A hidroponika vagy hidropónia a növénytermesztés azon módja, amely nem talaj közvetítésével, hanem tápfolyadék használatával működik. A talajt például perlit, kavics vagy kőzetgyapot helyettesíti, amelyet a tápoldat könnyen átjárhat, vagy ha a talaj szilárdságának biztosítására nincs szükség, akkor a termesztés közvetlenül a tápoldatban is lehetséges. Természetes körülmények között a csapadék a termőföld közvetítésével dúsul tápanyagokkal és jut el a gyökerekhez, de maga a talaj nem létszükséglet a növény fejlődése számára. Ha mesterségesen gondoskodunk a tápoldat megfelelő összetételéről és a gyökerekhez való eljuttatásáról, a termőföldre nincs szükség. Szinte bármely földben termő növény fejlődik hidroponikus körülmények között, de növényenként eltérő az alkalmazhatóság mértéke.
Az inert média ellenére a gyökerek megváltoztathatják a rizoszféra pH-ját, és a gyökerek által kibocsátott folyadék hat a rizoszféra biológiájára és a másodlagos metabolitokkal a tápoldat fiziológiai egyensúlyára. A hidroponikusan termesztett transzgénikus növények gyökere olyan proteineket választhatnak ki, amelyeket gyógyászati célokra használnak.
A tápanyagok lehetnek szerves vagy szervetlen eredetűek, így származhatnak halaktól, madaraktól, műtrágyából, vagy mesterséges tápoldatokból.
Szemben a szántóföldi növénytermesztéssel, a hidropóniával termesztett növényeket üvegházban vagy védett helyen, zárt térben nevelik, alkalmazkodva az ellenőrzött környezetbeli eljárásokhoz (CEA). A leggyakrabban hidropóniában termesztett növények közé tartozik a paradicsom, paprika, uborka, földieper, fejes saláta és vadkender, piacra. Tudományos célokra a leggyakrabban az Arabidopsis thaliana-t termesztik hidropóniában.
A hidroponika előnyei közé tartozik például a vízfelhasználás csökkentése. Intenzív földműveléssel 1 kg paradicsom 214 liter vizet igényel; hidropóniában elég 70 liter. Más szubsztrátumokhoz képest a legmagasabb fehérje és biomassza növekedés, feltéve az azonos környezeti feltételeket és tápanyagellátást.
Mivel a szántóföldi növénytermesztést az éghajlatváltozás és a termőföldek pusztulása veszélyezteti, illetve a hidropónia kevesebb tápanyagot és vizet igényel, azért lehetséges, hogy majd a nehezebb megélhetést nyújtó környezetekben hidropóniában termesztik majd a táplálékot nyújtó növényeket.Compare:
Az űrben is folynak kísérletek hidropóniával.
Az általános iskolában az egyik jellemző biológia házi feladat, a vizes közegen (pl. vizes vattán) történő növénycsíráztatás, amely szintén hidroponikus termesztési módszer. Csíráztatáskor a magok magukban hordozzák a szükséges tápanyagokat a kezdeti fejlődéshez, így nem feltétel ehhez a tápoldat használata.
Története
A hidroponika elnevezése alapjául a görög hydro (víz) és ponos (munka) szavak szolgáltak. Sir Francis Bacon egy évvel halála után, 1627-ben megjelent Sylva Sylvarum című könyvében ír talaj nélküli növénytermesztésről. A mű nyomán a talaj nélküli növénytermesztés népszerű kutatási módszerré vált. 1699-ben John Woodward a borsmenta-vízikultúrájának gondozása során megfigyelte, hogy szennyezett víz felhasználásával jobban nőnek a növények, mint desztillált víz felhasználásával.
1842-re kilenc elemet ismertek, melyek szükségesek a növények termesztéséhez. Az 1859-1875 közötti időszakban Julius von Sachs és Wilhelm Knop német botanikusok tökéletesítették az ásványi tápoldatok összetételét. Később a talajkultúrával szemben oldatkultúráról beszéltek. A 19. és a 20. század szabványos tanítási és kutatási technikájává vált, és széles körben használják a növénytáplálás tudományában.
Növényfiziológusok a 19. században tárták fel, hogy a növények a létfontosságú anyagokhoz a víz közvetítésével jutnak hozzá. Kiemelendő William Frederick Gericke, a University of California at Berkeley professzorának hozzájárulása, aki 1929-től kezdve aktív úttörője volt a tápoldat-alapú mezőgazdasági növénytermesztésnek, és ő vezette be a hidroponika szóösszetételt is 1937-ben. Először az angol agriculture szó mintájára aquiculture-nak nevezte, de később megtudta, hogy az aquaculture szó a vízi szervezetek kultúrájára vonatkozik. Gerickének a hátsó kertjében ásványi oldatban sikerült paradicsomnövényeket 7,6 méter magasra megnöveszteni. Szintén ennek az egyetemnek további két kutatója számos tápoldatot dolgozott ki. A hidroponika elnevezés W. A. Setchelltől származik, aki a klasszikus nyelvekben is járatos algakutató volt. A hidroponika szó a ύδωρ=víz és πονέω=termeszteni szavakból származik, a γεωπονικά mintájára, ami földművelést jelent.
Gericke úgy gondolta, hogy az idő még nem érett meg arra, hogy kereskedelmi célokra lehessen növényeket hidropóniában termeszteni. Azt akarta, hogy alaposan leteszteljék a hidropóniát minden szempontból, mielőtt még alkalmazható technikává válhatna. Cikkei és azok az állításai, hogy forradalmasíthatja a növénytermesztést, felkeltette az érdeklődést. Az egyetem keresztbe feküdt kutatásainak, mert a vezetés szkeptikus volt. Megtagadták tőle az egyetem üvegházainak használatát, és csak az általa otthon kifejlesztett tápoldatok miatt engedték be őt újra. Ekkor azonban az egyetem vezetés kijelölt két szkeptikus kutatót, Hoaglandet és Arnont, hogy ellenőrizzék Gericke állításait, és megmutassák, hogy az általa kifejlesztett oldatoknak semmi előnyük sincs a hagyományos növénytermesztéssel szemben. A feloldhatatlan konfliktusok miatt Gericke politikailag kedvezőtlen klímában hagyta ott az egyetemet, és kísérleteit függetlenül folytatta otthon. 1940-ben megjelent könyve, a Complete Guide to Soilless Gardening, ami leírta az oldatok összetételét is. Ez a könyv az alapja a hidropóniás növénytermesztés összes formájának.
Az 1930-as években a növényfiziológusok különböző növények betegségeit vizsgálták. A talajkultúrában megfigyelt tüneteket próbálták reprodukálni ellenőrzött laboratóriumi körülmények között, hidropóniában, például a szikesedés hatását. Dennis Robert Hoagland innovatív modellrendszereket és szabványos tápanyagoldatokat fejlesztett ki ehhez a feladathoz. Módosított Hoagland oldatokat mindmáig használnak. Claude Hutchison, Dennis Hoagland és Daniel Arnon Gericke kísérleteinek ellenőrzése nyomán 1938-ban írt egy bulletint, The Water Culture Method for Growing Plants Without Soil címmel, ami az egyik legfontosabb munka az oldatkultúráról, amiben azt állították, hogy a hidropóniás növénytermesztési eredmények nem jobbak, mint a legjobb talajon megtermelhető mennyiség. A terméseredményeket korlátozzák más tényezők, mint a megvilágítás és a szellőzés. Gericke könyvében válaszolt erre a bulletinre, rámutatva ellenfeleinek rendszerszintű hibáira, mint például arra, hogy ugyanannyi növényt ültettek ugyanakkora közegbe, holott annyit kellett volna, amennyit az adott közeg elbír.
A további hibák közé tartozik, hogy a hidropóniának további kulcsfontosságú előnyei vannak, mint például a gyökerek állandóan hozzájutnak annyi oxigénhez, vízhez és tápanyaghoz, amennyire a növénynek szüksége van. Ez megelőzi az alul- vagy túlöntözést, ami a szántóföldi növénytermesztés egyik fő hibája. Hidropóniában a növény által fel nem használt vizet kiszivattyúzzák, visszagörgetik vagy elpárologtatják, megelőzve az oxigénhiányt. Talajon jól kell ismerni az adott növény igényeit. A túl sok víz kitölti a talaj pórusait, ami a gyökerek rothadását okozza. Ha a növény túl kevés vizet kap, akkor a tápanyagokat sem tudja megfelelően felszívni, ami tápanyaghiányos tüneteket okoz; lásd klorózis. A kereskedelmi célú termesztés Gericke könyvén alapul.Texier, W.: Hydroponics for Everybody - All about Home Horticulture. Mama Publishing, English Edition, Paris (2015), pp. 235.
A hidroponika egy korai sikere az 1930-as években a Wake Island szigeten történő növénytermesztés, az atoll termőtalajának hiányában. A Pan American Airlines légitársaság a sziget repülőterét üzemanyagfeltöltőként használta, és az utasokat friss zöldségekkel látták el.
Daniel I. Arnon 1943-tól 1946-ig az Amerikai Egyesült Államok hadseregében szolgált, és a növénytáplálásban szerzett tapasztalatait használta fel arra, hogy a Nyugat-Csendes-Óceánban található Ponape-szigeten állomásozó csapatokat ellássa, mivel a sziget talaja szintén alkalmatlan volt növénytermesztésre.Sullivan, Walter. "Daniel Arnon, 84, Researcher And Expert on Photosynthesis", The New York Times, December 23, 1994. Accessed April 7, 2020
Az 1960-as években a brit Allen Cooper kifejlesztette a tápláló film technikát. A Walt Disney World's EPCOT Centernél a The Land Pavilion 1982 óta mutatja be a hidropónia különböző technikáit.
Az utóbbi évtizedekben a NASA kiterjedt hidroponikai kutatásokat végez a CELSS program részeként, előkészítve a Mars meghódítását. A Mars fényviszonyait fénycsövekkel utánozzák, a hőmérsékleti viszonyokat pedig hűtéssel. Ray Wheeler, a Kennedy Space Center's Space Life Science Lab növényfiziológusa szerint a hidropónia előnyöket fog nyújtani az űrutazások számára.
2017-ben Kanadának több száz acre területű nagykereskedelmi hidropóniás üvegháza volt, melyekben paradicsomot, paprikát és uborkát termesztettek.
Technikája A hidropóniának két alapvető technikája van: az alulöntöző és a felülöntöző. A legtöbb tartály műanyagból készül, de használatosak más anyagok is, mint beton, üveg, fém vagy fa. A tartályoknak ki kell zárniuk a fényt, hogy megakadályozzák az algásodást és a gombásodást. Álló tápoldatos kultúra
A növény egy tápfolyadékot tartalmazó edényben él, mint például befőttes üveg, műanyag vödör vagy kád. Az oldat legtöbbször mérsékelt levegőztetésnek van kitéve. A tápoldat otthoni oxigénellátására alkalmas lehet egy akváriumi levegőztető. Ha a tápoldat oxigénellátása nem megfelelő, akkor a növény gyökerének csak egy része merül alá a folyadékba, hogy a gyökér levegőn levő részén keresztül elegendő mennyiségű oxigén jusson be. A tápoldat vagy periodikusan kerül cserére (pl. hetente), vagy a tápanyag-koncentráció elektromos vezetőképesség-mérővel mérhető csökkenésekor. Ha a tápoldat szintje egy bizonyos szint alá csökken, akkor pótolni kell. Az utánpótlás végezhető Mariotte-palackkal. A növényeket el lehet helyezni úszó bójákon, így biztosítva, hogy a tápoldat szintjének csökkenése ne csökkentse a gyökerek ellátását. Az egyes növények tartójára lyukat fúrnak; például egy befőttesüveg tetejére. Egy tartóba egy vagy több növény is ültethető. A növekedés során a növényeket nagyobb tartályba kell átültetni. Házi rendszerben az átlátszó tartályok beburkolhatók alufóliával, fekete műanyaggal, vagy más anyagokkal a negatív fototropizmus megelőzésére.
Folyamatos áramoltatásos kultúra
Egyszerűbb automatizálni, mint az álló tápoldatos kultúrát, a mintavételezés és amiatt, hogy a hőmérséklet, a pH és a tápanyag-koncentráció szabályozható egy nagy tartályban, amibe több ezer növény ültethető. A növény gyökerein a víz folyamatosan vagy rendszeresen áramlik. A tápanyagfilm-technika vékony rétegben áramoltatja folyamatosan a tápoldatot. A vékony folyadékfilm szabadon hagyja a gyökerek felső részét az oxigénellátáshoz. A lejtés, folyadékmennyiség és áramlási sebesség kialakítása gondoskodik az optimális táplálásról. Más technikáknál a tápanyag-, a víz- és az oxigénellátás egymással konfliktusban áll. Az áramlási felület kis egyenetlenségeiben kialakuló tócsák keletkezésének megakadályozására az 1:30 - 1:40 lejtésarány javasolt. Ugyan az 1:100 arány megfelelőbb lenne, ám ez nehezen megvalósítható. Megoldható a talaj vagy a padozat lejtésével. Az optimális ellátás miatt újra és újra előveszik ezt a technikát, ami jó termést biztosít hosszabb időn keresztül jó minőségben. A technika hátránya, hogy nem biztosít tartalékot arra az estre, ha megszakadna az áramlás, például áramszünet esetén. Egyébként valószínűleg az egyik legtermékenyebb technika.