کشاورزی با محیط کنترل شده (همچنین به عنوان کشاورزی مقاوم در برابر آب و هوا و آب و هوا یا به طور معمول کشاورزی عمودی داخلی شناخته می شود)، تولید گیاهان در یک محیط داخلی است. در حالی که کشاورزی در محیط داخلی پدیده جدیدی نیست (قرن هاست از گلخانه ها استفاده می شود)، نوآوری اخیر کشاورزی هیدروپونیک با حذف تمام اجزای غیر ضروری کشاورزی سنتی، روند رشد را حتی بیشتر از بین می برد. با فکر کردن به فرآیند فتوسنتز که در کلاس زیست شناسی دوره راهنمایی آموخته شد، می توانیم عناصر اصلی رشد گیاه مانند انرژی، مواد مغذی، آب و CO2 را به یاد بیاوریم. کشاورزی محیطی کنترل شده (CEA) از این فرمول اساسی پیروی می کند و تمام نهاده های غیر ضروری را که برای سیستم کشاورزی فعلی ما ضروری هستند، مانند خاک و آفت کش ها، حذف می کند. در فرآیند CEA، عناصر مرسوم کشاورزی سنتی با عناصر مصنوعی جایگزین می‌شوند. به جای نور خورشید، گیاهان انرژی را از نور LED دریافت می کنند که به طور خاص برای نیازهای انرژی گیاهان طراحی شده است. به جای استفاده از خاک، بذرها را در محیط های رشد بدون خاک مانند پوسته نارگیل می کارند تا سطحی را برای نهال ها فراهم کنند تا ریشه های خود را به آن بچسبانند. این فرآیند بدون خاک خطر هجوم حشرات و علف های هرز را به محیط رشد به حداقل می رساند و فرآیند بسیار تمیزتر و ساده تر را تضمین می کند. این نهال ها گاهی اوقات در سینی های رشد قرار می گیرند که به جای بیرون، در یک سیستم قفسه بندی عمودی به سمت بالا چیده می شوند. ادغام عمودی گیاهان به کشاورزان این امکان را می دهد که استفاده از فضای کل منطقه رشد خود را بهینه کنند و این امکان را برای کشاورزان فراهم می کند که استفاده از زمین خود را تا 90-99٪ کاهش دهند و در عین حال بهره وری را نیز افزایش دهند. گیاهانی که در مزارع عمودی رشد می‌کنند یا به صورت هیدروپونیک با مواد مغذی ضروری تغذیه می‌شوند، که در آن آب تزریق شده با مواد مغذی به ریشه‌های گیاه که در محیط رشد نشسته‌اند، یا به روش ایروپونیک، که در آن ریشه‌های گیاه آزادانه آویزان شده و با آب تزریق شده با مواد مغذی غبارآلود می‌شوند، تغذیه می‌شوند. .
کشت هیدروپونیک
شت هیدروپونیک (Hydroponic) که به آن آب‌کشت یا کشت بدون خاک نیز می‌گویند، یک روش برای رشد گیاهان است که در آن از محلول غنی از مواد مغذی با پایه آب استفاده می‌شود، به این معنی که خاک در این سیستم نقشی ندارد. در عوض، ریشه گیاهان توسط موادی مانند پیت موس، گلوله‌های رسی، پرلیت، پشم سنگ و… محافظت می‌گردد. در این روش به جای استفاده از خاک برای رشد گیاهان، ریشه در تماس مستقیم با محلول غنی از مواد مغذی قرار می‌گیرد. همچنین گیاهان مقدار قابل توجهی اکسیژن در دسترس خواهند داشت که رشد گیاه را تسهیل می‌کند. مزیت اصلی استفاده از هیدروپونیک برای رشد گیاه این است که امکان رشد بسیار سریع‌تری را فراهم می‌نماید. همچنین با این روش امکان رشد هر گیاهی در طول سال و در هر مکان امکان‌پذیر بوده و محصولات سالم، پاک و ارگانیک به دست خواهند آمد.
مقایسه کشت هیدروپونیک با روش‌های آبیاری متداول
عمده مزیت کشت هیدروپونیک کاهش مصرف آب در تولید محصولات کشاورزی است. برای رشد 1 کیلوگرم گوجه‌فرنگی با استفاده از روش‌های آبیاری مرسوم و در محیط خاک، به 400 لیتر آب نیاز است؛ اما با استفاده از کشت هیدروپونیک، 70 لیتر و با استفاده از کشت آیروپونیک تنها 20 لیتر آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجایی که هیدروپونیک برای رشد محصول، آب بسیار کمتری مصرف می‌کند؛ این امکان را فراهم می‌کند تا در آینده افرادی که در محیط‌های سخت با دسترسی آب پایین هستند، بتوانند غذای خود را به خوبی تامین نمایند.
به طور کلی می‌توان گفت سیستم‌های هیدروپونیک حدود 90 درصد آب کمتری نسبت به روش‌های آبیاری مرسوم مصرف می‌کنند. تنها به این دلیل که هیچ آبی در اثر تبخیر از دست نمی‌رود و آب موجود در سیستم، بارها و بارها بازیافت می‌شود. این بدان معناست که گلخانه‌های هیدروپونیک را می‌توان در شدیدترین شرایط خشکسالی بدون هیچ‌گونه اختلالی اجرا کرد.
انواع کشت هیدروپونیک
شش نوع سیستم هیدروپونیک وجود دارد که می‌توان از آنها برای کشت محصولات استفاده نمود.
1. سیستم فیتیله‌ای کشت هیدروپونیک
سیستم فیتیله‌ای ساده‌ترین نوع از انواع روش‌های کشت هیدروپونیک است. این روش به ماشین‌آلات یا تجهیزات پیچیده مانند موتورها، پمپ‌ها و یا برنامه‌ریزی و مهندسی پیچیده نیاز ندارد. مکانیسم اساسی در سیستم فیتیله‌ای بر اساس عملکرد مویرگی است که یک پدیده طبیعی مربوط به حرکت آب در لوله‌های بسته است. گیاهان نیز با همین مکانیسم، غذا و آب را از خاک گرفته و از طریق ریشه و ساقه جذب می‌کنند. پدیده مویرگی به این دلیل اتفاق می‌افتد که قطرات آب ذاتا خاصیت چسبندگی دارند و زمانی که داخل یک لوله نازک یا مواد بسیار متخلخل قرار می‌گیرند، به دیواره‌ها می‌چسبند. در هیدروپونیک، یک سیستم فیتیله‌ای از این مکانیسم مویرگی برای کشیدن آب و مواد مغذی از یک مخزن به گیاهان استفاده می‌کند. این سیستم در رساندن مقادیر زیادی آب و مواد مغذی به سبزیجات و میوه‌هایی مانند گوجه‌فرنگی که به آب و مواد مغذی زیادی نیاز دارند کارآمد نیست. گیاهان سبک مانند کاهو می‌توانند در سیستم فیتیله‌ای رشد کنند، اما گیاهان بزرگتر احتمالا در این سیستم از کمبود مواد مغذی از بین خواهند رفت.
در سیستم فیتیله‌ای، استفاده از محیط رشدی که رطوبت را به خوبی جذب و نگهداری می‌کند ضروری است، زیرا گیاهان تمام آب و مواد مغذی خود را از آنجا دریافت می‌نمایند. محبوب‌ترین محیط‌های رشد برای سیستم‌های فیتیله‌ای؛ کوکوپیت (کوکوچیپس)، پرلایت و ورمیکولیت هستند، زیرا ساختار سبک وزن آنها آب را به خوبی جذب کرده و منطقه ریشه را مرطوب نگه می‌دارد و در عین حال اکسیژن زیادی به ریشه‌ها می‌رساند.
چه گیاهانی را می‌توان با کمک روش فیتیله‌ای پرورش داد؟
گیاهان کوچک و سبزیجات غیر میوه‌ای و برگ‌دار مانند کاهو، اسفناج، سبزی، فلفل و… تنها محصولاتی هستند که می‌توان از طریق سیستم فیتیله‌ای کشت نمود. زیرا در مقایسه با سایر سبزیجات میوه‌دار، فقط مقدار کمی از مواد مغذی را برای رشد خود مصرف می‌کنند. مواد مغذی تامین شده توسط فیتیله، برای گیاهان بزرگ کافی نخواهد بود.
نکات کاربردی کشت هیدروپونیک
- سطح آب در مخزن باید همیشه تا حد معینی باشد تا ماده غذایی برای رسیدن به ریشه گیاه نیازی به طی مسیر طولانی نداشته باشد.
- استفاده از پمپ هوا برای تامین هوادهی آب غنی از مواد مغذی به اکسیژن‌رسانی بیشتر آب کمک می‌کند. همچنین به حفظ گردش آب خوب و کاهش تشکیل جلبک کمک خواهد کرد.
- تعداد فتیله‌هایی که استفاده می‌کنید به طراحی سیستم شما، محیط رشدی که استفاده می‌کنید، تعداد بوته‌ها و انواع آن بستگی دارد. اگر گیاه به آب زیادی نیاز دارد، به جای یک فتیله می‌توانیم فتیله‌های بیشتری اضافه کنیم تا نیاز آبی را تامین کنیم.
مزایا و معایب سیستم فیتیله‌ای
مزایا روش فیتیله‌ای کشت هیدروپونیک
- ساده‌ترین شکل هیدروپونیک و دسترسی آسان برای مبتدیان
- راه‌اندازی ارزان و آسان
- کمترین نیاز به تعمیر و نگهداری
- نیاز به پایین‌ترین میزان ورودی انرژی
- استفاده بهینه از فضای کشت
معایب روش فیتیله‌ای کشت هیدروپونیک
- برای گیاهان و سبزیجات بزرگ مناسب نیست
- در رساندن مواد مغذی ناکارآمد است
- مستعد تجمع مواد مغذی سمی در محیط‌های رشد است
2. سیستم کشت آب کشت هیدروپونیک
سیستم کشت‌آب یکی دیگر از انواع بسیار ساده سیستم هیدروپونیک است که ریشه‌های گیاه را مستقیما در محلول غذایی قرار می‌دهد. اکسیژنی که گیاهان برای زنده ماندن به آن نیاز دارند توسط یک دیفیوزر یا سنگ هوا به داخل آب فرستاده می‌شود. بهترین جنبه سیستم کشت‌آبی این است که ریشه گیاه مستقیما در محلول غذایی قرار می‌گیرد، به این معنی که مواد مغذی می‌توانند به راحتی توسط گیاهان جذب شوند. به دلیل دسترسی مستقیم به مواد مغذی و اکسیژن، گیاهانی که در روش کشت‌آبی، کشت می‌شوند؛ بسیار سریع رشد خواهند کرد. بهترین جنبه‌های سیستم کشت‌آبی این است که ساخت آن بسیار آسان بوده و با هر نوع گیاهی سازگار است. حتی گیاهان بزرگ نیز با این روش به سرعت رشد خواهند کرد.
چه گیاهانی را می‌توان با استفاده از روش کشت‌آب پرورش داد؟ کشت هیدروپونیک؟
این محیط برای بسیاری از گیاهان عملکرد مطلوبی دارد. با این حال می‌توان گیاهانی مانند گوجه‌فرنگی، فلفل و حتی میوه‌های بزرگتر مانند کدو حلوایی و… را نیز به این روش کشت نمود.
مزایا و معایب سیستم کشت‌آب
مزایا روش کشت‌آب کشت هیدروپونیک
- نصب، تعمیر و نگهداری آسان
- زمان رشد بسیار سریع‌تر از کشت در بستر خاک (برداشت 30 روزه کاهو به این روش در مقایسه با برداشت 60 روزه آن در خاک)
- مزایا روش کشت‌آب کشت هیدروپونیک
معایب روش کشت‌آب کشت هیدروپونیک
- در سیستم‌های کوچک؛ PH، سطح آب و غلظت مواد مغذی ممکن است به شدت در نوسان باشد.
- در صورت قطعی برق سیستم آسیب‌پذیر خواهد بود.
- معایب روش کشت‌آب کشت هیدروپونیک
3. سیستم جزر و مد کشت هیدروپونیک
سیستم جذر و مد با پر کردن موقت سینی رشد با محلول غذایی و سپس تخلیه مجدد محلول به مخزن عمل می‌کند. این ساختار معمولا با یک پمپ غوطه‌ور که به یک تایمر متصل است انجام می‌شود. هنگامی که تایمر فعال می‌شود، پمپ روشن شده، محلول غذایی به سینی رشد پمپ می‌شود. هنگامی که تایمر پمپ را خاموش می‌کند، محلول غذایی دوباره به مخزن جریان می یابد. تایمر بسته به اندازه و نوع گیاهان، دما و رطوبت و نوع محیط رشد مورد استفاده قرار است چندین بار در روز روشن شود. سیستم جزر و مد در رشد تقریبا همه انواع گیاهان موثر است که شامل سبزیجات ریشه‌ای خاص مانند هویج و تربچه نیز می‌باشد.
روش ساده‌تری نیز برای این سیستم وجود دارد که بدون استفاده از پمپ و با استفاده از گرانش زمین، بازگشت آب به مخزن صورت گرفته تا مورد استفاده مجدد قرار گیرد.
چه گیاهانی را می‌توان با استفاده از روش هیدروپونیک جزر و مد پرورش داد؟ کشت هیدروپونیک
سیستم جزر و مد هیدروپونیک معمولا برای تکثیر و رشد میوه‌ها، سبزیجات و گیاهان خانگی استفاده می‌شود. توت‌فرنگی، گوجه فرنگی، خیار، فلفل، کاهو، اسفناج، تربچه، لوبیا، ریحان، پونه کوهی، نعناع و… محصولاتی هستند که از طریق این روش کشت می‌شوند.
مزایا و معایب سیستم جزر و مد
مزایا کشت روش هیدروپونیک جزر و مد
- استفاده بهینه از آب و انرژی
- قابلیت تنظیم و انعطاف‌پذیری بالا
- هزینه راه‌اندازی نسبتا پایین
- رسیدن کامل و به‌اندازه مواد مغذی به گیاه
- کاربرد و استفاده آسان
- مزایا کشت روش هیدروپونیک جزر و مد
معایب کشت روش هیدروپونیک جزر و مد
- آسیب‌پذیری در برابر قطعی برق و از کار افتادن پمپ و تایمر
- استفاده از محیط رشد بزرگ
- معایب کشت روش هیدروپونیک جزر و مد
4. سیستم قطره‌ای هیدروپونیک
سیستم قطره‌ای هیدروپونیک، یک سیستم هیدروپونیک فعال است که از پمپ برای تغذیه منظم گیاهان با مواد مغذی و آب استفاده می‌کند. به این روش میکروآبیاری نیز می‌گویند. این سیستم از قطره‌چکان‌های کوچک استفاده می‌کند تا محلول غذایی را مستقیما روی گیاه تزریق نماید. در این سیستم آب مخزن توسط لوله به گیاهان متصل می‌شود. هر گیاه به صورت مجزا، حداقل یک قطره‌چکان اختصاصی با قابلیت کنترل جریان آب دارد.
چه گیاهانی را می‌توان با استفاده از روش قطره‌ای هیدروپونیک پرورش داد؟
از بین تمام سیستم‌های هیدروپونیک، سیستم قطره‌ای یکی از انعطاف‌پذیرترین سیستم‌ها است. سیستم قطره‌ای هیدروپونیک علاوه بر سازگاری با درختان بزرگ، برای کشت گیاهان مدیترانه‌ای یا گرمسیری و نیمه‌گرمسیری که تمایل به خشکی سطح کشت دارند نیز مناسب است. به عنوان مثال، اسطوخودوس که در قسمت ساقه، برگ و گل خود رطوبت را تحمل نمی‌کند و رطوبت بیش از حد اطراف ریشه را دوست ندارد، در این سیستم، قابل کشت است. پس می‌توان نتیجه گرفت که سیستم قطره‌ای هیدروپونیک این امکان را فراهم می‌نماید که مواد مغذی با هوای فراوان و رطوبت محدود فراهم گردد. اما به طور خاص، همه درختان کوچک میوه مانند هلو، سیب و…، گوجه فرنگی، کاهو، توت فرنگی، پیاز، سیر، فلفل، بادمجان، کدو سبز، خربزه، هندوانه، نخود، لوبیا سبز و … را می‌توان از طریق این روش کشت نمود.
مزایا و معایب سیستم قطره‌ای هیدروپونیک
مزایا کشت هیدروپونیک با استفاده از روش قطره‌ای
- ساخت و استفاده آسان و مقرون به صرفه در تمام فصول
- کنترل بیشتر بر تامین آب و مواد مغذی
- انعطاف‌پذیری بسیار بالای سیستم
- دقت بالا و عملکرد مناسب
- مزایا کشت هیدروپونیک با استفاده از روش قطره‌ای
معایب کشت هیدروپونیک با استفاده از روش قطره‌ای
- گرفتگی قطره‌چکان‌ها به دلیل تجمع مواد معدنی
- پیچیدگی بالا برای کشت‌های کوچک
- تعمیر و نگهداری هزینه‌بر درصورت استفاده از سیستم بازیافت آب
- احتمال هدررفت اّب در صورت عدم استفاده از سیستم بازیافت آب
- معایب کشت هیدروپونیک با استفاده از روش قطره‌ای
5. سیستم جریان مواد مغذی (NFT) کشت هیدروپونیک
تکنیک جریان مواد مغذی (NFT) یکی از سیستم‌های کشت هیدروپونیک است که از کانال‌های مسطح با جریان محلول مواد غذایی (به شکل یک لایه نازک در انتهای کانال) برای رشد گیاهان استفاده می‌کند. در این سیستم ریشه گیاهان به پایین کانال معلق است و در آنجا با لایه کم عمق محلول غذایی تماس پیدا می‌کند و مواد مغذی را از آنها جذب می‌نماید. لایه نازک محلول غذایی به گیاهان اجازه می‌دهد تا آبیاری شوند اما به طور کامل خیس نشوند. این نازکی همچنین باعث می‌شود که قسمت بالایی ریشه‌ها خشک بماند و به اکسیژن هوا دسترسی داشته باشد.
از آنجایی که سیستم تکنیک جریان مواد مغذی همانند روش جزر و مد، از پمپ آب برای رساندن مواد مغذی به گیاهان استفاده می‌کند بسیار به این روش شبیه است. اما NFT برخلاف مکانیسم جزر و مد یک سیستم دائما در جریان است. در سینی رشد، گلدان های توری وجود دارد که حاوی بستر رشد (پرلیت، گلوله‌های رسی، پشم سنگ و…) است و برای نگهداری گیاهان و ذخیره مواد مغذی از آن استفاده می‌شود. اما در واقعیت، اکثر تولیدکنندگان از محیط کشت در سیستم NFT استفاده نمی‌کنند، زیرا ریشه‌ها رطوبت، مواد مغذی و اکسیژن کافی از سیستم دارند.
چه گیاهانی را می‌توان با استفاده از روش سیستم جریان مواد مغذی پرورش داد؟ کشت هیدروپونیک
تکنیک جریان مواد مغذی اغلب برای رشد گیاهان کوچکی که سرعت رشد بالا دارند (مانند کاهو) استفاده می‌شود. به غیر از کاهو، پرورش‌دهندگان از این سیستم برای پرورش سبزیجات و توت فرنگی نیز استفاده می‌کنند. علاوه بر این محصولات؛ کلم بروکلی، گل کلم و برخی گیاهان دارویی نیز از این روش کشت می‌شوند.
مزایا و معایب سیستم جریان مواد مغذی
مزایا سیستم جریان مواد مغذی کشت هیدروپونیک
- مصرف بهینه آب و مواد مغذی
- نیاز به بستر کمتر برای رشد گیاه در مقایسه با سایر روش‌های هیدروپونیک
- بالاترین بازده در محیط‌های کوچک به دلیل کشت عمودی محصولات
- جلوگیری از تشکیل نمک
- سازگاری با فضاها و نیازهای گیاهی مختلف
- کاهش خطر ابتلا به بیماری‌های قارچی به دلیل وجود جریان ثابت آب
- هزینه راه‌اندازی و نگهداری پایین
- ضدعفونی کردن آسان ریشه‌ها
- مزایا سیستم جریان مواد مغذی کشت هیدروپونیک
معایب سیستم جریان مواد مغذیکشت هیدروپونیک
- فضای محدود برای توده ریشه.
- آسیب دیدن محصول به دلیل قطعی برق و خرابی پمپ در آب و هوای گرم
- عدم توانایی در کشت موثر گیاهان با ریشه‌های بزرگ مانند هویج
- معایب سیستم جریان مواد مغذیکشت هیدروپونیک
بسترسیستم جریان مواد مغذی کشت هیدروپونیک
بهترین محیط رشد برای یک سیستم هیدروپونیک، به نوع سیستمی که انتخاب می‌کنید بستگی دارد. از بین بسترهای موجود، رایج‌ترین آنها عبارتند از: پشم سنگ، خاک اره، مواد آلی فیبری مانند کوکوپیت، فیبر نارگیل، پیت‌موس و پوست برنج، دانه‌ها و سنگ‌ریزه‌ها شامل پرلیت، ورمیکولیت و شن.
تجهیزات ساخت انواع سیستم هیدروپونیک
- مخزن محلول مواد مغذی: یکی از اجزای اساسی هر سیستم هیدروپونیک مخزن است. این مخزن در بردارنده آب و مواد مغذی مورد نیاز گیاهان است.
- پمپ شناور: پمپ آب جهت پمپاژ آب به داخل سینی رشد (محیط رشد) حیاتی است. پمپ به مثابه قلب سیستم است و دبی آن باید به گونه‌‌ای باشد تا در مدت زمان کوتاهی آب و محلول مغذی کافی برای محیط رشد را فراهم نماید.
- تایمر: یک تایمر که وظیفه کنترل مدت زمان فرآیند آبیاری را برعهده دارد.
- محیط (ظرف یا سینی) رشد: محیط رشد می‌تواند شامل یک سینی بزرگ و یا چندین ظرف یا گلدان کوچک و مشبک در یک سیستم باشد و محیطی است که به اصطلاح گیاه در آن کاشته شده و رشد می‌نماید.
- لوله و اتصالات: وظیفه لوله، اتصال مخزن به هرکدام از سیستم‌های هیدروپونیک برای انتقال آب و مواد مغذی به داخل و خارج از سیستم است.
- بستر کشت (رشد): محیط رشد جایگزین خاک در سیستم‌های هیدروپونیک است. این محیط‌ها برای رساندن هرچه بهتر آب و مواد مغذی به سیستم را برعهده دارند. برخی از بسترهای کشت (رشد) پیشنهادی پرکاربرد عبارتند از: شن، پرلیت، پشم سنگ.
مواد مغذی در بستر کشت هیدروپونیک
مواد مغذی ضروری را می‌توان به طور کلی به درشت‌مغذی‌ها و ریز‌مغذی‌ها طبقه‌بندی کرد. درشت‌مغذی‌ها و ریز‌مغذی‌ها هر دو برای رشد و نمو گیاه ضروری هستند. درشت‌مغذی‌ها عبارتند از کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، پتاسیم، گوگرد، کلسیم و منیزیم. ریز‌مغذی‌ها نیز عبارتند از آهن، منگنز، روی، بور، مولیبدن، کلر، مس و نیکل. تفاوت بین عناصر درشت و ریز‌مغذی در مقدار مورد نیاز گیاهان است. درشت‌مغذی‌ها به مقادیر بیشتری نسبت به ریز‌مغذی‌ها مورد نیاز هستند. ساده‌ترین نوع مواد مغذی General Hydroponics Flora است که یک ماده مغذی هیدروپونیک سه بخشی است و بر اساس مرحله رشد گیاه در مقادیر مختلف مخلوط می‌شود.
در نهایت باید در نظر داشت که امروزه بحران کم‌آبی، بزرگ‌ترین تهدید برای حیات آینده انسان‌‌ها و موجودات جهان است. طبق تحقیقات، بیش از یک میلیارد نفر در جهان هرگز به آب سالم دسترسی ندارند. بحران آب به تدریج، تامین غذای ساکنین زمین را با مشکلات فراوانی مواجه خواهد کرد و در آینده‌ای نه‌چندان دور، ضرورت تامین غذای بشر با مصرف کمترین میزان آب، بسیار حیاتی به نظر خواهد رسید. امروزه روش‌های جدید کشاورزی، تا حدودی نگرانی تامین آب مورد نیاز برای کشت محصولات غذایی را کم کرده است. یکی از این روش‌ها، کشت محصولات کشاورزی از طریق روش هیدروپونیک است. هیدروپونیک در سراسر جهان در حال گسترش است و چنین سیستم‌هایی، فرصت‌های جدید زیادی را برای تولیدکنندگان ارائه می‌دهد تا محصولاتی با مصرف آب بسیار کم با کیفیتی بالا تولید نمایند.
...
