الزراعة المائية { الهايدروبونيكس } < 1 > Hydroponics

الزراعة من غير تربة

مقدمة

الزراعة دون تربة هي إنتاج النباتات بأية طريقة غير زراعتها في التربة الزراعية ويجب أن نوضح أن الزراعة بدون أرض تتضمن الإنتاج في كل أوساط الزراعة التي لا تكون التربة المعدنية أحد مكوناتها و مفهوم الأرض المعدنية هي الأرض التي فيها نسبة من السلت والطين حتى ولو كانت قليلة  ويدخل من ضمن تعريف الزراعة بدون أرض مزارع الرمل الخالص و الحصى و البيتموس و الفيرموكوليت و البرليت وأيضا بيئات الزراعة الصلبة مثل الصوف الصخري و القش كل هذه البيئات تنطوي تحت الزراعة بدون أرض .

بدأ استخدام الماء المضاف له محاليل مغذية في تنمية النباتات منذ القرن السابع عشر و الشائع أن روبرت بويل هو أول من استخدمه وقد أجرى تجاربه على نبات الفنكا Vinca pervina و النعناع Spearmint وقد لاحظ أنه نمت جيدا غير أنها كانت أجزاء دون جذور .

قام Wood ward في إنكلترا بتنمية النعناع في الماء المضاف إليه كميات صغيرة من التربة والذي لم يضف له شيء وقد ذكر أن إضافة التربة إلى الماء قد زادت نمو النبات  ولم يحدث تقدم في استخدام الماء المضاف إليه المغذيات حتى عام 1859 عندما بدأ الباحثان الألمانيان Sachs و Knop دراستهما على تغذية النبات وقام كنوب ببتحضير محلول غذائي من العناصر الكبرى فقط (لأنه لم تمن تعرف العناصر الغذائية الصغر بعد)كل الأبحاث التي كانت تجري كانت لأغراض أكاديمية لكن الاستخدام التجاري كان عندما قام Gerieke بجامعة كاليفورنيا سنة 1929 بصنع خزان أبعاده 15×61×10.67 سم فوق أرض مستوية وغطى سطح الخزان بالمحلول المغذي و غرس بادرات النباتات في طبقة الرمل وقد أكد Gerieke أن ما حصل عليه من نتائج يبرر التفكير في استخدام هذه الطريقة في إنتاج الحاصلات وفي سنة 1935 قام عدد من منتجي الخضر و الزهور باختبار احتمال نجاح هذه الوحدة على نطاق كبير تحت إشراف Gerieke.

وفي سنة 1935 وصف Biedkart & Commorrs من محطة التجارب الزراعية في New jersey طريقة لزراعة القرنفل في الرمل الذي تم إضافة محلول مغذ إليه على فترات و أضاف الماء فيما بين إضافة المغذيات.

في عام 1936 اقترح Eaton من وزارة الزراعة الأمريكية بعض التجهيزات لتنمية النباتات في مراقد من الرمل مع إضافة محلول مغذ على فترات محدودة إلى سطح الرمل بواسطة مضخة تعمل ذاتيا ويعود المحلول الزائد المنصرف بواسطة الجاذبية.

وفي نفس العام قام Withrow & Biebel بعمل تجهيزات للري تحت السطحي لمرقد من الرمل وكانت الميكانيكية أن المحلول المغذي يضخ إلى المرقد من خزان أسفلها حتى يغمر الرمل فيتوقف الضخ وينصرف المحلول الزائد بالجاذبية إلى الخزان.

في عام 1937 أقترح Shine & Robbinb أن تستخدم نقاطات لتمد المراقد الرملية بالمحلول وينصرف المحلول الزائد بالجاذبية إلى الخزان .

في عام 1940 قام Gerieke باستخدام الوسط الصلب بسمك قليل وكان ذلك له عدة فوائد هي توفي مرقد للبذور و تثبيت النباتات كما تعمل على إظلام المحلول وتم فيما بعد تعديل نظام Gerieke باستبدال الرمل بمزيج من نشارة الخشب و القش و التربة بينما كان رأي Arnon & Hoagland أن الجيل السابق لهما عاصروا اهتمام كبير بإنتاج الحاصلات في الهيدروبونيك وقد قام بمقارنة نمو النباتات في التربة و الرمل و البيئة المائية وذكر أن قدرة النبات على النمو و الإنتاج في البيئات الثلاث متساوية .

الحرب العالمية الثانية كانت السبب في توقف الأبحاث الخاصة بموضوع الزراعة بدون تربة لكن كانت السبب الرئيسي في إحراز تقدم ملحوظ فيها  حيث استخدم الجيش الأمريكي طريقة الزراعة دون تربة في إمداد الجنود بالخضر الطازجة بإنشاء وحدات مساحتها 55 فدان في اليابان في جزيرة Ascension , وبعد إنتهاء الحرب والتأكد من نجاح هذه الطريقة توالت الأبحاث لتطوير هذا المجال .

في الحقيقة إن نظام الزراعة بدون ارض معروف منذ زمن بعيد و الدليل على ذلك حدائق بابل المعلقة وحدائق المكسيك و الصين العائمة  وأكد المؤرخون أن الفراعنة قد قاموا بتسجيل كتابات على مقابرهم تؤكد استخدامهم هذه الطريقة .

وفي عام 1955 بدأ انتشار طرق الزراعة اللاأرضية في عدد من دول العالم مثل إيطاليا و أسبانيا و فرنسا و إنكلترا و ألمانيا و السويد في مساحات محدودة وبتطور صناعة البلاستيك و المضخات المائية وساعات التوقيت وغيرها من الأدوات المستخدمة في مثل هذه الأنظمة أخذت الزراعة بدون تربة خطوات واسعة نحو التقدم ، حيث تحولت من الزراعة التقليدية إلى الزراعة التكنولوجية .

أنواع المزراع من دون تربة

تقسم الزراعة بدون تربة إلى قسمين أساسين :

القسم الأول : هو الزراعة في البيئات الصلبة التي تقوم مقام التربة وتعرف بـ

Soil aggregates culture

القسم الثاني : هو الزراعة في المحاليل لمغذية Solution culture والذي يعرف بالهيدروبونيكس Hydroponics أو ما يعرف بالزراعة المائية.

مزارع الهيدروبونيكس Hydroponics

الـ Hydroponics كلمة يونانية تعني العمل بالماء كترجمة حرفية وهي أحد أقسام الزراعة اللاأرضية وتشمل أنواع المزارع التي تنمو فيها النباتات في المحلول المغذي كبيئة أساسية للنمو.

أنواع عديدة من المزارع المائية واهمها

مزارع المحاليل الغذائية الساكنة

مزارع المحاليل الغذائية المتدفقة

مزارع الأغشية المغذية

المزارع الهوائية

 لماذا الزراعة المائية

*من خلال التطبيق العملي للمزارع المائية في كثير من دول العالم وجد أنها تحقق عدد من المزايا والأهداف ذات الأهمية بمكان أن توضع في الاعتبار عند صانعي القرارات السياسة  فى المجال الزراعي على مستوى الأفراد و المجتمعات و الدول حيث إنها تحقق :

*عزل النباتات عن التربة وبالتالي نتلافى جميع الأمراض التى مصدرها التربة كالنيماتودا وفطريات الذبول

*تضاعف الإنتاجية إلى حوالي 15ضعف في الظروف المثالية وفي سوريا نجحت بعض التجارب في مضاعفة الإنتاجية 5 – 3 من أضعاف.

*الحصول على إنتاج صحي خالي من الآثار المتبقية للمبيدات  حيث أننا لا نستخدم المبيدات إلا نادرا بل نلجأ للقيام بالمكافحة المتكاملة وفي سوريا تم الحصول على إنتاج موسم كامل من البندورة برش مبيد نحاسي وقائي لمرة واحدة فقط .

*ارتفاع صفات الجودة النوعية حيث أننا نؤمّن الكميات المُثلى من العناصر الغذائية وبالتالي فإننا نتجنب تراكم عنصر في الثمار أو نقص عنصر آخر مما يعطي ثمار ذات مواصفات وطعم ممتاز مقارنة مع الزراعة التقليدية  وحتى لو قمنا بتحليل تربة الزراعة التقليدية فسيكون للعناصر الكبرى فقط  بينما الزراعة المائية تعنى بالعناصر الكبرى والصغرى .

*تأمين تهوية مناسب للجذور

*تقليل اليد العاملة لأننا لا نقوم بعمليات الحراثة والعزيق والتعشيب والعمليات الماكنيكية الأخرى .

*صديقة للبيئة حيث لا آثار متبقية لمواد التعقيم والمواد السامة وليس هناك غسيل للعناصر 

*يمكن استخدامها في الأماكن التي لا تحتوي على تربة مثل السفن كما حدث في الحرب العالمية الثانية مع جيوش الحلفاء 

*توفر كفاءة عالية في استخدام مياه الري حيث لا تفقد إلا عن طريق النتح مما يوفر 20 – 50 % من المياه المستخدمة في حالة الزراعة في التربة .

*كفاءة عالية في استخدام الأسمدة حيث لا يوجد فقد ولا تثبيت.

*تجانس المحلول المغذي وسهولة ضبط تركيز العناصر فيه .

*وسيلة من وسائل التكثيف الزراعي .

  ومن الدول التى تبنت طرق الزراعة المائية نجد أن هولندا هي الدولة الأولى من حيث المساحة والإنتاج في أسواق أزهار القطف ونباتات الخضر، و لم تكن هولندا تعرف الزراعة المائية قبل عام 1975 وفي خلال 20 عام تحولت هذه الدولة الصغيرة إلى أكبر دولة منتجة ومصدرة لأزهار القطف ونباتات الخضرو لذا فعلينا الاهتمام بالزراعة المائية وعدم التذرع بوجود الأراضي الواسعة الغير مستثمرة .

سلبيات الزراعة المائية

 * حاجتها الدائمة للتيار الكهربائي

 * تكلفتها الإبتدائية عالية في السنة الأولى ولكنها قليلة في السنوات اللاحقة

العناصر الأساسية في تغذية النبات  

يبلغ عدد العناصر التي توجد في أنسجة النبات المختلفة 60 عنصرا ولكن 16 عنصر فقط من هذه العناصر يعتبر أساسيا في تغذية النبات كما في الجدول (1)

وتتميز هذه العناصر بما يلي

*لا تستطيع النبات أن يكمل دورة حياته في غياب هذه العناصر.

*العنصر له دور متخصص ومميز ولا يستطيع أي عنصر آخر أن يحل محله.

*تمتص عن طريق الجذور والأوراق ولا تنشأ من العليات التحويلية داخل النبات.

*عدم وجود العنصر الأساسي أو نقصه ينشأ عنه ظهور أعراض مرضية توجب العلاج

جدول (1) العناصر الأساسية لتغذية النبات

العنصر	الصورة التي يمتصها النبات	العنصر	الصورة التي يمتصها النبات
الفوسفور	HpO4-- , H2pO4-	النيتروجين	NH4 , NO3
البوتاسيوم	K+	المغنزيوم	Mg+
الكالسيوم	Ca+	الكبريت	SO4--
الحديد	Fe++	المنغنيز	Mn++
الزنك	Zn++	النحاس	Cu++
البورون	H3BO4

  شروط المحاليل الغذائية

عند إعداد المحاليل الغذائية من العناصر السابقة فيجب علينا مراعاة مجموعة من الاعتبارات:

رقم الـ PH للمحلول الغذائي في حدود 6 – 6.5 حيث أن الـ PH الحامضي يؤدي إلى تلف جذور النباتات بينما الـ PH القلوي يؤدي إلى ترسيب الكثير من العناصر على شكل أملاح غير ذائبة .

يجب أن يكون تركيز الأملاح في المحلول ليس مرتفعا حيث يجب أن يكون معدل التوصيل الكهربائي للمحلول 2 – 3 مللموس/سم و الضغط الأسموزي للمحلول بحدود 0.5 – 1 ضغط جوي .

يجب تحليل الماء المستخدم في تحضير المحاليل الغذائية وذلك لتحديد :

· TSS (نسبة الأملاح الكلية الذائبة والتي يجب أن تكون منخفضة)

· مدى عسر المياه لأن المياه العسرة ستقلل من إتاحة الحديد

· نسبة كلور الصوديوم التي يجب أن لا تتجاوز 50 PPM

أن تتوفر العناصر المغذية في المحلول بالتراكيز المناسبة كما يوضح الجدول (2)

جدول (2) العناصر المغذية ومدى تركيزها في المحلول المغذي بالجزء بالمليون

العنصر	الحد الأدنى PPM	الحد الأعلى PPM	الحد الأمثل PPM
النيتروجين	50	300	150-200
الفوسفور	20	200	50
البوتاسيوم	50	800	300-500
المغنزيوم	25	100	50
الكالسيوم	125	400	150-300
الحديد	3	12	5
المنغنيز	0.5	2.5	1
الزنك	0.05	2.5	0.1
النحاس	0.05	1	0.1
البورون	0.1	1.5	0.3-0.5
الموليبدنم	0.01	0.1	0.05
الكلور	-	400	-
الصوديوم	-	250	-

العوامل المؤثرة على تركيب المحلول الغذائي

هناك العديد من العوامل المؤثرة على تركيب المحلول الغذائي 

نوع النبات المزروع 

يتأثر اختيار المحلول المغذي بنوع النباتات المزروعة , فمثلا تحتاج النباتات الورقية لكميات أكبر من النتروجين مقارنة مع غيرها من النباتات كالبندورة .

الظروف المناخية

تؤثر الظروف المناخية على نسبة عنصري البوتاسيوم والنتروجين الواجب توفرها في المحلول المغذي , في أيام الصيف الطويلة والمشمسة تحتاج النباتات إلى كميات كبيرة من النتروجين وكميات أقل من البوتاسيوم وذلك مقارنة مع أيام الشتاء القصيرة والمعتمة , ولذلك فإنه من المعتاد أن تضاعف نسبة البوتاسيوم إلى النتروجين في فصل الشتاء.

نوع الأيونات المضافة 

بالرغم من أن النبات يمتص النتروجين على صورة كاتيون أمونيوم وأنيون نترات بنفس الكفاءة إلا أنه يفضل أن لا تزيد نسبة الأمونيوم في المحلول عن 20% من الكمية الكلية للنتروجين وإضافة النتروجين الأمونيومي على صورة كبريتات الأمونيوم يساعد في المحافظة على PH المحلول في الجانب الحامضي ويرجع ذلك إلى أن النبات يمتص أيون الأمونيوم بسرعة وسهولة أكثر من أيون الكبريتات وبقاء هذا الشق الحامضي في المحلول يعمل على عدم ارتفاع رقم الـ PH إلى الجانب القلوي نتيجة امتصاص النبات لأيونات النترات والفوسفات .

سلوك الأيونات في المحلول 

إن الفوسفور في المحلول المغذي يوجد على شكل H_2PO4^- وهذه الأيونات تعمل على ترسيب بعض الأيونات الأخرى وخاصة أيونات المغذيات الصغرى مما يقلل صلاحيتها للنبات  لذلك فإنه يتم عن عمد جعل تركيز الفوسفور في المحلول المغذي منخفضا قدر الإمكان .

قدرة النبات على تحمل تركيزات مرتفعة نسبيا من بعض العناصر

يلاحظ في جميع أمثلة المحاليل السابقة أنه لم يذكر تركيز أحد العناصر الكبرى وهو عنصر الكبريت ويرجع السبب في ذلك إلى أن الكبريتات تدخل في كثير من الأملاح المستخدمة في تحضير المحاليل المغذية مما يجعل تركيز الكبريتات في المحلول يتعدى حد الكفاية ويتجه نحو الزيادة إلا أن النباتات لها القدرة على تحمل التركيزات العالية نسبيا من الكبريتات .

حاجة النبات إلى العناصر الصغرى بكميات ضئيلة 

يجب أن يوضع بالاعتبار أن المغذيات الصغرى سامة جدا للنبات إذا زاد تركيزها عن حد معين ولهذا السبب فإن ضبط تركيزها في المحلول المغذي يجب أن يولى عناية خاصة  لذلك يفضل تحضير محلول مغذي مركز من العناصر الصغرى كما في الجدول (3) ويضاف منه 1 لتر لكل 100 لتر من المحلول المغذي المخفف .

جدول  (3) : تحضير المحلول المركز للعناصر الصغرى

الملح	وزن الملح غ/25لتر من المحلول المغذي	العنصر	التركيز بالـ PPM بعد التخفيف بنسبة 100:1
حديد مخلبي	80	Fe	4.5
كبريتات المنغنيز	10	Mn	1
حامض البوريك	4	B	0.3
كبريتات النحاس	0.8	Cu	0.08
كبريتات الزنك	0.8	Zn	0.07
موليبدات الأمونيوم	0.2	Mo	0.04

_{التوقيت الشتوي والصيفي واستخدام المحاليل}

_{يستخدم محلول الشتاء في الفترة من شهر أيلول إلى شهر نيسان بينما يستخدم محلول الصيف في الفترة من شهر أيار إلى شهر أيلول .}

_{محاليل تجارية هامة} 

_{وفيما يلي نعرض أمثلة على بعض المحاليل المستخدمة تجاريا وبشكل واسع في العديد من الدول التي تعتبر رائدة في مجال الزراعة المائية وطريقة تحضيرها جدول (4) جدول (5) .}

_{جدول (4) بعض المحاليل المستخدمة تجاريا وبشكل واسع في العديد من الدول}

تركيز العنصر بالجزء في المليون PPM
N	P	K	Ca	Mg
180	63	410	220	50
104	63	410	220	50
200	88	200	270	50
145	70	90	180	58
ألمانيا	125	45	136	136	20
200	94	330	305	50
100	95	380	220	50

_{جدول (5) طريقة تحضير المحاليل المذكورة في الجدول}

 

الكمية بالغرام لكل 100 لتر
نترات البوتاسيوم	نترات الكالسيوم	نترات الصوديوم	كبريتات الأمونيوم	كبريتات البوتاسيوم	كبريتات المغنزيوم	سوبر فوسفات ثلاثي	فوسفات أحادي البوتاسيوم	جبس
110	-	-	14	-	52	31	-	76
55	-	-	14	50	52	31	-	76
55	-	64	12	-	52	44	-	86
-	107	-	9	-	58	-	31	-
ألمانيا	20	80	-	-	-	20	-	20	-
-

 

كتاب فى الزراعة المائية بصيغة PDF

Posted in: العلوم الزراعية