مقاله مدل بهینه سازی مصرف آب در گلخانه های هیدروپونیک با استفاده از پلیمر سوپرجاذب PRA٣٠٠٥

مدل بهينه سازي مصرف آب در گلخانه هاي هيدروپونيک با استفاده از پليمر سوپرجاذب PRA٣٠٠٥ 

چکيده : 

دسترسي نامناسب به آب در مناطق خشک و نيمه خشک نياز افزايش کارآيي مصرف آب را به عنوان يکي از محورهاي اصلي کشاورزي پايدار در اين مناطق مطرح مي نمايد به طوري که با کمترين ميزان آب قابل دسترس مي توان به بيشترين توليد دست يافت . مصرف پليمرهاي سوپرجاذب در گلخانه هاي هيدروپونيک و جايگزيني آن با بخشي از مواد بستر ضمن اينکه آب مورد نياز گياه (خيار درختي ) را در دسترسش قرار داده موجبات کاهش مصرف آب آبياري را فراهم مي نمايد و تا حد چشمگيري باعث کاهش هزينه هاي مرتبط با آن مي شود. 

اين تحقيق فرض بر آن داشته که کاهش آب آبياري در بستر کشت داراي پليمر، نه تنها باعث کاهش عملکرد نمي شود بلکه موجبات افزايش کارآيي مصرف آب را هم فراهم مي نمايد زيرا بستر جديد باعث نگهداشت بيشتر آب شده و ساختمان بستر کشت را تا حد بسيار زيادي بهبود مي بخشد و از لحاظ هيدروليکي بستر در شرايط مطلوبي قرار مي گيرد و تاثير مثبتي بر عملکرد خواهد داشت . و در نهايت ، تهيه مدل ساده توليد با توجه به حجم آب مصرفي در برابر ميزان استفاده از پليمرهاي سوپرجاذب ، مديريت کم آبياري در بهره برداري از گلخانه هاي هيدروپونيک ، تاثير ميزان استفاده از پليمرهاي سوپرجاذب بر دور آبياري در برابر بالاترين حجم توليد و در نتيجه افزايش کارآيي مصرف آب را مورد بررسي قرار مي دهد. 

نتايج به دست آمده از انجام طرح نشان دهنده آن بود که ميزان ۳۰ درصد جايگزيني پليمر با مواد بستر توانايي کاهش آب آبياري را تا ميزان ۲۰ درصد داشته و در نتيجه باعث افزايش کارآيي مصرف آب در گلخانه هاي هيدروپونيک به ميزان ۴۴ درصد در هر متر مکعب مي شود و همچنين نسبت سود خالص به هزينه براي تيمار برگزيده نسبت به شاهد تا ميزان ۹۲ درصد در افزايش يافته است . نهايتاً با توجه به ميزان عملکرد تيمارهاي مختلف 

پليمر و تغييرات آب آبياري مدل ساده اي براي توليد نوشته شد که با استفاده از آن مي توان ميزان عملکرد محصول را در برابر مقادير مختلف استفاده از پليمر و آب آبياري تخمين زد و براي توليد از قبل برنامه ريزي نمود. 

کلمات کليدي : پليمر سوپرجاذب ، هيدروپونيک ، کارآيي مصرف آب 

 

 

مقدمه : 

آب اولين و اساسي ترين عامل براي توليد محصولات کشاورزي مي باشد. با توجه به محدود بودن منابع آبي در کشورمان و اصل استفاده بهينه از هر قطره آب ، ضروري است که برنامه ريزي دقيقي براي استفاده بهينه از منابع آبي موجود در کشور، براي کشاورزي به عنوان بزرگترين مصرف کننده آب صورت گيرد[۵]. از جمله اين راهکارها مي توان از آبکشت (کشت هيدروپونيک ) در گلخانه نام برد که علاوه بر صرفه جويي قابل ملاحظه در مقدار آب مصرفي ، عملکرد را نيز به شدت افزايش داده و از اين رهگذر ضمن متعادل ساختن عرضه اين محصولات در طول سال آثار اشتغال زايي قابل توجهي را نيز در پي خواهد داشت . از آنجايي که ساخت گلخانه هاي هيدروپونيک مستلزم صرف هزينه بسيار زيادي مي باشد و بستر کشت آن نيز از ترکيبات گران قيمتي تشکيل شده لذا طرحي بيان شد که نه تنها باعث کاهش ميزان آب مصرفي شده بلکه موجبات صرفه جويي در عوامل وابسته نظير کودها و مواد غذايي که به صورت محلول در آب استفاده مي شود را نيز فراهم مي آورد. در اين تحقيق درصدهاي مختلف پليمر سوپرجاذب جايگزين بستر کشت هيدروپونيک شده و اثرات مقادير مختلف آب آبياري را بر گروههاي مختلف بستر کشت ، روي گياه خيار درختي مورد بررسي قرار گرفت . در اين تحقيق فرض بر آن بود که کاهش فواصل آبياري و افزايش دور آن در بسترهاي هيدروپونيک  با اختلاط پليمر نه تنها تاثير بسزايي در کاهش توليد نميگذارد بلکه احتمال افزايش توليد را نيز دارا مي باشد. 

 تحقيقي که در گذشته روي اثر پليمر سوپرجاذب بر مقدار ماده خشک توليدي سويا انجام شده بود نيز اين نتيجه را بيان نمود که افزايش پليمر باعث زياد شدن مقدار ماده خشک توليد شده گياه سويا گرديد (کريمي ۱۳۷۲). در مورد گياه کتان روغني نيز نتايج مشابهي به دست آمد که اين موضوع بيانگر اثر مثبت پليمر در بستر کشت مي باشد کيخايي (۱۳۸۰). اين تحقيق در مورد گياه گوجه فرنگي نيز نتايجي کاملاً مشابه در پي داشت (دانشگاه کوچي ژاپن ۱۹۸۰). فرض ديگر اين تحقيق بيانگر آن بود که بستر کشت هيدروپونيک داراي پليمر باعث افزايش کارآيي مصرف آب شده و در جايگزيني با مواد رايج در بستر بهتر عمل مي نمايد. 

 لازم به ذکر است که بستر کشت هيدروپونيک يک نوع بستر درشت دانه بوده لذا تحقيقات انجام شده در اين مورد نشانگر آن است که کاربرد پليمر در بستر کشت درشت دانه موجبات افزايش و بهبود تخلخل را فراهم نموده و باعث افزايش ظرفيت نگهداري آب در بستر شده و مسئله ظرفيت پايين نگهداري رطوبت در اين بسترها را حل مي نمايد (شرفا ۱۳۶۶). تحقيقات ديگري نيز در اين زمينه انجام شده که همگي به نتايج يکساني دست يافته اند (گنجي خرمدل ۱۳۷۸)، (تيلور و همکاران ۱۹۸۶)، (وودهوس و همکاران ۱۹۹۱). 

هدف از اجراي اين طرح ، تاثير ميزان استفاده از پليمرهاي سوپرجاذب بر دور آبياري در برابر بالاترين حجم توليد، افزايش کارآيي مصرف آب  و در نهايت تهيه مدل ساده توليد در برابر حجم آب مصرفي و ميزان استفاده از پليمرهاي سوپرجاذب مي باشد که با استفاده از آن بتوان مديريت درستي در استفاده بهينه از منابع آب موجود و بهره برداري مناسب از گلخانه هاي هيدروپونيک اعمال نمود. 

مواد و روشها: 

اين طرح در بهار ۱۳۸۳ در يکي از گلخانه هاي اطراف شهرستان پاکدشت به مساحت ۱۸۰۰ متر مربع واقع در ۵۱ درجه و ۴۵ دقيقه طول شرقي و ۳۵ درجه و ۲۸ دقيقه عرض شمالي انجام شد. سيستم آبياري اين مجموعه از نوع قطره اي و قابل تنظيم براي هر تيمار آبياري بوده و بستر کشت آن نيز از نوع هيدروپونيک  با ترکيبات پوکه صنعتي (۱۵ درصد)، پرليت (۲۵ درصد) و پيت موس (۶۰ درصد) مي باشد. براي رسيدن به اهداف مورد نظر از طرح آماري کرتهاي خرد شده (اسپليت پلات ) در قالب بلوکهاي کامل تصادفي استفاده گرديد. در اين طرح تيمارهاي مختلف کم آبياري با زير مجموعه اي از درصد هاي مختلف پليمر جاذب آب مورد بررسي و آزمايش قرار گرفت تا تيمار مناسب کم آبياري و بهترين ميزان جايگزيني پليمر مشخص شود. به اين ترتيب هر تکرار به چهار تيمار آبياري شاهد، ۲۰،۱۰ و ۳۰ درصد کاهش آبياري نسبت به عرف منطقه و هر تيمار آبياري نيز به چهار تيمار بستر کشت شاهد، ۱۰، ۲۰ و ۳۰ درصد جايگزيني حجمي پليمر به جاي مواد بستر تفکيک شد. لازم به ذکر است که پليمر مورد استفاده از نوع PRA٣٠٠٥ بوده و بصورت ژل متورم شده با مواد بستر ترکيب گرديد.  بذر خيار گلخانه اي از نوع PS انتخاب و در روز اول مرداد ماه کشت شد. بعد از کشت بذر به مدت ۲۰ روز آبياري به صورت روزي يکبار انجام گرديد و در انتها تيمارهاي آبياري اعمال شده و برنامه ريزي آبياري براي تيمارها انجام گرفت . بعد از  به ثمر رسيدن ميوه خيار اولين نمونه برداري ۵۶ روز بعد صورت گرفت که در آن نمونه برداري ميوه هاي هر بوته چيده و به صورت جداگانه وزن گرديدند و ارقام حاصل از آن به دقت ثبت شد اين کار در طول دوره رشد به طور متوسط هر هفته يکبار انجام شد. پس از انجام مراحل فوق اطلاعات جمع آوري شده به صورت ليست جامعي در آمد و صفت گياهي عملکرد را رقم زد. در پايان اطلاعات جمع آوري شده توسط نرم افزار SAS مورد برآزش آماري قرار گرفت و در انتها نسبت سود خالص به هزينه تعيين گرديد تا بتوان از آنها براي تعيين مناسبترين تيمار استفاده نمود و سپس مدل توليد با استفاده از داده هاي به دست آوده نوشته شد. 

نتايج و بحث : 

نتايج بررسيهاي انجام شده روي صفت گياهي عملکرد در جدول (۱) ( آناليز آماري شاخص عملکرد) نمايانگر آن است که با کاربرد پليمر سوپر جاذب PRA٣٠٠٥  مي توان ميزان آبياري را تا حد قابل قبولي کاهش داد. به منظور بررسي دقيق تر مقايسه ميانگين اثرات متقابل کم آبياري و جايگزيني سوپرجاذب به روش آزمون چند دامنه اي دانکن در سطح احتمال ۵ درصد انجام شد که جدول (۲) گوياي آن است که در آن بيشترين کميت gr ۱۱۷۰ مربوط به تيمار آبياري شاهد با جايگزيني ۲۰ درصد پليمر سوپر جاذب مي باشد که خود بيانگر تاثير مثبت پليمر بر روند عملکرد محصول است . 

 اين تيمار به دليل در اختيار داشتن حداکثر آب مورد نياز از عملکرد خوبي بر خوردار بود ولي تيمار بعدي که در سطح  نسبتاً پايين تري قرار داشت داراي کميتي معادل (gr) بود که اين رقم مربوط به تيمار ۲۰ درصد کاهش آبياري و جايگزيني ۳۰درصد پليمر مي باشد. اين تيمار به لحاظ صرفه جويي در مصرف آب و متقابلاً مواد غذايي محلول در آن حائز اهميت بوده و راندمان توليد را در حد قابل قبولي افزايش مي دهد. از آنجا که پليمر قابليت جذب و نگهداري آب و مواد غذايي محلول در آن را دارد و در صورت نياز مي تواند اين ذخيره را به مرور در اختيار گياه قرار دهد لذا با استفاده از آن مي توان اثرات و تنشهاي کم آبياري را تا حد قابل ملاحظه اي کاهش داد. به اين ترتيب با کاهش آبياري نه تنها گياه با تنش روبرو نمي شود بلکه مي توان در بسياري از هزينه هاي جانبي مانند: 

هزينه مواد غذايي ، آب مصرفي و همين طور هزينه هاي کارگري تا مبلغ  قابل توجهي يعني حدودًا ۲۰ درصد کل هزينه هاي نامبرده (معادل ميزان صرفه جويي مصرف آب تيمار ۲۰ درصد کاهش آبياري و ۳۰ درصد جايگيني پليمر) صرفه جويي نمود که در مقايسه با آن مقدار اندک کاهش عملکرد نسبت به تيمار شاهد، رقم محسوسي به شمار مي آيد. جهت بررسي بهتر تاثير آبياري ، جايگزيني پليمر و اثرات متقابل آنها نمودار(۱) رسم گرديد. 

 با توجه به جدول (۱) و نمودار (۱) مي توان بيان نمود که اثر آبياري بر عملکرد به صورت منحني درجه دوم بوده و تاثير جايگزيني پليمر سوپرجاذب بر عملکرد به صورت تقريباٌ خطي مي باشد و اثرات متقابل کاهش آبياري و جايگزيني پليمر سوپرجاذب بر عملکرد به صورت منحني درجه دوم بيان مي گردد. از اين موارد مي توان نتيجه گرفت که مدل مورد نظر بايد در مقابل ميزان آب آبياري درجه دوم بوده و در مقابل جايگزيني پليمر سوپرجاذب به صورت خطي عمل نمايد. 

با اعمال تيمارهاي آبياري و بررسي اثر پليمر در اعمال کم آبياري مي توان بيان نمود که استفاده از اين روش توانايي کاهش ميزان آب آبياري مورد نياز را براي گياه خيار درختي تا ميزان ۲۰ درصد داشته و تنها براي آبياري ميتوان از ۸۰ درصد آب در نظر گرفته شده استفاده نمود. اگر گلخانه اي با وسعت ۱۸۰۰ متر مربع را در نظر بگيريم با توجه به ميزان کاهش آب آبياري در هر دوره کشت مي توان تا ۱۷۴ متر مکعب صرفه جويي در مصرف آب داشت که باعث افزايش دور آبياري و در نهايت کاهش حجم آب مصرفي مي گردد. 

براي تعيين شاخص کارآيي مصرف آب با توجه به اينکه بيشترين مقدار ثبت شده (gr) مربوط به تيمار کم آبياري به ميزان ۲۰ درصد و جايگزيني سوپرجاذب به مقدار ۳۰ درصد حجمي مي باشد که در مقياس با مقدار ثبت شده تيمار آبياري و پليمر سوپرجاذب شاهد يعني (gr ۳۹.۶۵) رقم با ارزشي مي باشد.