یکی از مدل های کشاورزی مدرن، “کشاورزی هیدروپونیک ، آب‌کشت “ است. این نوع از کشاورزی که با عنوان “کشاورزی بدون خاک” هم شناخته می شود مدتی است که در جهان به طور ویژه ای به آن پرداخته می شود و شرکت های استارتاپی گوناگونی هم به این روش کشت پرداخته اند. از این رو در این مقاله به بررسی این نوع ازکشت پرداختیم. در آینده نیز به معرفی برخی از نمونه های استارتاپی خارجی و داخلی با این نوع کشت خواهیم پرداخت.

تاریچه کشت بدون خاک (Soilless culture)

 

 نوعی کشت است که در آن از خاک به عنوان بستر استفاده نمی‌شود. کشت بدون خاک قرن‌ها پیش زمانی آغاز شد که در دوران باستان کشاورزان مصر، چین و هند از حل کردن کود دامی در آب برای پرورش خیار، هندوانه و سبزی‌های دیگر در بستر شنی رودخانه‌ها استفاده می‌کردند. این روش به عنوان کشت بستر رودخانه‌ای نامیده می‌شد. کارهای خوبی در زمینه کشت بدون خاک در قرن چهاردهم انجام شد ولی در دهه ۱۹۴۰ به صورت تجاری توسعه یافت و در دهه ۱۹۶۰ پیشرفت چشمگیری در طراحی انواع سیستم‌ها به وجود آمد. هم‌اکنون مزارع زیادی وجود دارد که با سیستم کشت بدون خاک، گیاهان مختلف را پرورش می‌دهند. در کشت‌های سنتی دسترسی گیاه به عناصر غذایی، به حاصلخیزی خاک، مقدار مواد آلی و معدنی، عوامل محیطی و جمعیت میکروارگانیزم‌های مورد نیاز برای تبدیل فرم آلی عناصر غذایی به معدنی بستگی دارد. در کشت بدون خاک عناصر غذایی مورد نیاز گیاه به صورت مواد معدنی که توسط گیاه قابل جذب است، در اختیار ریشه قرار داده می‌شود.

 

انقلاب صنعتی راه را برای شیوه‌هایی از کشاورزی باز کرد که تولید را سرعت بخشیدند. روش‌های کشاورزی قراردادی، با به‌کارگیری سوخت‌های فسیلی تسریع شدند و زمین‌های آبرفتی کشف شده به‌عنوان فضاهایی برای کشت محصولاتی با حداکثر کارایی مورد استفاده قرار گرفتند. کشاورزی صنعتی به نوآوری و تولید امکانات اقتصادی جدید ادامه داد، درعین‌حال تحقیقات زیست‌شناختی به کشفیات عظیمی در ژنتیک زراعی منجر شد. این کشفیات به تولید گونه‌های زراعی مقاوم در برابر بیماری ها انجامید که می‌توانستند تولید محصولات را به حداکثر رسانده و افراد بیشتری را تغذیه کنند.

به علت وابستگی جهان به خاک و کشت بیش‌ازحد در زمین‌های کشاورزی طی سالیان متوالی، کشاورزان مجبور به استفاده‌ فراوان از کود برای تقویت خاک و همچنین محافظت از گیاهان دربرابر علف هرز، آفت، و … شدند. به‌منظور تأمین این نیازها، مواد شیمیایی زراعی تولید و به‌عنوان مواد ضروری به کشاورزان فروخته شد. هم اکنون این مواد هزینه تمام‌شده عظیمی را در جریان عملیات زراعی به کشاورزان تحمیل می‌کنند. این هزینه‌های بالا، در کنار اثرات ناشی از تغییرات آب و هوایی و خشکسالی، بر کشاورزی صنعتی تأثیر منفی می‌گذارد و در نهایت باعث نابودی اراضی میگردد. این در حالیست که صنعت امروز با چالش‌های بیشتری نسبت به هر زمان دیگری روبه‌روست

چالش‌های پیش روی کشاورزی خاک محور به ابداع کشاورزی بدون خاک منجر شد، در این روش، پرورش محصولات بدون استفاده از خاک رخ می‌دهد. در کشاورزی بدون خاک، محصولات در محلول‌های مغذی رشد می‌کنند. این روش همچنین برای پرورش گیاهان خانگی بسیار محبوب است و خطر قرارگیری محصولات در معرض آفات و شرایط سخت آب و هوایی را کاهش می‌دهد.

تمام گیاهان، چه با استفاده از روش‌های خاکی پرورش یافته باشند، چه بدون خاک، برای رشد، تکثیر و دیگر کنش‌های حیاتی، به مواد مغذی ضروری نیاز دارند. در کنار آب که عامل مهمی در فرآیند رشد است؛ مواد مغذی، نور و هوا هم مؤلفه‌های اصلی رشد گیاهان محسوب می‌شوند. در هر دو شیوه، محصولات به “وسیله‌ای رشد دهنده” نیاز دارند تا ریشه‌های خود را محکم کرده و به قوام فیزیکی برسند. خاک یا هر رشد‌دهنده دیگری مواد مغذی موردنیاز گیاه را فراهم می‌سازد تا گیاه این مواد را از طریق ریشه خود جذب نماید. این رشددهنده ها، به حل کردن گازها و تسهیل جذب مواد مغذی هم کمک می‌کنند. در ادامه بیایید نگاه دقیق‌تری به هریک از این دو روش‌ باغبانی بیندازیم:

کشاورزی خاک محور

 

در این حالت محصولات اغلب در زمین کشاورزی یا در گلخانه رشد می‌کنند. گلخانه اغلب برای پرورش محصولاتی به کار می‌رود که عمدتاً صادراتی هستند و یا خارج از فصل کشت میشوند، در حالی که زراعت روی زمین شامل آماده‌سازی زمین‌های کشاورزی و اصلاح آنها می‌شود که شامل مواردی چون کشت بستر به‌منظور تسهیل مدیریت محصول می‌شود. در کشاورزی خاک محور از انواع مختلف خاک برای پرورش محصولات گوناگون استفاده می‌شود. مثلاً محصولات ریشه‌دار در خاک‌های نرم بهتر رشد می‌کنند چون این خاک‌ها امکان رشد بهتر ریشه را فراهم می‌سازند

در زمان‌های قدیم، از کود در خاک محصولات زراعی استفاده نمی‌شد و به جای آن با استفاده از چرخش محصولات کشاورزی، مواد مغذی موجود در خاک را کنترل می‌کردند. ولی امروزه فضای محدود کشاورزی، چرخش محصولات را برای افراد سخت کرده است. بنابراین فضاهای زراعی کاملا از طریق کودها احیا می‌شوند. در نتیجه در حال حاضر کشاورزان متاسفانه باید برای افزایش بازدهی زمین، از مواد شیمیایی در زمین‌های زراعی استفاده کنند تا باروری زمین بالا رفته و گیاهان بتوانند مواد مغذی مورد نیاز رشد خود را به دست آورند، که این امر باعث ایجاد خسارت های زیست محیطی جبران ناپذیری شده است.

کشاورزی بدون خاک

 

کشاورزی بدون خاک شیوه‌ای برای پرورش محصولات در محلول‌های معدنی پر از مواد مغذی است. ترکیبات این محلول‌های معدنی به محصول زیر کشت بستگی دارد. در حالت آرمانی، این محلول‌ها از کاتیون‌ها و آنیون‌های ضروری یعنی منیزیم، کلسیم، پتاسیم، سولفات و نیترات تشکیل شده اند.

محلول‌های بدون خاک دو نوع اصلی دارند:

1.کشت در محیط

2.کشت در محلول

مزایای کشاورزی بدون خاک

کشت بدون خاک مزیت‌های متعددی نسبت به کشت خاک محور دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:

1- کشت بدون خاک را می‌شود در محیط‌های کنترل‌شده‌ و در هر جایی انجام داد؛ چرا که به حاصل‌خیزی زمین متکی نیست. در نتیجه کشت بدون خاک از تغییرات زیست‌محیطی تأثیر نمی‌پذیرد. در حالی که یکی از چالش‌های اصلی کشاورزی خاک محور، آسیب‌پذیری آن درمقابل تغییرات محیطی مثل سیل، باد، خشکسالی و تغییرات آب‌وهوایی است که می‌توانند خسارت‌های زیادی به کشاورزان بزنند. با کشاورزی بدون خاک، گیاهان در فضاهای داخلی کشت شده و از خطرات مخرب احتمالی زیست ‌محیطی در امان می‌مانند.

2- کشت بدون خاک در مصرف آب صرفه‌جویی می‌کند. در کشاورزی خاک محور، محصولات آب را از زمین می‌گیرند. درواقع 80% آب تازه در آمریکا صرف کشاورزی می‌شود، ولی در بسیاری از موارد، آب موجود در زمین مستقیماً به مصرف گیاهان نمی‌رسد و حجم زیادی از آن هدر می‌رود. کشت بدون خاک، راه‌حلی برای کمبود فزاینده‌ آب است، چراکه این شیوه کشاورزی، حجم آب‌ مصرفی محصولات را رصد و کنترل می‌کند.

3- کشاورزی بدون خاک نیازی به استفاده از مواد شیمیایی سمی ندارد. برخلاف کشاورزی خاک محور که در آن کشاورزان باید برای افزایش بازدهی محصول از کود استفاده کنند و جهت دفع آفات و علف‌های هرز سم‌پاشی کنند. در واقع بهتر است بگوییم کشت بدون خاک به آفت‌کش‌های کمتری نیاز دارد، بنابراین آلودگی روان‌آب ها با استفاده از این نوع کشت به حداقل می‌رسد. در ایالات متحده آمریکا، مواد شیمیایی کشاورزی، علت اصلی مسائل کیفی آب هستند. این مواد شیمیایی (مثلاً آفت‌کش‌ها)، عامل اصلی آلوده‌کننده‌ آب شرب شناخته می‌شوند. اکثر کشاورزانی که از کشت بدون خاک استفاده می‌کنند، تقریباً نیازی به آفت‌کش یا علف‌کش نداشته یا می‌توانند کمترین مقدار ممکن، آن هم از نوع مواد ارگانیک را برای این منظور به کار گیرند. یکی از دلایل این امر آن است که مسئله علف هرز در کشت بدون خاک مطرح نیست چرا که بسیاری از این علف‌ها برای رشد به خاک نیاز دارند. در نتیجه بسیاری از کارشناسان اذعان دارند که کشت بدون خاک آلودگی کمتری را موجب می‌شود.

 4- درنتیجه‌ کشت فشرده و امکان تولید مداوم در کل سال و بازدهی محصولات کشت بدون خاک، در مقایسه با کشت خاکی، بسیار بالاتر است. بازدهی محصولات هم به‌خاطر نوردهی مصنوعی، پایدار و بسیار بالاتر است، این دو مورد به علاوه محیط کشت محصور، مزیت‌هایی هستند که انجام زراعت در کل سال را با این نوع کشت ممکن می‌سازد.

5- کشت بدون خاک زمین را حفظ می‌کند. با افزایش سریع نیاز جهان به غذا، بسیاری از کشورها زمین کشاورزی کم آورده‌اند. کشت بدون خاک مسئله تحلیل رفتن زمین‌های کشاورزی را حل می‌کند، چون دیگر لازم نیست که گیاه برای رسیدن به مواد مغذی ریشه‌های خود را بسط بدهد؛ مواد مغذی مورد نیاز گیاهان در فرمول غذایی آنها فراهم شده است. کشاورزی بدون خاک در مناطق شهری که فضای بسیار محدودی برای بوستان‌های خاک محور دارند، ایده‌آل است.

هواکشت چیست؟

 

ایروپونیک یا هواکشت یک روش کشت بدون خاک است که در آن گیاهان در حال رشد در هوا معلق می مانند. اما حال این سوال پیش می آید که مواد مغذی این گیاهان چگونه تامین می شود؟ باید بگوییم که گیاهان در این روش به طور مستمر در معرض مه غنی از عناصر غذایی قرار می گیرند. با روش هوا کشت، کشاورزان می توانند از تمام فضاهای موجود گلخانه نهایت استفاده را ببرند و بصورت موثری در آب صرفه جویی کنند. در سیستم هوا کشت، مواد غذایی بصورت دستی طبق زمان هایی مشخص به گیاهان اسپری می شوند. اما اکثرا سیستم هوا کشت دارای یک یا چندین پمپ است که بصورت اتومات و بدون نظارت، مواد مغذی گیاهان را تامین می کند.
اصل اساسی هواکشت، این است که گیاهان معلق در یک محیط بسته یا نیمه بسته را با پاشیدن محلول آب اتمی و سرشار از مواد مغذی پرورش می دهند.

مزایای هواکشت:

هرچه گیاه بیشتر در معرض هوا قرار بگیرد، هوای بهینه مورد نیاز گیاه بیشتر تامین می شود.
گیاهان به هیچ بیماری آلوده نمی شوند.
میزان جذب عناصر غذایی و کودی می تواند در طول زمان مورد سنجش و بررسی قرار بگیرد.
غبار غنی از مواد مغذی بصورت یکدست در اختیار گیاه قرار می گیرد.
استفاده حداکثری از فضا و امکان کشت بصورت افقی و عمودی.
یک مزیت مشخص هواکشت این است که اگر یک گیاه به بیماری خاصی مبتلا شد به راحتی می توان از ساختار حذفش کرد.
 محققان هوا کشت، را به عنوان روشی ارزشمند، ساده و سریع برای غربالگری اولیه ژنوتیپ ها برای مقاومت گیاهان در برابر بیماری های خاص یا پوشیدگی ریشه توصیف کرده اند.
 ماهیت ایزوله ای هوا کشت به آنها اجازه می دهد تا از عوارض ناشی از ایجاد بیماری ها در کشت خاک جلوگیری بشود.

هواکشت اغلب به دو روش ذیل انجام پذیر است:

۱- ایروپونیک کم فشار (LPA):

یکی از متداول ترین روش هوا کشت ایروپونیک کم فشار است. صاحبان گلخانه ها می توانند سیستم LPA را به راحتی و با هزینه اندک راه اندازی کنند. این سیستم غالبا در تمامی ساعات شبانه روز و هرروز ریشه گیاهان را مرطوب می کند. اما کارآیی این روش در مقایسه با ایروپونیک فشار بالا، کمتر است. سیستم هوایی این ایروپونیک فقط به شکل یک اسپری یا آب پاش کوچک عمل می کند. در این روش پمپ کم فشار محلول مواد غذایی را توسط لوله های رابط در مخزن تخلیه می کند. در روش ایروپونیک کم فشار بعد از مدتی که گیاهان رشد پیدا می کنند بخش وسیعی از ریشه ها خشک باقی می مانند و از کم آبی رنج می برند.

۲- ایروپونیک فشار بالا (HPA):

روش فشار بالا توسط ناسا رشد و گسترش پیدا کرده است. فشار بالا با استفاده از پمپ دیافراگم فشار قوی، برای اتمیزه کردن آب و تولید قطره هایی حدود ۲۰ الی۵۰ میکرومتر کارایی دارد. برای غبار واقعی به این معنا که رطوبت در هوا شناور باشد و بطور موثر به ریشه ها منتقل شود به فشار آب بالایی نیاز است تا یک فشار معمولی مانند LPA. این روش معمولا برای گونه هایی استفاده می شود که ارزش بالایی دارند و هزینه های مربوط به کار باغبانی آن ها را بطور قابل توجهی جبران می کنند.

لوازم مورد نیاز برای یک سیستم هواکشت:

• مخزن ذخیره مواد غذایی:
  تمامی سیستم های هوازی به مخزن یا محفظه ای احتیاج دارند تا رطوبت را خود حفظ کرده و از رسیدن نور به ریشه جلوگیری کند. این محفظه ها معمولا به شکل یک سطل و با سوراخ های حفر شده برای هر گیاه است. به علاوه به مخزن جداگانه ای برای نگهداری محلول مواد مغذی نیاز است.
• پمپ های شناور:
  مسئول به حرکت در آوردن آب ها و انتقال آب در لوله ها پمپ ها هستند. پمپ ها باعث می شوند یک جریان الکتریکی بدهد و به گیاهان مواد غذایی برسد.
• تایمر برای روشن و خاموش کردن پمپ ها در زمان مشخص:
  تایمر کمک می کند تا در زمان هایی مقرر آب پاش عمل کند. دقت تایمر بسیار بالاتر از انسان ها است زیرا ممکن است فراموش کنند که در ساعت مقرر آب پاشی را انجام بدهند.
• نازل های آب پاش:
  به دستگاه هایی که توسط آن ها آب و مواد غذایی به ریشه گیاهان اسپری می شود نازل آب پاش می گویند.
• لوله برای انتقال و پخش آب از مخزن به محفظه گیاهان:
  در دستگاه های هواکشت یک لوله واسطه انتقال مخزن ذخیره آب واملاح معدنیو مخزن محفظه گیاهان است. لوله ابتدا مواد مغذی را به مخزن گیاهان برده و سپس توسط نازل آن را به ریشه گیاه اسپری می کند.
• محفظه هایی محصور شده برای تجمیع کردن محلول بعد از اسپری:
  محلول بعد از اسپری در مخزنی ذخیره می شود تا اسپری های بعدی مجددا به گیه منتقل بشود. به همین دلیل است که می گوییم در روش های کشت بدون خاک به شدت هدر رفت آب پایین می آید.

بخاطر داشته باشید مواد و وسایلی که برای هواکشت استفاده می نمایید باید عاری از بیماری باشند تا هیچ گونه آلودگی به گیاهان منتقل نشود. اگرچه در سیستم های هوا کشت رابطه بین گیاه و ابزارها به حداقل رسیده است ولی محیط استریل گیاهان سالمی تحویل می دهد.

مدیریت هواکشت

در سیستم های هوازی نشاء ها در گلدان ها کاشته شده و از یک طرف در معرض نور قرار گرفته و از طرف دیگر در معرض غبار مواد مغذی است. چه کسی فکرش را می کرد که ریشه برهنه گیاه می تواند زنده بماند چه برسد که رشد کند. اما علت اصلی رشد سریع گیاهان به روش هواکشت به دلیل اکسیژن زیادی است که به آن ها وارد می شود. سیستم های هوازی برای کار آمدی به ظرافت و دقت زیادی نیاز دارند. زیرا برای غلظت مواد مغذی اگر به پارامترها توجه نشود محصولات و زحمات شما از بین می رود.
برخی از محققان با بررسی ترکیب گاز دریافتند، منطقه ریشه بر عملکرد گیاهان تاثیرگذار است. تاثیر غلظت اکسیژن محلول در شکل گیری ریشه ها را (هوای هیدروپونیک) می نامند. آنها از یک سیستم آبی و هوایی در سه منطقه ریشه استفاده کردند. انتهای ریشه در مخزن مواد مغذی غوطه ور در حالی که وسط ریشه فقط در معرض غبار مواد مغذی و قسمت فوقانی بالاتر از غبار قرار گرفته بود. نتایج نشان داد که O2 حل شده برای تشکیل ریشه ضروری است. اما در ادامه نیز مشخص شد که غلظت O2 مورد آزمایش در بخش مرکزی مهم تر است، زیرا تعدد ریشه و طول ریشه در بخش مه آلود مرکزی بیشتر از بخش غوطه ور است. بخش فوقانی نیز با کمترین میزان مواد غذایی دریافتی توانسته با موفقیت ریشه دوانی کند.

نکاتی درباره هواکشت که لازم است بدانید:

تجهیزات هوازی از قبیل سم پاش ها، مه پاش ها و سایر وسایل ایجاد غبار محلول برای تهیه مواد مغذی به ریشه گیاه، معمولا دارای حلقه هایی کوچک هستند که در محیط های کلان و میکرو در جهت حفظ فرهنگ هوای مناسب و مداوم بکار می روند.
 اختراعات بی شماری برای تسهیل مه پاشی در هواکشت ایجاد شده اند. اما نکته اصلی این است که رشد ریشه به اندازه قطرات آب بستگی دارد. در کاربردهای تجاری از اسپری های هیدرواتمی در ۳۶۰ درجه برای پوشش دادن مناطق وسیعی از ریشه ها استفاده می شود.
اندازه قطرات آب اگر بیش از حد بزرگ باشند ریشه با کمبود اکسیژن مواجه خواهد شد و اگر بیش از اندازه کوچک باشند مواد مغذی جذب گیاهان نمی شود.
 توانایی کنترل دقیق سطح رطوبت ریشه و میزان آب اسپری شده باعث می شود تا هوا کشت به عنوان یک روش ایده آل برای مقابله با تنش آبی باید.
هوا کشت یک ابزار ایده آل برای مطالعه مورفولوژی ریشه ها است. عدم وجود خاک به محققان اجازه می دهد تا به ریشه دست نخورده دسترسی داشته و آن را از نظر ساختاری مورد بررسی قرار دهند.
 هواکشت ریشه طبیعی بیشتری نسبت به هیدروپونیک تولید می کند.
 شرایط هوا کشت و غلظت مواد مغذی استفاده شده برای هر گونه گیاهی متفاوت است.
سیستم هوا کشت بخصوص نوع فشار بالا برای کشت محصولات با ارزش زیاد استفاده می شوند که در آن امکان پرورش چندین چرخه محصول به صورت مداوم وجود دارد.

جمع بندی

محصولات کشاورزی، غذای اکثر مردم جهان را تامین می کند. از برنج گرفته تا ربی که به عنوان چاشنی در غذا از گوجه فرنگی گرفته شده است. جمعیت جهانی در آینده بسیار بیشتر از زمان حال می شود. پس لازم است تا از حالا به فکر آیندگان خود باشیم و از هدر رفت آب و فرسایش خاک جلوگیری به عمل آوریم. کشت بدون خاک، کشتی است که میزان هدر رفت آب به میزان زیادی جلوگیری کرده و کمک می کند تا جهان به سمت حفظ طبیعت خود گام بردارد. اگر شما به عنوان کشاورز و یا باغبانی که به کشت علاقه دارید از این روش استفاده نمایید علاوه بر اینکه در آب صرفه جویی می کنید هزینه های مصرفی جهت خرید کود و اصلاح خاک را بطور چشمگیری پایین می آورید