معرفی کشت هیدروپونیک: به عنوان آینده کشاورزی برای مدیریت بحران آب

کشاورزی هیدروپونیک، از روش های نوین کشت گیاه و نسل بعدی کشاورزی در جهان می باشد. در این متد، گیاهان بدون نیاز به خاک رشد می کنند. در روش هیدروپونیک، آب و مواد غذایی لازم به روش محلول در اختیار گیاهان قرار می گیرند؛ در نتیجه نیازی به خاک نیست. برای آشنایی بیشتر با انواع سیستم ها در کشاورزی هیدروپونیک و مزایا و معایب آن ها، در ادامه مطلب همراه ما باشید.

کشاورزی هیدروپونیک (Hydroponics) چیست؟

هیدروپونیک، نسل بعدی کشاورزی در جهان است. این روش کشاورزی که به آن «آب کشت» هم می گویند، کشت های خانگی تا کشت هایی در مقیاس بزرگ را شامل می شود. گیاهان زیادی به روش هیدروپونیک قابل پرورش هستند. از جمله می توان به سبزیجات برگ دار (شامل سبزی خوردن، کاهو، کلم ها و…)، گوجه فرنگی، خیار، هندوانه، انواع فلفل، زعفران، توت فرنگی و… اشاره کرد. به طور کلی گیاهانی که بوته ای هستند در کشاورزی هیدروپونیک قابل کشتند. اما گیاهانی مثل ذرت، یا گیاهانی که ریشه عمیقی دارند، مناسب این روش نمی باشند.

اما بیایید سازوکار کشت هیدروپونیک را بررسی کنیم. گیاهان برای رشد به سه عنصر (آب، موادغذایی و نور خورشید) نیاز دارند. در کشاورزی سنتی، آب و مواد مغذی از طریق خاک در دسترس گیاه قرار می گیرند. اما در کشت هیدروپونیک، ریشه گیاهان به جای اینکه در خاک قرار بگیرد درون یک محلول مایع است و به طور مستقیم با اکسیژن، آب و مواد مغذی تماس دارد.

کشاورزی هیدروپونیک اغلب در گلخانه و محیط های بسته انجام می شود. بنابراین نور در این محیط ها به روش کنترل شده تامین می شود. از آنجایی که گیاهان مختلف برای رشد به نور و دمای متفاوتی نیاز دارند، کشت گلخانه ای کمک می کند تا همه فاکتورها در شرایط ایده ال گیاه تنظیم شوند.
کشاورزی هیدروپونیک برای مناطق کم آب بسیار مناسب است. این روش، مصرف آب را تا 90 درصد نسبت به کشاورزی سنتی کاهش می دهد. همچنین از آنجایی که کشت در محیطی کنترل شده تر صورت می گیرد، شاهد افزایش بهره وری کشاورزی هستیم.

عناصر اساسی سیستم های کشاورزی هیدروپونیک عبارتند از:

• آب با pH متعادل
• اکسیژن
• موادی مانند ورمیکولیت، پرلیت، جلبک، الیاف نارگیل و پشم سنگ برای پشتیبانی ریشه
• مواد غذایی (شامل انواع ریزمغذی ها و درشت مغذی ها)
• نور و روشنایی
• بستر کشت

برای ساخت بستر کشت، معمولا از مواد کدر استفاده می شود تا از رشد خزه در محیط ریشه جلوگیری شود. برای ایجاد بستر کشت از موادی مثل لوله PVC یا کیسه های سیاه رنگ استفاده می شود.

مزایای کشت هیدروپونیک در برابر کشاورزی سنتی

• کشاورزی هیدروپونیک مصرف آب و کودهای کشاورزی را به حداقل می رساند. امروزه بخش زیادی از زمین های کشاورزی به دلیل معضل بی آبی، توانایی کشت ندارند. کشاورزی هیدروپونیک با مصرف حداقلی آب، امکان کشت را در مناطق مختلف جهان فراهم می کند.
• آب مورد استفاده در کشاورزی هیدروپونیک را می توانیم فیلتر کنیم، مواد غذایی جدیدی به آن اضافه کنیم و دوباره همان آب را به مصرف گیاه برسانیم. به این ترتیب هدررفت آب به حداقل می رسد.
• این روش کشت نیاز به فضای کمی دارد. به همین دلیل امکان کنترل دقیق تر شرایط محیطی وجود خواهد داشت.
• منبع بسیاری از بیماری ها، خاک می باشد. در روش هیدروپونیک خاک وجود ندارد به همین دلیل بسیاری از بیماری ها رخ نمی دهند.
• در روش هیدروپونیک، ضدعفونی کردن محیط رشد بسیار ساده و کم هزینه است.
• برای کشت به فرایندهایی مثل آماده سازی زمین کشاورزی، شخم زدن و… نیازی نیست. به این ترتیب نیاز به نیروی کار تا حد زیادی کاهش پیدا می کند.
• نور، رطوبت، دما و به طور کلی شرایط محیطی را به خوبی می توان کنترل کرد تا شرایط با توجه به نیاز گیاه بهینه باشد.
• کنترل PH خاک در کشت هیدروپونیک ساده تر از کشت خاکی و سنتی است.
• میزان تولید در روش هیدروپونیک حدودا 5 برابر روش کشت سنتی است.
• با این روش، می توان در هر منطقه ای (حتی مناطق کویری)، انواع محصولات کشاورزی را کشت کرد.

معایب کشت هیدروپونیک

با وجود این مزایای متنوع، روش هیدروپونیک با معایبی هم همراه است:

• هزینه اولیه راه اندازی گلخانه هیدروپونیک بالا است و نیاز به تجهیزات پیشرفته داریم.
• کشت هیدروپونیک نیاز به کنترل دقیق دارد و برای آن، نیاز به نیروی متخصص خواهید داشت.
• به طور مداوم باید املاح آب کنترل شوند و در صورت نیاز تغییر پیدا کنند.
• از آنجایی که کشاورزی در محیط طبیعی صورت نمی گیرد، ممکن است طعم و مزه برخی محصولات، عینا مشابه کشت سنتی نباشد.

انواع سیستم های کشت در کشاورزی هیدروپونیک

سیستم های قابل اجرای هیدروپونیک 6 نوعند. در ادامه تمام آن ها را معرفی می کنیم.

1- سیستم فیتیله ای

سیستم فیتیله ای، ساده ترین سیستم کشاورزی هیدروپونیک است. در این روش، محلول آبی در لوله و در محیط بسته حرکت می کند. گیاهان آب و غذا را از محلول آبی دریافت کرده و جذب می کنند. این روش به تجهیزات پیچیده نیازی ندارد و اجزایی مثل موتورها و پمپ ها که هزینه بالایی دارند در سیستم فیتیله ای حذف شده اند.
مکانیسم اساسی در سیستم فیتیله ای بر اساس عملکرد مویرگی است که یک پدیده طبیعی مربوط به حرکت آب در لوله های بسته است. گیاهان نیز با همین مکانیسم، غذا و آب را از خاک گرفته و از طریق ریشه و ساقه جذب می کنند. این سیستم برای گیاهانی مناسب است که نیاز زیادی به آب و مواد مغذی ندارند. در سیستم فیتیله ای باید محیط رشدی انتخاب شود که رطوبت را به خوبی جذب و نگهداری کند. محبوب ترین محیط های رشد برای سیستم های فیتیله ای شامل کوکوپیت، پرلایت و ورمیکولیت هستند.

گیاهان کوچک و سبزیجات غیر میوه ای و برگ دار مانند کاهو، اسفناج، سبزی و فلفل را می توان از طریق سیستم فیتیله ای کشت کرد. اما برای گیاهان بزرگ، گیاهان میوه دار، یا گیاهانی که به مقدار زیادی آب و مواد غذایی نیاز دارند، سیستم فیتیله ای مناسب نیست.

2- سیستم کشت آب

سیستم کشت آب هم از سیستم های ساده هیدروپونیک است. در این روش ریشه گیاه مستقیما در محلول غذایی قرار دارد. به این ترتیب مواد مغذی به راحتی توسط گیاهان جذب می شوند. همچنین اکسیژن مورد نیاز، از طریق یک دیفیوزر یا سنگ هوا به داخل آب فرستاده می شود. ساخت این سیستم ساده است و نیاز به تجهیزات بسیار پیچیده ندارد. این سیستم با انواع گیاهان سازگار است. حتی گیاهان بزرگ هم در سیستم کشت آب قابل پرورش هستند.

مهم ترین مزیت سیستم کشت آب، رشد سریع محصول است. برای مثال اگر گیاهی در خاک، مراحل رشد را در 60 روز سپری می کند، این مدت زمان در سیستم کشت آب 30 روز یا کمتر است. اما سیستم کشت آب محدودیت هایی هم دارد. در این سیستم باید دائما بر کیفیت آب نظارت شود. زیرا احتمال عدم تعادل pH بالاست. خطر آلوده شدن آب و سختی ایجاد تعادل مواد غذایی، از دیگر چالش های این روش هستند. همچنین سیستم کشت آب به شدت به برق وابسته است و در صورت قطعی برق، سیستم آسیب پذیر خواهد بود.

3- سیستم جزر و مد

سیستم جزر و مد جزو سیستم های پیچیده تر است. در این روش، یک سینی رشد وجود دارد که به طور موقت با محلول غذایی پر شده و سپس به مخزن تخلیه می شود. این ساختار به یک زمان سنج متصل است تا فرایند به صورت زمانبندی شده تکرار شود. در سیستم جزر و مد بارها از آب استفاده می شود و کاهش مصرف آب را شاهد هستیم. از آنجایی که آب همیشه در دسترس ریشه نیست، تهویه در ریشه بهتر اتفاق می افتد. اما از آنجایی که فرایند جزر و مد آب به وسیله دستگاه اتفاق می افتد، قطعی برق می تواند به سیستم آسیب بزند. پیاده سازی سیستم جزر و مد، نسبت به سیستم های قبلی، نیاز به محیط بزرگ تری دارد.

4- سیستم قطره ای در کشت هیدروپونیک

در سیستم قطره ای، از پمپ به منظور تغذیه منظم گیاهان استفاده می شود. به سیستم قطره ای سیستم میکروآبیاری نیز می گویند. این سیستم از قطره چکان های کوچک استفاده می کند تا محلول غذایی را مستقیم به گیاه اعمال کند. هر گیاه به صورت مجزا، حداقل یک قطره چکان اختصاصی دارد که می توان جریان آب آن را کنترل کرد. در سیستم قطره ای می توان انواع گیاهان (حتی گیاهان مدیترانه ای) را پرورش داد. سیستم قطره ای هیدروپونیک، کمترین هدررفت آب و مواد غذایی را دارد. اما یکی از معضلات این سیستم، گرفتگی قطره چکان ها به دلیل رسوب مواد معدنی است. به این ترتیب باید به طور دوره ای، بر سیستم آبیاری نظارت شود.

5- سیستم جریان مواد مغذی (NFT)

در این روش کانال های مسطحی وجود دارد که محلول غذایی، به صورت یک لایه نازک از مواد مغذی، بر روی این کانال ها جریان پیدا می کند. ریشه گیاهان در تماس با این کانال مسطح است و مواد غذایی را دریافت می کند. سیستم NFT برای کشت گیاهان کوچک از جمله سبزیجات و توت فرنگی مناسب است. با وجود مزایایی همچون استفاده بهینه از آب و مواد مغذی، کاهش بیماری های قارچی و هزینه راه اندازی و نگهداری پایین، این سیستم محدودیت هایی هم دارد. در سیستم جریان مواد مغذی، نیاز به نظارت مداوم بر میزان غلظت مواد مغذی و pH داریم. این سیستم برای گیاهانی با ریشه بزرگ مناسب نیست. در صورت خرابی تجهیزاتی مثل پمپ و قطع شدن برق، سیستم دچار اختلال شدید می شود.

6- سیستم ایروپونیک

در این سیستم، ریشه در آب نیست و در بخشی بالاتر از سطح آب قرار دارد. پمپ هایی در این سیستم تعبیه شده اند که آب را به صورت مه پاش، بر روی گیاهان اسپری می کنند. برخی سیستم ایروپونیک را یک سیستم مجزا از کشت هیدروپونیک می دانند اما عده ای، این روش کشت را زیرمجموعه هیدروپونیک ها معرفی می کنند. در سیستم ایرپونیک مه پاش ها باید طوری تنظیم شده باشند که آب را به خوبی به همه تمام بخش ها برسانند.

تجهیزات لازم برای احداث گلخانه هیدروپونیک

برای راه اندازی گلخانه کشت هیدروپونیک، باید مشخص شود که از کدام سیستم کشت استفاده می گردد. هر کدام از سیستم های کشت، تجهیزات خاصی دارند. اما به طور کلی مهم ترین تجهیزات مورد استفاده در سیستم هیدروپونیک عبارتند از:

• بسترهای رشد (از جمله شن، پرلیت، پشم سنگ و…)
• پمپ ها (از جمله پمپ آب و پمپ هوا)
• لوله ها و اتصالات از جنس PVC یا وینیل
• کنترل کننده های pH و EC
• مخزن محلول مواد مغذی
• تجهیزات سرمایی و گرمایشی و سیستم تهویه
• تجهیزات روشنایی
• تایمر و کنترلرها برای اتوماسیون فرآیندها

کشت هیدروپونیک بیش از 7 دهه است که به وجود آمده است. اما استفاده از آن در سال های اخیر گسترش یافته است. کشورهای پیشرفته مهم ترین مصرف کنندگان سیستم های هیدروپونیک هستند. اما پیش بینی می شود که در سال های آتی، تولیدات به روش کشت هیدروپونیک (مخصوصا در نواحی که دچار خشکسالی شده اند) گسترش پیدا کند. در ایران هم استفاده از این روش کشاورزی رو به رونق است و به مرور زمان بیشتر می شود.