie cierpi z powodu niedożywienia [1]. Sytuacja z każdej niemal strony woła o przedefiniowanie rolnictwa, jakie znamy dzisiaj. Oczywiście nie istnieje proste remedium na skomplikowane bolączki współczesnego rolnictwa i dystrybucji żywności. Wiele osób twierdzi jednak, że hydroponika może być jednym z dużych kroków ku ich naprawie.
Czym właściwie jest hydroponika?
Wyjaśnijmy najpierw, czym jest hydroponika. Sama idea jest dość prosta i to w tej prostocie upatruje się jej wyjątkowości i potencjału. Hydroponika to bowiem nic innego, jak uprawa roślin w wodzie wzbogaconej składnikami odżywczymi zamiast gleby.
“Hydroponika” nie jest jednak pojęciem do końca jednolitym znaczeniowo. Aktualnie istnieje wiele sposobów bezglebowej uprawy roślin [2]:
- “wick”, czyli metoda knotowa – rośliny umieszczone są w obojętnym chemicznie medium stabilizującym korzenie (np. keramzyt lub włókno kokosowe), a woda ze składnikami odżywczymi doprowadzana jest do strefy korzeniowej przez chłonny “knot” zanurzony w zbiorniku poniżej;
- “air-gap” – dolna część systemu korzeniowego roślin zanurzona jest bezpośrednio w wodzie, a ich górna część znajduje się ponad nią;
- DWC i “raft”, czyli uprawa tratwowa w głębokiej wodzie – rośliny są umieszczone na powierzchni pływającej, a ich korzenie zwisają w wodzie wypełnionej substancjami odżywczymi;
- “ebb and flow”, czyli system przypływ-odpływ – korzenie roślin umieszczone są w medium, a woda jest pompowana do strefy korzeniowej w regularnych odstępach czasu. Wodzie pozwala się swobodnie spłynąć po medium do zbiornika;
- “top feeder” – system jest bardzo podobny do “ebb and flow” z tą różnicą, że woda nie spływa do zbiornika, a jest odpompowywana z medium;
- NFT, czyli cienkowarstwowa kultura przepływowa – rośliny zawieszone, umocowane są pod delikatnym kątem nad stale przepływającą, cienką warstwą wody ze składnikami odżywczymi;
- “drain”, czyli system kropelkowy – sposób indywidualnego nawadniania roślin w niewielkich ilościach, który pozwala dokładnie regulować ilość dostarczanej wody i składników odżywczych;
- aeroponika – korzenie roślin znajdują się w powietrzu, bez medium i styczności z cieczą, a woda i składniki odżywcze dostarczane są im w postaci aerozolu.
Wbrew pozorom, hydroponika nie jest nowym pomysłem. Niektórzy sugerują, że słynne wiszące ogrody w Babilonie były pierwowzorem systemów hydroponicznych [3]. Pierwsze wzmianki literaturowe na temat hydroponiki pojawiły się już w XVII wieku. W pierwszej połowie ubiegłego wieku była już natomiast dobrze znanym sposobem na uprawę roślin, coraz częściej pochwalanym z uwagi na aspekty ekonomiczne i praktyczne. Od tamtej pory hydroponika tylko zyskuje na popularności.
Dlaczego hydroponika miałaby być lepsza od “tradycyjnego” rolnictwa?
Systemy hydroponiczne zjednują sobie zwolenników wśród amatorów i przedsiębiorców produkujących rośliny na skalę przemysłową. Nic dziwnego – mają one bowiem całkiem sporą przewagę nad tradycyjnym rolnictwem zarówno pod kątem wydajności jak i ekologii.
Przede wszystkim, odpowiednio dobrane składniki odżywcze cyrkulujące w wodzie, co do zasady są lepiej dostępne i przyswajalne dla roślin. Pozwalają zatem uzyskać większe plony, dużo szybciej niż w przypadku roślin uprawianych w glebie [4]. Co więcej, plony można zbierać przez cały rok, niezależnie od warunków pogodowych czy klimatycznych. W uprawach hydroponicznych naturalnie nie występuje także problem “zmęczenia gleby”, zachowanie ciągłości upraw, z tego punktu widzenia, nie jest zatem w ogóle zagadnieniem.
Rośliny uprawiane przy użyciu hydroponiki mają także dużo mniejsze szanse na rozwój infekcji, chorób glebowych. Zamknięta i dobrze kontrolowana przestrzeń utrudnia inwazje insektów, a więc użycie pestycydów, naturalną koleją rzeczy, maleje lub nawet przestaje być niezbędne [4]. Podobnie jeśli chodzi o składniki odżywcze, które w przypadku upraw o zamkniętym obiegu są wykorzystywane wielokrotnie i nie trafiają do środowiska jako tzw “runoff”. Dzięki temu (a także dzięki lepszej kontroli nad odpadami) do ekosystemów nie przedostają się toksyczne w dużych ilościach azotany i fosforany z nawozów.
Hydroponika to metoda dużo bardziej przewidywalna, niezależna od zdarzeń losowych, a zatem też bezpieczniejsza ekonomicznie dla samego rolnika.
Ile zasobów zużywają uprawy hydroponiczne?
Hydroponika może być jednak przede wszystkim odpowiedzią na narastający problem z dostępem do wody pitnej i niezrównoważonym gospodarowaniem lądem (a więc także, przykładowo, związanym z nim wylesianiem).
Uprawy hydroponiczne zajmują znacznie mniej miejsca niż tradycyjne uprawy glebowe, szczególnie, jeśli weźmiemy pod uwagę uprawy wertykalne [4]. Niektórzy twierdzą, że komercyjna hydroponika zużywa tylko 1/5 przestrzeni potrzebnej do uprawy tej samej ilości roślin na gruntach rolnych [5]. Potencjalną zaletą jest także ograniczenie zużycia paliw kopalnych na transport roślin – w końcu hale do upraw hydroponicznych mogą znajdować się wszędzie tam, gdzie są najbardziej potrzebne, np. w pobliżu ośrodków miejskich. W ten sposób znacznie niwelujemy emisje i koszty (tak środowiskowe, jak i ekonomiczne) związane z transportem na długie dystanse.
Hydroponika pozwala też zaoszczędzić bardzo dużo wody. Dla przykładu, uprawa typu NFT może zużywać jej 70, a nawet 90% mniej [4] niż tradycyjne rolnictwo. W uprawach glebowych większość wody, którą dostarczamy roślinom, wnika głęboko w ziemię i przestaje być dla nich dostępna. W przypadku hydroponiki, korzenie są bezpośrednio zanurzone w wodzie za składnikami odżywczymi i pobierają jej dokładnie tyle, ile potrzebują. Co więcej, woda nie wydostaje się z obiegu i jest używana powtórnie.
Oszczędność względem przestrzeni i zasobów wodnych jest w przypadku hydroponiki na tyle atrakcyjna, że system taki został zaimplementowany przez NASA na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej [3].
Wady uprawy bezglebowej
Hydroponika ma mnóstwo zalet, ale jak każda technologia, stoi przed pewnymi wyzwaniami.
Problematyczny w uprawach hydroponicznych może okazać się zamknięty obieg wody. O ile rośliny będą wolne od chorób glebowych i inwazji insektów, tak szkodliwe drobnoustroje rozwijające się w wodzie mogą być poważnym zagrożeniem. Woda w tego typu uprawach zazwyczaj obiega cały system i dociera do każdej rośliny. W związku z tym istnieje prawdopodobieństwo, że jeśli patogen jest obecny w wodzie – zarazi wszystkie rośliny.
Hydroponika sama w sobie nie jest, jak już wspomnieliśmy, nowym pomysłem, ale technologia w jej obrębie jest coraz bardziej innowacyjna. Założenie nowej uprawy wymaga zatem od jej pracowników nabycia pewnych specjalistycznych umiejętności. Komercyjne systemy hydroponiczne są obsługiwane w większości automatycznie, więc zdecydowana większość praktyk rolniczych zostaje wyeliminowana. W związku z tym znacznie zmniejsza się zapotrzebowanie na siłę roboczą w samym procesie uprawy roślin (co może być postrzegane zarówno jako wada jak i zaleta).
Automatyzacja procesów oznacza też koszty związane z dostawą energii elektrycznej (chociaż niektórzy twierdzą, że ten problem można łatwo zniwelować przetwarzając materiał roślinny na biopaliwo, które napędzi uprawę [6]). Wadą upraw hydroponicznych jest z pewnością również ich spory koszt inicjalny (bez wątpienia większy niż w przypadku tradycyjnego rolnictwa).
Hydroponika tylko dla “Globalnej Północy”?
Obecnie około 3,5% światowej powierzchni uprawianej pod tunelami i szklarniami do produkcji warzyw zajęte jest pod bezglebowe techniki rolnicze oparte na rozwiązaniach hydroponicznych [7]. Prym wiodą tutaj Holandia, Australia, Francja, Anglia, Izrael, Kanada i USA [4]. Mimo, że uprawy hydroponiczne mogłyby być zbawienne na obszarach skrajnie suchych, z niezdatną pod uprawę roli glebą, czy w gęsto zaludnionych ośrodkach miejskich, wysoki koszt budowy zazwyczaj dyskwalifikuje hydroponikę do implementacji w krajach rozwijających się.
Uprawiając żywność lokalnie, społeczności miałyby nie tylko dostęp do całorocznej dostawy zdrowej żywności, ale też bezpieczeństwo i pewność, że żywność ta jest uprawiana w sposób bardziej transparentny. Znacznie poprawiłoby to także jakość i dostępność wody pitnej. Mając na uwadze wszelkie zalety i pokonując liczne przeciwności, hydroponikę powoli, ale z powodzeniem wprowadza się m.in. w Afryce. Przykładowo, firma Hydroponics Kenya pomogła już utworzyć uprawy bezglebowe w Kenii, Rwandzie, Somalii, Tanzanii i Ugandzie, a także przeszkolić ponad 5 tys. ludzi do ich używania. To tylko kropla w oceanie, ale daje nadzieję, że się da.
Niewątpliwie zapotrzebowanie na rewolucyjne rozwiązania w rolnictwie jest ogromne. Uniwersytety testują uprawy wertykalne jako bardziej zrównoważone środowiskowo źródło żywności na stołówkach [6], powstaje też coraz więcej start-upów zajmujących się hydroponiką (np. polska firma Farmony). Temat hydroponiki jako szansy dla krajów rozwijających się i z ograniczonym dostępem do wody coraz częściej podejmuje również nauka. Taka technologia, w teorii, może być wartościowym rozwiązaniem w krajach takich jak Indie, Urugwaj czy Meksyk [8].
Chociaż technologia hydroponiczna może nigdy nie zastąpić konwencjonalnego rolnictwa, przełamuje paradygmat produkcji żywności. Jest też dużą szansą na poprawienie kondycji środowiska i ułatwienie dostępu do żywności wszędzie tam, gdzie jej brakuje. Jeśli, oczywiście, na teoretyzowaniu się nie skończy.
Źródła:
- [1] Sustainable Development Goals: Zero hunger.
- [2] National Park Service: Hydroponics: A Better Way to Grow Food.
- [3] Lagomarsino V., 2019: Hydroponics: The power of water to grow food. Science in the news, Harvard University.
- [4] Sharma N., Acharya S., Kumar K., Singh N., Chaurasia O.P., 2018: Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: An overview. Journal of Soil and Water Conservation, 17, 4, 364-371.
- [5] Fitzpatrick H., 2018: 5 Environmental Benefits of Hydroponic Growing (Explained in Detail). GetGreenNow.
- [6] Zhang H., Asutosh A., Hu W., 2018: Implementing Vertical Farming at University Scale to Promote Sustainable Communities: A Feasibility Analysis. Sustainability, 10, 12, 4429.
- [7] Sambo P., Nicoletto C., Giro A., Pii Y., Valentinuzzi F., Mimmo T., Cesco S., 2019: Hydroponic Solutions for Soilless Production Systems: Issues and Opportunities in a Smart Agriculture Perspective. Frontiers in Plant Science, 10.
- [8] de Anda J., Shear H., 2017: Potential of Vertical Hydroponic Agriculture in Mexico. Sustainability, 9, 1, 140.
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
