كشت بدون خاك در گلخانههاي هوشمند
در اين ميان با توجه به اهميت كشاورزي در تامين موادغذايي، تحقيقات وسيعي در اين زمينه صورت گرفته است كه كشت گلخانهاي يكي از نتايج آن است. گفتني است افزايش توليدات گلخانهاي هم با كاربرد بيشتر منابع يا استفاده از فناوري ميسر است و با توجه به محدوديت منابع، استفاده مناسب از فناوري مناسبترين راهكار افزايش توليد به شمار ميآيد.
امروزه احداث گلخانه براي توليد و نگهداري انواع گلها و گياهان و ميوههاي خارج از فصل آن به منظور استفاده بهينه از منابع خاك و آب در سراسر جهان گسترش يافته است. گلخانه با ايجاد فضايي بسته شرايط مطلوبتري براي رشد و نمو گياهان فراهم ميكند. روميها اولين كساني بودند كه براي حفاظت گياهان از ساختمان استفاده كردند. آنها با پوشاندن گودالها با ورقههاي تراشيده شده از سنگهاي نيمه شفاف و گرم كردن اين فضا، اولين گلخانهها را به وجود آوردند. در واقع گلخانه به ساختماني اطلاق ميشود كه براي عبور طبيعي نور با مواد شفاف پوشانده شده است و با كنترل عوامل محيطي، شرايط مساعدتري براي پرورش محصولات كشاورزي ايجاد ميكند. اين ساختمان به طور مصنوعي گرم ميشود و ارتفاع و اندازه كافي براي كار كردن فرد در داخل آن وجود دارد. گلخانه امكان برداشت گياهاني كه فقط در فصلها يا زمانهاي خاصي از سال كشت ميشوند را در سراسر طول سال فراهم ميكند. همچنين امكان پرورش گياهاني كه نياز به شرايط كنترل شده بسيار خاص ودقيق دارند مثل برخي گياهان دارويي و قارچها را مقدور ساخته است. از كاربردهاي ديگر گلخانهها ميتوان به پرورش محصولات با اشكال ظاهري متفاوت همچون توليد هندوانه مكعبي شكل به منظور سادگي حمل و نقل نام برد. برخي ديگر از گلخانهها نيز فقط جهت ايجاد شرايط مطلوب براي نگهداري محصولات خاصي به كار ميروند.
امكان توليد مستمر محصولات در تمام طول سال بدون تاثير محدوديتهاي موجود، بهرهوري صحيح و افزايش بهرهوري از امكانات محدود آب و خاك، بازدهي تثبيت شده با توجه به كنترل عوامل توليد شامل رطوبت، درجه حرارت، تهويه و نور، كاهش خسارت و تامين امنيت توليد با توجه به كنترل عوامل سوءمحيطي در يك محيط بسته، عدم وابستگي توليد به شرايط محيطي و امكان بازاريابي مناسب و تنظيم برنامه كشت مطابق نياز بازار از مزاياي به كارگيري فناوري توليد محصولات گلخانهاي محسوب ميشوند.
گلخانه هيدروپونيك چيست؟
بستر كشت ميتواند خاك يا هيدروپونيك باشد. مهندس بهشتي، كارشناس كشاورزي گلخانه پژوهشي دانشگاه علم و صنعت در اينباره ميگويد: در كشت هيدروپونيك هيچگونه خاك يا بستر خاكي استفاده نميشود و گياه در محيط خنثي و عاري از هرگونه مواد غذايي قرار ميگيرد. در اين نوع كشت در زمانهاي مشخص، مواد غذايي به صورت محلول در آب ريشه گياه را سيراب ميكند. از مزاياي كشت هيدروپونيك ميتوان به صرفهجويي در ميزان آب و مواد مغذي و كنترل شرايط كلي گياه توسط كارشناس كشاورزي اشاره كرد. بنا به گفته بهشتي، ميزان اندازه محصول، طعم و حتي شيريني و ترشي و زمان برداشت در اين نوع كشت قابل كنترل است، بعلاوه در صورت رعايت نكات بهداشتي، اين نوع كشت بيماريهاي موجود در خاك را ندارد.
وي ميافزايد: بستر كشت گلخانه هيدروپونيك علم و صنعت، مخلوط پرليت و كوكو پيت به دو صورت كيسهاي و گلداني است. پرليت از بازماندههاي مواد آتشفشاني به دست ميآيد كه تركيبات آن سيليكات آهن و آلومينيوم است كه در 100 درجه سانتيگراد حرارت ديده و به شكل دانههاي سفيد رنگ بسيار سبكي درآمده است كه قابليت جذب و رطوبت بسيار بالايي دارد و كوكوپيت از پوشال تنيده شده دور ميوه نارگيل تهيه ميشود.
بنا به گفته سيامك حسنزاده، دانشآموخته دانشگاه علم و صنعت، مصرف بيش از حد سوخت و انرژي كاهش توليد، افزايش ريسك توليد، كاهش كيفيت محصول و افزايش قيمت تمام شده از جمله مشكلات و خسارات وارده به گلخانههاي امروزي محسوب ميشوند. در اين ميان كنترل آب و هوا يكي از مهمترين عوامل در توليد و پرورش گياه است. در واقع فرآيند كنترل محيط گلخانه نيازمند به تحت اختيار درآوردن پارامترهايي همچون دما، رطوبت، دياكسيد كربن، نور و گردش هواست كه ميان اين كميتها روابط فيزيكي پيچيدهاي حاكم است و كنترل محيط گلخانه را تحتتاثير قرار ميدهد.
از آنجا كه هدف اصلي در كنترل محيطي گلخانه رسيدن به حداكثر سود اقتصادي است و كنترل محيطي گلخانه همواره به نوعي با بهينهسازي همراه است با به كارگيري سيستم كنترل دما و رطوبت، كاهش هزينه انرژي مصرفي و افزايش توليد را ميتوان تحقق بخشيد. اين امر اهداف گوناگوني از جمله افزايش بازده فيزيكي، افزايش كيفيت محصول و كاهش هزينههاي توليد را در بر خواهد داشت. گفتني است، اثر متقابل و تداخل ميان متغيرهاي داخلي و خارجي بر پيچيدگي فرآيند كنترل محيط گلخانه ميافزايد. از طرف ديگر، محدوديتهاي زماني، دما و رطوبت نسبي از سيستم بيولوژيك بر سيستم كنترل محيط تحميل ميشود. به علت تعدد پارامترها را اثر متقابل بالاي آنها، كنترل آن به كمك روش كلاسيك دشوار به نظر ميرسد؛ چرا كه در روش كلاسيك براي كاهش تعداد متغيرها معمولا فقط متغيرهايي كه تاثيرگذارترند در نظر گرفته ميشوند. اين در حالي است كه در رشد برخي محصولات كه نيازمند كنترل دقيقتري هستند، نميتوان از اين پارامترها صرف نظر كرد. از اين رو استفاده از روشهاي هوشمند ميتواند راهكار مناسبي براي كنترل آب و هوا با حداكثر سود اقتصادي باشد.
و اما گلخانه هوشمند
بنا به گفته سيامك حسنزاده، با استفاده از فناوريهاي نوين و تجهيزات پيشرفته كنترلي و سيستمهاي ابزار دقيق، گلخانه هيدروپونيك هوشمند به منظور كشت توتفرنگي در دانشگاه علم و صنعت راهاندازي شده است. در اين گلخانه با استفاده از روش بستر كشت متحرك براي اولين بار در ايران فضاي زير كشت در گلخانه به 2 برابر افزايش يافته است و با استفاده از روشهاي هوشمند كنترلي محصول با كيفيت و كاملا بهداشتي توليد ميشود. بنا به گفته وي، در اين گلخانه مدرن تمام اتوماتيك، تمام مراحل آبياري، تهيه محلول مورد نياز گياه، تنظيمPH ،EC ، كنترل دما و رطوبت محيط گلخانه به صورت خودكار صورت ميگيرد.
عليرضا محمدشهري، رئيس پژوهشكده الكترونيك دانشگاه و مجري طرح گلخانه هيدروپونيك هوشمند ميافزايد: در اين گلخانه با استفاده از تجهيزات پيشرفته سنسوري و عملگرهاي خاص براي تزريق مواد معدني افزودني و استفاده از سيستمهاي پردازشگر از قبيل رايانه صنعتي و نيزPLC ميتوان به طور پيوسته تمام پارامترهاي موردنظر را با استفاده از الگوريتمهاي كنترلي هوشمند كنترل كرد. همچنين استفاده مجدد از آب برگشتي علاوه بر صرفه اقتصادي در به هدر نرفتن آب و مواد افزودني به آن تاثير بسزايي در بهداشت محيط زيست خواهد داشت. سيستم كنترل مدام اطلاعات مواد موجود در آب را توسط سنسورهاي مختلف اندازهگيري ميكند و همزمان با توجه به اطلاعاتي كه از آب ورودي دارد، ميزان تزريق مواد مورد نياز را تنظيم مينمايد. گفتني است سيستم غنيساز آب موردنظر براي استفاده در اين گلخانه اولين نمونه داخلي اين دستگاه محسوب ميشود.
فن، پد هيتر، مهپاش، پنجره سقفي و پنجره كناري از عملگرهاي موجود در گلخانه هستند كه ضمن صرف كمترين انرژي، دما و رطوبت را در مقادير مطلوب كنترل ميكنند و كيفيت و كميت محصول را افزايش ميدهد.
همچنين با نصب 2 دوربين با پايههاي پنتيليت در دو سوي گلخانه امكان مشاهده وضعيت عمومي گلخانه روي سايت براي كارشناسان فراهم شده است.
بعلاوه برنامه نرمافزاري طراحي شده توسطLABVIEW علاوه بر قابليتهاي مونيتورينگ شرايط محيطي و وضعيت عملگرها از طريق اينترنت، امكان كنترل اينترنتي را هم فراهم كرده است. به اين ترتيب كه متخصصان ويژه با داشتن رمز عبور قادرند در صورت ايجاد مشكل در سيستم كنترلي، از طريق اينترنت اقدام به رفع مشكل اين مزرعه اينترنتي نمايند كه اين مساله هزينه تعمير و نگهداري گلخانهها را به مراتب كاهش ميدهد.
بنا به گفته سيامك حسنزاده، فرق عمده اين كنترلكننده با كنترلكنندههاي خودكاري كه توسط شركتهاي آلماني، هلندي و ساير كشورهاي خارجي براي كنترل شرايط محيطي در صنعت گلخانه كشورمان ارائه ميشود، اين است كه كنترلكننده پيشين هوشمند ابتكاري طراحي شده، برخلاف مشابه خارجي كه صرفا به كنترل دما و رطوبت در مقادير مطلوب با دقتهاي بسيار بالا توجه ميكنند، با در نظر گرفتن دما و رطوبت محيط بيرون و ميزان تابش آفتاب، سرعت و جهت وزش باد، از كمهزينهترين راه اقدام به كنترل دما و رطوبت ميكند و اقتصاديترين تصميم كنترلي را به سيستم اعمال ميكند كه البته نتايج پيادهسازي اين طرح، صرفهجويي قابل ملاحظهاي را در ميزان مصرف انرژي نشان ميدهد. در عين حال به سبب كنترل دقيق دما و رطوبت در اين روش، افزايش توليد و بهبود كيفيت محصول نيز چشمگير است. مسلما گلخانه هيدروپونيك هوشمند علاوه بر مزاياي بارزي همچون اشتغالزايي، كاهش شغلهاي كاذب، كمك به خودكفايي در محصولات كشاورزي، صرفهجويي قابل توجه در مصرف آب و انرژي، در صورت اهتمام همهجانبه مسوولان ميتواند نقطه عطفي در صنعت كشاورزي و سرآغاز فصلي نو در صادرات غيرنفتي تاريخ ايران باشد.