Názvy z výčtu v nadpisu mají jedno společné. Patří k technikám určením pro pěstování rostlin bez půdy, kde všechny potřebné prvky k růstu jsou dodávány formou vodného roztoku anorganických sloučenin. Jejich základ vznikl ze snahy objasnit zákonitosti rostlinné výživy. Půda svou chemickou komplikovaností definovaným experimentům nevyhovovala, a proto byla nahrazena vodou, do které se přidávaly různé komponenty a sledovalo se, jak rostlina prospívá.

John Woodward, anglický přírodovědec a geolog (1665 – 1728) Veřejné dílo, Wikipedia)

První takové zaznamenané pokusy prováděl v Anglii John Woodward již před 300 lety. Pěstoval mátu v různě znečištěné vodě. Zjistil, že čím byla voda v kulturách čistší, tím hůře bylina rostla. Vyvrátil tak v té době převažující víru, že vše co rostlině stačí k životu, je pouhá voda.

Teprve v první polovině 20. století dosáhl stupeň znalostí potřebné úrovně nutné k realizaci idey využít doposud vědeckého nástroje k pěstování zeleniny. O tento krok se zasloužil William F. Gerick. Ten novou agrotechniku pojmenoval slovem hydroponie, které je složené z řeckého hydro-voda a ponos-práce. Nadšen z novinky byl velice a  svou snahu soustředil na to, aby klasický přístup produkce potravin úplně zanikl. Nestalo se tak, ale ve vzdálenější budoucnosti má jeho vize stále šanci na uskutečnění.

Moderní průmyslové hydroponické systémy jsou provozovány za kontrolovaných optimálních podmínek v uzavřeném okruhu recirkulace živného roztoku, čistém prostředí hraničící ze sterilitou a téměř výhradně ve sklenících doplněných o umělé osvětlení. Od těchto atributů se odvíjí všechny výhody. Plodiny mohou být pěstovány blíže u sebe, jsou zdravější, rychle rostou a nevyžadují ošetření pesticidy. Dále hydroponické zahradničení šetří až 70 % vody a 60 % hnojiv. Může být provozováno kdekoli, kde zemědělská půda nemá potřebnou kvalitu, je kontaminovaná, nebo úplně chybí. Díky umělému světlu a přitápění padá omezení dané chladnějším podnebím či vegetační sezonou.

Přestože technologiemi k dokonalosti přivedená rostlinná produkce u veřejnosti nevyvolává důvěru, je poměrně ekologická a pro člověka zdravotně bezpečnější než organické zemědělství. Spotřebitel se nemusí obávat nejen zbytků pesticidů, ale i přenesení lidských patogenů od hospodářských zvířat. Navíc užívaná hnojiva jsou čistá a obsahují v přepočtu na hmotnost méně těžkých kovů než půda na poli.

Schema systému Imec (Kredit: www.mebiol.co.jp)

Na druhou stranu pěstitelé musí počítat s vysokými počátečními investicemi a také, že náklady za fosilní paliva ušetřené při obdělání půdy smění za elektřinu nutnou k provozu. Ekonomickou životaschopnost hydroponického zemědělství ovšem ukazuje jeho celosvětové rozšíření. Z jeho provozů proudí na trh  zelenina, řezané květiny a léčivé rostliny.

Hydroponické techniky se dělí na různé varianty podle způsobu zavlažování. Zmiňme alespoň kapkovou závlahu, NFT a aeroponii. Pozici nejrozšířenějšího systému obsadila kapková závlaha, kde ke kořenům každé rostliny zvláště je zavedena zavlažovací trubička a z ni se po kapkách dávkuje živný roztok. Rostlině poskytuje oporu inertní materiál ve kterém koření. Nejčastějším voleným inertním materiálem je minerální vata rockwool, vermikulit, ale známé jsou i expandované horniny perlit a keramzit.

Metoda NFT (nutrient film technique) opustila laboratoř v 70 letech. Není až tak rozšířená, ale výborně se hodí na listovou zeleninu a určitě ještě neukázala svůj potenciál naplno. Rostliny jsou upevněny většinou bez pomocného inertního substrátu v nakloněném pěstebním kanálu, po jehož dně nepřetržitě stéká tenká vrstva živného roztoku. Kořeny udržují částečně kontakt s roztokem a částečně se vzduchem.

Kořeny jsou pevně přichyceny k povrchu membrány (Kredit: www.mebiol.co.jp)

O zajímavé hydroponické metodě aeroponii dala světu vědět publikace z roku 1982. Rostliny jsou  uchyceny tak, že kořeny při ni visí volně v prostoru a jsou zavlažovány živným roztokem v podobě aerosolu. Poněkud fyziologicky odlišné řešení má vynikající produktivitu, vysvětlovanou tím, že obnaženým kořenům není kladen odpor v rozpínavosti a neomezuje je dostupnost kyslíku. O aeroponii projevila zájem NASA, protože s ní počítá při budování kosmických zahrádek. Oceňuje, že ji lze provozovat s menším objemem vody a bez substrátu, což se příznivě projeví na hmotnosti vynášeného nákladu. Snadný přístup ke kořenům se také hodí pro dovršení četných výzkumných úkolů. Samozřejmě je dostupná i pro méně vznešené praktické činnosti. Našla uplatnění při rozmnožováni rostlin, kde nemá stejně efektivní konkurenci. 

Poslední inovací u bez půdních technologií odlišnou od čehokoli doposud známého si nechal patentovat Japonec Yuichi Mori. Napadlo ho uplatnit své dlouholeté zkušenosti z vývoje membrán a hydrogelů pro lékařské účely k pěstování rostlin na povrchu hydrogelové membrány. Komerční produkt nabízí jím založená společnost Mebiol pod názvem  Imec.

Skládá se z několika vrstev. V základu je uložena hydroizolační vrstva, kterou pokrývá netkaná textilie. Ta slouží jako houba k absorpci a rozvedení živného roztoku přivedeného zavlažovacím systémem. Pak následuje vrstva hydromembrány, na jejímž povrchů probíhá samotná kultivace. Nakonec na horní straně membrány je umístěna další dodatečný systém závlahy.

Skrz hydromembránu díky pórům může procházet voda a živiny. Nicméně její horní strana je na dotek suchá a v ní obsažená voda pro rostliny špatně dostupná. Překvapivě suchem navozený vodní stres patří k hlavním výhodám metody. Aby rostlina odvrátila hrozící dehydrataci, aktivuje adaptační mechanizmy. Mimo jiné podpoří příjem vody z okolí pomocí osmózy syntézou velkého množství nízkomolekulárních látek patřící do skupiny aminokyselin a cukrů, které dělají produkty sladší a tudíž i chutnější. Zároveň se zlepšuje nutriční a zdravotní hodnota. Například v plodech rajčat vzroste obsah významného antioxidantu lykopenu.

Jelikož je potřeba míru vodního stresu regulovat, dodává se vláha i z horní strany membrány k zajištění kompromisu mezi chuťovou kvalitou a růstem. Metoda i tak dosahuje výrazně menší produktivity než hydroponie. Experimentátoři u rajčat zjistili pokles výnosu o 57 %. Ale předpokládá se, že zákazník bude preferovat zboží na základě vjemů z chuťových pohárků a vábivého vzhledu než ceny.

Dle výrobce Imec by měl stát méně než hydroponické postupy, i když by se membrána měla měnit po každém pěstebním cyklu. Zjednodušuje ho absence recirkulace média a to, že není nutné živný roztok sterilizovat, protože membrána nepropouští případně přítomné bakterie ani viry. Z výčtu výhod už zbývá  zmínit jen vyšší vodní úsporu v porovnání s hydroponií, za kterou odpovídá malé odpařování z hydromembrány a opatrné vodní hospodaření stresovaných plodin.

Imec se stal od roku 2009 komerčně dostupný. Zájem o něho předčil očekávání a v roce 2012 byl instalován na ploše 100 000 m2. Metoda je vhodná pro pěstování zeleniny i ovoce jako jsou lilek, rajčata, papriky, meloun, jahody, okurka. Ač by se dalo podle principu očekávat vyloučení plodin typu keře a stromy, vynálezce vyvíjí postup i pro hroznové víno a pistácie. 

To zda filmové farmaření, jak zemědělskou činnost na hydromembráně lze také nazvat, bude úspěšné, teprve uvidíme. V každém případě využití bez půdních postupů dále poroste. Možná i jako součást vertikálních farem. Vícepatrových skleníků vybudovaných jako součást městské infrastruktury, které už několik let dominují v představách urbanistů. Mohly bychom se tak dočkat zastavení mýcení lesů ve snaze získat stále více ubývajícího místa a obnovy už zničených ekosystémů.

Video: Soil-free agriculture TEDxTokyo


Video:  Yalman Khan and Kunal Wadhwani TEDx Abu Dhabi



Literatura
http://www.mebiol.co.jp/en/product/http://emagazine.governancenow.com/english/volume5issue17/#p=28
http://dx.doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2012.11.015
http://www.hydroponics.com.au/issues/issue129/html5/