Я видел, как и наши растения четко реагируют на источник света. Стоило немного измениться направлению лучистого потока, как стебли и листья молодых проростков изгибались в сторону источника света. Для этого им требовалось буквально несколько часов.
И еще одна замечательная реакция растений. Как бы семена ни легли в землю, в какую бы сторону ни были направлены их зародыши, корни проростков всегда будут расти вниз, а стебли устремятся вверх. Это явление связано с действием на растения силы земного тяготения через ростовые вещества, которые в данном случае помогают растению ориентироваться в пространстве.
Ботаники насчитывают на Земле около 250 тысяч видов высших цветковых растений и около 40 тысяч видов низших растений – водорослей. Какие же из них следует брать в космос? Из высших растений человек, очевидно, предпочтет те, которые он использует в пищу. Их много – около 25 тысяч видов. В Советском Союзе возделывается примерно 450 видов.
Низшие растения также весьма разнообразны и сильно отличаются друг от друга особенностями обитания и размерами: от океанских бурых водорослей, имеющих длину около 60 метров, до микроскопических одноклеточных – таков диапазон их размеров. Кажется, выбрать из этого множества легко. Но так только кажется. Если учесть пищевую значимость растений, учесть особенности их культивирования и их требования к среде, принять также во внимание технологию приготовления из них пищи и количество отходов, то растений – претендентов на космические путешествия останется значительно меньше.
В нашей оранжерее растут скороспелые овощные растения. Это однолетние растения – листовая капуста, кресс-салат, огуречная трава, укроп. Эти растения содержат значительное количество витаминов A, Bi, Br, PP. В огуречной траве содержится меньше витаминов, чем в других растениях, но зато она обладает целебными свойствами, приятным запахом и вкусом свежих огурцов, что делает ее очень привлекательной для введения в рацион.
Так как в обычных условиях препараты витаминов плохо сохраняются, поэтому целесообразно их постоянно иметь в свежем виде. Вот мы и изучаем возможности оранжереи обеспечивать потребности экипажа в витаминах в специфических условиях гермообъекта.
Растения нашей оранжереи неприхотливы, устойчивы к заболеваниям и хорошо изучены в обычных условиях. «День» в нашей оранжерее продолжается четырнадцать земных суток. Затем наступает «ночь», которая длится столько же.
Такая продолжительность смены дня и ночи выбрана не случайно. Дело в том, что мы культивируем растения применительно к лунным суткам, а они имеют как раз такую продолжительность и цикличность. Растения за сравнительно короткий период вегетации должны обеспечить нас богатой витаминами зеленью. Чтобы они успели накопить биомассу, мы проводим посев ночью, так как прорастающие семена не нуждаются в свете. Когда же наше «солнце» вспыхивает, растения встречают его уже развернувшимися листочками. Посев семян и сбор урожая проводим в разные сроки периодически, «по конвейеру», чтобы к столу всегда была свежая зелень. Так появился у нас «зеленый конвейер», постоянно имеющий растения различных возрастов.
Термин «зеленый конвейер» возник впервые в животноводстве, когда на фермах стали выращивать быстрорастущие культуры для того, чтобы постоянно иметь свежий корм для скота. Позже, используя этот прием, животноводы смогли обеспечить животных витаминной подкормкой зимой за счет 7-10-дневных проростков злаковых культур.
В космическом корабле или планетной станции, по– видимому, придется прибегать именно к этому способу культивирования растений, так как обычный способ одновременных посевов и сбора урожая в оранжерее не обеспечит равномерности и непрерывности накопления кислорода растениями, удаления ими углекислоты, воспроизводства пищи и воды для экипажа. Вот почему мы проводим посев и собираем растения «по конвейеру».
На реальной космической плантации, так же как у нас, будут, видимо, различные растения. Это позволит разнообразить пищу и повысить ее ценность.
В молодых растениях нашей оранжереи, снимаемых на 4-8-е земные сутки, очень нежных и хороших на вкус, витаминов больше, чем в более зрелых и уже несколько огрубевших. Огуречная трава из всех растений самая урожайная. К концу вегетации мы получаем ее около четырех килограммов с одного квадратного метра посева. Капуста листовая, кресс-салат и укроп дают в этом же возрасте зелени вполовину меньше.
Наша оранжерея – это не только растения, но также большое и сложное инженерное сооружение. Системы кондиционирования воздуха, водообеспечения, освещения, контроля и управления обеспечивают растениям подходящий климат, доставляют им свет и воду, контролируют и управляют их ростом и развитием.
Собственно, оранжерейный отсек довольно большой – около двадцати квадратных метров, но почти все – его пространство занято специальными кюветами с растениями и лишь посередине имеется узкий проход. Посевная площадь нашего «космического» огорода – семь с половиной квадратных метров.
Выращиваем мы свои растения методом гидропоники. Этот термин в переводе с греческого означает «работа с водой»». Возникшая как водная культура растений, гидропоника вскоре стала также и субстратным методом культивирования растений.
Еще в 1876 году К. 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. Впервые было выращено растение от семени до семени на водном растворе химически чистых солей в 1895 году немецким ученым Кнопом. В следующем году К. Тимирязев на Нижегородской промышленной выставке продемонстрировал растения, полученные в стеклянных сосудах на водных питательных растворах. А в 1929 году профессор Калифорнийского университета Герике таким же способом вырастил и собрал урожай помидоров, который оказался в четыре раза большим, чем на почве. После этого ученые многих стран стали культивировать растения на водных растворах и почвозаменителях.
В Европе лучшие результаты были получены при культивировании растений на гравии и крупнозернистом песке.
В СССР опыты по выращиванию овощей на искусственной почве проводились в Ленинграде профессором В. Чесноковым, в Ереване – академиком Г. Давтяном, в Москве – профессором З. Журбицким. К числу преимуществ гидропоники относятся: значительно большая урожайность растений, чем в почве, и небольшой расход воды, так как влага, стекающая с корней, используется многократно. Качество и количество урожая в гидропонике, по свидетельству специалистов, выше, чем в открытом грунте. Объясняется это тем, что растения развиваются в оптимальных условиях, которые постоянно контролируются и приводятся в соответствие с их потребностями. В этом случае планировать урожай легче.
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 способностью. Появилась возможность запасать необходимые для растений соли на смолах и тем самым исключить весьма трудоемкую операцию приготовления питательных растворов и их последующую коррекцию.
Из такого субстрата, насыщенного солями, состоят наши «грядки». Внешне он похож на песок. На самом же деле – это смесь смол, которые снабжают растения элементами минерального питания, и поэтому нет нужды готовить для них питательный раствор, а достаточно лишь время от времени увлажнять субстрат водой. Он потом постепенно, по мере потребности растений, отдает запасенные воду и соли. Кроме того, он сорбирует корневые выделения растений и тем самым предохраняет посев от отравления собственными метаболитами, выделяющимися через корни.
Использование такого активного почвозаменителя значительно облегчает уход за плантацией. Он обеспечивает круговорот воды в оранжерее, что существенно упрощает схему жизнеобеспечения. Однако полного круговорота веществ при этом все-таки не получается, 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.