الزراعة المائية بنظام المد والجزر

الزراعة المائية بنظام المد والجزر هي أحد أنواع الزراعة المائية المعروفة ببساطتها وموثوقية تشغيلها وانخفاض تكلفتها الأولية. تُملأ الأواني بوسط خامل لا يعمل كتربة ولا يُغذي النباتات، ولكنه يُثبّت الجذور ويعمل كمخزون مؤقت من الماء والمغذيات المعدنية المذابة. يتدفق محلول الزراعة المائية بالتناوب على النظام ثم يُترك ليجف.

في هذا النظام، تُملأ أوعية زراعة محكمة الإغلاق بوسط زراعي خامل . قد يتكون هذا الوسط من حبيبات الطين المتمدد ، أو مكعبات الصوف الصخري ، أو مواد خاملة أخرى. يُغمر هذا الوسط دوريًا لفترة قصيرة بمحلول مغذٍ يُضخ من خزان التزويد. ثم يُضخ المحلول أو يتدفق بفعل الجاذبية عائدًا إلى خزان التزويد. يُعد نظام الزراعة المائية هذا فعالًا جدًا لأي حجم من النباتات حسب المساحة المتاحة. إلا أن هذه الطريقة غير فعالة في استخدام الماء والمواد المغذية للنباتات. قد تحدث أمراض الجذور ونقص في العناصر الغذائية في حال عدم إعادة استخدام المحلول وعدم تهوية الأوعية المغمورة بشكل كافٍ. ولأنه نظام "مغلق"، يتطلب المحلول المغذي المُعاد تدويره مراقبة درجة الحموضة (pH) وتركيز العناصر الغذائية (PPM) في كل مرة يعود فيها المحلول إلى الخزان. قد يحتاج المحلول المغذي إلى الاستبدال خلال فترة النمو. كما قد يحتاج وسط التجذير إلى الغسل لإزالة بقايا الجذور والرواسب المتراكمة، بالإضافة إلى التعقيم في حال إعادة استخدامه. ^{[ 1 ]}

يعتمد المبدأ الأساسي للزراعة المائية على الماء المخصب والمهوى، الذي يوفر التغذية والأكسجين لجذور النبات . وغالبًا ما تتضمن هذه العملية آليات متطورة نسبيًا قد تبدو معقدة للهواة. يجب أن تكون محاليل المغذيات عادةً أقل من درجة الحرارة التي يبدأ عندها نمو مسببات الأمراض ، ولكن ليس باردة جدًا لدرجة تثبيط نشاط الجذور. يُعدّ التهوية النشطة لمحلول السماد أمرًا شائعًا، لأن أنظمة الجذور نفسها تستهلك الأكسجين، مما يخلق ظروفًا قد تُعزز نمو البكتيريا الممرضة والفطريات المنقولة بالماء .

تستغل شركة E&F حقيقة أن المحلول لا يبقى على اتصال دائم بجذور النباتات، لتجنب الحاجة إلى تهوية المحلول أو تبريده. وبدلاً من ذلك، تعتمد على خصائص وظيفة الجذور لتوفير تهوية سلبية بمستوى عالٍ، مما يساهم في كبح نمو مسببات الأمراض.

تُحافظ على البساطة من خلال استخدام مسار واحد ثنائي الاتجاه للمحلول. يتدفق الماء إلى الداخل والخارج عبر الأنبوب نفسه. عندما ترفع المضخة الماء إلى الصينية، وتغمر الجذور لفترة وجيزة، يتم إيقاف تشغيل المضخة باستخدام مفتاح، عادةً ما يكون مؤقتًا، ويتدفق الماء أو يُضخ مرة أخرى إلى أسفل الأنبوب نفسه. ^{[ 2 ]}

تعتمد أنظمة الري بالتدفق والمد على قدرة التربة التي تنمو فيها الجذور على الاحتفاظ بالماء. قد لا تحتاج التربة ذات القدرة العالية على الاحتفاظ بالماء إلا إلى الري مرة واحدة يوميًا، بينما قد تحتاج أنواع أخرى إلى الري مرتين أو حتى ست مرات. لا يُعدّ وقت ري الجذور عاملًا حاسمًا، مما يعني أن المضخات غالبًا ما تكون متوسطة السعة، ويمكن أن تكون صغيرة الحجم للأنظمة المستخدمة في ري النباتات الداخلية. وهذا ما يجعل هذه الطريقة شائعة بين هواة الزراعة المنزلية وسكان المدن. في بعض الأنظمة، تعمل الجاذبية كمضخة تصريف، ويتم تهوية التربة من خلال طبقة رقيقة من الهواء وإزاحته الإيجابية عند دفعه خارج منطقة الجذور بواسطة الماء.

تتميز تقنية المد والجزر بتعدد استخداماتها حيث يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك المواد ذات الاستخدام الواحد مثل مكعبات الصوف الصخري أو الخث أو ألياف جوز الهند، أو المواد مثل صخور الحمم البركانية أو ركام الطين المتمدد التي يمكن تعقيمها وإعادة استخدامها عدة مرات. ^{[ 3 ]}

يُعدّ تهوية نظام المد والجزر جانبًا مهمًا من جوانب تشغيله. تعمل عملية الإزاحة التلقائية على التخلص من الهواء الذي استُنزف أكسجينه بفعل الجذور مع ارتفاع منسوب المياه إلى أعلى مستوى له. وعندما يعود النظام إلى الخزان، فإنه يُعيد تعريض المساحة المحيطة بالجذور للهواء.

تتميز طبقة الماء المتبقية حول الجذور أثناء الجزر بنسبة سطح إلى كتلة عالية، مما يعني أنه حتى مع امتصاص الجذور للأكسجين، فإن مساحة سطحها الكبيرة تُسهّل إعادة الأكسجة، وهو ما يُحافظ على الجذور طالما بقيت أسطحها رطبة. يُثبّط محتوى الأكسجين العالي في الماء المُشكّل بهذه الطريقة معظم الكائنات الحية الضارة، مما يُحافظ على منطقة الجذور خالية من الأمراض. في أنواع أخرى من الزراعة المائية، يجب القيام بهذه الوظيفة عن طريق تبريد المحلول لحمايته من فطر البيثيوم ، وهو نوع من العفن المائي المسؤول عن حالة تُسمى "تعفن الجذور"، حيث تموت الخلايا الخارجية للجذور وتتحول إلى اللون البني وتتساقط عند لمسها. كما يُغني هذا عن الحاجة إلى الأكسجة الإضافية باستخدام مضخات الهواء، مما يزيد من الموثوقية ويُقلل من التعقيد.

تتميز أنظمة الزراعة المائية ذات المد والجزر بأنها هادئة أيضًا، مع استهلاك طاقة أقل من أنظمة الزراعة المائية الأخرى، مما يعني أنه يمكن استخدامها في البيئات التي يكون فيها الصوت العالي والأنابيب الزائدة غير مرغوب فيها، مثل التطبيقات السكنية أو الفصول الدراسية حيث تكون المساحة محدودة للغاية.

تتميز أنظمة المد والجزر بالمرونة، مع عيوب عملية قليلة. ورغم أنها معروفة عادةً بزراعة النباتات الصغيرة الحجم، إلا أنها تُستخدم أيضاً لزراعة النباتات الكبيرة، باستخدام دلاء تتراوح سعتها من جالون واحد إلى خمسة جالونات، مع الاستعانة بمضخات عالية التدفق كتلك المستخدمة في أحواض السمك الكبيرة والنوافير الزخرفية وبرك أسماك الكوي .

تتضمن هذه الأنظمة جوانب تتطلب استثمارًا للجهد في التطبيقات واسعة النطاق. وتتمثل هذه الجوانب أساسًا في إدارة الوسط الزراعي بين الاستخدامات، مثل الغسل والتعقيم. ويمكن القيام بذلك عن طريق سكب الوسط في الصينية وملئها بمحلول تعقيم مثل بيروكسيد الهيدروجين أو محلول الكلور ، مع سد فتحة التصريف مؤقتًا، وإزالة أجزاء الجذور يدويًا. أما الحاويات الأكبر حجمًا فتتطلب نقل الوسط إلى سطح مناسب بعد التعقيم للسماح بإزالة بقايا النباتات.

ثمة عيب آخر في التصاميم التي تُزرع فيها نباتات متعددة في نفس الوعاء، وهو ميل الجذور إلى التشابك، مما يجعل إزالة النباتات المحصودة أو التالفة أمرًا صعبًا نوعًا ما، خاصةً في النباتات ذات الجذور المتطورة. أما المحاصيل التجارية التي تُحصد دفعة واحدة، فهي بمنأى نسبيًا عن هذه المشكلة، ولكن في حال غزو مسببات الأمراض، قد تنتشر المشكلة بسرعة، لأن جميع الجذور تتشارك نفس مصدر المياه.

كذلك، تستخدم معظم أنظمة الري بالتدفق والجزر خزانًا لإعادة تدوير المياه لغمر أوعية الزراعة. مع مرور الوقت، قد يتذبذب الرقم الهيدروجيني للمحلول المغذي إلى نطاق غير صحي للنبات. إذا لم يُصحَّح الرقم الهيدروجيني، فقد تحدث مشاكل عديدة، منها على سبيل المثال لا الحصر، ضعف امتصاص العناصر الغذائية وظاهرة "التهام الأوراق". وكما يوحي الاسم، تحدث هذه الظاهرة عندما يأخذ النبات العناصر الغذائية من جزء منه ويستخدمها في جزء آخر. وتظهر هذه الظاهرة على شكل بقع صفراء أو بنية على الأوراق.

قد يؤدي سوء الصرف، أو عدم اكتماله، إلى تعرض الجذور الكثيفة للمياه الراكدة التي تحاصرها. ويُعدّ تعفن الجذور ونمو الفطريات من أكثر النتائج شيوعًا لركود المياه. بعض أنظمة الري بالغمر والتصريف ليست محصنة ضد تعفن الجذور كما هو الحال في الأنظمة المصممة جيدًا. في الأحواض التي تكون فيها النباتات أكبر من الحجم الأمثل للنظام، قد يستدعي ذلك إجراء تعديلات مثل استخدام مصافي أو طبقات من الحصى متوسط ​​الحجم لمنع تراكم المياه. يُعدّ إمالة الصينية إحدى طرق تحسين خصائص الصرف. في أنظمة الري بالغمر والتصريف باستخدام الدلاء، يمكن معالجة هذه المشكلة بطريقة مماثلة، وذلك بضمان الصرف الجيد باستخدام وسط مناسب الحجم والتأكد من اكتمال تصريف الحاوية بين دورات الري.

يُضاف بيروكسيد الهيدروجين إلى محاليل المغذيات عند الاشتباه في بدء تكاثر فطر تعفن الجذور اللاهوائي ( Pythium) على أسطح الجذور. يُعدّ الأكسجين المنطلق من بيروكسيد الهيدروجين ضارًا بالكائنات وحيدة الخلية، ويُضاف بجرعات تختلف باختلاف تركيز البيروكسيد. عادةً ما تُستخدم عدة ملاعق كبيرة أو أكثر من محلول بيروكسيد بتركيز 3.5% لكل جالون من الماء. لا يُسبب الارتفاع المؤقت في مستوى الأكسجين سوى ضرر طفيف للجذور، بينما يُمكن أن يُؤدي القضاء على العفن المنقول بالماء إلى زيادة المحصول بشكل ملحوظ أو حتى إنقاذ المحصول من النمو.