Hidroponik – Semua yang Perlu Anda Ketahui

Apa Itu Hidroponik

Hydroponik adalah metode budidaya yang menumbuhkan tanaman dalam air alih-alih tanah. Ini merupakan bagian dari metode budidaya “tanpa tanah” yang lebih luas, yang mencakup akuaponik dan aeroponik.

Sebagian besar waktu, budidaya dilakukan dengan akar tanaman berada di dalam air, namun kadang-kadang juga dapat dilakukan pada substrat lain, seperti gel atau media inert seperti perlit, kerikil, dll.

Karena tidak ada tanah, nutrisi tanaman berupa unsur mineral diberikan dengan melarutkannya dalam air. Dalam banyak kasus, budidaya hidroponik setara dengan budidaya dalam ruangan, dengan cahaya yang disediakan oleh lampu buatan. Namun, hidroponik juga dapat dilakukan di luar ruangan, karena menyediakan sinar matahari “gratis” dengan risiko kontaminasi yang lebih tinggi (lihat di bawah).

Ukuran pasar hidroponik tumbuh menjadi hampir $5 miliar pada 2023, dan diperkirakan akan tumbuh sebesar 12,4% CAGR hingga 2030.

Ilmu Hidroponik

Meskipun sebagian besar tanaman dapat ditanam dengan sistem hidroponik, beberapa memerlukan substrat untuk menambatkan akarnya. Inilah mengapa substrat inert seperti serat kelapa, vermikulit (batu silikat), dan perlit (kaca vulkanik amorf) digunakan.

Sumber: Climate Control

Nutrisi seperti fosfat, kalium, dan nitrogen (“NPK”), serta mikronutrien, dilarutkan ke dalam air, memungkinkan hampir 100% efisiensi penggunaan pupuk.

Hidroponik dapat dibagi menjadi 2 jenis desain yang berbeda: sistem terbuka dan tertutup.

Sistem terbuka: memerlukan air yang mengandung nutrisi mengalir dari reservoir ke ruang pertumbuhan. Sistem tertutup: memiliki akar yang langsung terendam dalam larutan nutrisi dan, oleh karena itu, tidak memerlukan pompa.

Sistem pasif, berlawanan dengan sistem aktif, adalah sistem hidroponik yang tidak memerlukan komponen listrik seperti pompa, ventilasi, lampu buatan, dan timer.

Apa yang Dapat Ditanam dengan Hidroponik

Hidroponik digunakan untuk menanam berbagai tanaman bernilai tinggi dan sensitif. Yang paling umum di antaranya, dalam urutan: Tomat, Herbal, Selada, Mentimun.

Sumber: Grand View Research

Penggunaan hidroponik yang kurang terdokumentasi namun signifikan adalah budidaya ganja skala kecil atau menengah. Meskipun praktik ini masih ilegal di sebagian besar negara, ada daftar negara yang semakin bertambah yang mengizinkan pertumbuhan tanaman tersebut dengan lisensi yang tepat dalam setting komersial – Kanada menjadi salah satu contoh utama.

Banyak pertanian komersial ganja yang beroperasi di negara bagian AS tempat budidaya ganja legal lebih memilih budidaya di rumah kaca. Di sini, metode hidroponik digunakan untuk menghasilkan hasil yang lebih konsisten dibandingkan dengan yang mungkin dicapai dengan tanah.

Keuntungan Hidroponik

Kontrol

Keunggulan utama hidroponik adalah tingkat kontrol yang ditawarkan oleh teknik ini. Hal ini terutama benar ketika dikombinasikan dengan budidaya dalam ruangan, dibandingkan dengan budidaya di tanah atau bahkan rumah kaca. Ini menghasilkan banyak keuntungan bagi budidaya komersial.

Ia dapat menghasilkan hasil yang lebih konsisten. Misalnya, komposisi kimia tepat dari tanaman ganja yang nantinya akan digunakan untuk produksi farmasi. Ini memungkinkan upaya penelitian dan pengembangan menemukan kondisi sempurna, menghasilkan produk dengan kualitas tertinggi.

Ia juga dapat memberikan kontrol lebih besar atas waktu pertumbuhan untuk memperoleh produksi yang sangat konsisten dan stabil. Ini sangat berharga untuk produk dengan permintaan relatif konstan tetapi lonjakan produksi musiman di lapangan, seperti tomat atau beri.

Menggabungkan setiap kemampuan, tingkat kontrol yang dimungkinkan dapat digunakan untuk mengoptimalkan kecepatan pertumbuhan, rasa, aroma, atau penampilan produk tanaman akhir, yang kemungkinan akan memperoleh premi harga.

Terakhir, teknik ini juga dapat digunakan untuk memantau tanaman dan mendeteksi masalah sejak dini.

Ruang

Berkat kondisi optimal, lebih banyak tanaman dapat ditanam per meter persegi dibandingkan kondisi lain. Ini menjadikannya pilihan yang baik untuk pertanian perkotaan, seperti yang dibahas dalam artikel kami “Scaling Urban Agriculture to Bring Many Benefits”. Hal ini memungkinkan makanan ditanam secara lokal alih-alih diimpor dari ratusan atau ribuan mil, bahkan jika lahan dan ruang lebih mahal secara lokal.

Itu akan menjadi metode pertanian yang sangat berharga untuk lingkungan yang keras seperti pangkalan Bulan atau Mars di masa depan, di mana biaya transportasi yang sangat mahal akan membuat pasokan makanan yang ditanam secara lokal menjadi sangat berharga.

Permintaan Nutrisi dan Limbah

Seperti yang disebutkan, karena nutrisi berada dalam air dan air tersebut tetap berada di ruang pertumbuhan dan/atau reservoir, tidak ada kehilangan nutrisi dalam sistem kecuali yang diserap oleh tanaman selama pertumbuhannya.

Sumber: Unsplash

Hal ini membuat penggunaan pupuk untuk menumbuhkan tanaman sedekat mungkin dengan optimal. Dalam pendekatan pertanian tradisional, penggunaan pupuk berlebih di lahan terbuka menyebabkan berbagai masalah. Ini meluas hingga mencakup ekosistem tanah yang rusak hingga bloom alga beracun dan bahkan eutrofikasi badan air tawar. Jadi, mengurangi jumlah pupuk yang meresap ke lingkungan merupakan keprihatinan ekologi penting yang sering terabaikan.

Sumber: Britannica

Penggunaan Air

Berlawanan dengan penampilan, hidroponik menggunakan jauh lebih sedikit air dibandingkan metode budidaya tradisional. Hal ini berlaku baik di lahan terbuka maupun rumah kaca.

Hal ini karena penguapan air dijaga seminimal mungkin karena kontak permukaan dengan udara yang sangat kecil, dan tidak merembes ke tanah. Pada dasarnya, air tetap berada di dalam sistem tertutup.

Akibatnya, hidroponik dapat menggunakan hanya seperlima (1/10) air dibandingkan metode penyiraman tanaman lapangan tradisional. Jadi ini dapat menjadi pilihan yang sangat baik untuk daerah dengan kelangkaan air dan/atau tanaman yang sangat membutuhkan air, seperti sayuran hijau.

Intensitas Tenaga Kerja

Karena tanaman tumbuh dalam lingkungan yang terkendali dan dirancang khusus, mereka juga dapat dirancang untuk mengoptimalkan biaya tenaga kerja. Otomatisasi dapat menggantikan sebagian besar pekerjaan pertanian tradisional yang berbahaya, dan tanaman yang sudah tumbuh dalam pot tanpa tanah dapat menghemat waktu untuk panen, pembersihan, dan pengemasan.

Kerugian Hidroponik

Biaya

Keterbatasan utama hidroponik adalah biayanya. Karena memerlukan fasilitas khusus, dan seringkali pompa, ventilasi, dll., biaya pemasangannya jauh lebih tinggi dibandingkan metode pertanian tradisional. Hal ini semakin diperparah di iklim dingin yang memerlukan perangkat tambahan seperti kontrol iklim dan lampu buatan – yang semuanya menambah biaya energi operasi budidaya.

Karena batasan ini, kebanyakan pertanian komersial yang mengandalkan hidroponik fokus pada tanaman bernilai tinggi seperti buah-buahan, beri, sayuran hijau, ganja, dll., dalam upaya memaksimalkan pengembalian investasi mereka.

Hingga saat ini, masalah ini telah menghambat adopsi luas pertanian vertikal secara umum, termasuk tidak hanya hidroponik tetapi juga akuaponik dan aeroponik.

Ketahanan

Sistem hidroponik, secara desain, lebih buatan dibandingkan tanaman di lahan terbuka. Ini berarti mereka bergantung pada hal-hal berikut berjalan lancar:

• Rantai pasokan komponen dan bagian.
• Pasokan listrik.
• Sistem elektronik terhubung untuk operasi yang sangat otomatis dan canggih.
• Tenaga kerja terampil yang dapat melakukan pemantauan dan perawatan yang diperlukan secara efisien.

Meskipun ada cara untuk mengurangi risiko ini, misalnya dengan redundansi sistem atau inventaris yang lebih besar (yang menambah biaya pemasangan), atau pasokan energi lokal melalui pembangkit energi terbarukan, hidroponik tidak akan pernah seketahanan tanaman yang disiram hujan di lahan terbuka.

Penyakit yang Dibawa Air & Kontaminasi Alga

Patogen

Menghilangkan tanah jelas menghilangkan semua risiko terkait penyakit yang berasal dari tanah, tetapi juga berarti menghilangkan seluruh ekosistem mikroba menguntungkan yang melindungi tanaman dari penyakit. Sementara itu, air yang terus bersirkulasi dapat menjadi vektor penyebaran patogen lain, sehingga kejadian buruk dapat menjadi menghancurkan dan terjadi lebih cepat pada sistem hidroponik.

Dua organisme paling umum yang menyebabkan penyakit pada hidroponik adalah Pythium dan Phytophthora, keduanya penyakit jamur. Pythium dapat menyerang semua tanaman, sementara Phytophthora cenderung terutama memengaruhi tanaman berbunga.

Untuk mengatasi masalah ini, petani biasanya menerapkan praktik pembersihan dan sanitasi terjadwal secara rutin serta penggunaan filter, yang dapat secara signifikan mengurangi risiko patogen tanaman yang dibawa air. Berdasarkan hal ini, pengujian dan pemantauan rutin sama pentingnya dalam mendeteksi tanda-tanda kontaminasi sejak dini.

Beberapa sistem hidroponik paralel dan tidak terhubung untuk instalasi besar juga disarankan untuk menghindari kontaminasi luas. Mengontrol pH air dapat membantu mengurangi pertumbuhan jamur.

Alga

Kontaminan lain yang dapat memengaruhi sistem hidroponik adalah alga. Meskipun air mengandung campuran nutrisi yang sempurna untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman, campuran yang sama pada saat yang sama merupakan lingkungan yang sempurna bagi alga bersel tunggal. Jika ada, alga akan menciptakan lapisan licin dan sulit dibersihkan pada permukaan dan bahkan dapat menyumbat filter air atau tabung kecil.

Meskipun sistem hidroponik tidak perlu khawatir tentang gulma seperti di lahan, alga pada dasarnya setara. Seperti gulma, alga akan mengurangi nutrisi tanaman, mengurangi pertumbuhan dan kesehatan tanaman.

Selain itu, alga akan mengurangi konsentrasi oksigen dalam air. Efek pertama adalah dapat merusak akar tanaman dan pertumbuhannya. Masalah kedua adalah alga membantu pertumbuhan penyakit jamur seperti Pythium.

Berbagai cara ada untuk mengendalikan pertumbuhan alga, mulai dari menggunakan filter untuk membersihkan air yang masuk, hingga memaparkan air pada cahaya UV untuk membunuh alga (lampu UV secara rutin digunakan untuk membunuh mikroorganisme guna menghasilkan air minum di utilitas publik).

Inovasi dalam Hidroponik

Pencahayaan LED

Lampu LED adalah teknologi penting dalam hidroponik, menjadikan seluruh praktik ini dapat dilakukan pada skala komersial. Hal ini karena lampu tersebut mengonsumsi jauh lebih sedikit energi dibandingkan sumber cahaya tradisional, bertahan lebih lama, dan memancarkan jauh lebih sedikit panas.

Selain itu, tidak seluruh spektrum cahaya tampak bermanfaat bagi tanaman dalam fotosintesis, sehingga LED khusus tanpa cahaya hijau dapat digunakan untuk lebih mengurangi listrik yang dikonsumsi oleh pencahayaan buatan.

Sumber: Agritecture

IoT & Otomatisasi Berbasis Sensor

Penurunan biaya sensor dan elektronik telah memungkinkan pemantauan terus-menerus suhu, kelembapan, cahaya, tingkat pH, dan volume nutrisi.

Meskipun lebih maju, pertanian berbasis sensor ini membantu melacak dan menyesuaikan kondisi pertumbuhan secara real-time untuk memastikan hasil panen optimal, meningkatkan profitabilitas petani.

Teknologi Berbasis AI

Seperti yang disebutkan, hidroponik memerlukan tingkat pemantauan intensif terhadap sistem air, penyakit, tingkat nutrisi, dll. Untuk itu, AI semakin banyak digunakan untuk membantu mengoptimalkan kondisi lingkungan yang ada, termasuk tingkat cahaya, kelembapan, dan tingkat nutrisi.

AI juga membantu mengoptimalkan investasi dan mengurangi biaya dengan membuat rencana pertumbuhan yang dipersonalisasi untuk setiap jenis tanaman.

Ia juga dapat menggunakan visi mesin atau tes biokimia untuk memperingatkan keberadaan patogen sebelum manusia dapat mendeteksinya.

Terakhir, dengan munculnya robot pertanian otonom, kita dapat membayangkan sistem hidroponik di mana penanaman, pemangkasan, panen, dan penggantian tanaman dapat dilakukan secara sepenuhnya otomatis.

Inovasi Pertanian Baru

Budidaya hidroponik memungkinkan kontrol langsung atas tanaman dengan cara yang tidak mungkin dilakukan dalam pertanian tradisional. Ini membuka pintu untuk eksperimen cara baru meningkatkan produktivitas tanaman melampaui peningkatan akses cahaya atau nutrisi.

Sebagai contoh, kami mengeksplorasi salah satu opsi tersebut dalam artikel kami “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Peneliti menggunakan substrat buatan khusus, atau “tanah konduktif / eSoil” yang terbuat dari selulosa (komponen utama kertas) dicampur dengan polimer konduktif yang disebut PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene).

Dengan cara ini, mereka dapat mengekspos bibit pada tegangan rendah terus-menerus, menghasilkan peningkatan laju pertumbuhan sebesar 50%.

Sumber: PNAS

Ini adalah salah satu contoh bagaimana sistem hidroponik dapat menawarkan peningkatan produktivitas signifikan berkat tingkat kontrol yang lebih tinggi.

Membangun Instalasi Hidroponik

Saat merencanakan pembangunan instalasi hidroponik, pertanyaan pertama yang harus diajukan – Mengapa memilih hidroponik dibandingkan metode budidaya lain? Ada banyak alasan:

• Menghemat air atau mengurangi polusi.
• Mampu bereksperimen dengan metode budidaya baru.
• Konsumsi rumah skala kecil atau alat pedagogis.
• Menanam secara skala besar tanaman berkualitas tinggi dan bernilai tinggi.

Bergantung pada jawabannya, sistem hidroponik yang berbeda dapat dipilih.

Operasi komersial harus menyeimbangkan sumber daya yang tersedia dengan biaya awal sambil berupaya meminimalkan biaya operasional. Mempertimbangkan pasar lokal dan margin akan sangat penting dalam pemilihan tanaman. Tingkat otomatisasi dan kematangan teknologi yang digunakan juga harus dipertimbangkan.

Sistem skala kecil buatan rumah harus disesuaikan dengan keterampilan teknis pembuat dan pengguna, karena desain yang “dioptimalkan” namun terlalu kompleks kemungkinan tidak akan berfungsi dengan baik. Komponen siap pakai kemungkinan menjadi pilihan yang lebih baik dalam kasus tersebut.

Sistem yang didedikasikan untuk menyelesaikan masalah spesifik, seperti kelangkaan air, harus fokus pada metrik ini, terutama jika hal itu membuat elemen lain kurang optimal.

Hidroponik sebagai bagian dari sistem yang lebih besar, seperti digabungkan dengan akuakultur (akuaponik), harus dirancang dengan mempertimbangkan langkah dan komponen lainnya.

Kesimpulan

Hidroponik adalah pendekatan kuat untuk sistem budidaya, menawarkan tingkat kontrol luar biasa atas kondisi pertumbuhan. Sistem ini biasanya sangat efisien, dengan penggunaan pupuk dan air yang dioptimalkan. Hal ini menjadikannya metode budidaya skala komersial yang ideal untuk tanaman yang sulit ditanam atau produk bernilai tinggi dimana waktu, rasa, komposisi, penampilan, atau metrik kualitatif lainnya dapat membenarkan harga yang jauh lebih tinggi.

Berkat kepadatan dan produktivitasnya yang tinggi, ini juga menjadi sistem yang baik untuk produksi makanan skala rumah atau pertanian perkotaan, di mana ruang sering menjadi kendala.

Namun, ini merupakan sistem yang jauh lebih kompleks dibandingkan pertanian atau berkebun tradisional. Hal ini membuatnya lebih mahal, lebih teknis untuk dipasang dan dipelihara, serta lebih rentan terhadap masalah unik seperti kontaminasi alga dan penyakit yang dibawa air yang harus dikelola melalui solusi khusus. Dalam beberapa kasus, ini akan menjadi tantangan yang sama bagi orang atau perusahaan yang tidak memiliki kemampuan teknis untuk menangani tantangan internal terkait.

Secara keseluruhan, meskipun tidak mungkin seefisien biaya seperti tanaman yang ditanam secara massal dengan harga rendah di lahan terbuka, Hidroponik dapat menjadi solusi yang baik untuk masalah spesifik atau metode yang baik untuk menanam produk berkualitas tinggi dan lokal.