Dlaczego podlewanie roślin poza Ziemią nie działa tak jak w ogrodzie?
W uprawie wszystko zaczyna się od nasiona, ale samo kiełkowanie to dopiero pierwszy etap. Młoda roślina potrzebuje później odpowiedniej ilości wody, powietrza i miejsca dla rozwijających się korzeni. W warunkach pozaziemskich zapewnienie tych podstawowych rzeczy okazuje się znacznie trudniejsze niż na Ziemi. Na Ziemi grawitacja pomaga wodzie przemieszczać się przez podłoże. Im słabszy jej wpływ, tym większego znaczenia nabierają zjawiska kapilarne, zwilżalność materiałów, struktura podłoża i budowa pojemnika. Dlatego w kosmicznej uprawie trzeba kontrolować nie tylko ilość dostarczanej wody, ale także sposób, w jaki dociera ona do korzeni i jak wpływa na dostęp powietrza. Trzy nowe badania pokazują ten problem z różnych stron: zachowania wody przy grawitacji księżycowej, zastosowania hydrożelu jako podłoża oraz biologicznego przygotowania regolitu marsjańskiego.
W kosmosie nie wystarczy po prostu podlać rośliny
Podczas lotu Blue Origin New Shepard NS-29 kapsułę wprawiono w ruch obrotowy, uzyskując przez około 2,3 minuty przyspieszenie zbliżone do grawitacji księżycowej. Badacze obserwowali wodę oraz inne roztwory i wykazali, że przy słabszej grawitacji duże znaczenie mają zwilżalność, właściwości powierzchni oraz budowa pojemnika. Z punktu widzenia uprawy ma to duże znaczenie. Jeśli woda będzie gromadziła się w strefie korzeniowej w niewłaściwy sposób, może ograniczać ilość powietrza dostępnego dla korzeni. Dlatego w przyszłych systemach uprawowych ważne będzie nie tylko to, ile wody otrzyma roślina, ale również jak zostanie ona rozprowadzona w podłożu.
Sam eksperyment nie obejmował jednak roślin ani regolitu i trwał tylko kilka minut. Pokazuje więc zachowanie cieczy przy obniżonej grawitacji, ale nie daje jeszcze odpowiedzi na pytanie, jak powinien wyglądać gotowy system nawadniania roślin na Księżycu.
Publikacja: Karl H. Hasenstein, John Z. Kiss, Christopher P. McKay, Assessing Water Dynamics at Lunar Gravity — Tłumaczenie tytułu: „Ocena dynamiki wody w warunkach grawitacji księżycowej”.
Czy hydrożel może być podłożem dla roślin?
Drugie badanie jest szczególnie ciekawe z punktu widzenia uprawy roślin, ponieważ wykorzystano w nim rzodkiewkę (Raphanus sativus). Nicholas Miklave i Karl Hasenstein porównali dwa rodzaje arcillitu – porowatego podłoża mineralnego – z hydrożelem poliakrylamidowym PAAM. Rzodkiewki uprawiane w hydrożelu rozwijały się podobnie jak rośliny w lepiej funkcjonującej partii arcillitu, ale do ich uprawy potrzeba było istotnie mniej wody. Ciekawe jest również to, że dwie partie teoretycznie podobnego podłoża mineralnego dawały różne rezultaty. Dla producenta nasion czy ogrodnika to bardzo znajoma sytuacja. Nasiona tego samego gatunku, a nawet z tej samej partii, mogą rozwijać się zupełnie inaczej w zależności od warunków po wysiewie.
Liczy się nie tylko odmiana i jakość materiału siewnego. Ogromne znaczenie mają również wilgotność, napowietrzenie, struktura podłoża oraz możliwość równomiernego rozwoju korzeni. Hydrożel jest interesujący właśnie dlatego, że jego właściwości można dokładniej kontrolować. W przyszłości takie materiały mogą pomóc ograniczać zużycie wody w zamkniętych systemach uprawowych. Na razie trzeba jednak zachować ostrożność. Było to doświadczenie przeprowadzone na Ziemi. Nie sprawdzono jeszcze tego rozwiązania podczas rzeczywistej uprawy w mikrograwitacji ani przy grawitacji Księżyca.
Publikacja: Nicholas M. Miklave, Karl H. Hasenstein, A Comparison Between Polyacrylamide and Arcillite Granules as Substrates for Space Agriculture — Tłumaczenie tytułu: „Porównanie granulek poliakrylamidowych i arcillitu jako podłoży dla rolnictwa kosmicznego”.
Czy regolit marsjański można przygotować do uprawy?
Jednym z problemów marsjańskiego regolitu są nadchlorany, niekorzystne dla roślin i wielu mikroorganizmów. Zespół Leona Kelly’ego sprawdził, czy można ograniczyć ich ilość biologicznie. Do symulantu regolitu wprowadzono społeczność mikroorganizmów zdolnych do redukcji nadchloranów. Po 72 dniach pozostało około 7–8% początkowej ilości rozpuszczalnych nadchloranów, czyli ich poziom spadł o ponad 90%. W wariancie tlenowym zwiększyła się także dostępność fosforu. Nie oznacza to jednak, że powstała gotowa „marsjańska gleba”. Podłoże nadal było zasadowe, bogate w sód i ubogie w azot, a badanie przeprowadzono na Ziemi z użyciem symulantu.
Publikacja: Leon Kelly, Rafael Loureiro, Kayari Harris, Kennda Lynch, Anna Simpson, Daniel D. Richter, Microbial pre-conditioning of perchlorate-bearing Martian regolith simulant: Geochemical evolution toward a plant-compatible substrate — Tłumaczenie tytułu: „Mikrobiologiczne przygotowanie symulantu regolitu marsjańskiego zawierającego nadchlorany: przemiany geochemiczne w kierunku podłoża odpowiedniego dla roślin”.
Co łączy te badania?
Te trzy badania dotyczą różnych problemów, ale z perspektywy uprawy roślin łączy je jedna rzecz. Nasiono może mieć bardzo dobrą zdolność kiełkowania, ale o dalszym rozwoju rośliny zdecydują warunki wokół korzeni.
Potrzebna jest odpowiednia ilość wody, ale również powietrze. Podłoże musi utrzymywać wilgoć, ale nie może nadmiernie ograniczać dostępu tlenu. Składniki mineralne powinny być obecne w formie dostępnej dla roślin, a cały system musi działać możliwie przewidywalnie. To dobrze znamy również z ziemskich upraw. W laboratorium możemy ocenić zdolność kiełkowania materiału siewnego w kontrolowanych warunkach.
Po wysiewie pojawia się jednak cały zestaw kolejnych czynników: temperatura, wilgotność, struktura podłoża, dostęp tlenu czy sposób podlewania. W uprawie kosmicznej każdy z tych elementów będzie trzeba kontrolować jeszcze dokładniej. Dlatego przyszłe „kosmiczne ogrodnictwo” prawdopodobnie nie będzie polegało na zabraniu na Księżyc doniczki z ziemią. Trzeba będzie zaprojektować całe środowisko życia korzeni.
Co z tych badań może sprawdzić ogrodnik?
Nie trzeba lecieć na Księżyc, żeby zobaczyć, jak mocno sposób zatrzymywania wody wpływa na rozwój młodej rośliny. Ciekawy test można przeprowadzić z szybko kiełkującą rzodkiewką. Wysiej taką samą liczbę nasion do dwóch przezroczystych pojemników wypełnionych podłożami o różnej zdolności zatrzymywania wody. Po podlaniu taką samą porcją obserwuj nie tylko część nadziemną, ale również to, jak długo podłoże pozostaje wilgotne, gdzie gromadzi się woda i jak rozwijają się korzenie. Możesz codziennie robić zdjęcie obu pojemników i zapisywać:
kiedy pojawiły się pierwsze wschody,
jak szybko przesycha każde podłoże,
jak często trzeba je ponownie podlać,
czy korzenie rozwijają się równomiernie,
jak po kilku dniach różni się wygląd młodych roślin.
To oczywiście nie odtwarza warunków panujących na Księżycu czy Marsie. Pokazuje jednak dokładnie tę zależność, która pojawia się również w badaniach nad uprawą kosmiczną: ta sama roślina i ta sama ilość wody mogą dać zupełnie inny efekt w zależności od tego, co dzieje się wokół korzeni.
Rzodkiewka – ciekawy łącznik z TORAF Seed Mission
Badanie hydrożelu zwróciło naszą uwagę również dlatego, że wykorzystano w nim rzodkiewkę – Raphanus sativus. Nie była to odmiana TORAF, a sama publikacja nie ma związku z projektem TORAF Seed Mission. Rzodkiewka pojawia się jednak również w naszym projekcie. Rzodkiewka FLAMBOYANT 3 jest jednym z materiałów siewnych, które wykorzystujemy do obserwacji wpływu nietypowych warunków na nasiona i ich późniejsze kiełkowanie.
Z perspektywy firmy nasiennej szczególnie interesujący jest moment przejścia od samego nasiona do młodej rośliny. Ocena materiału siewnego nie kończy się bowiem na stwierdzeniu, czy nasiono wykiełkowało. Ważne jest również to, jak szybko pojawia się siewka, czy rozwija się prawidłowo i jak reaguje na warunki, które zapewnimy jej po wysiewie.
To właśnie dlatego badania nad podłożem i sposobem dostarczania wody są dla nas tak ciekawe. Dwa nasiona o podobnej jakości mogą po wysiewie rozwijać się zupełnie inaczej, jeśli trafią do różnych warunków wilgotności, napowietrzenia czy struktury podłoża. W przypadku przyszłych upraw kosmicznych znaczenie tych zależności będzie jeszcze większe, ponieważ każdy element środowiska korzeniowego trzeba będzie znacznie dokładniej kontrolować.
Dlaczego podlewanie roślin w kosmosie jest trudne?
Przy słabszej grawitacji woda zachowuje się inaczej niż w ziemskiej doniczce. Większe znaczenie mają zjawiska kapilarne, zwilżalność materiałów, struktura podłoża oraz konstrukcja pojemnika. Trzeba przy tym zapewnić korzeniom zarówno wodę, jak i odpowiednią ilość powietrza.
Czy hydrożel może być podłożem dla roślin?
Badanie z rzodkiewką pokazało, że hydrożel PAAM może umożliwiać rozwój roślin przy mniejszym zużyciu wody niż dobrze funkcjonujący arcillit. Było to jednak doświadczenie naziemne. Technologia wymaga dalszych badań w warunkach obniżonej grawitacji.
Czy surowy regolit marsjański byłby gotowym podłożem do uprawy?
Regolit nie jest odpowiednikiem gotowej ziemi ogrodniczej. Problemem mogą być m.in. nadchlorany, zasolenie, wysokie pH i niedobór części składników potrzebnych roślinom. Badania pokazują jednak, że biologiczne przygotowanie takiego materiału może być jednym z elementów przyszłych systemów uprawowych.
🇬🇧 English:
At TORAF, we follow research on growing plants under unusual conditions with great interest. We are particularly interested in what happens after seeds germinate – how roots and seedlings develop and how they respond to water availability and substrate properties. This is a natural extension of the topics we also observe in our daily work.
🇩🇪 German:
Bei TORAF verfolgen wir mit großem Interesse Forschungen zum Pflanzenanbau unter ungewöhnlichen Bedingungen. Besonders interessiert uns, was nach der Keimung geschieht – wie sich Wurzeln und Keimlinge entwickeln und wie sie auf Wasserverfügbarkeit und Substrateigenschaften reagieren. Diese Themen knüpfen unmittelbar an Beobachtungen aus unserer täglichen Arbeit an.
RU Русский
В TORAF мы с большим интересом следим за исследованиями выращивания растений в необычных условиях. Особенно нас интересует, что происходит после прорастания семян: как развиваются корни и проростки и как они реагируют на доступность воды и свойства субстрата. Эти вопросы естественным образом связаны с темами, которые мы также изучаем в нашей повседневной работе.
🇪🇸 Español:
En TORAF seguimos con gran interés las investigaciones sobre el cultivo de plantas en condiciones poco habituales. Nos interesa especialmente lo que ocurre después de la germinación: cómo se desarrollan las raíces y las plántulas y cómo responden a la disponibilidad de agua y a las propiedades del sustrato. Es una continuación natural de los temas que también observamos en nuestro trabajo diario.
🇨🇿 Czech:
V TORAF se s velkým zájmem věnujeme výzkumům pěstování rostlin v neobvyklých podmínkách. Zajímá nás především to, co se děje po vyklíčení semen – jak se vyvíjejí kořeny a semenáčky a jak reagují na dostupnost vody a vlastnosti substrátu. Tato témata přirozeně navazují na pozorování, kterým se věnujeme i při naší každodenní práci.
🇱🇹 Lithuanian:
TORAF su dideliu susidomėjimu stebime augalų auginimo neįprastomis sąlygomis tyrimus. Mus ypač domina tai, kas vyksta sėkloms sudygus – kaip vystosi šaknys ir daigai bei kaip jie reaguoja į vandens prieinamumą ir substrato savybes. Tai natūraliai papildo temas, kurias stebime ir kasdieniame savo darbe.
🇱🇻 Latvian:
TORAF ar lielu interesi sekojam pētījumiem par augu audzēšanu neparastos apstākļos. Mūs īpaši interesē tas, kas notiek pēc sēklu sadīgšanas – kā attīstās saknes un dīgsti un kā tie reaģē uz ūdens pieejamību un substrāta īpašībām. Šīs tēmas dabiski papildina novērojumus, ko veicam arī savā ikdienas darbā.
🇭🇺 Hungarian:
A TORAF-nál nagy érdeklődéssel követjük a növények szokatlan körülmények közötti termesztésével kapcsolatos kutatásokat. Különösen az érdekel bennünket, mi történik a magok csírázása után – hogyan fejlődnek a gyökerek és a csíranövények, illetve hogyan reagálnak a vízellátásra és a közeg tulajdonságaira.
