Зеленые растения нужны растущему населению людей и другим живым организмам (животным, микроорганизмам) как пища, источник органических соединений. Также они создают хорошее настроение, отвлекают от однообразных и утомительных текущих дел, успокаивают. Плантация зеленых растений призвана обеспечивать потребности в витаминах, плохо сохраняющихся в обычных условиях, и доставлять радость экипажам космических кораблей и полярных станций, проводящим длительное время в герметичных помещениях или при неблагоприятных для обычного произрастания растений температурных условиях. Да и потребность людей в общении с природой стала проявляться в массовом увлечении садоводством и огородничеством. Но, к сожалению, не все имеют собственные участки или силы и возможности их обрабатывать, поэтому многие городские жители устраивают в квартирах и на балконах уголки природы, выращивая овощные и плодовые растения.

Для того, чтобы растения могли расти и цвести, им помимо света, воздуха, воды и тепла нужны питательные вещества. При этом корни могут получать необходимые для жизни минеральные компоненты из питательного раствора, следовательно, можно обходиться без почвенного грунта.

Еще в 1876 году К. А. Тимирязев показал, что вместо почвы можно использовать заменители из песка, толченой пемзы, стеклянных бус и других материалов. Вводя в заменитель необходимые вещества, можно культивировать растения в водном растворе методом гидропоники. Впервые растение от семени до семени было выращено на водном растворе химически чистых солей в 1895 году немецким ученым Кнопом. В следующем году Тимирязев на Нижегородской промышленной выставке продемонстрировал растения, полученные в стеклянных сосудах на водных питательных растворах. А в 1929 году профессор Калифорнийского университета Герике субстратным методом культивирования растений вырастил и собрал урожай помидоров, который оказался в четыре раза большим, чем на почве.

Рис. 1. Сравните урожай помидоров в почве и на гидропонике

Совершенно ясно, что для всех луковичных, клубненосных и корневищных растений условия аналогичны.

Замечательно растут на гидропонике скороспелые овощные культуры (листовая капуста, кресс-салат, огуречная трава, укроп), пряные растения (петрушка, базилик, розмарин, мята, шалфей, майоран, мелисса, чабрец, тимьян), растения-медоносы (примулы, клевер пунцовый, резеда, вереск), декоративнолистные растения (фикусы, виды филодендрона и монстеры, фалангиум, хойа, нолина, кордилина, драцены, циссус, плющ, фатсия и фатсхедера, молочай блестящий, пилея) и др.

Меньше всего пригодны для выращивания на гидропонике:

• растения, которые образуют клубни или корневища, так как при неправильном поливе они очень быстро загнивают (например, цикламен);
• недолговечные растения, которые требуется слишком быстро заменять (например, экзакум);
• растения, которые надо часто чистить от увядших цветов или листьев, чтобы они не попали в питательный раствор (например, бегонию высокую или бальзамин);
• растения, у которых очень быстро растут корни, так как их необходимо часто пересаживать (например, циперус или хлорофитум);
• растения, для цветения которых в период покоя необходима прохладная температура, так как возможно загнивание корней из-за того, что температура питательного раствора становится ниже критической (например, гортензия, кливия или азалия).

С появлением в 60-х годах большого количества органических смол в ряде стран в качестве субстрата для гидропоники стали применять некоторые ионообменные смолы, обладающие высокой сорбционной (поглощающей) способностью. Появилась возможность запасать необходимые для растений воду и соли на смолах и тем самым исключать весьма трудоемкую операцию приготовления питательных растворов и их последующую коррекцию. Кроме того, смолы поглощают корневые выделения растений и тем самым предохраняют посев от отравления собственными продуктами обмена веществ, выделяющимися через корни.

Использование такого активного почвозаменителя значительно облегчило уход за изолированными плантациями космических объектов. Он обеспечил круговорот воды в оранжереях, что существенно упростило схему жизнеобеспечения. Однако полного круговорота веществ при этом все-таки не получилось, и в будущих космических путешествиях придется брать в запас минеральные вещества на ионитных смолах. Так будет до тех пор, пока ученые не разработают методы регенерации почвозаменителя, обеспечивающие бесконечно долгое его использование при многократном обогащении элементами минерального питания, необходимого растениям.

Между тем, в невесомости предпочтение, вероятно, будет отдано бессубстратным вариантам гидропоники. Среди них, по-видимому, наиболее перспективна так называемая «воздушная культура», или «аэропоника», примененная более пятидесяти лет назад русским ученым В. Арциховским. При таком методе питательный раствор набрызгивается на корни растений, а затем так же, как в гидропонике с почвозаменителем, возвращается в бак для повторного использования.

Основой таких аэропонных установок является культивационная ванна, внутри которой размещены трубы для подачи питательного раствора. Форсунки, расположенные в ванне, обеспечивают его тонкое распыление. Сверху ванны имеется крышка с отверстиями для растений, которые закрепляются на ней как в почве, при этом корни находятся в зоне действия форсунок. Более того, благодаря тому, что растения не закреплены субстратом, их можно легко передвигать, рациональнее используя освещаемую площадь оранжереи. Недостатком является то, что при применении аэропонного способа обычно повышают концентрацию солей в питательном растворе в два–три раза против обычных норм.