استفاده از مواد شيميايي در سيستم هاي آبياري كه آبياري شيميايي ناميده مي­شود، به صورت تجربي در سالهاي گذشته مخصوصا در كاربرد كودهاي شيميايي مورد استفاده قرار می گرفت. اولين دليل براي استفاده از آبياري شيميايي مقرون به صرفه بودن اين روش از نظر اقتصادي است. به طور معمول، اين روش يعني استفاده از مواد شيميايي در آب، آبياري بسيار ارزان­تر از روش­هاي ديگر مي­باشد. اين روش نه تنها تمام نيازهاي گياهان را برآورده مي­سازد بلكه از نظر آلودگي محيط، آلودگي را به كمترين حد خود خواهد رساند. با آبياري شيميايي، موادشيميايي تنها در مواقع لزوم مورد استفاده گياه  قرار مي­گيرند و مقدار كمي از مواد شيميايي  در سیستم هیدروپونیک  از گلخانه یا محیط خارج و منجر به آلودگي های محیط زیستی مي شوند. در بسترهای هیدروپونیک به دلیل خنثی بودن محیط ریشه نیازهای غذایی گیاه باید از طریق محلول های غذایی تامین و به روش های مختلف در اختیار گیاه قرار گیرد و همچنین از جمله امتيازات استفاده از اين روش مي توان به كاهش آسيب رساندن به كاربر و كاهش مقدار مواد شيميايي مورداستفاده اشاره كرد.

تعریف بستر بدون خاک (Hydroponic) :

هیدروپونیک یا کشت بدون خاک تکنولوژی پرورشش گیاهان در محلول غذایی است که تمام عناصر مورد نیاز گیاه را با یا بدون نیاز به یک بستر در اختیار گیاه قرار می دهد.

کشت بدون خاک یک واژه کلی است که تمامی روش هایی را که گیاهان در محیطی غیر از خاک کشته می شوند شامل کشت آبی، کشت در ماسه، کشت در سنگریزه، کشت هوایی، کشت داخل لوله و غیره را در بر می گیرد کلمه هیدروپونیک برای اولین بار در آمریکا استفاده شد و مترادف با کشت بدون خاک است .(شوارز،2002)

کشت بدون خاک در حقیقت فناوری است که در آن با استفاده از بسترهای معدنی (شن،ماسه،پرلیت،پشم  سنگ،رس منبسط شده،سنگ پومیس،خاکستر آتشفشانی و…) یا بسترهای آلی (پیت ماس،پوست درخت،فیبر چوب،شلتوک برنج،لیف نارگیل،خاک اره و…) یا بسترهای مصنوعی مثل محصولات فومی و همچنین بسترهای مخلوط و یا حتی بدون استفاده از هیچگونه بستری،تمام عناصر غذایی مورد نیاز گیاه جهت رشد بهینه به ان داده می شود.(رونقی و مفتون،1382)

تاریخچه:

اولین مکانی که پرورش گیاهان به روش آب کشت در آن گزارش شده است باغهای معلق بابل، یکی از عجایب هفتگانه جهان و بعد از آن باغهای Aztec در آمریکای مرکزی بوده است (چمنی،1380).

در سال 1937 میلادی دانشمندی به نام فردریک گریک اصطلاح هیدروپونیک را برای کشت گیاهان در محلول های غذایی به کار برد. در واقع این کلمه از دو لغت یونانی Hydroبه معنای آب و Ponos  به معنای کار تشکیل شده است.در تکامل سیستم های هیدروپونیک محققین متعددی نظیر وان هلمونت، وود وارد و دی ساسور نقش داشته اند (جنسن،1997).

محلول های غذایی معدنی اولین بار توسط دو گیاه شناس آلمانی به نام های ساکس و نوپ در سال 1860 ساخته شدند (جنسن،1997).

در سال 1975 آلن کوپر انگلیسی سیستم NFT را معرفی کرد که هم اکنون در بسیاری از گلخانه های هیدروپونیک به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد (جنسن،1997) .

اهداف کشت هیدروپونیک :

• تولید میوه و سبزی تازه در زمین‌های خشک، سنگی، باتلاقی و زمین‌هایی که به هر دلیل غیرقابل کشت هستند.
• بهره‌برداری از اماکن متروکه مثل انبار، گاراژ و غیره
• کشت گیاهان علوفه‌ای به‌طور متوالی برای واحدهای کوچک دامداری
• صرفه‌جویی قابل‌ملاحظه در مصرف آب در مناطق که آب کمیاب است.
• بازده بیشتر در تولید سبزیجات و گل‌های خارج از فصل در گلخانه
• سهولت پیش‌بینی میزان عملکرد و کیفیت بهتر محصولات
• کاهش میزان ابتلا به بیماری‌های ارگانیک و انگلی گیاهان
• کاهش هزینه نیروی انسانی به علت حذف عملیاتی که به خاک مربوط می‌شود.

بستر کشت :

بستر کشت عبارتست از محیطی که ریشه گیاه در آن قرار دارد و گیاه آب و مواد غذایی مورد نیازخود را از طریق آن تامین میکند (کانگ وهمکاران،2001،جوویچیک و همکاران،2002).

یک بستر کشت یا ساختمان خوب به عنوان مخزنی برای نگهداری آب عمل می کند و بافت محیط کشت بر میزان آبی که در طی آبیاری جذب شده و حجم آبی که نگهداری میشود تاثیر می گذارد. یک بستر خوب باید بتواند همزمان با نگهداری آب، تعادل مناسبی از آب و هوا را نیز برای گیاه تامین کند. (موسوی،1384).

به طور کلی محیط کشت بدون خاک مطلوب باید:

• از نظر شیمایی باید خنثی و پایدار باشد.
• عاری از بذر، بیماری و عافت باشد.
• دارای ظرفیت مطلوب نگهداری آب و اکسیژن باشد.
• زهکشی خوبی داشته باشد تا از بیماری های قارچی جلوگیری شود.
• فاقد مواد مضر و سمی برایی گیاه بوده و هیچگونه اثار مضری برای گیاه نباشد. (نولایی،1380)

بسترهای مورد استفاده در سیستم های هیدروپونیک :

امروزه در کشت هیدروپونیک از مواد آلی و معدنی و آبی  به عنوان بستر کشت استفاده می شود که هرکدام دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند. (جونمیونگ و همکاران،2000)

بسترهای کشت آلی :

1. پیت

پیت یک بستر آلی است که انواع متعددی دارد. که بعضی ازانواع آن ظرفیت نگهداری آب بالایی دارند و تا 60  درصد حجم خود آب در خود نگه می دارند.چگالی پیت پایین و معمولا بین 120 230 گرم ببر سسانتی متر مکعب (با 50 درصد رطوبت) است که باعث جابه جایی راحت آن می شود.(پاول،1374)

2. کوکوپیت :

کوکوپیت ماده ای اسفنجی مانند است که از پوسته های نارگیل تهیه می شود. ظرفیت نگهدای آب درکوکوپیت بالا بوده و تا بیش از 9 برابر وزن خود قدرت جذب آب دارد. بر خلاف پیت پس از خشک شدن به آسانی مرطوب شده و منقبضض نمی شود.

3. پوست درخت

پوست درخت بسته به گونه و سن درخت منبع، روش جابه جایی و درجه تجزیه شدن دارای کیفیت های متفاوتی است (ویل و فوست،1998).

4. خاک اره

خاک اره بستر کشتی ارزان و قابل برگشت به طبیعت است که به عنوان یک فراورده بی مصرف در کارخانجات چوب بری تولید می شود. کیفیت آن بسته به نوع درخت منبع آن متفاوت است درختان سرو آزاد و گردو وغول دارای مواد سمی بوده و جهت تهیه خاک اره مناسب نیستند.(تولایی،1380)

5. پوسته برنج

این ماده یک بستر کشت ارزان،سبک،طبیعی و محصول جانبی صنعت اسیاب برنج است. شلتوک برنج رای قابل استفاده شدن باید کمپوست شود.این ماده برای افزایش زهکشی یا هوادهی به بستر اضافه می شود و نوع کمپوست شده آن قدرت نگهداری آب بیشتری دارد.

6. کپوست باقیمانده های سبز

یک محصول با سطوح بالای مواد غذایی خصوصا پتاسیم هست که به میزان 10-80 درصد درترکیب با پیت یا کوکوپیت بکار می رود. این کمپوست از نظر استحکام و ثبات یکسان نیست.(موسوی،1384)

 

بسترهای کشت معدنی :

1. لوم

لوم به عنوان یک ترکیب مفید برای افزایش قدرت نگهداری آب و ظرفیت بافری مواد غذایی است که حداکثر تا 20 درصد به مخلوط های محیط کشت اضافه می شود. چگالی حجمی بالایی دارد.(موسوی،1384)

2. پشم سنگ

پشم سنگ از سنگ های بازالتی بدست می آید. این بستر شامل 3 درصد مواد جامل و 97 درصد خلل و فرج است. PH این بستر بین 7 الی 8 است. این بستر بسیار سبک است و به راحتی قابل حمل می باشد.(موسوی،1384)

3. رس منبسط شده یا لیکا

دانه های کوچک و رسی هستند که از حرارت دادن به ذرات رسس بدست می آیند. ذرات لیکا حالت منبسط شده دارند و بسیار سبک هستند و از نظر شیمیایی خنثی هستند. این بستر محیط کشت مناسبی برای گیاهانی است که نیاز به رطوبت بالا دارند زیرا رطوبت از طریق خاصیت موئینگی دائما به قسمت های بالایی گلدان می رسد.به علت تخلخل بالا تهویه به نحو مطلوبی صورت گرفته و درصد پوسیدگی ریشه ها کاهش می یابد.(موسوی،1384)

4. ورمیکولیت

ذرات منبسط شده ورمیکولیت از یک سری لایه های ورقه ای شکل با ظرفیت بسیار بالایی برای جذب آب و مواد غذایی تشکیل شده اند. نگه داری مواد غذایی و رطوبت روی سطح خارجی و بین لایه های ذرات اتفاق می افتد.(مستالرز،1977) وهمچنین ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی دارد.(کانگ و همکاران،2004)

5. پرلیت

پرلیت از سنگ ولکانیک سیلیکا-آلومینیومی فشرده که به سرعت تا حدود 1000 درجه سانتیگراد حرارت داده و منبسط می ششود تولید می شود.که ذرات سفید سبک با فضای هوای درونی حبس شده را ایجاد می کند (نسلسون،1991).
پرلیت وزن مخصوص ظاهری پایین و بیش از 70 درصد فضای منافذ کل را نشان می دهد.

6. ماسه

از انواع ماسه های سیلسی یا گرانیتی می توان به عنوان محیط کشت استفاده کرد. از ماسه به تنهایی به عنوان محیط کشت به علت مصرف بالای آب معقول نیست به همین دلیل آنرا با سایر موارد ترکیب می کنند (تولایی،1380)

7. پومیس

پومیس نوعی سنگ آهک آتشفشانی است که فشرده و متراکم شده و قبل از استفاده پوشش دار می گردد. این ماده جهت افزایش تهویه و زهکش به بستر کشت افزوده می شود و بعضی مواقع در ترکیب با پیت یا ماسه یک ترکیب مخلوط خوب را می سازد (تولایی،1380) .

بستر کشت آبی :
ریشه گیاه به‌طور مداوم در محلول غذایی قرار دارد و گیاه از قسمت طوقه ( حدفاصل ریشه و ساقه ) بیرون از مایع است و با پلاستیک و مقوا و … بالا نگه‌داشته شده است . کشت درون لوله هم نوعی از کشت مایع است.

بسترهای کشت مخلوط گلدانی :
از انجا که اکثر محیط خای کشت به تنهایی قادر به برآورده کردن نیازهای یک گیاه نیستند در بسیار از موارد مخلوطی از چند ماده به عنوان بستر کشت استفاده می شود. مخلوط با ذرات ریز برای جوانه زنی بذرها و تلید نشا و مخلوط های درشت برای پرورش طولانی مدت گیاهان مناسب هستند (ماهود،1998).

انواع سیستم های کشت هیدروپونیک :
اولین اصل جهت طبقه بندی انواع مختلف سیستم ها روش و نحوه دادن محلول غذایی به گیاه می باشد که به دو طبقه تقسیم می شود:

• سیستم باز

در این سیستم محلول غذایی در اختیار ریشه گیاه قرار گرفته و پس از تغذیه گیاه محلول غذایی باقیمانده به وسیله جریان زه از سیستم خارج و دفع می گردد. این  سیستم ها یکی از آلوده کننده های شیمیایی آب های سطحی و زیرزمینی هستند.(روستایی،1388)

• سیستم بسته

در سیستم های بسته محلول غذایی بکار رفته پس از عبور از منطقه ریشه، جمع  آوری، کنترل و بعد از رفع کمبودها در مسیر چرخه تغذیه قرار می گیرند.با این حال خطر تجمع ترکیبات معدنی،ترکیبات آلی، میکروارگانیسم های مضر و همچنین گسترش بیش از حد و سریع پاتوژن های بیماری زای ریشه در کل سیستم مشکل عمده و بالقوه در این سیستم ها است که نیاز به کنترل و ضدعفونی کردن دارد (جوکار و همکاران،1385).

مزایای کشت بدون خاک:

• کنترل دقیق تامین عناصر غذایی گیاه و بنابراین تنظیم رشد گیاه به طور مداوم صورت می گیرد.به لحاظ اینکه محلول غذایی برخلاف خاک کاملا یکنواخت است، نمونه برداری از آن بسیار اسان است و با آزمون محلول غذایی بطور متناوب، عناصر غذایی کاهش یافته در محلول به آن اضافه می گردد(شوارز،2002).
• در دنیای امروز که فضا و مکان به طور روز افزونی ارزش می یابد، با استفاده از این روش می توان گیاهان را در نواحی که در حالت عادی پرورش گیاهان در آن مشکل و یا غیر ممکن است مانند نواحی خشک با خاک شور یا کم عمق، و یا جاهاییکه خاک وجود ندارد و فقط نور موجود است کشت کرد(لئو،2007;شوارز،2002).
• با استفاده از روش آبکشت، بیماری هایی که به علت وجود خاک شیوع می یابند به صورت چشمگیری کاهش پیدا می کنند.همچنین در این روش ضد عفونی کردن محیط رشد بسیار اسسان و کم هزینه است در صورتی که  ضد عفونی کردن خاک گران یا غیر ممکن است. پس در این روش آآلودگیی های ریشه بسیار کم است. (مورارد،2007)
• این روش نیازی به شخم ،آبیاری و مبارزه با علف های هرز نداشته و سایر عملیات زراعی نیز ساده تر است.
• یک سیستم هیدروپونیک درست طراحی شده نسبت به کشت گیاه به صورت سنتی در خاک، آب و مواد مغذی بسیار کمتری را مورد استفاده قرار می دهد.دلیل این مساله چرخش مواد غذایی است. (لئو،2007)
• در این روش محصول بسیار بیشتر شده و کیفیت بهتری داشته چون مواد غذایی به راحتی در اختیار گیاه قرار داشته است پس در حقیقت کیفیت و کمیت محصول در واحد سطح افزایش چشمگیری دارد(شیراوند و همکاران،1388).

معایب کشت بدون خاک

• مهمترین عیب این روش این است که نیاز به سرمایه گذاری اولیه زیاد و نیز هزینه های نگهداری بالایی دارد.
• برای کشت گیاهان با این روش نیاز به افراد متخصص و آگاه در این زمینه وجود دارد.
• مشکل دیگر آلودگی آب های زیرزمینی در اثر مخلوط شدن با محلول های غذایی و نیز آلودگی محیط زیست در اثر دفع ضایعاتی مثل پشم سنگ که به عنوان محیط رشد هستند می باشد.
• قدرت بافری بسترهای کشت کم بوده و واکنش گیاه به تغذیه و افات و بیماری ها سریع می باشدبنابراین پرورش دهنده باید بسیار مراقب باشد.
• در سیستم کشت هیدروپونیک بسته احتمال گسترش سریع بیماری ها به کل مجموعه زیاد است(شوارز،2002; شیراوند و همکاران،1388)