مدیریت تغذیه در سیستمهای هیدروپونیک

نویسنده: مهناز زهیری

 

کشتهای هیدروپونیک

امروزه کشتهای گلخانه ای یکی از بهترین گزینه‌ ها برای کاشت گیاهان است. بالا رفتن میزان جمعیت کره ی زمین از نظر کشاورزی و نیاز روز افزون این جمعیت به تولیدات کشاورزی موجب شده است که انسان برای استفاده حداکثری از عوامل تولید به فکر ایجاد گلخانه باشد. نیاز به تولید محصولات مختلف کشاورزی خارج از فصل و عواملی مثل اشتغالزایی و غیره، همگی این امر باعث درک اهمیت کشتهای گلخانه ای میباشد (۲).

یکی از روشهای مهم کشت گلخانه ای یا کشت گیاهان بدون خاک، آبکشت[۱] (هیدروپونیک) میباشد که در سطح کوچک (مساحت کمی از گلخانه) امکانپذیر است. به صورت تجاری، برای پرورش گیاهان مختلف نیز از آبکشت استفاده میشود (۱).

در حال حاضر با پیشرفت انسان در علوم فضایی و راهیابی انسان به محیط خارج از کره زمین و نیاز به تأمین سبزی و میوه تازه در طول سفر و اقامت و از طرفی کاهش هزینه های سرسام آور این فناوری، استفاده از سیستمهای کاشت هیدروپونیک جهت تولید مواد گیاهی برای مصرف فضانوردان و همچنین تولید اکسیژن مورد نیاز آنان از مواردی است که اهمیت چشمگیر این صنعت را نشان داده است (۲).

تعریف هیدروپونیک

هیدروپونیک علم و هنر کاملاً جدیدی است که سابقه تجاری ۴۰ ساله دارد. هیدروپونیک در عصر کنونی یا عصر فضا و به ویژه در کشورهای در حال توسعه برای تولید غذای زیاد در مساحت کم، ظرفیت بالایی دارد.

هیدروپونیک یا کشت بدون خاک، روشی است که گیاهان بدون استفاده از خاک به عنوان محیط کشت پرورش می یابند. به عبارت دیگر به مجموعه روشهای کشت گیاهان در آب (محلول غذایی) یا محیط غیر از خاک هیدروپونیک گفته میشود. هیدروپونیک فقط به آب شیرین و مواد غذایی (کود شیمیایی) نیاز دارد.

هیدروپونیک برای کشت سبزیهای تازه نه تنها در کشورهایی که زمین زراعی کم دارند بلکه در کشورهای با جمعیت زیاد و زمین زیاد، ابزاری ارزشمند است (۴).

کاربرد هیدروپونیک

از صنعت هیدروپونیک برای تولید خانگی، تولید تجاری، آموزش و توسعه و …. استفاده میشود. از مزایای کشت هیدروپونیک میتوان موارد زیر را اشاره کرد:

– کنترل دقیق کاربرد عناصر غذایی

– کنترل مداوم رشد گیاه

– کاشت محصولات مختلف

-ریشه دهی مناسب گیاهان

-محیط رشد متخلخل

– آبیاری کنترل شده

-تبادل هوای مناسب در محیط ریشه

-تولید محصول بیشتر

– کاهش مصرف مقدار آب موردنیاز برای تولید یک محصول

– افزایش تراکم گیاه در واحد سطح و استفاده از فضای گلخانه

-امکان تولید محصول خارج از فصل و طولانی شدن فصل کاشت

– کاهش نیاز به نیروی کار و حذف عملیات ضدعفونی خاک (۲)

مدیریت تغذیه در سیستمهای هیدروپونیک

از زمان انتقال گیاهان به گلخانه و سیستم هیدروپونیک مراقبت و نگهداری از گیاهان به طور مرتب و یکسانی باید انجام بگیرد که  شامل چندین اقدام اساسی از جمله تغذیه صحیح و به موقع گیاهان، تأمین نور، دما و رطوبت مورد نیاز گیاهان، pH موردنیاز محیط کشت و … در طول دوره رشد خواهد بود.

نور، دما و رطوبت در مدیریت تغذیه

نور، دما و رطوبت از عوامل مهمی در رشد گیاه میباشند که با تأثیر بر میزان فتوسنتز، جذب آب و عناصر غذایی و پایداری گیاه در مقابل آفات و بیماریها، نقش اساسی در رشد گیاه دارند. میزان نور، دما و رطوبت براساس نوع گیاه و مرحله ی رشدی آن متفاوت است و براساس همان شرایط باید تنظیم شوند (۲).

نور

نور یکی از مهمترین عوامل موثر بر افزایش تولید گیاه در شرایط گلخانه میباشد. برای ورود نور به گلخانه در شرایط کشت هیدروپونیک استفاده از پرده یا سایه بان موثر است. کارایی مصرف نور توسط گیاهان بستگی به کارایی فتوسنتز در گیاهان مختلف دارد، همچنین به کارایی ورود یا نفوذ نور به داخل سبزینه (ماده اصلی تشکیل رنگ سبز در گیاهان) گیاه نیز وابسته است. ابتدا نور از پوشش گلخانه ای میگذرد تا به گیاه برسد.

بنابراین نور کامل به گیاه نمیرسد و مقداری از آن منعکس میشود. پوشش گلخانه موجب انتشار با پخش شدن نور شده، به طوری که همه نور در یک جهت منتشر نمیشود. این نور پخش شده نسبت به نور مستقیم به برگهای بیشتری در سبزینه گیاه می رسد. بدین ترتیب بوته ها باید در جهنی کاشته شود که انتقال نور در ساختار گیاه به طور مؤثر بکار گرفته شود.

در صورتی که آرایش ردیفهای بوته در محور شمال – جنوب مرتب شده باشد، کاهش قابل توجهی در دریافت نور خورشید توسط برگها در حدود ظهر رخ داده و این کاهش بمدت یک ساعت ادامه می یابد. بنابراین راهکار کاهش هدر رفتن نور، آرایش کاشت ردیفهای گیاه در محور شرق غرب است. خوشبختانه نور خورشید در ایران در طی فصول بهار و تابستان، عامل ۳۴ درجه شمالی موجب افزایش دریافت نور توسط گیاهان در مقایسه با آرایش کاشت شرقی غربی شده است.

گاهی در مناطقی که مشکل نور دارند از نور مصنوعی باید استفاده کرد. اگرچه استفاده از نور مصنوعی ممکن است اقتصادی نباشد اما برای رساندن طول روز به ۱۶ ساعت برای گیاهچه ها توصیه میشود تا نشاهای قوی و مطلوب تولید گردد. میزان نور مورد نیاز بسته به گونه گیاهی در دامنه ای بین ۱۲۰ تا ۱۸۰ وات در متر مربع فرق میکند. پوشانیدن کف گلخانه با نایلون سفید رنگ که موجب انعکاس نور به طرف سبزینه گیاه شود، افزایش حدود ۱۰ درصدی نور را در پی دارد.

دما

نمو و گلدهی گیاهان به دمای ناحیه ریشه و هوا وابسته است. مدیریت دما نیز ابزار مهمی برای کنترل رشد محصول میباشد. مدیریت دمای هوا و دمای بهینه بسته به  میزان استفاده از مواد پرورده حاصل از فتوسنتز یعنی توزیع ماده خشک به شاخه ها، برگها ریشه ها و میوه ها مشخص میشود. دمای بهینه در روز برای فتوسنتز گیاه ۲۱ تا ۲۲ درجه سانتیگراد میباشد.  میانگین بهینه دمای شبانه روزی برای گیاهان سبزی در دامنه ۲۱ تا ۲۳ درجه سانتیگراد قرار دارد.

برای هدایت رشد گیاه به رشد زایشی با افزایش دادن میانگین دما و هدایت آن به طرف رشد رویشی با کاهش دادن میانگین دما امکان پذیر است. بدین ترتیب باید در فصول گرم سال از طریق سایه دهی گلخانه و خنک سازی با تبخیر آب نسبت به حرارت بیش از حد جلوگیری شود. در طول زمستان نباید به دمای بیش از حد پایین شب توجه داشت.

لوله های آبیاری کشت هیدروپونیک را اغلب به رنگ سیاه استفاده میکنند تا از نفوذ نور به محلول غذایی و جلبک زدگی و در نهایت گرفته شدن نازلها جلوگیری کنند. میتوانید با پوشش پلاستیک سفید رنگ بر روی لوله هایی که در معرض آفتاب است از گرم شدن محلول غذایی جلوگیری کنید (۲و۴).

رطوبت

-رطوبت به محتوای بخار آب موجود در هوا گفته میشود. قابلیت نگهداری مقدار بخار آب در هوا به دمای هوا بستگی دارد. در طول تابستان برای خنک کردن دما به تهویه مداوم نیاز است. در این شرایط از روشهای خنک سازی مانند سیستم میست[۲] پاشیدن آب به صورت ذرات بسیار ریز برای تأمین نیاز به تهویه و برای اضافه کردن رطوبت به هوا استفاده میشود.

pH در مدیریت تغذیه

pH و قلیاییت آب آبیاری عوامل عمده ای هستند که قابلیت جذب عناصر غذایی در محلول غذایی را تغییر میدهند. pH محیط کشت در محصولات گلخانه ای میتواند یک عامل محدودکننده رشد باشد. pH عبارت است از غلظت یون هیدروژن موجود در محلول. (اینکه محلول چقدر اسیدی یا بازی است که به صورت لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن بیان میشود).

دامنۀ تغییرات pH محلول از صفر تا ۷ برای اسیدهای قوی و بیشترین غلظت  [+H] و از ۷ تا  ۱۴ برای باز های قوی و غلظت کم ]+  [H میباشد. واکنش   (pH) آب، میزان درجه اسیدی یا قلیایی بودن محلول غذایی مورد مصرف را نشان میدهد. هر گیاهی محدوده pH خاصی دارد که خارج شدن از این محدوده باعث کم شدن رشد یا حتی مرگ گیاه میشود.

معمولاً بهترین درجه واکنش (pH)برای گیاهان در روش کشت بدون خاک، بین ۷-۵/۵ میباشد. اگر واکنش (pH)  بالاتر یا پایینتر از این مقدار شود، موجب کاهش رشد و در صورت شدت تغییرات باعث مرگ گیاه میشود. بنابراین بیشتر محصولات گلخانه ای بهترین رشد را زمانی دارند که pH محیط کشت کمی اسیدی باشد.

pH بالا، تنها باعث افزایش جذب مولیبدن (Mo) میشود و جذب سایر عناصر غذایی را کاهش میدهد. برای تنظیم واکنش  (pH)  محلول غذایی از جمله کاهش آن، از اسید سولفوریک (SO4+) و برای افزایش آن از هیدروکسید کلسیم یا هیدرواکسید پتاسیم (OH Ca، OH K) با در نظر گرفتن غلظت بهینه کلسیم و پتاسیم محلول غذایی میتوانید استفاده کنید  (۳).

آب در مدیریت تغذیه

آب از طریق ریشه وارد گیاه شده، از طریق آوندهای چوبی به طرف بالا (بخش هوایی گیاه) حرکت میکند و در نهایت از سطح برگها تبخیر میشود. محتوای آب گیاه به عنوان عامل تعیین کننده شکل گیاه میباشد.

کیفیت آب مهمترین مسئله در تهیه محلول غذایی است. آبی که دارای مصارف خانگی و کشاورزی است، حتماً باید آزمایش شود و سپس مورد استفاده قرار گیرد. زیرا ممکن است این آبها دارای موادی باشند که در رشد گیاه تأثیر منفی بگذارند. آب سطحی ممکن است شامل عوامل بیماریزای گیاهی، جلبک، املاح و عناصر سمی باشد. جلبکها باعث انسداد قطره چکانها و دریچه ها میشوند. بنابراین برای تهیه آب مناسب، باید از روشهای گوناگونی مانند استفاده از صافی برای تصفیه آب از مواد معلق نامطلوب، استفاده کرد

برای تصفیه آب، باید آن را از یک صافی مناسب مثل لایه های ماسه عبور دهید. این کار میتواند ذرات معلق که ممکن است شامل موجودات ریز بیماریزا، جلبکها و یا حتی رسوب بعضی از عناصر باشد، را از آب جدا کند. محلول غذایی را میتوان با عبور اشعه ماوراء بنفش  (UV)استریل کرد. برای این کار میتوانید از دو لامپ ۱۶ وات  (UV)در مسیر محلول غذایی استفاده کنید (۴و۳).

عناصر غذایی در مدیریت تغذیه

گیاهان عناصر غذایی زیادی را از طریق ریشه جذب میکنند. وجود عناصر در محلول کشت هیدروپونیک باعث اثرپذیری بالای عناصر بر رشد گیاهان میشود. بیش از ۵۰ عنصر در رشد گیاهان مختلف موثر میباشد. ۱۶ عنصر ضروری برای رشد بیشتر گیاهان شناسایی شده است. عناصر ضروری به دو گروه عناصر پرمصرف که به مقدار زیاد در گیاه موردنیازند و عناصر کم مصرف که به مقدار کم در گیاه موردنیازند، تقسیم میشوند.

عناصر پرمصرف شامل کربن (C)، هیدروژن (H)، اکسیژن(O)، نیتروژن(N)، فسفر(P)، کلسیم(Ca)، گوگرد(S)، پتاسیم(K) و منیزیم(Mg) است. عناصر کم مصرف نیز شامل کلر(Cl)، آهن(Fe)، منگنز(Mn)، بور(B)، روی(Zn)، مس(Cu) و مولیبدن(Mo) است. بعضی از عناصر در گروه های خاصی از گیاهان (مانند برنج، گندم، نیشکر و …) ضروری هستند، مثل آلومینیوم(Al)، سیلیسیم(Si)، کبالت(Co) و سدیم(Na)، ولی این عناصر برای بیشتر گروه های گیاهی غیر ضروری هستند.

وقتی که عنصر ضروری به حد کافی یا به شکل درست بکار نرود، کمبود آن در گیاه اتفاق می افتد و غلظت آن در گیاه نیازهای فیزیولوژیکی گیاه را تأمین نمیکند. گیاهان معمولاً ضعیف رشد میکنند و علائم غیر نرمال بودن را در رنگ و ساختار نشان میدهند. در شرایط سمیت یا کاربرد بیش از حد عنصر غذایی در محیط ریشه یا محلول غذایی، علائم سمیت ممکن است در گیاه اتفاق بیفتد. این کاربرد بیش از حد، رشد و نمو نرمال گیاه را تحت تأثیر قرار میدهد (۲).

نقش عناصر غذایی در رشد و نمو گیاه

-نیتروژن (N): موتور و محرک رشد گیاه، سنتز پروتئین ها، رشد و نمو

نیترات کلسیم (Ca(NO3)2.4H2O) ، نیترات پتاسیم(KNO2)  و اسید نیتریک (HNO3) شکل قابل استفاده از نیتروژن در کشت هیدروپونیک میباشند.

-فسفر (P): انتقال انرژی، تقسیم سلول و تشکیل ساختارهای انرژی

آمونیوم و پتاسیم در هر دو حالت منو و دی هیدروژن فسفات (K2HPO4, NH4)2 HPO4, NH4H2PO4, KH2PO4) از اشکال قابل استفاده فسفر در محلول غذایی میباشند

-پتاسیم (K) : انتقال کربوهیدراتها، کنترل روزنه ها، فعالسازی آنزیمها، افزایش تحمل گیاه به تنش

ساختارهای عمده مورد استفاده از پتاسیم در محلول غذایی نیترات پتاسیم(KNO3) ، سولفات پتاسیم (K2SO4) و کلرید پتاسیم(KCI)  میباشد.

-کلسیم(Ca) : ساخت مواد نگهدارنده بین سلولی، کاهش حساسیت گیاه به بیماری

منبع اصلی کلسیم به صورت نیترات کلسیم (Ca(NO3)2.4H2O) است.

-گوگرد(S) : تشکیل کلروفیل ضروری برای ساخت اسیدآمینه های سیستتئین و متیونین

نمکهای سولفات از جمله پتاسیم، منیزیم و آمونیوم به ترتیب K2SO4، MgSO4.7H2O و (NH4)2SO4 به عنوان منابع اصلی برای نیتروژن و پتاسیم یا منیزیم استفاده میشود که به طور خودکار گوگرد را به محلول غذایی اضافه میکنند.

-مینیزیم (Mg) : اتم مرکز مولکول کلروفیل فعالیت های آنزیمی و انتقال انرژی

منبع ماده شیمیایی اصلی برای Mg سولفات منیزیم (MgSO4.7H2O) است.

-آهن(Fe) : ضروری در سنتز کلروفیل

منابع مهم  برای استفاده در محلول غذایی سولفات آهن (FeSO4.7H2O) ، فسفات آهن (Fe3(PO4)8.8H2O)، FeEDTA و FeDTPA میباشند.

-منگنز(Mn) : ضروری برای فرآیند فتوسنتز

منبع اصلی منگنز به صورت ترکیب سولفات منگنز (MnSO4.H2o) است.

-بور(B) : تشکیل دیواره سلولی، رشد لوله گرده، مشارکت در متابولیسم و انتقال قند

اسید بوریک (H3BO3) متداول ترین ماده شیمیایی مورد استفاده است.

-روی(Zn): نقش اساسی در  واکنش های آنزیمی، سنتز اکسین

سولفات روی(ZnSO4.7H2O)  یک ترکیب شیمیایی متداول است.

-مس(Cu): تأثیر بر سنتز ترکیبات حاوی نیتروژن و کربوهیدراتها

سولفات مس (CuSO4.5H2O) ماده شیمیایی متداول برای تأمین مس در فرمول محلول غذایی است

-مولیبدن(Mo): جذب طبیعی نیتروژن، ضروری برای ساخت آنزیم نیترات ردوکتاز

مولیبدات آمونیوم ((NH4)6Mo7O24.4H2O) یک منبع شیمیایی متداول مولیبدن است.

-کلر(Cl): نقش در فرآیند فتوسنتز

منبع اصلی استفاده از کلر برای محلول غذایی کلرید پتاسیم یا کلرید کلسیم CaCl2) و (KCl استفاده میشود (۴و۳).

[۱] -Hydroculture

[۲] Mist

---

منابع

۱-اصول نوین باغبانی. مرتضی خوشخوی. انتشارات دانشگاه شیراز. ۱۳۹۳.

۲-تغذیه گیاه در آبکشت (هیدروپونیک). حمیدرضا روستا. انتشارات دانشگاه ولی عصر(عج) رفسنجان. ۱۳۹۵.

۳-راهنمای تهیه و استفاده از محلولهای غذایی برای کشت سبزیهای گلخانه ای در سیستم کشت هیدروپونیک. محسن سیلسپور. موسسه تحقیقات خاک و آب. ۱۳۹۸.

۴-کشت بدون خاک (هیدروپونیک) تجاری و خانگی. احمد ارزانی. انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان. ۱۳۹۱.