كشاورزی هيدروپونيك گلخانه ای می تواند باعث افزايش آب شيرين جهان شود

گلخانه هوشمند


بنا بر اطلاعيه رسمی 8 سپتامبر آزمايشگاه های ملی سانديا(1) متعلق به وزارت انرژی در نيو مكزيكو، شيوه ای كه برای پرورش علوفه دام ها از يك صدم آب شيرين مورد نياز در شرايط عادی استفاده می نمايد، ممكن است آب بيشتری را برای استفاده های انسانی، مسكونی و صنعتی باقی بگذارد.
ران پيت(2)، پژوهشگر آزمايشگاهی می گويد صرفه جويی های ممكن در آب به ويژه در نيومكزيكو، ايالت واقع در جنوب غربی كم آب آمريكا، كه مشكلات آن نظير ساير مناطق خشك از جمله مكزيك، خاور ميانه، هند، پاكستان و حتی شمال چين است كه سطح ذخاير آب زير زمينی به دليل استفاده مداوم كشاورزی در حال پايين رفتن است اهميت فراوانی دارد. ”در همه اين مناطق، بيشتر آب به جای استفاده انسانی و ساير مصارف سازنده، صرف كشاورزی آبی می شود.“
اين شيوه هم اكنون به وسيله 42 حس گر بی سيم و زير نظر سانديا، آزمايشگاه ملی امنيتی آمريكايی، در يك گلخانه هيدروپونيك پرورش علوفه كه در نزديكی مرز آمريكا – مكزيك قرار دارد مورد آزمايش است. پيت می گويد سانديا به اين موضوع علاقمند است زيرا: ”اگر احتمال جنگ بر سر آب را در قرن 21 ناديده بگيريم، كشمكش بر سر آن ممكن است.“
تفاوت بين كشاورزی سنتی و شيميايی اين است كه گياهان گلخانه ای غذای خود را از زمين دريافت نمی كنند. اين آزمايش متكی به ماده غذايی موجود در دانه است كه جوانه می زند، به دقت آبياری شده و 10 روز پس از آغاز رشد، برداشت می شود. برای توليد همان مقدار علوفه (نسبت به علوفه كاشته شده به شيوه سنتی و در زمين های باز)، دانه بيشتری لازم است. اما مصرف آب به شدت پايين می آيد.

مشاهدات نخستين نشان می دهد كه گلخانه های شيميايی در مناطقی مانند نيو مكزيكو می توانند ميزان 987.000 متر مكعب آب را برای توليد مقدار مساوی (وزن خالص) علوفه دام به 13.500 متر مكعب برسانند. همين محصول می تواند به جای 105.000 هكتار ــ مساحت كنونی زير كشت آلفالفا(3) در نيو مكزيكو ــ در كمتر از 404 هكتار كاشته شود. 80 درصد از آب مصرفی نيومكزيكو صرف كشاورزی می شود. بيش از نيمی از آن نيز صرف كشت علوفه به ويژه آلفالفا می شود. شرايط آب بسياری از كشورها مشابه اين شرايط است.
شيوه های فعلی كشاورزی در مناطق خشك، مقدار زيادی از آب را به دليل تبخير و جذب خاك از دست می دهد. اين پديده در طول زمان می تواند باعث شور شدن خاك و از دست رفتن توليد كشاورزی شود. هيچ يك از اين شرايط در گلخانه هيدروپونيك كه نيازی به زمين زراعی مرغوب ندارد به وجود نمی آيد.
گلخانه هيدروپونيك كه با نام های ”كشاورزی حفاظت شده“(4) يا ”كشاورزی محيط تحت مراقبت“(5) نيز شناخته می شود همچنين نوری را كه به گياهان می رسد تحت نظر دارد و آن را تنظيم می نمايد. اين آزمايش ها با استفاده از فرآيندهای سايه ساز گوناگون برای جلوگيری از حرارت زياد و بهبود رشد گياه از شدت نور می كاهند و مانع از تابش فركانس های مشخصی می شوند. حس گر ها در گلخانه 8 × 18 متر نور، دما، رطوبت نسبی و فشار هوا را نشان خواهند داد. داده هايی كه هر چند دقيقه يك بار جمع آوری می شود با استفاده از خط تلفن به يك رايانه در نقطه ای ديگر فرستاده می شود تا مورد تجزيه و تحليل قرار گيرد. حس گرها و شبيه سازی های رايانه به پژوهشگران نشان خواهند داد كه چگونه به طرز كارآمدتری به پرورش محصولات بپردازند.
گری يوناس(6)، دانشمند برجسته سانديا و مدير گروه مفهوم پيشرفته(7) آزمايشگاه می گويد كه اين طرح همچنين مانند الگويی برای آزمايشگاه مشترك با مكزيك جهت كار بر روی مسايل علمی مرتبط با مرز است. ”از آنجا كه گروه مفهوم پيشرفته، به مسايل امنيتی آينده جهان می پردازد، ما نظريه آازمايشگاهی مشترك بين مكزيك وايالات متحده را پيش برديم تا مسايل مرزی را كه قابليت ايجاد درگيری دارند مورد بررسی قرار دهيم. اين طرح (گلخانه) نخستين ثمره آن ايده است.“
آلبوكركی(8) نيومكزيكو– روشی كه تقريبا يك صدم از آب مصرفی كنونی لازم برای پرورش علوفه دام ها را مورد استفاده قرار می دهد می تواند آب بيشتری را برای مصرف انسانی و نيز استفاده های مسكونی و صنعتی باقی بگذارد. اين شيوه می تواند انرژی خورشيدی استفاده نشده را نيز به عنوان توليد جانبی به برق فشار قوی تبديل كند.

روش كاهش دهنده مصرف آب هم اكنون توسط 42 حس گر بی سيم كه در يك گلخانه هيدروپونيك پرورش علوفه واقع در كمتر از فاصله پرتاب يك سنگ از مرز مكزيك نصب شده است، زير نظر آزمايشگاه های ملی سانديا متعلق به اداره ملی امنيت هسته ای ــ يك آزمايشگاه ملی امنيتی ايالات متحده ــ در دست امتحان است. ران پيت، پژوهشگر آزمايشگاهی می گويد كه سانديا به اين موضوع علاقمند است زيرا: ”اگر احتمال جنگ بر سر آب را در قرن 21 ناديده بگيريم، كشمكش بر سر آن ممكن است.“
پيتر ديويز(9)، مدير علوم زمينی و محيطی سانديا می گويد: ”بخش عظيمی از مصرف آب شيرين سراسر دنيا مربوط به كشاورزی است. قابليت كاهش ميزان آب مورد نياز برای اين مصرف و در نتيجه كاستن از احتمال درگيری بين المللی برای امنيت ايالات متحده و دنيا اهميت فراوانی دارد.“ پيت می گويد كه صرفه جويی ممكن در مصرف آب به ويژه در نيومكزيكو و جنوب غربی آمريكا، مكزيك، مناطق كم آب مانند خاور ميانه، نواحی مشخصی بين هند و پاكستان و حتی شمال چين كه آب های زير زمينی به طور مداوم برای مصارف كشارزی استفاده می شوند و سطح آنها پايين می رود، بسيار مهم است. ”در تمام اين نقاط مقدار زيادی از آب بيش از آن كه به طور مستقيم نيازهای انسانی و ساير مصارف توليدی را تامين نمايد، صرف آبياری محصولات كشاورزی می شود.“
مشاهدات ابتدايی نشان می دهند كه گلخانه های شيميايی در مناطقی مانند نيو مكزيكو می توانند برای توليد مقدار مساوی (وزن خالص) علوفه دام، 800.000 آكر فوت(10) فعلی مورد استفاده را به 11.000 آكر فوت برسانند و اين عمل را در وسعت 1.000 جريب زمين به جای 260.000 جريب ــ زمين زير كشت كنونی آلفالفا در نيومكزيكو ــ صورت دهند. هشتاد درصد از آب نيومكزيكو صرف كشاورزی می شود. بيش از نيمی از آن به پرورش علوفه تعلق دارد. آلفالفا فراوان ترين اين محصولات است. شرايط مصرف اب در بسياری از نقاط دنيا مشابه اين شرايط است.
شيوه های كنونی كشاورزی در مناطق خشك مقدار زيادی از آب را از طريق تبخير و جذب خاك از دست می دهد. اين عوامل با گذشت زمان می توانند منجر به شور شدن خاك و از دست رفتن توليد كشاورزی شوند. هيچ يك از اين رويدادها در گلخانه كه در وحله اول برای محصول دادن نيازی به خاك مرغوب ندارد صورت نمی گيرد.
گلخانه های هيدروپونيك كه به تازگی در ايالت چيهواهوا(11) ساخته شدند، توسط مزرعه داران مكزيكی در خشكسالی جاری برای پرورش خوراك دام جهت نگهداری از گله هايشان مورد استفاده قرار گرفتند. با اين وجود مسايل فنی در زمينه بهينه سازی ميزان واقعی آب ذخيره شده، سنجش ارزش غذايی علوفه و نيز مناسب ترين نور لازم برای رشد همچنان بايد مورد بررسی قرار گيرند. در مورد شرايط كارآيی اقتصادی نيز تحقيق بيشتری لازم است.
به اين ترتيب پژوهشگران مكزيكی علاقه زيادی به اين طرح ايالات متحده نشان دادند كه درست در شمال مرز آمريكا/ مكزيك در سانتا ترزا(12) نيومكزيكو، چند مايل غرب تر از الپاسو(13) به اجرا در آمده است. يك گروه مكزيكی از سيوداد(14) چيهواهوا ــ كه فاصله آن با ماشين حدود 3 ساعت و نيم است ــ به سرپرستی هكتور گالگس(15) محقق و فرانسيسكو آگويره(16)، سازنده سيستم علوفه شيميايی چندين بار از اين طرح ديدار كرده اند تا در طراحی، ساخت و اجرای آن كمك نمايند.
گالگس در يك مصاحبه تلفنی از چيهواهوا گفت: ”تفاوت (بين طرح های ديگر ما و اين طرح) حس گر هايی است كه سانديا برای كنترل شرايط اين محل نصب كرده است. ما در شرايط معمول فقط از يك حس گر رطوبتی استفاده می كنيم تا دريابيم كه چه زمان بايد آبياری صورت گيرد.“
او می گويد حس گرهايی كه سانديا كار گذاشته است و شبيه سازی های رايانه به پژوهشگران نشان می دهند كه چگونه محصولات را به شكل موثرتری پرورش دهند.
او می گويد: ”لازم است كه ما ميزان مصرف آب را در گلخانه مورد بررسی قرار دهيم؛ تنها راه انجام اين كار نيز مشاهده دقيق آب مورد نياز در هر مرحله است.“ وی می افزايد كه در آزمايش های مكزيكی فقط از گندم و ذرت آماده استفاده شده است؛ سانديا در آزمايش هايش علاوه بر اين موارد از چاودم، ذرت خوشه ای، جو و جو دو سر نيز استفاده كرده است.
ارزش غذايی گياهان پرورش يافته از طريق شيميايی توسط يك استاد تغذيه دام در دانشگاه ايالتی نيومكزيكو به نام كلينت لوست(17) مورد بررسی قرار می گيرد. آزمايشگاه او نتايج آزمايش تغذيه را با نيازهای واقعی حيوانات می سنجد.
او گفت: ”بدون شك اين رويداد يك اتفاق منحصر به فرد در زمينه خوراك دام است. اگر تاثير اين خوراك بر دام ها به خوبی خوراك عادی آنها باشد، پيشرفتی عظيم صورت گرفته است. ممكن است اين موفقيت به حدی زياد باشد كه در صورت ذخيره مقدار بسيار زياد آب ما كمی از اقداماتمان بكاهيم.“
تفاوت بين كشاورزی سنتی و هيدروپونيك آنن است كه گياهان گلخانه ای غذای خود را از زمين دريافت نمی كنند. اين آزمايش متكی به ماده غذايی موجود در دانه است كه جوانه می زند، به دقت آبياری می شده و 10 روز پس از آغاز رشد، برداشت می شود. برای توليد همان مقدار علوفه (نسبت به علوفه كاشته شده به شيوه سنتی و در زمين های باز)، دانه بيشتری لازم است. اما مصرف آب به شدت پايين می آيد.
گلخانه هيدروپونيك كه با نام های ”كشاورزی حفاظت شده“ يا ”كشاوورزی محيط تحت مراقبت“ نيز شناخته می شود همچنين نوری كه به گياهان می رسد را تحت نظر دارد و آن را تنظيم می نمايد. اين آزمايش ها با استفاده از فرآيندهای سايه ساز گوناگون برای جلوگيری از حرارت زياد و بهبود رشد گياه از شدت نور خواهند كاست و مانع از تابش فركانس های مشخصی خواهند شد.
راهكار ”گياه سخنگو“
جين جاكوملی(18)، مدير برنامه با ارزش كشاورزی محيط تحت مراقبت(19) در گروه مهندسی كشاورزی و بيوسيستم های دانشگاه آريزونا می گويد كه از دخالت سانديا راضی است؛ چرا كه ”سانديا دارای فن آوری پيشرفته ای است كه می تواند برای كاهش هزينه دريافت های محيطی به شيوه قديمی مورد استفاده قرار گيرد.“
جاكوملی گفت كه علاوه بر حس گرهای بی سيم مورد استفاده كنونی می توان از روش ”گياه سخنگو“ استفاده كرد. در اين روش حس گرهای بسيار كوچك، سبك وزن و ارزان قيمت به طور مستقيم روی هر گياه قرار داده می شود تا وضعيت آب، دما و سرعت رشد گياه را نمايش دهد.
”ما اتصال اين حس گرها را (در آينده و از طريق اتصالات بی سيم) به شيوه ای كه هر كدام روی يك گياه قرار دارند پيش بينی می كنيم. در اين صورت گياه به طور مستقيم به سيستم نظاره گر اطلاع خواهد داد كه چه چيز احتياج دارد وفقط هوای اطراف گياه نشان داده نخواهد شد. گياه ممكن است به چيزهای ديگری نيز احتياج داشته باشد كه اين (حس گرهای فاصله دار) به ما نشان نمی دهند. اين بهترين شرايط فنی برای ما خواهد بود.“
اين حس گرها در سانديا برای نظارت های ديگری توليد می شوند. جاكوملی پژوهشگران آزمايشگاه ها را تحسين كرد زيرا ”آنها دريافته اند كه وقتی فن آوری را در يك سيستم بيولوژيك به كار می بريد، نمی توانيد آن را بدون تخصص بيولوژيك برای استفاده عملی از اين فن آوری پيشرفته همان جا رها كنيد.“
طريقه كار اين شيوه
صف انبوه حس گرها در گلخانه 8 × 18 متری (26 × 29 فوتی) نور، دما، رطوبت نسبی و فشار هوا را نشان می دهد. داده های جمع آوری شده هر چند دقيقه يك بار از طريق خط تلفن برای تجزيه و تحليل به يك رايانه كه در محلی ديگر است فرستاده می شود. ران می گويد: ”ما توقع داريم كه سيستم (گلخانه ای) آن طور كه ممكن است به ذهن افراد برسد در برابر تغييرات محيط، آرام عمل نكند يا با محيط متجانس نشود. هر بار كه آب فشان شروع به كار می كند، از دمای اطراف گياهان به صورت نسبتا سريعی كاسته می شود.“ هرگاه كه يك حس گر رطوبتی يا يك زمان سنج، مدار كنترل كننده را فعال نمايد، آب به مدت 20 ثانيه از آب فشان های ربع اينچی بر گياهانی كه در سينی های پلاستيكی روی سطوح فلزی قرار داده شده اند پاشيده می شود. پژوهشگران برای كاهش كار و نيز محافظت در برابر كپك، در حال بررسی توليد و استفاده از سينی هايی هستند كه خودشان نيز برای دام ها خوراكی باشند، به اين ترتيب شستشو و بهداشتی نمودن سينی ها غير ضروری خواهد بود. چنين سينی هايی می توانند به ماده غذايی محصول نهايی علوفه بيافزايند و آن را به وعده متناسب تری برای دام ها تبديل كنند. مصرف آب، دانه و كار نيز مورد بررسی است.
پيت می گويد: ”ما می خواهيم از تفاوت های جزيی اقليمی آگاه شويم. می خواهيم بدانيم كه رشد علوفه چگونه با تفاوت دما و مكان و زمان آبياری تغيير می كند. اين درك به ما در تنظيم طرح و فعاليت گلخانه كمك خواهد كرد.“
روش خورشيدی
اين آزمايش ها همچنين قرار است با استفاده از مهار نور در توليد امتياز ديگری نيز به كار گرفته شوند. اين امتياز عبارت است از: توليد نيروی برق به روش خورشيدی. (پمپ ها، زمان سنج ها و حس گرهای گلخانه در حال حاضر نيز به وسيله قطعات بدون تكيه گاه خورشيدی كار می كنند كه نور را به برق تبديل می كنند و آنگاه آن را برای مصرف شب و هوای ابری درون باتری هايی ذخيره می سازند.)
ويپين گوپتا(20) پژوهشگر سانديا می گويد: گلخانه می تواند يك منبع خورشيدی باشد، زيرا نور خورشيد در مناطق خشك بايد ***** شود تا به دليل شدت زياد، موجب خرابی محصول نگردد. مساله، ساخت مواد قابل اطمينان و موثری است كه از بخشی از نور استفتده كنند كه گياه به آن علاقه ای نشان نمی دهد تا بتوانند به توليد نوعی از برق بپردازند كه علاوه بر مصرف گلخانه قابليت ورود به شبكه را نيز داشته باشد.“ اين طرح از اهميت تجاری نيز برخوردار است.
ويپين هم اكنون در موسسه فن آوری تحقيق مواد الپاسو مستقر است و برای اين طرح نقش كليدی را در منطقه ايفا می كند. اد بينز(21)، متخصص فن آوری سانديا هم اكنون در لاس كروسس(22) مقيم است و تامين فن آوری گلخانه را بر عهده دارد. نينا بری(23) و جس ديويس(24)، پژوهشگران سانديا/ كاليفرنيا به همراه دو انترن ترم تابستانی مشغول پياده كردن مجموعه حس گرهای بی سيم متصل به شبكه و اتصال خط انتقال داده ها از طريق تلفن همراه هستند كه قرار است در نيمه سپتامبر وصل شود.
نظريه آزمايشگاه دو مليتی
در حالی كه سنت كشاورزی، عوامل فرهنگی و واقعيت های اقتصادی، به اجرا در آوردن سريع شيوه های گلخانه ای هيدروپونيك را برای توليد علوفه دامی مشكل می سازد، اين طرح بايد داده های لازم را برای زمانی كه خشكسالی به طور جدی ما را تهديد می كند فراهم سازد.
گری يوناس، دانشمند برجسته سانديا و مدير گروه مفهوم پيشرفته آزمايشگاه می گويد كه اين طرح همچنين راه را برای يك موجوديت ديگر كه آزمايشگاه مشتركی با مكزيك برای پرداختن به مشكلات علمی مربوط به مرز است باز می نمايد. ”از آنجا كه گروه مفهوم پيشرفته، به مسايل امنيتی آينده جهان می پردازد، ما نظريه آزمايشگاهی مشترك بين مكزيك وايالات متحده را پيش برديم تا مسايل مرزی را كه قابليت ايجاد درگيری دارند مورد بررسی قرار دهيم. اين طرح (گلخانه) نخستين ثمره آن ايده است.“
جسيكا ترنلی(25)، يكی از مشاوران سانديا و مدير آزمايشگاه جانبی قابليت تداوم دو مليتی سانديا(26) می گويد: ”ما مشتاقيم از امكان گلخانه ای برای همكاری با سانديا و دانشمندان و مجامع هر دو طرف مرز استفاده كنيم تا فن آوری هايی جهت بالا بردن كيفيت زندگی به وجود آيند.“
سانديا يك آزمايشگاه چند منظوره زير نظر شركت سانديا كه يكی از شركت های لاكهيد مارتين(27) است برای اداره امنيت ملی هسته ای وزارت انرژی فعاليت می كند.
سانديا كه امكانات اصلی آن در آلبوكرك نيومكزيكو و ليور مور كاليفرنيا واقع است، مسوليت های تحقيقی و تشخيصی فراوانی را در ارتباط با امنيت ملی، انرژی و فن آوری های محيطی و رقابت اقتصادی بر عهده دارد




گلخانه هوشمند    سبد خرید من

سبد خرید شما خالی است

گلخانه هوشمند    ورود به اسمارت بین

میخواهی همیشه به یادت باشم؟

کلمه عبور را فراموش کرده اید؟ | ثبت نام نکرده اید؟

   ورود به اسمارت بین


با عضویت در اسمارت بین قوانین و مقرارات فروشگاه را پذیرفته اید

  درخواست راهنمایی و مشاوره