هایدروپونیک

آبكشت فن کشت گياهان بدون خاک^۲ و يا خارج از خاک مي­باشد، يعني گياه چرخه کامل زندگي و تمام مراحل رويشي و زايشي خود را بدون تماس ريشه با محيط طبيعي خود يعني خاک انجام مي­دهد. در اين روش رشد ريشه ها به چند طريق امكان­پذير است. 1- در هوا که بايد بسيار مرطوب نگهداشته شود، 2- در آب که بايد خوب هوا دهي شود و3- در برخي مواد جامد غير از خاک (بستر) که رطوبت را در خود نگهدارند. آب موجود در اطراف ريشه ها بايد حاوي ترکيبات متعادلي از تمامي عناصر ماکرو و ميکروي مورد نياز گياه باشد. اين فن­آوري بايد اجازه رشد و نمو گياه از بذر تا بذر را بدهد. به عبارت ديگر آبكشت روشي براي پرورش گياهان در يک محيط به غير از خاک مي­باشد. اين روش که در سطح وسيعي در جهان در حال توسعه مي­باشد براي توليد گياهان زراعي و باغي مورد استفاده قرار مي­گيرد. در اين روش تغذيه ريشه گياه بوسيله يک محيط مايع معدني به نام محلول غذايي (محيط کشت) انجام   مي­شود. اين محلول حاوي آب، اکسيژن محلول و عناصر معدني ضروري كه عموماً بصورت   يون­هاي حاصل از  نمک­هاي محلول و گاهي بصورت کلات­هاي آهن مي­باشد. بستر در آبكشت بعنوان يک تکيه گاه براي استقرار بذر و نگهداري اندام هوايي و تسهيل اكسيژن­رساني بکار مي­رود. اين بستر نبايد هيچگونه نقش غذايي داشته باشد و بايد از نظر شيميايي خنثي باشد. بسترها بر روي محفظه­اي از جنس پلاستيک، گلدان و يا ليوان كه نور به درون آن نفوذ نمي­كند قرار مي­گيرند. در پژوهشکده بيوتکنولوژي کشاورزي اين محفظه­ها ظروف پلاستيکي (Rice box) با گنجايش 18 ليتر محلول غذايي مي­باشند. روش آبكشت در گلخانه­ها و يا در زير سايبان­هاي پلاستيکي با مساحت­هاي زياد انجام مي­گيرد.

مزاياي آبكشت:

1-    پرورش گياهان به اين روش در هر کجا امکان پذير است و محصولات را مي­توان در مناطقي که داراي خاک­هاي نامناسب و يا خاک­هاي آلوده به بيماري هستند نيز پرورش داد.

2-    تراکم در واحد سطح آبكشت بالا است. در اين روش مي­توان برخي از محصولات را در مکاني کوچک در دوره زماني کوتاه پرورش داد. همچنين اين امکان وجود دارد که بتوان محصولات را در چند سطح يا طبقه بر روي يکديگر کشت کرد. با توجه به اينکه حمل محصولات به بازار هزينة بالايي دارد، مي­توان با احداث گلخانه در مرکز شهر  مسافت و هزينه هاي حمل را کاهش داد. در ژاپن پرورش سبزيجات در فروشگاه­هايي در مرکز شهر انجام مي­شود. صرفه جويي در هزينه­هاي حمل و نقل و مفيد بودن و بهره­مند شدن از توليد سبزي تازه، جبران کننده افزايش قيمت چنين مکان­هايي در مرکز شهر مي­باشد.

3-    کارهاي سنگين مانند تهيه زمين و آبياري و غیره كاهش مي­يابد.

4-    در يک طراحي خوب، يک سيستم آبكشت دقيق از ميزان آب کمتري به نسبت کشت محصولات باغي در خاک استفاده مي­كند.

5-    در آبكشت نياز به سمپاشي کاهش مي­يابد، در اين سيستم­ بيماري­هاي خاکزي را مي­توان به آساني ريشه­کن کرد. همچنين در اين سيستم بيماري­هاي انگلي و انساني وجود ندارد.

6-    مشکل علفهاي هرز در اين روش به چشم نمي­خورد.

7-    از آنجايي که محلول غذايي آبكشت مي­تواند با ايجاد سيستم­هاي بازيافتي يا چرخشي مورد استفاده قرار گيرد، امکان کاهش آلودگي زمين و آب رودخانه ها فراهم مي­گردد.

8-    در اين روش امكان کنترل شرايط محيطي آسان­تر است. در گلخانه­اي که کارکرد عواملي مانند نور، درجه حرارت، رطوبت نسبي و ترکيب گازهاي گلخانهاي به­طرز ماهرانه­اي طراحي و اجرا شده و در عين حال محلول دهي مناسب با يک برنامه زمانبندي مناسب انجام شود، به­راحتي  مي­توان شرايط محيطي را کنترل کرد.

9-    کنترل شيميايي منطقه رشد ريشه در اين روش آسان است. مسموميت­هاي ناشي از وجود نمک­هاي معدني محلول غذايي را مي­توان با شستشو از محيط ريشه خارج کرد. همچنين مقادير pH و هدايت الکتريکي را مي­توان تنظيم نمود. علاوه بر اين مي­توان از بروز مشکلات ناشي از تجمع نمک­هاي معدني در منطقه رشد ريشه که در کشت­هاي خاکي اتفاق مي­افتد جلوگيري کرد.

10-      آيش در برنامه تناوب محصولات وجود ندارد.

11-      استقرار گياهان در اين روش اسانتر است.

 

معايب آبكشت:

1-    سنگيني هزينه­هاي ساخت و راه­اندازي اوليه اين سيستم در هر هکتار پرورش دهنده­گان را ملزم به کاشت محصولاتي مي­کند که زمان و مقدار برگشت هزينه­ها در توليد آن­ها سريع و زياد است.

2-    مهارت و دانش فني بايد همراه با اجراي صحيح و شايسته طرح باشد. آموزش و تربيت متصدي گلخانه بايد در ارتباط مستقيم با مسايل اجرايي حين دوره رشد گياهان باشد. آگاهي نسبت به نحوه رشد و نمو گياهان و مباني تغذيه گياهي داراي اهميت ويژه­اي است.

3-    آفات و بيماري­ها در صورت عدم مراقبت مي­توانند به سرعت در سراسر گلخانه پراکنده شوند.

4-    اين سيستم معمولاً فاقد منافع و فوايد حاصل از زندگي گياهان در خاک است.

 

انواع سيستم­هاي آبكشت:

1-    سيستم­هاي بدون سوبسترا ( عمدتاًً کاربرد تحقيقاتي دارند).

2-    سيستم­هاي همراه با سوبسترا (با استفاده ازپرليت، پشم سنگ و غیره با کاربردهاي تجاري).

به سبب اهميت بکارگيري سيستم­هاي بدون سوبسترا در کارهاي تحقيقاتي صرفاً به اين سيستم­ها  مي­پردازيم.

 

سيستم­هاي آبكشت بدون سوبسترا (بدون مواد زمينه اي):

به عنوان ساده ترين سيستم­ها مي­توانند در نظر گرفته شوند چون در آن­ها محلول غذايي بطور مستقيم در ارتباط با ريشه گياه بوده و تنها نقش عامل تغذيه­اي گياه را به عهده دارد، بعلاوه مشکلات ناشي از کاربرد سوبسترا (خريد،تعبيه،تجديد و حذف آن) وجود ندارد. مزيت ديگر اين تکنيک اينست که آلودگي زدايي سيستم نسبتاً ساده خواهد بود ولي برعکس در اين سيستم­ها مشکل هوادهي ريشه بايد حل شود. در واقع يک محلول غذايي به تنهايي نمي­تواند اکسيژن مورد نياز گياه را تامين کند و بايستي راهي جهت غني کردن محلول غذايي از اکسيژن محلول پيدا کرد. در رابطه با اين پارامتر (سيستم بدون سوبسترا) سه روش مختلف وجود دارد:

1-    اکي کالچر يا کشت روي محيط مايع.

2-    روش NFT ^۳يا تغذيه ريشه بوسيله يک فيلم و يک لايه نازک از محلول غذايي.

3-    ايروپونيک (Aeroponics).

 

1- اکي کالچر

قديمي­ترين روش استفاده از محلول غذايي مي­باشد و سابقه کاربرد آن به سال 1860 ميلادي بر مي­گردد. در اين روش ريشه­هاي گياهان در يک محيط کاملاً مايع شناور بوده و تغذيه مي­شوند (روشي که هم اکنون در پژوهشکده بيوتکنولوژي کشاورزي بکار مي رود) . محلول غذايي در اين روش، ساکن و در يک محفظه مي­باشد که عموماً از مواد پلاستيکي مات و غير شفاف و يا حتي يک سطل پلاستيکي تشكيل مي­شود. از نفوذ نور به داخل محفظه بايد جلوگيري گردد تا شرايط تاريکي براي ريشه فراهم باشد. چون محلول غذايي ساکن مي­باشد مقدار اکسيژن موجود جهت انجام وظيفه ريشه کم و ناکافي است. جهت جلوگيري از خفگي نسبي که به آن هيپوکسي گفته ميشود بايد محلول غذايي با داخل کردن هوا از نظر اکسيژن غني گردد، اين کار را مي­توان بوسيله پمپ آکواريوم انجام داد. عمل هوا رساني مي­تواند مداوم باشد ولي عملاً در بيشتر موارد نامداوم بوده و بصورت دوره­هاي نيم ساعتي يا يک ساعتي چند بار در روز انجام مي­گيرد. البته با اين عمل از تجمع يون­ها در يک محل و ايجاد گراديان غلظت يون­ها در محلول غذايي جلوگيري بعمل مي­آيد.

جهت جبران از دست دادن آب از طريق تعرق محلول غذايي بايد بطور منظم بوسيله آب مقطر کامل شود. محلول غذايي در طول زمان از نظر مواد غذايي و عناصر معدني ضعيف شده و بايد هنگامي که غلظت   يون­هايي که از همه بيشتر مصرف مي­شوند (مانند  ^-NO₃و⁺K) به نصف رسيد، تجديد شود. روش اکي کالچر منحصراً در کارهاي تحقيقاتي بکار مي­رود و با اين روش مي­توان بيلان دقيق مصرف آب و عناصر معدني بوسيله گياه را محاسبه كرد. اين تکنيک امروزه جهت مطالعات فيزيولوژي تغذيه گياه بسيار کاربرد داشته و با اين روش مي­توان تغييرات جذب آب و يون­ها را اندازه گيري کرد و تغييرات سريع در ترکيب مواد معدني محيط غذايي بوجود آورد و مثلاً کمبود يا سميت و ساير عوارض آن­ها را بررسي کرد. همچنين از اين روش مي­توان در آزمايش­هاي بررسي تنش­هاي شوري، سرما ، گرما، فلزات سنگين، آرسنيک و... بهره جست. در اين روش دسترسي به کل سيستم ريشه­اي بدون خراب کردن آن جهت مطالعات، عملاً ممکن است ولي کاربرد اکي کالچر براي توليد در سطوح زياد گلخانه­اي کاري مشکل است.

از ديگر معايب اين روش مسدود شدن لوله­هاي هوادهي به سبب رسوبات مي­باشد و عيب ديگر آن اينست که محلول غذايي بايد بطور منظم و هر چند روز يکبار تعويض گردد.

 

2- NFT

اين روش در سال 1979 در انگلستان توسط کوپر ابداع گرديد و تنها تکنيک بدون سوبسترايي است که در کشت سبزي و صيفي انجام مي­شود. به خاطر وجود اشکال در هوارساني در يک محيط مايع ساکن، اکسيژن رساني بوسيله جريان محلول غذايي به صورت يک لايه نازک (فيلم) انجام مي­شود. بدينصورت محلول غذايي در قسمت سطحي در حال حرکت آرام خود از طريق تبادلات با هواي آزاد از نظر اکسيژن محلول غني مي­شود.   آب­هاي جاري در رودخانه­ها به همين ترتيب از اکسيژن غني مي­شوند. البته مشکل کاهش اکسيژن در هر دو مورد با بالا رفتن درجه حرارت هوا وجود دارد. لايه نازک محلول غذايي به صورت جويبارهاي کوچک درون ناودان­هاي مخصوص با شيب کم (حدود 1 تا 2 درصد) جاري شده و ريشه­هاي گياهان را مشروب مي­سازد. اضافي مايع غذايي در انتهاي پاييني ناودان­ها در يک مخزن جمع شده و سپس مورد استفاده مجدد قرار مي­گيرد. در عمل ناودان­ها از مواد پلاستيکي با پهناي 20 سانتيمتر و طول حداکثر 20 متر ساخته مي­شوند. وجود شيب 1 تا 2 درصد کاملا" ضروري است وگرنه موجب توقف و تجمع موضعي محلول غذايي مي­شود.

عيب اين روش اينست که گياهان در ابتداي ناودان­ها از نظر تغذيه و هوادهي ضعيف خواهند شد. بدين ترتيب در بعضي NFT هاي جديد به هر گياه بطور انفرادي و با کمک کاپيلاريته يا لوله­هاي مويين محلول غذايي داده مي­شود.

به منظور ايجاد شرايط ژئوتروپيسم (زمين گرايي) مجموعه ناودان­ها در زير لايه­اي از پلي اتيلن که از درون سياه و از بيرون سفيد است محبوس مي­باشند. بعد از چند روز ريشه­ها به صورت چنگک درون هم رفته و توليد نوعي فرش در کف ناودان­ها مي­کنند. در اين روش محلول غذايي بايد به طور مداوم از نظر حجم و غلظت تکميل و تنظيم گردد. اين عمل در محفظه­هاي مخصوص که محلول غذايي پس از مصرف در آنها ذخيره مي­شود به صورت اتوماتيک و به کمک سوند انجام مي­گيرد. وجود يک شناور در مخزن سبب مي­شود که وقتي حجم کلي محلول غذايي در محفظه کاهش يافت عمل اضافه کردن آب به طور اتوماتيک انجام گيرد.

اگر غلظت نمک­هاي معدني کاهش يابد وجود يک سوند که به دستگاه اندازه­گيري هدايت الکتريکي متصل است به طور خود کار سبب کامل شدن محلول غذايي مي­شود. وجود يک الکترود pH سبب تنظيم pH در صورت نياز خواهد شد. اين سيستم­ها از نظر تکنولوژي ساده بوده و با استفاده از مواد کم خرج و ارزان قيمت مجدداً قابل استفاده خواهند بود.

 

3- سيستم ايروپونيک(Aeroponics)

يک روش جديد آبكشت است که در آن ريشه­هاي گياه نه با محيط مايع و نه با محيط جامد در تماسند، بلکه تغذيه گياه بواسطه يک مه و ابر (Mist) غذايي ناشي از پودر شدن يا اسپري محلول غذايي در يک محفظه بسته انجام مي­شود. توليدکننده مه در ته محفظه کشت قرار گرفته و عمل پاشيدن محلول غذايي را به صورت قطرات ريز انجام مي­دهد. محلول غذايي تحت فشار از يک لوله وارد شده و به صورت قطرات ريز به درون محفظه بسته تزريق مي­گردد. اين سيستم بطور کلي داراي پيچيدگي بيشتري از ساير سيستم­هاي (Soil less) است.

فضاي ريشه هميشه اشباع از يک مه غذايي است که بر روي ريشه­ها نشسته و به صورت جويچه­هاي ريزي روي ريشه­ها جاري شده و عمل تغذيه ريشه انجام و اضافي آن در يک مخزن جمع و مورد استفاده مجدد قرار مي­گيرد. در اين سيستم هوارساني بهتري انجام مي­شود و عموماً مه­پاشي به صورت    دوره­هاي ربع ساعتي يا نيم ساعتي با يک مکث چند دقيقه­اي در طول شبانه روز ( در شب مكث طولاني­تر است) انجام مي­شود. اين روش بيشتر به منظور تحقيقات و مطالعات بر روي سيستم ريشه­اي گياهان انجام مي­گيرد ( در روش اکي کالچر در هم رفتن ريشه­ها سبب مشکل شدن جدا کردن آنها از يکديگر مي­شود ولي در ايروپونيک اينگونه نيست و فضاي کافي براي توسعه ريشه­ها وجود دارد).

 

اهميت کنترل pH در روش آبكشت:

کنترل  pHدر شرايط آبكشت يکي از مهمترين مسايلي است که بايد مورد توجه قرار گيرد. pH محيط کشت به سبب فعاليت­هاي ريشه گياه به طور مداوم تغيير کرده لذا بايد به طور روزانه pH محيط را توسط دستگاه pH Meter تنظيم كرده و در حدود 4/5 تا 5/5 ثابت نگه داشت.

براي اين منظور از KOH با غلظت 1 نرمال به عنوان باز و HCl با غلظت 1 نرمال به عنوان اسيد استفاده مي­گردد. در صورتيکه  pH از 4/5 بالاتر رود با افزودن يک يا چند قطره اسيد آن را به pH مورد نظر کاهش مي­دهيم و چنانچه  pH از 4/5 پايينتر رود با افزودن يک يا چند قطره باز آن را به pH مورد نظر مي­رسانيم تا حداکثر امکان جذب عناصر ميکرو و ماکرو فراهم شده واز رسوب عناصر و همچنين فعاليت جلبک­ها ممانعت گردد.

 

نحوه تهيه محيط کشت يوشيدا بر اساس متد يوشيدا و همکاران(1976)

 

ml of stock/100 L solution	gr/1 L	Macro elements
125  ml	91.4	NH4NO3
125  ml	35.6	NaH2 PO4.H2O
125  ml	71.4	K2SO4
125  ml	117.35	CaCl2.2H2O
125  ml	324	MgSO4.7H2O

هر یک  عناصر فوق (ماکرو) را پس از توزين در يك ارلن يك ليتري ريخته و با اضافه كردن آب مقطر حجم آن را به يك ليتر مي­رسانيم (استفاده از همزن مغناطيسي الزاميست ).

 

ml of stock/100 L solution	gr/1 L	Micro elements
125  ml	1.5	MnCl2.4H2O
	0.074	NH4)6Mo7O24.4H2O)
	0.035	ZnSO4.7H2O
	0.934	H3BO3
	0.031	CuSO4.5H2O
	7.7	FeCl3.6H2O
	11.9	C6H8O7.H2O

 

تمامي عناصر فوق (ميكرو) را پس از توزين در يك ارلن يك ليتري ريخته و با اضافه كردن آب مقطر و 50 ميلي­ ليتر اسيد سولفوريك 98 درصد حجم آن را به يك ليتر مي­رسانيم (استفاده از همزن مغناطيسي الزاميست).

 

 

نحوه تهيه محيط کشت هوگلند بر اساس متد هوگلند (1950)

 

ml of stock/100 L solution	gr/1 L	Macro elements
100  ml	115	NH4H2PO4
600  ml	107	KNO3
400  ml	236	Ca(NO3)2.4H2O
200  ml	246	MgSO4.7H2O
150  m l	5	Fe – EDTA

 

 

ml of stock/100 L solution	gr/1 L	Micro elements
100  ml	0.38	H3BO3
	0.22	ZnSO4.7H2O
	1.02	MnSO4.4H2O
	0.08	CuSO4.5H2O
	0.02	NH4)6Mo7.O24.4H2O)

 توجه شود كه pH محلول بايد بين 5/5 و 8/5 نگه داشته شود

 

---

[1] -Hydroponics

[2] - Soil less culture

[3] -Nutrient Film Technique

منبع:

حسیبی، پ. 1386. بررسی فیزیولوژیکی اثر تنش سرما در مرحله­ی گیاهچه­ای ژنوتیپ­های مختلف برنج. رساله دکتری دانشگاه شهید چمران اهواز. ص.145.