سیستم های کشت هیدروپونیک مبتنی بر بستر و محلول های غذایی

مقدمه

کشت محصولات گلخانه‌ای به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: کشت در خاک و کشت در سیستم های هیدروپونیک. کشت خاکی یکی از روش‌های معمول در این زمینه است که ریشه گیاه در خاک قرار می‌گیرد. در این روش، مدیریت تغذیه گیاه نسبتا ساده تر می باشد، اما مقداری از مواد غذایی گیاه از دسترس آن خارج می‌شود و همچنین خطر بیماری‌های خاکی وجود دارد. رشد گیاه در این روش به طور کامل وابسته به شرایط آب و خاک است، به این معنا که ویژگی‌هایی نظیر ساختار، بافت، pH، ظرفیت تبادل کاتیونی و وجود عناصر غذایی مختلف در خاک بر رشد گیاه تاثیر می‌گذارند. کشت هیدروپونیک یا بدون خاک به دو روش اصلی انجام می‌شود: 1- کشت مبتنی بر محلول های غذایی، که در آن ریشه گیاه در محلول غذایی ثابت، در حال حرکت، یا به‌صورت معلق در یک محلول قرار دارد 2- کشت مبتنی بر بستر، جایی که گیاهان در بستری معدنی مانند شن، پرلیت، یا پشم سنگ و همچنین در بستری آلی مانند خزه اسفاگنوم، کوکوپیت یا پیت‌ماس پرورش می‌یابند.

مزایای کشت بدون خاک (هیدروپونیک)

این روش به گیاهان این امکان را می‌دهد که در مناطقی که خاک مناسب وجود ندارد یا خاک آلوده به بیماری است، رشد کنند. همچنین نیاز به نیروی کار برای انجام عملیات سنتی مانند خاک‌ورزی، کشت، آبیاری و سایر فعالیت‌ها تا حد زیادی کاهش می‌یابد. این کاهش هزینه‌ها و منابع انسانی موجب افزایش کارایی سیستم می‌شود، به‌ویژه در مناطق با زمین‌های گران‌قیمت یا جمعیت زیاد که از نظر اقتصادی این روش مقرون به‌صرفه و پایدار است.

• در تمامی سیستم‌های هیدروپونیک، حفظ منابع آب و مواد غذایی به عنوان ویژگی کلیدی شناخته می‌شود، که این امر نه تنها به بهینه‌سازی مصرف منابع کمک می‌کند، بلکه می‌تواند در کاهش آلودگی منابع آب و خاک مؤثر باشد.
• در سیستم‌های هیدروپونیک بسته، کنترل و از بین بردن بیماری‌های خاک‌زی به طور چشمگیری تسهیل می‌شود، چرا که عدم حضور خاک به عنوان محیط میزبان این بیماری‌ها، پتانسیل شیوع آنها را به حداقل می‌رساند.
• یکی از مزایای اصلی این سیستم‌ها، توانایی کنترل دقیق و مداوم تمامی متغیرهای محیطی است. این امر شامل تنظیم شرایط محیط ریشه، میزان تغذیه و آبیاری به طور جداگانه می‌شود.
• سیستم‌های هیدروپونیک این قابلیت را دارند که امکان تولید محصولات کشاورزی متنوع و با کیفیت بالا را در طول سال فراهم سازند، به‌ویژه در مناطق با شرایط محیطی متغیر یا نامناسب.
• این سیستم‌ها با فراهم آوردن شرایط کنترل‌شده و بهینه، به طور مؤثری رشد علف‌های هرز را محدود کرده و از گسترش آنها جلوگیری می‌کنند.
• سیستم های هیدروپونیک امکان فراهم‌آوری مواد مغذی به صورت یکنواخت و دقیق را فراهم می‌آورد، به‌طوری که مقادیر pH و EC محلول غذایی به‌طور مستمر بر اساس نیاز خاص هر گیاه و شرایط محیطی تنظیم می‌شود. این کنترل دقیق موجب افزایش بهره‌وری و کیفیت محصول می‌گردد.

معایب کشت بدون خاک (هیدروپونیک)

• هزینه‌های اولیه راه‌اندازی سیستم‌های هیدروپونیک به‌طور قابل توجهی بالا است، چرا که این روش نیازمند تجهیزات پیشرفته و مواد خاصی برای ایجاد و نگهداری محیط کشت است که ممکن است برای برخی از کشاورزان هزینه‌بر باشد.
• پرورش گیاه در سیستم‌های هیدروپونیک نیاز به تخصص و آموزش دارد. افراد فعال در این زمینه باید با اصول رشد گیاه و نیازهای تغذیه‌ای آن آشنا باشند، چرا که مدیریت دقیق عوامل مختلف مانند PH ، EC، و ترکیب مواد غذایی برای رشد بهینه گیاهان ضروری است.
• با توجه به بسته بودن سیستم‌های هیدروپونیک، اگر مدیریت بیماری ها به درستی انجام نشود، بیماری‌ها می‌توانند به سرعت در میان بسترهای مختلف مستقر در مخزن مواد غذایی گسترش یابند. این امر نیاز به نظارت مداوم و مدیریت دقیق بهداشتی برای جلوگیری از شیوع بیماری‌ها دارد.
• بیشتر واریته‌های گیاهی که در شرایط کنترل‌شده کشت می شوند، نیاز به تحقیق و توسعه بیشتری دارند تا از نظر رشد و عملکرد در این سیستم‌ها بهینه شوند. این نیاز به آزمایشات علمی و پژوهش‌های مداوم در این زمینه است.
• واکنش گیاهان به تغذیه به‌طور قابل توجهی سریع است، به این معنا که هرگونه تغییر در سطح مواد غذایی یا شرایط محیطی (مثله خراب شدن پمپ و قطعی برق) می‌تواند تاثیرات فوری بر رشد گیاه بگذارد.

مدیریت محلول‌های غذایی

همانطور که گفته شد استفاده از سیستم‌های هیدروپونیک این امکان را فراهم می‌آورد که آب و مواد مغذی به‌طور دقیق در محیط ریشه کنترل شوند. این دقت در مدیریت، باعث بهینه‌سازی تغذیه گیاهان و افزایش بهره‌وری استفاده از آب و عناصر غذایی می‌شود. اما کاهش حجم محیط ریشه و ظرفیت بافری در این سیستم‌ها در مقایسه با کشت خاکی، موجب حساسیت زیاد گیاهان به تغییرات در ترکیب محلول غذایی و شرایط میکروکلیمای ریشه می‌شود. بنابراین، رشد مطلوب گیاهان در کشت هیدروپونیک تنها زمانی ممکن است که تمام عوامل مؤثر در تغذیه گیاه، از جمله غلظت مواد غذایی، تأمین آب، دمای محلول، غلظت اکسیژن محلول، هدایت الکتریکی و pH به دقت مدیریت شوند. توصیه محلول‌های غذایی تخصصی برای تعیین دقیق غلظت عناصر غذایی متناسب با گیاه و مرحله رشدی آن ضروری است. این فرآیند باید بر اساس نوع گیاه، شرایط محیطی، برنامه آبیاری و مرحله رشد انجام شود. تفاوت بین محلول‌های غذایی گیاهان مختلف تنها به دلیل تفاوت در میزان جذب عناصر نیست، بلکه به نسبت جذب متفاوت عناصر توسط گونه‌های مختلف نیز بستگی دارد. برای مثال، مطالعات نشان می‌دهد که در مقایسه جذب سالانه عناصر غذایی توسط گوجه‌فرنگی و داوودی نسبت جذب پتاسیم و نیتروژن مشابه است، ولی سایر عناصر غذایی جذب‌شده در این گیاهان تفاوت زیادی دارند. آدامز گزارش کرده است که میزان جذب روزانه نیتروژن، فسفر و پتاسیم در گوجه‌فرنگی در زمان باردهی به ترتیب 115، 25 و 290 میلی‌گرم در روز است، در حالی که این مقادیر در خیار به ترتیب 543، 89 و 754 میلی‌گرم می‌باشد، که ناشی از سرعت رشد بالاتر در خیار است.

تغییرات در میزان جذب عناصر غذایی در طول فصل رشد وابسته به سرعت رشد گیاه است. این میزان در فصول مختلف سال و بسته به شدت تابش نور متفاوت است. جذب عناصر غذایی در فصل تابستان بیشتر از فصل زمستان است، به‌ویژه در مناطقی که نور کمتری در فصل زمستان دریافت می‌شود. همچنین، نسبت جذب آب و عناصر غذایی در شب کاهش می‌یابد، اما نسبت جذب عناصر به آب در شب بالاترین مقدار خود را دارد. این نسبت در ساعات گرم بعدازظهر به حداقل می‌رسد و به‌طور کلی غلظت جذب تغییرات شدیدی بر اساس تابش نور دارد. این موضوع تأثیر مستقیمی بر نیاز گیاهان به آب و مواد مغذی دارد، که به‌طور مستقل از یکدیگر در پاسخ به شرایط محیطی تغییر می‌کنند. در گلخانه‌های تجاری مدرن، غلظت جذب به‌عنوان معیاری برای تنظیم میزان افزودن کودهای شیمیایی به بستر رشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سوی دیگر، عوامل مانند سرعت جریان آب در آوندهای چوبی و میزان تعرق نیز بر جذب برخی عناصر، مانند کلسیم، تأثیر می گذازد. افزایش رطوبت نسبی در گلخانه می‌تواند موجب کاهش جذب کلسیم شود، که نیاز به مدیریت صحیح این عنصر را در مراحل مختلف رشد گیاه ضروری می‌سازد. گیاهان در مراحل رشدی مختلف نیاز به ترکیب‌های غذایی متفاوت دارند و تغییرات بین فازهای رویشی و زایشی به‌طور قابل توجهی بر این نیازها تأثیر می‌گذارد. بر اساس تحقیقات آدامز، در مراحل مختلف رشد گیاه، نسبت جذب عناصر غذایی تغییر می‌کند. به‌ویژه در مراحل تشکیل گل‌آذین، نسبت جذب پتاسیم به نیتروژن افزایش می‌یابد.