د علي إسماعيل: الزراعة بدون تربة او الزراعة المائية
استاذ ادارة الاراضي والمياه – مركز البحوث الزراعية مصر
مقدمة :
لاشك ان الزراعة المائية مع التطور الزراعي والاتجاه الحديث للزراعة تحت الصوب ضمن المشروعات القومية وهي انشاء 100 الف صوبة تغطي انتاج مساحة تقدر بمليون فدان فان الزراعة بدون تربة يمكن ان تكون احد مكونات هذا المشروع وخاصة لانتاج زهور القطف بغرض التصدير ومحاصيل الخضر التصديرية وان بعض الدول التي تقل فيها مساحة الاراضي الزراعية تتجه لاستخدامها لتوفير بعض احتياجاتها من محاصيل الخضر الطازجة والفاكهة الشجبرية وقد لعب انتاجها مع التقدم التكنولوجي في علم تغذية النبات وصناعة المحاليل المغذية مع استخدام البرامج العلمية للحواسب ونظم التحكم الايكولوجية في تحديد حاجة النباتات للضوء والحرارة والعناصر الغذائية المرتبطة بمراحل النمو والحالة الفسيولوجية للنباتات النامية والتي تقوم الحواسب الالية بالحساب دون التدخل البشري.
وان الزراعة دون تربة تعني إنتاج النباتات بأية طريقة غير زراعتها في التربة الزراعية , ويجب أن نوضح أن الزراعة بدون تربة 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 تربة 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.
رغم أن البشرية عرفت الزراعة مع وجود الإنسان على وجه الأرض، فقد ظل الاعتقاد السائد لآلاف السنين أن التربة -سواء كانت طينية أو رملية- إضافة إلى الماء والهواء والضوء، هي أهم مقومات النشاط الزراعي، ولا يمكن الزراعة من دونها. إلى أن توصل العلماء والباحثون إلى طريقة جديدة للزراعة بلا تربة، يُطلق عليها اسم “هيدروبونيك Hydroponics”، وتعتمد على الزراعة في الماء، مع توفير باقي المقومات الأخرى اللازمة لنمو النبات.
وتكمن أهمية التربة في أنها تساعد في تثبيت جذور النبات، وتزويده بما يحتاجه من معادن وأملاح وعناصر غذائية مختلفة، وهي المواد التي تمكن الباحثون من إضافتها إلى الماء، بتركيزات ونسب محددة، لتتغذى عليها بعض أنواع النباتات، دون الحاجة إلى التربة.
والزراعة المائية بمفهومها البسيط ليست جديدة على الكثيرين منا، خاصة ممن كانت لهم تجارب شخصية في استنبات الحلبة والفول داخل المنزل من دون تربة، عن طريق وضع حبوب الحلبة في قطعة قماش مبللة، أو غمر الفول بالماء، وتركها لعدة أيام، حتى تبدأ عملية الإنبات.
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 Spearmintوقد لاحظ أنه نمت جيدا غير أنها كانت أجزاء دون جذور .
قام Wood ward في إنجلترا 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 بتحضير محلول غذائي من العناصر الكبرى فقط لأنه لم تكن تعرف العناصر الغذائية الصغري بعد.
كل الأبحاث التي كانت تجري كانت لأغراض أكاديمية لكن الاستخدام التجاري كان عندما قام Gerieke بجامعة كاليفورنيا سنة1929 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 إشرافGerieke.
وفي سنة 1935 وصف Biedkart & Commorrs من محطة التجارب الزراعية في New jerseyطريقة لزراعة القرنفل في الرمل الذي تم إضافة محلول مغذية 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 نظامGerieke باستبدال الرمل بمزيج من نشارة الخشب و القش و التربة, بينما كان رأي Arnon & Hoagland أن الجيل السابق لهما عاصروهما و ان هناك 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 دون 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 إنهاء 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 إنجلترا 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 اللاأرضية خطوة واسعة إلى الأمام حيث تحولت من الزراعة التقليدية إلى الزراعة التكنولوجية .
ثانيا – أنواع المزارع اللا أرضية :
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 المغذية Solution culture والذي يعرف بالهيدروبونيكسHydroponics أو ما يعرف بالزراعة المائية.
ثالثا – مزارع بالهيدروبونيكس 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.
ولهذه المزارع العديد من الأنواع أهمها :
مزارع المحاليل الغذائية الساكنة
مزارع المحاليل الغذائية المتدفقة
مزارع الأغشية المغذية
المزارع الهوائية
رابعا – لماذا الزراعة المائية:
من خلال التطبيق العملي للمزارع اللاأرضية في كثير من دول العالم وجد أنها تحقق عدة مزايا وأهداف من الأهمية بمكان أن توضع في الاعتبار عند صانعي قرارات السياسة الزراعية على مستوى الأفراد و المجتمعات و الدول حيث إنها :
عزل النباتات عن التربة وبالتالي نتلافى جميع الأمراض إلى مصدرها التربة كالنيماتودا وفطريات الذبول وتضاعفت الإنتاجية إلى حوالي 15ضعف في الظروف المثالية وفي سوريا نجحت بعض التجارب في مضاعفة الإنتاجية 5 – 3 أضعاف.
الحصول على إنتاج صحي خالي من الأثر المتبقي للمبيدات , حيث أنه لا يستخدم المبيدات إلا نادرا مع استخدام نظام المكافحة المتكاملة مما يعطي ثمار ذات مواصفات وطعمة ممتازة مقارنة مع الزراعة التقليدية , وحتى لو قمنا بتحليل تربة الزراعة التقليدية فسيكون للعناصر الكبرى فقط , بينما الزراعة المائية تعنى وتهتم بالعناصر الكبرى والصغرى معا واصبحت علوم التغذية والبرامج التي تم اعدادا للمحاليل المغذية اهمية كبري في نجاح الزراعة بدون تربة وعملت الشركات العالمية بشكل اوسع علي نجاح هذة الزراعات وخاصة في الدول محدودة الموارد الارضية وذات الظروف الجوية والبيئية الصعبة .
وتضمن النظم الحديثة لانظمة الهيدروبونيك تأمين تهوية مناسب للجذور وبرامج منظمة تعمل اوتوماتيكيا تخفيف اليد العاملة لأننا لانها لا تقوم بعمليات زراعية مختلفة مثل الزراعة الارضية ولكنها تحتاج الي خبرات فنية عالية. وهي تعتبر من الزراعات الصديقة للبيئة, حيث لا آثار متبقية لمواد التعقيم والمواد السامة, ومن هنا لا يكون هناك غسل للعناصر ولكنها تتم في دورة متكاملة للاستخدام. وتأتي اهميتها حيث يمكن استخدامها في الأماكن التي لا تحتوي على تربة مثل السفن كما حدث في الحرب العالمية الثانية مع جيوش الحلفاءوعلي الاسطح وغيرها وكذلك في انتاج مكثف لبعض الخضروات الطازجة في الاماكن التي يصعب انتاجها فيها .
اهم مميزاتها :
- انها توفر كفاءة عالية في استخدام مياه الري حيث لا تفقد إلا عن طريق النتح مما يوفر20 – 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.
وعند استعراضنا للدول المتبنية هذه النظم الزراعية لطرق الزراعة المائية نجد أن هولندا هي الدولة الأولى من حيث المساحات والإنتاج , وأسم هولندا في أسواق أزهار القطف ونباتات الخضر لا يخفى على أحد وهذا طبيعي ولكن المفاجئة أن هولندا لم تكن تعرف هذه الزراعة – الزراعة المائية – قبل عام 1975 وفي خلال 20 عام تحولت هذه الدولة الصغيرة إلى أكبر دولة مصدرة لأزهار القطف ونباتات الخضر, لذلك فعلينا الاهتمام بالزراعة المائية وعدم التذرع بوجود الأراضي الواسعة الغير مستثمرة .
عيوب الزراعة المائية : 1 –
- حاجتها الدائمة للتيار الكهربائي
- تكلفتها البدائية عالية في السنة الأولى ولكنها قليلة في السنوات اللاحقة
طرق الزراعة المائية:
طرق الزراعة المائية تنقسم الي ست طرق وتقنيات مختلفة هي:
تقنية الغشاء المغذّي Nutrient Film Technique- تقنية الطوف Raft Technique- تقنية الغمر والتصفية : Ebb & Flow Technique- تقنية التنقيط : Drip Technique- تقنية الزراعة الهوائية : Aeroponic Technique- تقنية الفتيل (Wick Technique
وهناك العديد من الأنظمة الأخرى التي تكون إمّا مشتقة، أو مزيجاً من هذه الطرق الست الأساسية، ويجدر بالذكر أنّ عملية تزويد الأكسجين في الزراعة المائية يكون في الوسط الذي توجد فيه الجذور، إمّا من خلال الماء، أو الهواء.
تقنية الغشاء المغذي
تُعدّ تقنية الغشاء المغذّي أكثر طرق الزراعة المائية انتشاراً، واستخداماً لإنتاج الأعشاب، وبعض الخضروات، وقد بدأ استخدامها منذ بدايات القرن العشرين، إذ يتمّ فيها إعداد أنابيب، أو أحواض طويلة مصنوعة من مادة بولي كلوريد متعدد الفاينيل (بالإنجليزية: polyvinyl chloride) الذي يُعدّ من الأصناف الغذائية، وقد يكون مقطع هذه الأحواض على شكل أسطوانة مستطيلة، أو دائرية، وبطول يتراوح بين ما يُقارب 1.5-20م، ولكن غالباً ما يبلغ متوسط هذا الطول بين 2-4م، وتميل هذه الأحواض، والأنابيب بمقدار 2-3٪، إذ تُزوّد بالمحلول المُغذّي من الجهة العلوية باستخدام آداة ريّ مُتشعّبة، حيث يُضغط المحلول بواسطة مضخّة في الخزان الرئيسي، ثمّ ينتقل على شكل طبقة رقيقة تشبه الغشاء لأسفل الأحواض، لِتُجمّع فيما بعد بواسطة مزراب يُعيدها إلى الخزان. تُوضع الشتلات حتى تنبُت في فتحات على الجانب العلوي من الأحواض، وتمتدّ جذورها بشكل مُسطّح إلى الجانب السفلي، إذ تكون مُبللة بالمحلول المُغذّي، وعلى الرّغم من الذائبية العالية للأكسجين في أغشية الماء الرقيقة، إلّا أنّ التبادل الحراري بين الماء، والمحيط هو أمر واقع الحدوث، لذلك يتمّ تبريد الماء خاصّة في الأجواء الحارة، بالإضافة إلى تزويد النظام بمضخة تعمل على مبدأ فنتوري، ممّا يضمن رفع نسبة تشبّع الماء بالأكسجين.
يتوجّب على المزارع يومياً فحص العديد من الأمور، إمّا يدوياً، أو أتوماتيكياً باستخدام الآلات، ومن هذه الأمور: مستوى المياه في الخزان، وكمية العناصر الغذائية، ودرجة حموضة المحلول المغذّي، وبالإضافة إلى ذلك فإنّه يجب مراعاة الحفاظ على مصدر طاقة بديل عند استخدام هذه التقنية، إلى جانب التقليل من تعرّض المحاليل المغذّية للضوء، وذلك لتفادي تكوّن الطحالب، ويجدر بالذكر وجود العديد من المشاكل التي قد تواجه تقنية الغشاء المغذي، وأهمّها: تعطّل المضخّات التي يتمثّل دورها بمنع الرطوبة، ممّا يؤدّي إلى تلف المحصول بشكل سريع. ذوبان الأكسجين بكميات قليلة في المحاليل الدافئة. تباين، واختلاف درجات الحرارة، وتركيز الأكسجين، والأسمدة في الأحواض عندما تكون طويلة. انسداد خطوط التزويد بسبب وجود الطحالب، ممّا ينتج عنه جفاف بعض مناطق الأحواض. تقنية الطوف تُعدّ تقنية الطوف من طرق الزراعة المائية الشائعة، وتعتمد على زراعة النباتات في برك مملوؤة بمحلول الأسمدة، إذ يتراوح عمق هذه البرك من 10-40سم، ويتمّ ضخّ الهواء إليها باستخدام مضخّة عبر فُتحات على طول الخزان، بحيث تختلف مستويات الأكسجين من موقع إلى آخر في هذا الخزان، إلّا أنّ هذا الاختلاف يصبح بلا أهمية عندما ينمو النبات، ويطوّر مجموعة جذريّة أكبر، ويجدر بالذكر أنّ الخزانات قد تُغطّي كامل مساحة البيت الزجاجي، أو مساحة صغيرة منه لتعمل كحافظة تمنع تسرّب الماء، وتُوضع طبقة مصنوعة من رغوة البوليسترين (بالإنجليزية: polystyrene foam)، أو من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (بالإنجليزية: low density polyethylene)، لِتطفو فوق المحلول في الخزانات، إذ تُثبّت فيها النباتات، وتكون الجذور داخل المحلول. يجب مراقبة مستوى المياه في الخزان، وكمية العناصر الغذائية، ودرجة حموضة المحلول المغذّي، ومستويات الأكسجين المُذاب فيه، والتي قد تتغيّر تبعاً للموقع، وردجة الحرارة، وقد أُثبت أن تزويد المحلول بفقاعات الهواء الصغيرة يزيد من إنتاج بعض النباتات، مثل: الخسّ، إضافة إلى أنّ تبريد منطقة الجذر تؤدّي إلى تخفيف الضغط الحراري المتولّد من ارتفاع درجات حرارة الجو، وعند مُقارنة هذه التقنية بتقنية الغشاء المغذّي.
تقنية الطوف
تحتاج إلى كميات أكبر من الماء، والمواد الغذائية، ولا يشترط فيها تدوير المحلول المُغذّي، كما أنّ الحفاظ على استقرار درجة حرارة محلول الأسمدة فيها أكثر سهولة منه في تقنية الغشاء المغذّي، لذا يغلُب استخدام تقنية الطوف في أغلب المحاصيل المائية.
تقنية الغمر والتصفية
تُعدّ تقنية الغمر والتصفية مُناسبة لزراعة الشتلات، والنباتات الصغيرة، والعُقل، ويُزرع فيها كل نوع من النباتات في وعاء واحد، وتعتمد هذه التقنية على تزويد منصّات الإنبات بالمحلول المغذّي باستخدام مضخّة غاطسة، ثمّ تُصرّف هذه المنصّات المحلول مرّة أخرى إلى الخزان الذي أُخذ منه، إذ يُضبط مؤقت المضخّة ليعمل عدّة مرات في اليوم، وذلك اعتماداً على حجم، ونوع النباتات، ودرجة حرارة، ورطوبة، ونوع الوسط الذي تنمو فيه، ويجدر بالذكر أنّه لكن لا يمكن تحديد كمية المحلول المُخصّصة لكل نبتة.
تقنية التنقيط
تعمل تقنية التنقيط كنظام مفتوح، إذ لا يتمّ فيها تغطية المحلول المُغذّي، أو إعادة استخدامه، ويجب أن تكون كميّة المحلول كافية لتتدفّق من الفتحات الموجودة أسفل الأوعية، ويجدر بالذكر أنّ معدل، وتوقيت استخدام المحلول المُغذّي يعتمد على عدة عوامل: وهي: كمية المياه التي يحتاجها النبات، وأنواع النباتات، ومراحل النموّ، إذ يُمكن خلال مرحلة النموّ مراقبة درجة الحموضة، وكمية العناصر الغذائيّة، والتعديلات التي أُجريت على المحلول بترشيح وسط التجذير لإزالة الأملاح المتراكمة فيه، كما يمكن استخلاص جزء من المحلول من الوسط بعد الريّ، لإعداد محلول بنفس المواصفات
تقنية الزراعة الهوائية
تُعرّف تقنية الزراعة الهوائية بأنّها عملية زراعة النباتات عن طريق تعليقها بشكل منفصل في الهواء دون تربة، وتتميّز هذه التقنية بسهولة استخدامها، وحصاد محاصيلها ،إذ تعتمد على وضع جذور النباتات داخل محاليل مُغذّية بلا وسيط، أو تربة، وبالتالي الحصول على أفضل بيئة للأكسجين، والرطوبة، ممّا يُوفّر ظروفاً أكثر توازناً للاستفادة من العناصر الغذائية، إضافةً إلى أنّ النباتات تنمو، وتتطوّر فيها بشكل سريع، وتُعدّ البطاطا، والبندورة، والخسّ، والخضروات الورقية أمثلة على النباتات التي يُمكن زراعتها باستخدام هذه التقنيةو تتميّز تقنية الزراعة الهوائية بالعديد من الخصائص، منها: تحقيق أكبر كفاءة في استخدام موارد المياه من بين طرق الزراعة المائية المختلفة، والتقليل من تقييد نموّ النباتات، إذ إنّ منطقة الاتصال بين النبات، والوسط الموضوع فيه تكون أقل ما يُمكن، ويجدر بالذكر استخدام هذه التقنية في برامج أبحاث الفضاء التابعة لوكالة ناسا (بالإنجليزية: NASA).
تقنية الفتيل
تُعدّ تقنية الفتيل أكثر طرق الزراعة المائية بساطة، وذلك لكون أجزائها ثابتة غير متحركة، وتعتمد على وضع النباتات، والوسط الذي تنمو فيه داخل وعاء علويّ (بالإنجليزية: upper bucket)، وبعدها يتمّ إدخال فتيل داخل وسط النموّ بالقرب من موضع جذور النبات، ويتمّ إخراج أحد أطراف الفتيل إلى خارج الوعاء عن طريق ثقب في أسفله، وبعدها يوضع الوعاء العلويّ داخل وعاء آخر سفليّ مملوء بشكل جزئيّ بالمحلول المُغذّي، إلى أن يصل إلى الفتيل الذي يمتصّ المحلول، ويوصله للجذور، وبعدها تأخذ النباتات حاجتها منه.
تقسيم أنظمة الزراعة المائية:
بناء على آلية العمل إلى عدة أقسام هي:
1- النظام المغلق2- والمفتوح3- والصلب4- والسائل
وفيما يلي توضيح لكلّ نظام من هذه الأنظمة:
النظام المغلق
تُعتبر تقنية الغشاء المغذّي من الأمثلة على النظام المُغلق، ويُعدّ هذا النظام اقتصادياً في استخدام المواد الغذائية، مع مراعاة مراقبتها بشكل مستمرّ، والتعديل على المحلول المُغذّي، وعلى الرغم من أنّ فحص كمية العناصر الغذائية يُشير إلى تركيز الأملاح الكليّ في المحلول، إلّا أنّه لا يبيّن تركيز العناصر الرئيسية، ولا يتأثّر بكمية العناصر الشحيحة، لذا يجب القيام بفحوصات كيميائية دورية كل أسبوعين، أو ثلاثة للعناصر الرئيسية، وهي: النيتروجين (N)، والفسفور (P)، والبوتاسيوم (K)، والكالسيوم (Ca)، والمغنيسيوم (Mg)، وكل أربعة إلى ستة أسابيع للعناصر الشحيحة، وهي: الصوديوم (Na)، والبورون (B)، والنحاس (Cu)، والحديد (Fe)، والمنغنيز (Mn)، والمندليفيوم (Mv)، والزنك (Z).
يجب الحرص على إضافة الأسمدة في النظام المغلق إلى المحلول المُغذّي بتركيزات مساوية لتلك التي تحتاجها النباتات، إذ إنّ إضافتها بتركيزات غير مدروسة قد يؤدي إلى تراكم بعض العناصر الغذائية، واستنفاذ أخرى، وقد يتطلّب النظام إضافات كيميائية بشكل يوميّ، أو أسبوعيّ، هذا قد يتّبع بعض المزارعين الطريقة التالية في استخدام المحلول المُغذّي، إذ يوضع كمية من المحلول في البداية، ثمّ في نهاية الأسبوع الأول يُضاف إليها كمية جديدة منه تساوي نصف الكمية السابقة، وعند انتهاء الأسبوع الثاني يتمّ تفريغ الخزانات، والتخلص من محتوياتها، والبدء من جديد.
النظام المفتوح
لا يُعاد تدوير، أو تغطّية المحلول المُغذّي في النظام المفتوح، وبالتالي فهو لا يتطلّب المراقبة، والتعديل عليه، إذ يبدأ استهلاك المكوّنات منذ خلطها فيه، وحتى نفاذها، ويجدر بالذكر أنّ نوعية مياه الريّ في هذا النظام ليست ذات أهمية كبيرة، ممّا يسمح باستخدام مياه تحتوي على 500 جزء في المليون من الأملاح، كما تسمح بعض النباتات، كالطماطم باستخدام تركيز أعلى من ذلك، إلّا أنّه غير مُحبّذ.
يجب مراقبة الوسط الذي تنمو فيه النباتات في حال كانت مياه الريّ مالحة، أو في حال تعرّض الوسط لأشعة الشمس الدافئة، مع مراعاة استخدام كميّة كافية من مياه الريّ، إذ ترشّح المياه من الأكياس لمنع تراكم الأملاح، وتُنفّذ فحوصات على المياه الراشحة بشكل دوري لقياس كمية الأملاح الكلّية الذائبة فيها، فإذا كان تركيز الأملاح يتجاوز 3,000 جزء في المليون، عندها يجب غسل النظام بالماء العاديّ.
النظام الصلب
يُستخدم في النظام الصلب أكياس بلاستيكية مسطّحة، أو عمودية، ويُعدّ من الأنظمة المفتوحة، إذ لا يُعاد تدوير المحلول فيه، بينما يُعدّ الصوف الصخريّ المُعدّ للزراعة نظاماً مفتوحاً، أو مُغلقاً، إذ يكون مُغلقاً في حال تمّ تخزين المحلول الزائد في النظام، وإعادة استخدامه مرةً أخرى، ويجدر بالذكر أنّه في حال عدم إعادة استخدام المحلول المُغذّي، فإنّ الحساسية لتركيبة الوسط، وملوحة الماء تكون أقلّ.
النظام السائل
لا يعتمد النظام السائل على وضع جذور النباتات في وسط صلب، ويُعدّ من الأنظمة المُغلقة، وتتعرّض فيه جذور النباتات مباشرة إلى المحلول المُغذّي دون استخدام أي وسط، كما يُعاد تدوير، واستخدام المحلول مرة أخرى عبر هذا النظام.
خامسا – 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 |
سادسا – شروط المحاليل الغذائية:
اهم الشروط المطلوبة عند إعداد المحاليل الغذائية:
فيجب مراعاة مجموعة من الاعتبارات:
- رقم الـPH 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 للمحلول2 – 3 ملليموز/سم
- الضغط الأسموزي للمحلول بحدود5 – 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 تتجاوز50 PPM
تركيزالعناصر المغذية في المحلول المغذي بالتراكيز المناسبة والمطلوبة كما يوضح ذلك بالجدول (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 |
| الماغنسيوم | 25 | 100 | 50 |
| الكالسيوم | 125 | 400 | 150-300 |
| الحديد | 3 | 12 | 5 |
| المنجنيز | 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 | – |
سابعا – 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 كالطماطم والخيار.
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 شكلH2P04 وهذه الأيونات تعمل على ترسيب بعض الأيونات الأخرى وخاصة أيونات المغذيات الصغرى مما يقلل صلاحيتها للنبات , لذلك فإنه يتم عن عمدا 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/25لترمن المحلول المغذي | العنصر | التركيز بالـ PPM بعد التخفيف بنسبة100:1 |
| 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 اكتوبر إلى شهر ابريل , بينما يستخدم محلول الصيف في الفترة من شهر مايو إلى شهر سبتمبر .
ثامنا – 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 |
| 200 | 125 | 45 | 136 | 136 |
| 200 | 94 | 330 | 305 | 50 |
| 100 | 95 | 380 | 220 | 50 |
جدول (5) طريقة تحضير المحاليل الذكورة في الجدول
| الكمية بالجرام لكل 100 لتر | ||||||||
| نترات البوتاسيوم | نترات الكالسيوم | نترات الصوديوم | كبريتات الأمونيوم | كبريتات البوتاسيوم | كبريتات الماغسيوم | 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 | – |
| 55 | 20 | 80 | – | – | – | 20 | – | 20 |
المراجع
John Korstad (2020) “Hydroponics” www.encyclopedia.com, Retrieved 21-1-2020. Edited
. Charles W. Marr (1994), HYDROPONIC SYSTEMS, Manhattan, United States: Kansas State University, Page 1,2,3,5. Edited.
Cindy Davidson (2011), Hydroponics in the Classroom, United States: Youth Environmental Alliance, Page 3,4. Edited
- Michael Bissonnette, John Thompson, Robert E. Wainwright (2006), TIME-RELEASE, OXYGEN-GENERATING, AND EFFERVESCING NUTRENT COMPOSITIONS AND METHODS FOR GROWING PLANTS , United States Patent Application Publication, Page 1. Edited.
Joseph Chidiac (2017), Shallow Aggregate Ebb-and-Flow System for Greenhouse Lettuce Production, USA: University of Arkansas, Page 7-9. Edited
JENNIFER MORGANTHALER (2017), “INTRODUCTION TO HYDROPONICS”، www.missouristate.edu, page 3, Retrieved 30-12-2019. Edited.
- Benton Jones, Jr. (2014), Complete Guide for Growing Plants Hydroponically, USA: CRC Press-Taylor & Francis Group, Page 111. Edited
أ P Gopinath, P. Irene Vethamoni and M. Gomathi (2017), Aeroponics Soilless Cultivation System for Vegetable Crops, India: Department of vegetable crops, HC & RI, TNAU, Coimbatore, Page 1,2. Edited.
Gregory Axt (2010), Characteristics of Hyroponic Systems, USA: North Dakota State University, Page 1. Edited.
