کشت هیدروپونیک گیاهان

در اواخر قرن نوزدهم با شناخت مواد غذایی پرمصرف و بعدها نیاز به مواد کم‌مصرف و فراهم نمودن شرایط تهویه مناسب در محلولهای غذایی بطور مصنوعی سیکل کامل تولید از مرحله سبز شدن تا مرحله باردهی و مرگ از نظر علمی در حوالی سالهای ۱۹۳۰ ـ ۱۹۲۰ امکان‌پذیر اعلام گردید. اصطلاح هیدروپونیک (Hydroponicum) اولین بار بوسیله Gericke پیشنهاد شد که او موفق گردیده بود در کالیفرنیا تولید نباتات را در معیار تجارتی بدون استفاده از خاک از رشد اولیه تا مرحله باردهی نشان دهد. این اصطلاح مجموعه‌ای است از یک لغت یونانی Hydro یعنی آب و کلمه لاتین Ponero یعنی جای دادن که بطور خلاصه مفهوم قرار گرفتن چیزی در آب از آن استنباط می‌گردد.
هنگامی که استفاده از روش آب کشت و تولید محصولات کشاورزی بدون استفاده از خاک مطرح می‌شود این سوال ظاهرا بسیار ساده پیش می‌آید که وقتی میلیونها هکتار زمین مزروعی وجود دارد که قسمتی هم بدون استفاده مانده، وقتی خاک به عنوان منبع مواد غذایی گیاهان و محیط طبیعی رشد آنها به بشر ارزانی شده چرا به جای استفاده از آن به دنبال روش تولید بدون استفاده از خاک برویم؟ پاسخ این سوال در مواردی که جامعه مصرف کننده مثلا سبزیجات تازه به دلایل صنعتی ، تجارتی ، نظامی و غیره در منطقه بدون خاک مزروعی مستقر شده و یا دسترسی با آب ارزان قیمت نداشته و مسائل حمل و غیره مطرح باشد نسبتا آسان است.
● سیر تکاملی
از زمانی که Gericke در سال ۱۹۲۹ امکان کشت تعدادی از نباتات را بدون استفاده از خاک تا مرحله تکامل و باردهی آنان به ثبوت رساند تا امروز که در نقاط مختلف جهان تولید با روش آب‌کشت به صورت تجارتی معمول گردیده، فکر دانشمندان و متخصصین به تکامل این روش و رفع نواقص آن مشغول بوده است. دستگاه یا ظرفی که Gericke از آن استفاده کرد در حقیقت جعبه‌ای یود که به جای درب آن یک ورق توری قرار داشت. روی توری بستر بذور و زیر آن مقداری فضای خالی و بعد از فضای خالی محلول غذایی در کف محفظه واقع می‌شد.
نبات پس از سبز شدن در بستر بذر که از جنس سنگریزه یا ماده دیگری غیر از خاک بود ریشه خود را از سوراخهای توری عبور داده و ریشه پس از طی فضای خالی زیر توری خود را به محلول غذایی می‌رساند. با پاشیدن آب یا محلول غذایی روی بستر بذر ، رطوبت برای رشد بذر و جلوگیری از خشک شدن آن قسمت ریشه که داخل محلول غذایی قرار نداشت، تامین می‌گردد. به علاوه با تبخیر مختصری که از سطح محلول غذایی و یا در اثر محلول‌پاشی از بالای توری حاصل می‌شد درصد رطوبت فضای زیر توری تا سطح محلول غذایی را بالا نگه داشته و از خشک شدن ریشه‌های واقع در این قسمت جلوگیری می‌گردید. ضمنا این ریشه‌ها حداکثر دسترسی به هوا را داشتند.
با این روش Gericke تضاد مکانیسم آب و هوا را در محیط رشد ریشه به شکلی از بین برد اما این روش برای تولید تجارتی راه حل مناسبی ارائه نمی‌داد و چند نقص کلی و عمده داشت. یکی اینکه طبیعت این نباتات اقتضا نمی‌کرد که ریشه آنها در هوا آویزان باشد بلکه برعکس نیاز به اتکا داشتند. و دیگر مشکل اینکه در طوقه ریشه گیاهان حساس پوسیدگی ایجاد شد. ولی در هر حال با تلاش شبانه روزی دانشمتدان و محققان ، امروز مطالعه و تحقیق و کسب تجربه در این زمینه به حدی توسعه یافته و مورد توجه قرار گرفته است که آینده کار برد روش آب‌کشت را خیلی روشن جلوه می‌دهد. در حال حاضر تولید تجارتی محصولات با روش آبکشت در آمریکا ، ژاپن ، اروپا و هندوستان رو به افزایش بوده و در سایر نقاط دنیا در حال پیشرفت است. بدون تردید کشور ما نیز دور از این تکنولوژی قرار نخواهد گرفت.
● انواع روشها
۱) کشت مستقیم در محلول غیر متحرک
این روش شباهت زیادی به اولین روش تولید آبکشی دارد که در آن قسمتی از ریشه‌ها به منظور جذب اکسیژن در هوا قرار داشته و قسمتی در محلول غذایی جایی می‌گیرند. به دلایلی عمده امروزه در سیستمهای تجارتی از آن استفاده نمی‌شود.
۲) کشت در مه
این روش شباهت زیادی به روش کشت در محلول دارد با تفاوت که غذا به صورت مه یا باران پودر شده به نباتات پاشیده می‌شود ولی به همان دلایل ذکر شده از قبیل اشکالاتی که نگه داشتن نباتات دارد و همان مشکلات بیولوژیکی روش بالا ، روش کشت در مه هنوز تجارتی نگردیده و در حال حاضر تحقیقاتی در این مورد در کشور ایتالیا جریان دارد.
۳) کشت در ماده جامد با مدار باز از نظر محلول غذایی
در عمل مثل روش کشت در خاک است با این تفاوت که به جای خاک ماده بی‌اثری مثل شن یا سنگریزه مورد استفاده قرار گرفته و ریشه‌ها در این ماده رشد می‌کنند. از نظر وسایل و ساختمان و تاسیسات ، روی هم رفته خیلی ساده می‌باشد. مشهورترین نوع این روش ، کشت در ماسه یا شن با استفاده از محلول غذایی از سطح ماسه مصرف شده و پس از آنکه مقداری بوسیله ریشه‌ها جذب گردید، بقیه به صورت فاضلاب از سیستم خارج می‌شود. خروج فاضلاب از مدار محلول دهی باعث می‌شود که این روش از نظر صرفه جویی در مصرف آب در مواردی که هزینه تامین آب زیاد است مقرون به صرفه و قابل توصیه نباشد.
۴) روش کشت در ماده جامد با مدار بسته از نظر محلول غذایی
در این سیستم کشت در حوضچه‌های متصل به مخزنهایی صورت می‌گیرد که بوسیله بتن یا استفاده از مواد دیگر ساخته شده است. محلول غذایی از مخزن مربوط بوسیله پمپ وارد حوضچه شده و سطح ارتفاع آن در حوضچه بالا آمده و مجددا بوسیله پمپ تخلیه گردیده و به مخزن مربوطه برمی‌گردد. این عمل بر حسب نیاز نبات به آب و غذا چند بار در روز تکرار می‌گردد.
مزیت عمده این روش در مقایسه با روش مدار باز امکان صرفه جویی در مصرف آب به مقدار زیاد بوده و با مقدار قابل ملاحظه‌ای نیز در مصرف مواد غذایی صرفه‌جویی می‌شود. بدیهی است از نظر کنترل کیفیت و کمیت محلول غذایی مراقبت و دقت بیشتری لازم خواهد بود. به علاوه هزینه تاسیسات اولیه به مراتب بیشتر می‌باشد . در این گلخانه‌ها مورد توجه باشد ، استفاده از سیستم تغذیه و آبیاری با مدار بسته توصیه و تاکید می‌گردد.
● موارد استفاده
▪ محدودیت اراضی
▪ تولید برخی محصولات خاص
▪ تولید محصول در غیر فصل طبیعی
● مزایا
▪ کنترل محیط از نظر عناصر غذایی
▪ یکی از مزیت‌هایی که در ارتباط با تغذیه گیاه در کشت بدون خاک مطرح بوده کنترل محیط از نظر عناصر غذایی است. فرمول محلول غذایی تهیه شده قابل دسترسی است. به عبارت دیگر می‌توان هر ماده‌ای با هر نوع غلظتی تهیه و در محلول قرار داد. نسبت بین یون‌ها را به خوبی می‌توان حفظ کرد. مثلا می‌توان در محلولی نسبت یون آمونیوم به نیترژون را تنظیم کرد. ولی در محیط خاک این مسأله قابل کنترل نیست.
● معایب
▪ مشکل تهویه
▪ عدم وجود خاصیت تامپونی
▪ سرمایه‌گذاری زیاد اولیه
در سیستم‌های بدون کشت می‌توان از طریق تعویض محلول غذایی و تهویه مصنوعی تهویه را تأمین کرد. در خاک خاصیت بافری یا تامپونی برای عناصر غذایی وجود دارد ولی در محلول‌های غذایی این مشکل وجود ندارد. مسأله دیگر در کشت بدون خاک سرمایه‌گذاری اولیه برای گیاه می‌باشد. معمولا هیدروپون‌ها نیاز به سرمایه‌گذاری دارند که ممکن است برای هر نوع محصولی این مساله اقتصادی نباشد.
● مواد غذایی مورد نیاز در کشت هیدروپونیک
خاک دارای خاصیت تامپونی و بافری است. بدین مفهوم که اگر عنصری توسط گیاه جذب شد و غلظتش در محلول خاک کاهش پیدا کرد خاک این توانایی را دارد که از فاز جامد یا فاز تبادلی آن عنصر را آزاد و وارد محلول خاک کند و غلظت را به همان سطح اولیه خودش برگرداند. خاصیت تامپونی یا همان حفظ غلظت و آزاد کردن عناصر از فاز جامد یا تبادلی است. ولی در محلول‌های غذایی یا کشت هیدروپونیک تجدید غلظت وجود ندارد. در بعضی از سیستم‌ها ، محلول غذایی حالت چرخشی داشته و در یک محدوده (یا مخزنی) کمبود غلظت خود را جبران کرده و دوباره وارد سیستم خواهد شد که این خود یکی از مزیت‌های خاک در رابطه با کشت بدون خاک است.
در سیستم‌های بدون خاک در تغذیه گیاه از محلول‌های غذایی استفاده می‌کنند لذا برای تهیه محلول‌های غذایی از نمک‌های عناصری مانند نیترات پتاسیم و سولفات پتاسیم استفاده می‌کنند. معمولا برای تهیه این محلول‌ها ، فرمول‌های غذایی متعددی پیشنهاد شده است. برای هر گیاه خاص با توجه به نیاز غذایی آن گیاه ، فرمول غذایی خاصی تنظیم می‌شود. یعنی غلظت لازم در محلول غذایی کنترل می‌شود. بطوری که تمامی عناصر غذایی مورد نیاز در آن به مقدار کافی وجود داشته باشند.