Aeroponics – كل ما تحتاج إلى معرفته

ما هو ايروبونيكس؟

Aeroponics هي طريقة زراعة تعمل على زراعة النباتات دون أي تربة. وهي جزء من أساليب الزراعة الأوسع "بدون تربة"، والتي تشمل أيضًا علم الزراعة بالماء و aquaponics.

ولكن على عكس هاتين الطريقتين الأخريين، فإنه لا يستخدم أي ركام أو ركيزة. في بعض الأحيان، قد يتم تثبيت النبات في مكانه باستخدام ركيزة خفيفة جدًا مثل جوز الهند، مع تعلق الجذر بدون دعم.

وبدلاً من ذلك، يتم توصيل العناصر الغذائية إلى النبات من خلال قطرات أو رذاذ من الماء المتبخر الذي يحتوي على العناصر الغذائية المذابة.

المصدر المزارع الحديث

النقطة الأساسية في هذه الطريقة هي تحقيق أكبر قدر من التحكم في ظروف نمو النبات، وكذلك إزالة معظم الوسائط المسببة للأمراض (التربة والمياه).

يمثل حجم سوق الطيران 2.7 مليار دولار أمريكي في عام 2023، ومن المتوقع أن ينمو إلى 17.4 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2033، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 20.5%.

علم الزراعة الهوائية

في الزراعة الهوائية، يتم إذابة العناصر الغذائية مثل الفوسفات والبوتاسيوم والنيتروجين (“NPK”) بالإضافة إلى المغذيات الدقيقة في الماء، مما يسمح بكفاءة تصل إلى 100٪ تقريبًا في استخدام الأسمدة. الفرق مع الزراعة المائية هو أن الماء ليس موجودًا دائمًا ولكن يتم رشه بانتظام على الجذور.

يمكن تقسيم الأنظمة الهوائية إلى تصميمين مختلفين: أنظمة الضغط المنخفض والضغط العالي.

أنظمة الضغط العالي استخدمي مضخات قوية وفوهات عالية الضغط لرمي رذاذ عالي الضغط مباشرة على الجذور. يمكن أن يصل الضغط إلى 60-90 رطل لكل بوصة مربعة. الرذاذ غني بالأكسجين بدرجة عالية، مما يسمح بتناول العناصر الغذائية بكفاءة.

أنظمة الضغط المنخفض استخدم رذاذًا أو قطرات لطيفة لسقي جذور النبات. في هذا النظام، يكون الرذاذ عبارة عن رذاذ خفيف من القطرات، مما يسمح بامتصاص العناصر الغذائية بشكل بطيء ومنتظم. يُفضل هذا على الضغط العالي للنباتات الحساسة التي قد تتضرر جذورها بسبب الضغط العالي، أو للطريقة منخفضة التقنية. يُطلق على الضغط المنخفض أحيانًا اسم "soakaponics" حيث يتم غمر الجذور بالضباب بدلاً من استهدافها بضغوط عالية.

ما الذي يمكن زراعته باستخدام الزراعة الهوائية؟

من الناحية النظرية، يمكن زراعة كل النباتات تقريبًا باستخدام الزراعة الهوائية. ومع ذلك، فإن اعتبارات التكلفة تؤدي إلى أن تكون المحاصيل المزروعة في الزراعة الهوائية هي في الغالب نفس المحاصيل المزروعة في الزراعة المائية: محاصيل عالية القيمة وعالية الجودة مع طلب ثابت في السوق في جميع الفصول.

لذا فإن أنظمة الطيران الهوائي مُكيفة بشكل خاص لتنمو:

• الخضار الورقية (السلطات، السبانخ، إلخ).
• أعشاب.
• فراولة.
• طماطم.
• فلفل أحمر.
• خيار.

بالإضافة إلى هذه المحاصيل الصديقة للزراعة المائية والهوائية، يمكن للزراعة الهوائية زراعة محاصيل جذرية تتعفن عند غمرها باستمرار في الماء. لذلك يمكن زراعة البطاطس والجزر والدرنات الأخرى أيضًا.

المحاصيل التي يكون فيها التركيب الكيميائي مهمًا وبالتالي تتطلب ظروف نمو مستقرة ويمكن التنبؤ بها، مثل الماريجوانا، تستفيد أيضًا من أساليب الزراعة الهوائية.

إيجابيات Aeroponics

تتشابه بعض مزايا الزراعة الهوائية مع مزايا الطرق الأخرى بدون تربة، والتي ناقشناها بمزيد من التفصيل في مقالاتنا “الزراعة المائية – كل ما تحتاج إلى معرفته"و"أكوابونيكس – كل ما تحتاج إلى معرفته"

• تقليل استخدام المياه بنسبة 80-95% من الزراعة التقليدية.
• استخدام ما يقرب من 100% من الأسمدة، دون أي تلوث.
• ليست هناك حاجة لمبيدات الأعشاب.
• السيطرة على ظروف النمو.
• الاستفادة القصوى من المساحة، خاصة إذا اقترنت بالزراعة العمودية.

بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الهندسة الهوائية ببعض المزايا الفريدة.

مكافحة الآفات والأمراض

من الواضح أن الاستغناء عن التربة يزيل خطر الإصابة بالأمراض التي تنتقل عن طريق التربة. ومع ذلك، لا تزال الزراعة المائية عرضة للأمراض التي تنقلها المياه، حيث أن الجذور تتدلى باستمرار في نفس الدفعة من الماء.

من خلال وجود كمية أقل بكثير من المياه في النظام، يصبح من الأسهل مراقبة المياه بحثًا عن وجود مسببات الأمراض. كما أنه يسهل تنظيف المياه أو تصفيتها أو تعقيمها في حالة اكتشاف التلوث.

ونتيجة لذلك، فإن الزراعة الهوائية هي طريقة زراعية تتطلب استخدامًا أقل بكثير للمبيدات الحشرية، حتى أقل من الزراعة المائية.

كما أن وجود مياه نظيفة جدًا وعدم وجود تربة يجعل الزراعة الهوائية واحدة من أكثر طرق الزراعة أمانًا للمستهلكين، مع احتمال ضئيل لحدوث أي تلوث بالبكتيريا الضارة.

نمو أسرع

بفضل المستوى العالي من الأوكسجين للجذور، يمكن للنباتات في ظروف الزراعة الهوائية أن تنمو بسرعة تصل إلى 2-3 مرات أسرع من الزراعة المائية، وغالبًا ما تكون أسرع من النباتات الموجودة في أصص في البيوت الزجاجية أو الحقول المفتوحة.

وهذا يمكن أن يجعل نفس سطح الزراعة منتجًا للغاية للمحاصيل سريعة الحصاد مثل الخضروات الورقية.

المحاصيل الجذرية

كما ذكرنا سابقًا، تعتبر الزراعة الهوائية هي الطريقة الوحيدة للزراعة العمودية بدون تربة والمتوافقة مع زراعة المحاصيل الجذرية مثل البطاطس والجزر والجزر الأبيض وما إلى ذلك.

المصدر سيبوتاتو 

بالإضافة إلى ذلك، بما أن الجذور تتدلى مباشرة ليتم رشها، فمن الممكن الوصول إليها مباشرة. يمكن أن يكون هذا ميزة قوية لزراعة المحاصيل الجذرية في الزراعة العمودية من خلال جعل الحصاد أكثر عملية وبدون تربة لتنظيفها من الدرنات المحصودة.

سلبيات Aeroponics

التكلفة

مثل جميع أساليب الزراعة بدون تربة، تمثل التكلفة مشكلة، وخاصة تكاليف البدء. تتطلب الزراعة المائية مرافق ومعدات وأجهزة استشعار ومرشحات مخصصة، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى أنظمة الزراعة المائية، فإنها تتطلب أيضًا فوهات (من الدرجة التجارية لأنظمة الضغط العالي) ومضخات قوية، بالإضافة إلى خزانات الضغط.

مراقبة درجة الحموضة والمغذيات

وهذا ليس فريدًا بالنسبة للهندسة الهوائية ولكنه أكثر حساسية هنا. وذلك لأن حجم الماء انخفض بشدة، مما يجعل تركيز العناصر الغذائية أعلى بكثير.

وهذا يعني أيضًا أن العناصر الغذائية لا يجب أن تكون مركزة جدًا. نظرًا لعدم وجود تربة أو ماء لتوفير حاجز عازل، يجب حساب كمية العناصر الغذائية التي يتم توصيلها إلى النباتات بدقة.

وهذا يجعلها أكثر تعقيدًا وكثافة في المعرفة من طرق الزراعة الأخرى، حيث لن يكون للحمل الزائد قليلاً من العناصر الغذائية أي نتيجة.

لذا فإن أنظمة الزراعة الهوائية تسير باستمرار على خط رفيع بين تركيز المغذيات المرتفع جدًا (مما يسبب الإجهاد الأيوني ودرجة الحموضة للنبات) وبين القليل جدًا (مما يسبب نموًا دون المستوى الأمثل).

المرونة

تعتبر أنظمة الزراعة المائية بطبيعتها أكثر اصطناعية من المحاصيل في الحقول المفتوحة. هذا يعني أنهم يعتمدون على سير الأمور بسلاسة:

• سلسلة التوريد في الأجزاء والمكونات.
• امدادات الطاقة الكهربائية.
• نظام إلكتروني متصل لعمليات مؤتمتة ومتقدمة للغاية.
• العمالة الماهرة القادرة على إجراء عمليات المراقبة والصيانة المطلوبة بكفاءة.

في حين أن هناك طرقًا للتخفيف من هذه المخاطر، على سبيل المثال من خلال تكرار الأنظمة أو المخزون الأكبر (مما يزيد من تكاليف الإعداد)، أو الإمداد المحلي بالطاقة من خلال توليد الطاقة المتجددة، فإن الزراعة بدون طيار لن تكون أبدًا مرنة مثل المحاصيل التي تسقى بمياه الأمطار في المناطق المفتوحة. مجال.

كل هذا يمكن أن يقال عن الزراعة المائية كذلك. ولكن هذا الأمر أكثر أهمية بالنسبة للزراعة الهوائية، حيث تحتاج الجذور إلى ضباب مستمر لتبقى رطبة ولا تتضرر.

لذلك، حتى بضع ساعات من انقطاع التيار الكهربائي بسبب خلل في مضخة أو مصدر طاقة يمكن أن يؤدي إلى عرقلة حصاد الزراعة الهوائية بأكمله. لهذا السبب، تحتوي بعض أنظمة الزراعة المائية على نظام مائي احتياطي لإغراق المحاصيل في حالة حدوث فشل مؤقت في الزراعة المائية. وبطبيعة الحال، فإن مثل هذه النسخ الاحتياطية تضيف فقط إلى التكاليف والتعقيد.

تعقيد

والتعقيد هو قضية أخرى تتعلق بالهندسة الهوائية. لا يحتاج النظام إلى مراقبة الأمراض وتوازن العناصر الغذائية فحسب، بل يحتوي أيضًا على أجزاء أكثر بكثير من النظام المائي. يتم رش كل جذر على حدة بواسطة فوهة واحدة أو عدة فوهات ينبعث منها الضباب. قد تصبح هذه الفوهات مسدودة أو معيبة. يتم تزويد كل منها بنظام الأنابيب الخاص بها.

كلما زاد عدد الأجزاء، زادت فرصة حدوث خطأ ما، مما يجعل الطيران نظامًا أكثر كثافة للصيانة والمراقبة بشكل عام وأكثر تعقيدًا في الإعداد في البداية.

الابتكار في مجال الطيران الهوائي

إضاءة ليد

تعتبر مصابيح LED تدخلًا تكنولوجيًا حاسمًا في مجال الطيران. تستهلك هذه المصابيح طاقة أقل بكثير، وتنبعث منها حرارة أقل، وتدوم لفترة أطول من مصادر الضوء الأخرى.

بالإضافة إلى ذلك، ليس كل طيف الضوء المرئي مفيدًا للنباتات في عملية التمثيل الضوئي، لذا فإن مصابيح LED المخصصة بدون الضوء الأخضر يمكن أن تقلل من استهلاك الكهرباء بواسطة البرق الاصطناعي.

المصدر الهندسة المعمارية

إنترنت الأشياء والأتمتة القائمة على أجهزة الاستشعار

إن انخفاض تكاليف أجهزة الاستشعار والإلكترونيات جعل المراقبة المستمرة لدرجة الحرارة والرطوبة والضوء ومستويات الرقم الهيدروجيني وحجم المغذيات ممكنة.

تساعد هذه الزراعة المبنية على المستشعرات على التتبع والضبط في الوقت الفعلي بحيث تظل الظروف مثالية في جميع الأوقات. وبالنظر إلى المستوى العالي من المراقبة التي يتطلبها الطيران الهوائي، فإن أجهزة الاستشعار الرخيصة والقوية أكثر أهمية لهذه الطريقة من أي طريقة أخرى.

التقنيات القائمة على الذكاء الاصطناعي

كما ذكرنا سابقًا، تتطلب الزراعة الهوائية مراقبة مكثفة لنظام المياه، والأمراض، ومستويات المغذيات، وما إلى ذلك.

يمكن أن يساعد الذكاء الاصطناعي في تحسين الظروف البيئية، بما في ذلك مستويات الضوء والرطوبة والمغذيات. ويساعد الذكاء الاصطناعي أيضًا على تحسين الاستثمار وخفض التكاليف من خلال إنشاء خطط نمو مخصصة لكل نوع من أنواع النباتات.

ويمكنه أيضًا استخدام الرؤية الآلية أو الاختبارات البيوكيميائية للتحذير من مسببات الأمراض قبل أن يتمكن الإنسان من ذلك أو معرفة ما إذا كان النبات لا يحصل على ما يكفي أو أكثر من بعض العناصر الغذائية.

أخيرًا، مع ظهور الروبوتات الزراعية المستقلة، يمكننا أن نتصور نظامًا للزراعة الهوائية حيث يمكن زراعة النباتات وتقليمها وحصادها واستبدالها بشكل تلقائي بالكامل.

ضباب بالموجات فوق الصوتية

تستخدم أنظمة الطيران الهوائية "التقليدية" فوهات منخفضة أو عالية الضغط لتكوين ضباب يحتوي على جزيئات كبيرة أو أقل من الماء المتطاير.

البديل هو استخدام الموجات فوق الصوتية لتكوين قطرات ماء صغيرة جدًا، تشبه الضباب. يمكن أن يصل حجم الجسيمات إلى 10 ميكرون. لهذا السبب، يُطلق على هذا أحيانًا اسم "fogponics".

المصدر Trees.com

أحد أنواع الثقافة التي تستفيد من استخدام الضباب هي الشتلات والمستنسخات، التي ليس لديها بالفعل نظام جذر حتى الآن. مع الزراعة الهوائية، يمكن أن تتلقى هذه النباتات كمية قليلة جدًا فتجف أو أكثر مما ينبغي وتسد وتختنق/تتعفن.

يوفر Fogponic ضغطًا أقل بكثير، وهو مثالي للنباتات الهشة. يمكن أيضًا نشر الضباب إلى مساحة أكبر بكثير، مما يقلل من التعقيد ومشكلة وجود عدد كبير جدًا من الفوهات واستبداله بعدد قليل من أجهزة الضباب.

كما أنه يوفر عددًا أقل من العناصر الغذائية، وهو ما يمثل ميزة إضافية للاستنساخ أو الشتلات، ولكنه قد يصبح مشكلة بالنسبة للنباتات الناضجة الأكبر حجمًا.

ومع ذلك، فإن النظام لديه بعض القيود:

• توليد الحرارة: قد ترتفع درجة حرارة الرذاذ، وسيجفف الضباب
• تراكم الملح: حتى أكثر من الزراعة الهوائية، يمكن أن تتراكم رواسب الملح من العناصر الغذائية وتسد البخاخات والأنابيب. قد تكون هناك حاجة إلى التنظيف المنتظم عن طريق تنظيف الأسنان بالفرشاة أو إذابة الملح في الخل/الحمض.

المصدر لوتوسجرو

الطيران الهوائي القائم على الفضاء

مع استمرار سباق الفضاء الجديد وخطط الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا والصين لإقامة قواعد دائمة على القمر والمريخ، فإن مسألة كيفية إطعام العشرات أو حتى المئات من رواد الفضاء تصبح أكثر إلحاحًا.

كلما زاد عدد الأشخاص، كلما قل استيراد جميع المواد الغذائية من الأرض، سيكون ذلك منطقيًا اقتصاديًا. ومع ذلك، ستكون هذه الموائل الاصطناعية صغيرة، وسيكلف بناء كل كيلو متر مكعب من الموائل والدفيئة النهائية الكثير وإحضارها إلى الموقع.

لذا، يُعدّ إنتاج الغذاء محليًا أمرًا منطقيًا لخفض تكاليف النقل، كما أنه يُنتج الأكسجين ويُعيد تدوير الهواء كفائدة إضافية، ولكن بشرط أن يكون فعالًا للغاية. وتُعد تكاليف وندرة المساحة والمياه من العوامل التي تجعل أنظمة الزراعة الهوائية خيارًا ممتازًا لإنتاج الغذاء في الفضاء، كما أن انخفاض خطر الإصابة بأمراض النباتات يُعزز هذه الأنظمة.

إن إمكانية زراعة محاصيل جذرية كثيفة الطاقة، مثل البطاطس، والتي يسهل تناولها أيضًا بدون طهي معقد للغاية (على عكس الحبوب)، تفضل أيضًا الزراعة الهوائية على الحلول الأخرى.

علاوة على كل شيء، من المرجح أن يكون ضباب الماء أكثر عملية من الماء السائل بدون جاذبية.

وهذا ليس مجرد مفهوم، حيث تم بالفعل اختبار النموذج الأولي في محطة الفضاء الدولية تحت إشراف البرنامج التجريبي التقني لنظام اختبار الجذر في المدار (XROOTS)..

المصدر وكالة ناسا

بناء تركيب Aeroponic

بشكل عام، تعتبر الزراعة المائية أبسط وأرخص في البناء وأسهل في الصيانة من الزراعة الهوائية.

لذا، عند التخطيط لبناء منشأة للزراعة الهوائية، فإن السؤال الجيد الذي يجب الإجابة عليه هو لماذا تختار الزراعة الهوائية بدلا من الزراعة المائية؟

ومع ذلك، هناك الكثير من حالات الاستخدام التي يكون من المنطقي فيها تفضيل علم الطيران:

• زراعة الشتلات أو الاستنساخ.
• زراعة المحاصيل الجذرية في بيئة الزراعة العمودية.
• زراعة أنواع نباتية شديدة الحساسية للأمراض المنقولة بالمياه.
• القيود الشديدة على إمدادات المياه (المواقع الصحراوية)، مع التركيز على استخدام كميات أقل من المياه حتى من الزراعة المائية.
• النمو الأسرع يضيف قيمة:
  • يعد توفر المساحة أمرًا بالغ الأهمية، كما هو الحال في الزراعة الحضرية والزراعة المحلية للغاية.
  • يتقلب الطلب بسرعة أو يصعب التنبؤ به، لذا فإن معدل الدوران السريع يسمح بالاستجابة السريعة للطلب المتزايد أو المتقلص.

في معظم الحالات، ستستخدم العمليات التجارية الزراعة المائية، حيث أن إعدادها وتشغيلها أكثر تعقيدًا من الزراعة المائية البسيطة.

ومع ذلك، من الممكن استخدام أنظمة محلية الصنع صغيرة الحجم، لأنها ستوفر بسرعة كبيرة دورانًا لكمية منخفضة، مما يسمح، على سبيل المثال، بوجود نظام صغير في منزل أو شقة حيث يمكن توفير المياه الجارية وخزانات المياه للزراعة المائية. يكون غير مريح.

خاتمة

تعتبر الزراعة المائية بمثابة ترقية قوية مقارنة بالزراعة المائية في ظروف معينة، مما يوفر أداءً فائقًا فيما يتعلق بسرعة النمو واستخدام المياه ومخاطر الأمراض واستخدام المساحة.
ومع ذلك، فهو نظام أكثر تعقيدًا وتكلفة ويصعب صيانته.

سوف تتطلب وفرة الفوهات، أو تراكم الملح في حالة الضباب، اهتمامًا مستمرًا للحفاظ على ضبط النظام على النحو الأمثل. وأي فشل سيؤدي بسرعة إلى ذبول النبات وموته.

لذلك من المحتمل أن يكون علم الطيران الهوائي نظامًا مناسبًا إما لمشروع هواية صغير، حيث تمثل المساحة أكبر عائق ويتم الاهتمام به بسرعة، أو لفريق تجاري عالي التقنية وذو خبرة عالية مستعد للبحث عن تحسين عمليات الزراعة الداخلية الخاصة بهم.

ومن الممكن أن تكون الزراعة الهوائية هي مستقبل الزراعة الداخلية، وذلك بفضل مجموعة المحاصيل الأوسع بما في ذلك المحاصيل الجذرية، وانخفاض استخدام المياه، وانخفاض الخسائر الناجمة عن الأمراض، وحتى دوران المحاصيل بشكل أسرع.
شيء قد يكون صحيحًا عندما تتوسع البشرية إلى الفضاء الخارجي.