تاثیر کشاورزی بر جهان بسیار زیاد است. سیستم‌های فعلی تولید مواد غذایی می‌تواند برای تغذیه جمعیت رو به رشد کارآمدتر و پایدارتر باشد. تنوع بخشیدن به سیستم‌های غذایی با فناوری‌هایی مانند کشاورزی هیدروپونیک می‌تواند به یک سیستم غذایی پایدارتر و عادلانه‌تر منجر شود.
هیدروپونیک برگرفته از کلمات یونانی «هیدرو» (آب) و «پونوس» (کار)، در لغت به معنای «کار آب» است. هیدروپونیک تکنیک رشد گیاهان با استفاده از محلول مغذی مبتنی بر آب به جای خاک است. این روش کشت می‌تواند شامل یک بستر دانه‌ای یا محیط‌های رشد مانند ورمیکولیت، نارگیل یا پرلیت باشد. کشاورزی هیدروپونیک جدید نیست، اما اثربخشی این فناوری به طور قابل توجهی افزایش یافته است. بنابراین قابلیت تولید مواد غذایی با بیشترین کارایی را دارد.
کشاورزی هیدروپونیک رویکرد سبزتر به تولید غذا را نوید می‌دهد و این امکان فراهم می‌سازد تا مواد غذایی به صورت محلی، سریع و در تمام طول سال با آب و زمین کمتر، برای تغذیه جهان تولید شود.
سیستم‌های مورد نیاز برای راه‌اندازی گلخانه‌های هیدروپونیک، از دو نوع مختلف سیستم‌هایی که ریشه‌ی مستقیم در آب یا بدون بستر دارند و آنهایی که ریشه در بستر دارند، تشکیل شده است. که هر کدام از آنها نیز دارای سیستم‌های مختلفی می‌باشد.

در ادامه به بررسی سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر می‌پردازیم.

1. سیستم قطره‌ای هیدروپونیک یا سیستم قطره‌ای با بازیابی

سیستم قطره‌ای یکی از انعطاف‌پذیرترین سیستم‌های هیدروپونیک محسوب می‌شود. این سیستم یک سیستم فعال است که در آن برای تغذیه‌ی گیاه به صورت منظم، از پمپ استفاده می‌شود. به سیستم قطره‌ای از سری سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر، میکروآبیاری نیز گفته می‌شود. در این سیستم با استفاده از قطره‌چکان‌های کوچکی، محلول غذایی مستقیما روی گیاه تزریق می‌شود آب مخزن توسط لوله به گیاهان متصل می‌گردد و گیاهان هر کدام به صورت جداگانه، حداقل یک قطره‌چکان اختصاصی با قابلیت کنترل جریان آب را دارند. این روش بازده بالاتری نسبت به سایر روش‌ها داشته و باعث صرف‌جویی در مصرف آب می‌گردد.

گیاهان سازگار با سیستم قطره‌ای هیدروپونیک

این سیستم سازگاری زیادی با گیاهان گرمسیری یا مدیترانه‌ای و نیمه‌گرمسیری و درختان بزرگ با تمایل به خشکی سطح کشت، دارد. بدین جهت که این گیاهان به محیط‌های رشد بزرگتری نیاز دارند که بتوانند رطوبت بیشتری را برای مدت طولانی‌تری حفظ کنند. به طور مثال گیاهی مانند اسطوخودوس قابلیت تحمل رطوبت بیش از حد در قسمت ساقه، برگ، گل و حتی در اطراف ریشه را ندارد، نیز قابل کشت به این روش است. در واقع سیستم قطره‌ای امکان فراهم کردن هوای فراوان و رطوبت محدود با مواد مغذی را دارد. اما به صورت کلی همه درختان کوچک میوه‌ از قبیل سیب، هلو و … و همچنین گیاهانی مانند کاهو، گوجه‌فرنگی، سیر، بادمجان، نخود، فلفل، خربزه، توت‌فرنگی، هندوانه و … قابلیت کشت با این روش را دارند.

روش کار سیستم قطره‌ای

در این روش کشت، معمولا از گلدان‌ها به صورت جداگانه استفاده می‌گردد. آب موجود در مخزن به کمک پمپ آب معمولی و یا با استفاده از یک سیستم مبتنی بر جاذبه، توسط شبکه‌ای از لوله به گیاهان متصل است. در سیستم قطره‌ای از سری سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر، آب توسط قطره چکان و به صورت قطره‌ای به گیاه می‌رسد. هر کدام از گیاهان حداقل به یک قطره چکان مجزا مجهز است. با کمک این قطره چکان‌ها امکان کنترل جریان آب وجود دارد. که با استفاده از آن می‌توان سطوح مختلف جریان را برای گیاهان مختلف را تنظیم نمود. کنترل نشدن سیستم قطره‌ای باعث غرق گیاهان و خرابی آنها می‌شود. بدین جهت در تمامی این سیستم‌ها از نوعی سیستم تایمر، برای تنظیم جریان آب و مواد مغذی به گیاهان استفاده می‌گردد. این پمپ در شرایط معمول روزانه چندین بار برای ارسال آب به گیاهان کار می‌کند.

موارد لازم برای راه‌اندازی سیستم قطره‌ای

یک سیستم قطره‌ای اساسی، نیازمند به موارد ضروری به شرح زیر می‌باشد.

لوله‌های پی وی سی

این لوله‌ها تشکیل دهنده خطوط اصلی این سیستم می‌باشند.  بدین صورت که مواد مغذی و آب به کمک پمپ از این لوله‌ها به قطره‌چکان‌ها انتقال می‌یابد. شایان ذکر است که تعداد و طول لوله‌ها بسته به نیاز متفاوت است.

قطره‌چکان

بسته به تعداد گیاهان مورد نظر برای رشد داشته و باید برای هر گیاه به صورت مجزا تهیه شود.

پمپ آب

اصولا ظرفیت بین 120 تا 300 گالن در دقیقه برای یک پمپ شناور معمولی برای نصب‌های کوچک کافی است.

لوله نازک

برای استفاده در قطره‌چکان مورد نیاز است.

سطل بزرگ

حجم مورد نظر برای این سطل که به عنوان مخزن به کار می‌رود، حدودا باید بین 10 تا 20 گالن باشد.

سینی

در تنظیمات چرخشی کوچک، با تخلیه تمام گلدان‌ها در یک سینی مشترک می‌توان بهترین نتیجه را به دست آورد. این یک گزینه ساده‌تر از داشتن لوله‌های رواناب مجزا از هر گلدان به مخزن است.

تایمر برای پمپ

یک محیط کشت هیدروپونیک مانند کوکوپیت

گلدان های کوچک برای گیاه

درزگیر سیلیکونی درجه آکواریوم

مته برقی و اره برقی برای برش لوله‌های پی‌وی‌سی

مزایا و معایب سیستم قطره‌ای هیدروپونیک از دسته سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر

در کنار تمامی مزایای کشت هیدروپونیک، سیستم‌های وابسته به آن نیز به صورت جداگانه دارای مزایا و معایبی هستند. که سیستم قطره‌ای نیز از این قاعده مستثنی نمی‌باشد.

مزایا

عملکرد مناسب و دقت بالایی دارد.
دارای بیشترین کنترل بر تامین مواد مغذی و آب است.
انعطاف‌پذیری بسیار بالایی دارد.
به نگه‌داری کمی نیاز دارد.
به آسانی ساخته شده و در تمام فصول مقرون به صرفه است.

معایب

برای کشت‌های کوچک دارای پیچیدگی است.
در صورت استفاده از سیستم بازیافت آب هزینه بالایی برای نگه‌داری دارد.
احتمال هدررفتن اّب در این نوع از کشت در صورت عدم استفاده از سیستم بازیافت آب وجود دارد.
امکان گرفتگی قطره چکان‌ها به سبب تجمع مواد معدنی وجود دارد.

2. سیستم فیتیله‌ای

یکی دیگر از سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر سیستم فیتیله‌ای است. در حقیقت این سیستم ساده‌ترین نوع سیستم از لحاظ شکل و عملکرد بوده و برای تغذیه یک محلول مغذی مبتنی بر آب به ریشه گیاهان استفاده می‌شود. مکانیسم مویرگی سیستم فیتیله‌ای جهت کشیدن آب و مواد مغذی از یک مخزن به گیاهان استفاده می‌شود. بهترین گیاهان برای کشت به این روش، کاهو یا سبزی‌های سریع رشد هستند. گیاهانی مانند رزماری که به آب زیادی نیاز ندارند بهترین انتخاب هستند، در حالیکه گیاهان تشنه مانند گوجه فرنگی مناسب کشت به این روش نیستند.
در سیستم فتیله هیدروپونیک که یکی از سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر است، عمل مویرگی مکانیزمی است که توسط آن اسفنج‌ها و حوله‌های کاغذی مایع را از سطح بیرون می‌کشند. این سیستم شکل غیرفعال هیدروپونیک است، به این معنی که سیستم بدون نیاز به موتور، پمپ یا قطعات متحرک کار می‌کند. در واقع، این ساده‌ترین سیستم‌های هیدروپونیک بوده که اغلب شامل یک پمپ برای هوادهی محلول غذایی هست، اما برای کارکرد سیستم لازم نیست.

دلایل انتخاب سیستم هیدروپونیک

یک سیستم سازگار با محیط زیست است.
در صورت داشتن نور طبیعی به برق نیاز ندارد.
نسبت به سایر سیستم‌ها آب و مواد مغذی کمتری مصرف می‌کند.
یک پروژه مبتدی عالی برای هر کسی است که به تازگی شروع به کار با هیدروپونیک کرده است.
تا حدی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است.

گیاهان مناسب برای کشت به روش فیتیله‌ای

همان‌طور که می‌دانید گلخانه‌های هیدروپونیک برای رشد نیازمند مواد مغذی هستند. مواد غذایی مورد نیاز گلخانه‌های هیدروپونیک به دو دسته درشت مغذی‌ها و ریز مغذی‌ها تقسیم می‌شود. در این سیستم مواد مغذی از طریق فتیله‌ها به گیاهان می‌رسد.

گیاهان کوچک و سبزیجات غیر میوه‌ای و برگ‌دار مانند کاهو، اسفناج، سبزی، فلفل و… تنها محصولاتی هستند که می‌توان از طریق سیستم فیتیله‌ای آن‌ها را کشت کرد. 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.

اجزای اصلی سیستم فیتیله‌ای کشت هیدروپونیک

سینی رشد

سینی رشد در سیستم فیتیله‌ای از این جهت که از گلدان‌های توری برای نگهداری محیط رشد استفاده نمی‌کند با سایر سیستم‌های آبی متفاوت است. در این محیط رشد، کل سینی را پر کرده و نهال‌ها را مستقیماً در آن پیوند می‌زنند.

مخزن

مخزن تقریباً مانند هر سیستم دیگری است. این یک ظرف بزرگ از آب بارور شده است که در زیر سینی رشد قرار می‌گیرد و آب و مواد مغذی را برای گیاهان تامین می‌کند. آب موجود در مخزن باید هر هفته یا بیشتر تجدید شود زیرا با جذب گیاهان، قدرت مواد مغذی کاهش می‌یابد.

سیستم هوادهی

رایج‌ترین سیستم هوادهی سنگ هوا و پمپ است. سنگ هوا، بسیار شبیه به سنگ‌های موجود در آکواریوم‌های خانگی بوده که در آب قرار می گیرد و به یک پمپ هوا در خارج از مخزن متصل می‌شود. پمپ، هوا را از میان سنگ هل داده و حباب‌های ریز را بیرون می‌زند تا اکسیژن را در آب توزیع کند.

فیتیله‌ها

مخزن موجود در سیستم به وسیله‌ی دو و یا چند فتیله به سینی رشد متصل می‌گردد. انتقال محلول غذایی به محیط رشد و ریشه‌ها، توسط فتیله‌ها با استفاده از عمل مویرگی صورت می‌گیرد. طناب پنبه‌ای بهترین و راحت‌ترین فتیله برای استفاده است. ولی تنها ایرادی که دارد احتمال پوسیدگی و کپک زدگی آن بعد از چند مدت استفاده است. موثرترین نوع طناب، طناب نایلونی است که مقاوم در برابر پوسیدگی و کپک زدگی می‌باشد.

این فتیله‌ها از سوراخ‌های کوچکی وارد سینی رشد می‌شوند. اندازه سیستم کل، مواد فتیله‌ای، گیاه مورد استفاده و محیط رشد همگی بر تعداد فتیله‌های مورد استفاده تاثیر گذار می‌باشد. بهترین روش استفاده از فتیله به صورت جداگانه برای هر گیاه است و باید دقت کرد تا نوک فتیله ها در نزدیکی ریشه قرار گیرد. در سیستم‌های بزرگ و یا در صورتی که گیاه کشت شده نیاز به آبیاری بیشتری داشته باشد، ممکن است از دو فتیله برای هر گیاه استفاده شود.

مزایا و معایب سیستم فیتیله‌ای

سیستم فتیله‌ای نیز مانند دیگر سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر، دارای مزایای و معایب متعددی است که به شرح زیر می‌باشند.

مزایا

نیاز کم به نگهداری و تعمیر
نیاز به حداقل میزان انرژی ورودی
راه‌اندازی آسان و ارزان
دسترسی راحت آن برای مبتدیان و ساده بودن
استفاده بهینه از فضای کشت

معایب

عدم مناسب بودن آن برای کشت برای گیاهان و سبزیجات بزرگ
ناکارآمدی آن در رساندن مواد مغذی
مستعد تجمع مواد مغذی سمی در محیط‌های رشد

3. تکنیک سیل و زهکشی یا سیستم جزر و مد ( Ebb and Flow )

Ebb and Flow که به نام Flood and Drain نیز شناخته می‌شود، یکی از شناخته‌شده‌ترین سیستم‌های هیدروپونیک است. راه‌اندازی سیستم همه‌کاره نسبتاً کم هزینه است و برای نگهداری به سطح متوسطی از مهارت نیاز دارد. بدون شک سیستم های Ebb and Flow از ساده ترین و موثرترین روش های کشت هیدروپونیک هستند. به همین دلیل است که آنها مورد علاقه بسیاری از علاقمندان و پرورش دهندگان گلخانه ای تجاری قرار گرفته اند. Ebb and Flow سیستمی است که شامل سیل و تخلیه دوره ای محلول های غذایی است.

اصولاً دو مرحله از عملکرد آن وجود دارد. سیل زمانی است که آب و مواد مغذی در نواحی در حال رشد جریان دارند و بر روی ریشه گیاهان جاری می شوند. تخلیه زمانی است که آب دوباره به مخزن تخلیه می شود. این دو عمل به طور مداوم به نوبه خود انجام می شود و از این رو نام آنها به وجود می آید.
این روش این اجازه می‌دهد تا به راحتی گلخانه خود را تغییر داده، گیاهان را به دلخواه اضافه یا حذف نمود. بدون اینکه هیچ یک از محصولات اطراف تحت تأثیر قرار گیرند. مانند روش‌های دیگر سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر ، مفهوم اصلی بسیار ساده است. گیاهان در یک سینی قرار می‌گیرند که به طور دوره‌ای با آب غنی از مواد مغذی که از مخزن زیر پمپ می‌شود، پر می‌گردد. این سیستم از نیروی جاذبه برای بازگرداندن آب به مخزن برای استفاده مجدد استفاده می‌کند.

این عمل معمولاً با یک پمپ غوطه‌ور که به یک تایمر متصل است انجام می‌شود. این تایمر بسته به اندازه و نوع گیاهان، دما، رطوبت و نوع محیط کشت مورد استفاده قرار است چندین بار در روز روشن شود.

با بالا و پایین بردن سطح مایع، اکسیژن‌رسانی به‌ویژه در ناحیه ریشه به صورت مکرر انجام می‌شود که انجام این کار باعث رشد بسیار خوب گیاه می‌شود. با استفاده از یک زمان‌سنج، می‌توان ریتم فروکشند و برکشنده را به بهترین نحو ممکن با سطح نیاز گیاهان کشت‌شده هماهنگ کرد. این سیستم سیستمی ساده است و به مراقبت کمی نیاز دارد.

مطلب مرتبط: خنک کردن گلخانه‌های هیدروپونیک در فصول گرم

اجزای اصلی سیستم سیل و زهکشی

اجزای اساسی سیستم Ebb & Flow عبارتند از:

سینی
مخزن
پمپ شناور
تایمر

سینی رشد گیاه

سینی گیاه یا سینی سیل، ظرفی بزرگ و کم عمق است که روی یک پایه بلند قرار دارد. گیاهان در سینی، در گلدان های سوراخ دار پر از محیط رشد مانند پرلیت قرار می‌گیرند. عمق گلدان‌های نهال‌ها باید دو برابر عمق سینی سیل باشد. سینی سیل پر از آب غنی از مواد مغذی، از مخزن زیر پمپ می‌شود. آب از ته گلدان‌ها به سمت ریشه گیاهان می‌رود. سپس آب مجدداً تخلیه می‌شود و به ریشه‌ها اجازه می‌دهد تا قبل از غرقاب شدن مجدد کاملاً خشک و اکسیژن دار شوند.

مخزن

یکی دیگر از اجزای اساسی هر سیستم هیدروپونیک مخزن است که مستقیماً زیر سینی سیل روی پایه قرار می‌گیرد. که شامل آب و مواد مغذی مورد نیاز گیاهان می‌باشد. مخزن از طریق یک لوله پر کننده و یک لوله تخلیه به سینی متصل می شود. لوله پرکننده با یک تایمر به یک پمپ شناور متصل می شود که جریان آب را به سمت سینی سیل کنترل می کند. لوله تخلیه به نیروی گرانش اجازه می دهد تا آب را پس از سیل به داخل مخزن بکشد تا آب قابل استفاده مجدد باشد. به طور معمول، یک مخزن برای اکثر سیستم های Ebb & Flow کافی است. اگر ساختار بزرگ باشد، مخزن نیز باید بزرگ‌تر شود و یا چند مخزن اضافی تهیه شود تا مواد مغذی کافی برای گیاهان در دسترس قرار گیرد.

پمپ شناور

پمپ آب برای پمپاژ آب به داخل سینی رشد حیاتی است که در واقع قلب سیستم Ebb & Flow است. از آب موجود در مخزن می‌توان هر بار حدود یک هفته استفاده کرد. وقتی زمان تعویض آب فرا رسد، باید حتماً مواد مغذی تجدید گردد. پمپ شناور با تایمر امکان کنترل در این نوع سیستم را فراهم می‌کند زیرا می‌توان طول و فرکانس آبیاری را بر اساس نیاز باغ خود تنظیم نمود.

تایمر

تایمر چرخه‌ی پمپاژ آب را کنترل می کند و وظیفه‌‌ی کنترل مدت زمان فرآیند آبیاری را بر عهده دارد. روشن و خاموش شدن تایمر باعث می‌شود تا گیاهان مورد نیاز مواد مغذی مناسب را دریافت کنند.
وقتی تایمر روشن می‌شود، پمپ آبنمای شناور شروع به پمپاژ آب و مواد مغذی می‌کند. سپس محلول‌های غذایی به ظرف بالا (سینی رشد) می‌روند و ریشه‌های گیاهان را خیس می‌کنند تا به حد مجاز آب برسند. در حالی که در سطح تنظیم شده، گردش مداوم آب مواد مغذی در سیستم برای یک دوره وجود دارد. در این مرحله، لوله سرریز در تضمین حفظ سطح استاندارد آب نقش اساسی دارد. علاوه بر این، این لوله مانع از ریختن آب مواد مغذی به خارج از مخزن در هنگام گردش می‌شود.
هنگامی که تایمر خاموش می‌شود، پمپ متوقف می‌شود و مایع مغذی در مخازن جریان نمی‌یابد. از طریق سیستم زهکشی شروع به تخلیه مجدد به مخزن آب می‌کند.

اهمیت تمیز کردن سیستم

پرورش گیاهان خاصی مانند گوجه فرنگی و لوبیا در سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر مخصوصا در سیستم جزر و مد بسیار محبوب است. زیرا می‌توان پرده‌ها را مستقیماً به پایه سینی گیاه وصل کرد. در این سیستم آب همیشه در حال حرکت است. به همین دلیل بعد از هر فصل رشد باید محیط رشد، مخزن، گلدان و سینی گیاه به طور کامل شستشو داد شود. تا تمیز و استریل گردد. رشد جلبک‌های بی ضرر روی سطوح غیر معمول نیست، اما تمیز کردن نامناسب می‌تواند منجر به هجوم کپک‌ها و حشرات شود که می‌تواند برداشت‌‌های آینده را خراب کند.

مزایا و معایب سیستم جزر و مد

مزایا

هزینه کم و مقرون به صرفه بودن راه اندازی سازه، خرید مصالح و نگهداری
فراوانی مواد مغذی برای گیاهان و رسیدن کامل و به‌اندازه مواد مغذی به گیاه
هزینه راه‌اندازی نسبتا پایین
راحتی ساخت سیستم
کاربرد و استفاده آسان
استفاده بهینه از آب و مصرف انرژی
بهبود رشد و عملکرد در صورت چرخه مناسب
قابلیت تنظیم و انعطاف‌پذیری بالا

معایب

در صورت عدم زمان‌بندی درست، احتمال اشباع یا خشک شدن بیش از حد گیاهان وجود دارد.
نیاز به نظارت مداوم به ویژه در عوامل محیطی مانند pH آب.
خراب شدن سیستم در برابر قطعی برق و از کار افتادن پمپ و تایمر
استفاده از محیط رشد بزرگ

گیاهان مناسب کشت در سیستم جزر و مد

سیستم جزر و مد هیدروپونیک از سری سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در بستر 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.

سخن نهایی

انتخاب بستر مناسب برای کشت گیاهان کار دشواری نیست. بیشتر بسترهای محبوب با طیف وسیعی از گیاهان به خوبی کار می کنند. همان‌طور که ذکر شد کشاورزی هیدروپونیک رویکرد سبزتر به تولید غذا را نوید می‌دهد و این امکان فراهم می‌سازد تا مواد غذایی به صورت محلی، سریع و در تمام طول سال با آب و زمین کمتر، برای تغذیه جهان تولید شود. سیستم‌های هیدروپونیک با ریشه در آب و در بستر نیز با توجه به انواع مختلفی که دارند، کمک شایانی به کشاورزان و انتخاب آن‌ها در روش کاشت بر اساس نوع گیاه مورد نظر می‌کنند.