در کشت هیدروپونیک معمولاً موادی مانند راکوول، کوکوپیت، پرلیت و فومهای مخصوص کشت را بهعنوان بستر میشناسیم. اما در کنار این مواد، توری و مش استیل ضدزنگ نیز میتوانند نقش مهمی در طراحی برخی سیستمهای هیدروپونیک داشته باشند.
بررسی پژوهشها و منابع دانشگاهی در آمریکا، بریتانیا، آلمان، سوئیس و ژاپن نشان میدهد که توری استیل فقط یک وسیله برای نگه داشتن گیاه نیست. از آن میتوان برای نگهداری گیاه، مدیریت رشد ریشه، ساخت سبد ریشه، ایجاد مرز بین ریشه و بستر، فیلتراسیون محلول غذایی و حتی در فناوریهای پیشرفتهتر بهعنوان بخشی از سامانههای الکتریکی استفاده کرد.
البته یک نکته مهم را باید از ابتدا در نظر داشت: توری استیل در بیشتر این کاربردها نقش سازهای و مکانیکی دارد و الزاماً جایگزین کامل بسترهای کشت هیدروپونیک نیست.
توری استیل چگونه در هیدروپونیک استفاده میشود؟
سادهترین حالت را میتوان اینطور تصور کرد: یک صفحه توری روی مخزن محلول غذایی قرار میگیرد، گیاه روی آن قرار داده میشود و ریشهها از منافذ توری به سمت محلول غذایی رشد میکنند.
در این ساختار، ساقه و برگ در بالای سطح قرار دارند، در حالی که ریشه میتواند بدون نیاز به خاک یا بستر متراکم، به آب و عناصر غذایی دسترسی داشته باشد.
این روش از نظر طراحی بسیار ساده است، اما همین ایده در تحقیقات مختلف برای گیاهان گوناگون توسعه داده شده و شکلهای متفاوتی پیدا کرده است.
کاربرد در نگهداری گیاه و نشا
یکی از کاربردهای اصلی توری استیل، نگهداری گیاه در بالای محلول غذایی است.
در برخی مطالعات آمریکایی از گرید 304 برای این منظور استفاده شده است. اندازه منافذ بر اساس نوع گیاه، اندازه بذر و قطر ریشه انتخاب میشود؛ بهگونهای که بذر از سطح عبور نکند اما ریشه بتواند از منافذ عبور کرده و وارد محیط غذایی شود.
این روش بهخصوص برای گیاهان کوچک، نشاها و مطالعات آزمایشگاهی کاربرد دارد.
در چنین سیستمی، توری در واقع جای گلدان یا نگهدارنده گیاه را میگیرد، اما برخلاف یک سطح کاملاً بسته، اجازه میدهد ریشه از آن عبور کند.
کاربرد در سیستم NFT
در سیستم NFT یا Nutrient Film Technique، محلول غذایی به صورت یک لایه نازک در کانال حرکت میکند و در تماس با ریشه قرار میگیرد.
یکی از مسائل مهم در طراحی NFT، ثابت نگه داشتن گیاه و قرار دادن ریشه در موقعیت مناسب نسبت به جریان محلول است. در اینجا میتوان از توری استیل بهعنوان یک سطح نگهدارنده استفاده کرد.
این توری میتواند:
نشا را در جای خود ثابت نگه دارد؛
از سقوط گیاه داخل کانال جلوگیری کند؛
ریشه را در مسیر جریان محلول قرار دهد؛
بهعنوان سطح رشد برخی میکروگرینها استفاده شود؛
و در طراحیهای خاص، جایگزین برخی صفحات یا سطوح نگهدارنده شود.
راهنماهای دانشگاه Virginia Tech نیز توری فلزی را در کنار موادی مانند الیاف کنف، جوت، کوکو و راکوول در میان گزینههایی قرار دادهاند که میتوان در تولید میکروگرینها مورد استفاده قرار داد.
توری استیل در تولید میکروگرین
میکروگرینها به دلیل دوره رشد کوتاه و ساختار ریشه نسبتاً کوچک، یکی از حوزههایی هستند که استفاده از توری میتواند جالب باشد.
بذرها روی سطح توری قرار میگیرند و پس از جوانهزنی، ریشهها از منافذ به سمت پایین رشد میکنند. در صورت طراحی صحیح، محلول غذایی میتواند در زیر سطح توری حرکت کند یا در تماس با بخش پایینی ریشه قرار گیرد.
یکی از مزیتهای بالقوه چنین سیستمی، قابلیت شستوشو و استفاده مجدد است. برخلاف بسیاری از بسترهای یکبارمصرف، یک توری استیل مناسب را میتوان پس از شستوشو و ضدعفونی مجدداً استفاده کرد.
البته در تولید تجاری، رعایت اصول بهداشتی و انتخاب گرید مناسب اهمیت زیادی دارد.
یکی از مهمترین کاربردها؛ مطالعه و مدیریت ریشه
شاید جذابترین کاربرد این فناوری در تحقیقات مربوط به ریشه باشد.
بررسی ریشه در خاک یا بسترهای متراکم معمولاً دشوار است. خارج کردن گیاه از خاک ممکن است باعث شکستن ریشههای ظریف، تغییر معماری ریشه یا از بین رفتن ارتباط طبیعی آن با محیط شود.
توری میتواند این مشکل را تا حد زیادی کاهش دهد.
در یک سامانه پژوهشی آلمانی برای رشد استریل Arabidopsis، از توری سیمی استیل با منافذ بسیار ریز استفاده شده است. بذرها روی سطح قرار میگرفتند و ریشهها از میان منافذ رشد میکردند.
چنین ساختاری به پژوهشگر اجازه میدهد ریشه را با آسیب مکانیکی کمتر مشاهده، اندازهگیری و برداشت کند.
این ویژگی برای مطالعات مربوط به:
معماری ریشه؛
طول و تراکم ریشه؛
ترشحات ریشه؛
جذب عناصر غذایی؛
اثر مواد شیمیایی؛
و ارتباط ریشه با میکروارگانیسمها
بسیار ارزشمند است.
ساخت سبد ریشه با توری فلزی
یک کاربرد جالب دیگر در مطالعات ژاپنی مربوط به ریشه برنج دیده میشود.
در این روش، یک سبد کوچک از توری فلزی ساخته میشود و ریشه داخل آن رشد میکند. بخش پایینی سبد با محیط غذایی در ارتباط است.
مزیت این طراحی آن است که میتوان سبد را به همراه سیستم ریشه جابهجا کرد، بدون اینکه لازم باشد ریشهها از یک بستر فشرده بیرون کشیده شوند.
این ایده میتواند برای ساخت انواع سبدهای ریشه، گلدانهای توری و محفظههای قابل جابهجایی نیز مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده از توری شناور
در برخی تحقیقات ژاپنی روی برنج، از ساختاری موسوم به floating stainless-steel mesh استفاده شده است.
توری توسط یک ساختار شناور روی سطح محلول غذایی قرار میگیرد و گیاه روی آن رشد میکند. ریشهها از سطح توری به سمت محلول غذایی حرکت میکنند.
این روش برای مطالعات کنترلشده رشد اولیه گیاه، بررسی ریشه، جذب نیتروژن و مقایسه عملکرد ارقام مختلف میتواند مفید باشد.
از نظر مهندسی نیز ایده سادهای دارد:
توری، سطح نگهدارنده گیاه است؛ سازه شناور، موقعیت آن را حفظ میکند؛ و ریشه با محلول غذایی در ارتباط قرار میگیرد.
جداسازی ریشه از خاک با توری بسیار ریز
یکی از کاربردهای پیشرفتهتر که در پژوهشهای سوئیس مشاهده شده، استفاده از توری بسیار ریز برای ایجاد یک مرز کنترلشده بین ریشه و خاک است.
در این روش، ریشه ابتدا روی سطح توری رشد میکند. سپس خاک در طرف دیگر آن قرار میگیرد.
به این ترتیب، ریشه میتواند با مواد موجود در خاک در ارتباط باشد، اما ریشه و خاک کاملاً با یکدیگر مخلوط نمیشوند.
این روش برای تحقیقات مربوط به:
آلایندههای خاک؛
نانوذرات و نانوپلاستیکها؛
فلزات سنگین؛
جذب عناصر؛
و برهمکنش ریشه و خاک
کاربرد دارد.
این نمونه بهخوبی نشان میدهد که توری میتواند چیزی فراتر از یک نگهدارنده ساده باشد و بهعنوان یک مرز مهندسیشده بین دو محیط عمل کند.
کاربرد در مطالعات میکروبیوم ریشه
در سیستمهای هیدروپونیک میتوان محیط ریشه را بهصورت کاملاً کنترلشده در معرض باکتریها و سایر میکروارگانیسمها قرار داد.
در چنین آزمایشهایی، توری گیاه را در موقعیت مناسب نگه میدارد و ریشهها آزادانه داخل محلول غذایی رشد میکنند.
این ساختار امکان مطالعه ارتباط میان ریشه، محلول غذایی و میکروارگانیسمها را فراهم میکند.
از آنجا که ریشه روی یک سطح مشخص قرار دارد، برداشت و بررسی آن نیز نسبت به برخی سیستمهای مبتنی بر خاک آسانتر است.
استفاده بهعنوان فیلتر محلول غذایی
توری استیل را میتوان در مسیر گردش محلول غذایی نیز به کار برد.
برای مثال، در یک سیستم بازچرخشی میتوان چنین ساختاری داشت:
مخزن → پمپ → فیلتر توری → کانال کشت → برگشت محلول به مخزن
در برخی مطالعات آمریکایی از توری فلزی برای جمعآوری یا کنترل ذرات موجود در سامانههای هیدروپونیک استفاده شده است.
اما در اینجا یک نکته بسیار مهم وجود دارد: هرچه منافذ کوچکتر باشند، احتمال گرفتگی بیشتر میشود.
ریشههای خردشده، جلبک، biofilm و ذرات باقیمانده از بستر میتوانند منافذ کوچک را مسدود کنند.
بنابراین همیشه نباید سراغ ریزترین توری رفت.
کاربردهای پیشرفته؛ توری بهعنوان بخشی از سیستم الکتریکی
در برخی تحقیقات جدید، توری فلزی بهعنوان بخشی از یک سامانه الکتریکی اطراف ریشه نیز مورد استفاده قرار گرفته است.
در فناوریهایی مانند Staticaponics، ساختار فلزی میتواند برای کنترل شرایط الکتریکی اطراف ناحیه ریشه به کار رود.
این حوزه هنوز بیشتر جنبه تحقیقاتی دارد و با کاربرد معمول توری برای نگهداری گیاه تفاوت زیادی دارد.
همچنین در چنین کاربردهایی باید به تماس مستقیم ریشه با سطح فلزی توجه کرد، زیرا عبور ریشه از منافذ یا تماس شدید با سیمهای فلزی میتواند باعث آسیب مکانیکی شود.
اندازه منافذ؛ مهمتر از چیزی که به نظر میرسد
یکی از مهمترین تصمیمها در انتخاب توری، اندازه منافذ آن است.
هیچ اندازهای وجود ندارد که برای تمام گیاهان مناسب باشد.
انتخاب اندازه باید بر اساس مواردی مانند:
اندازه بذر، قطر ریشه، سن گیاه، وزن گیاه، نوع سیستم کشت و هدف استفاده از توری
انجام شود.
در مطالعات مختلف، اندازههای بسیار متفاوتی مشاهده میشود؛ از توریهای بسیار ظریف در حد چند ده میکرومتر برای تحقیقات خاص ریشه تا منافذ چند میلیمتری برای ساخت سبدهای ریشه.
برای مثال، در مطالعات مختلف اندازههایی در حدود 30 میکرومتر، 125 میکرومتر، 300 میکرومتر، 1.36 میلیمتر و 2 میلیمتر گزارش شدهاند.
این اعداد استاندارد عمومی نیستند، بلکه نمونههایی از اندازههای مورد استفاده در آزمایشهای مشخص هستند.
توری ریز بهتر است یا درشت؟
توری ریز میتواند برای نگهداری بذرهای کوچک و ایجاد یک سطح متراکم برای رشد ریشه مناسب باشد، اما احتمال گرفتگی آن بیشتر است و تمیز کردن آن نیز دشوارتر خواهد بود.
از طرف دیگر، توری درشت جریان محلول را بهتر عبور میدهد و کمتر دچار گرفتگی میشود، اما ممکن است بذر یا حتی گیاه از منافذ آن عبور کند.
بنابراین انتخاب درست این نیست که همیشه «ریزترین توری ممکن» را انتخاب کنیم.
انتخاب مناسب، توریای است که کوچکترین نیاز سیستم را بدون ایجاد مشکل برای جریان، ریشه و نظافت برآورده کند.
انتخاب گرید استیل
اگر توری قرار است برای مدت طولانی با محلول غذایی تماس داشته باشد، تنها عبارت «Stainless Steel» کافی نیست.
بهتر است گرید آلیاژ مشخص باشد.
استیل 304 یکی از گزینههای متداول است و در مطالعات هیدروپونیک نیز استفاده شده است.
316L نیز به دلیل مقاومت خوردگی بالاتر در بسیاری از محیطها، گزینهای است که میتواند برای کاربردهای خاص مورد بررسی قرار گیرد.
با این حال انتخاب بین این دو باید با توجه به شرایط واقعی سیستم انجام شود؛ از جمله:
ترکیب محلول غذایی؛
غلظت کلراید؛
pH؛
دما؛
مدت تماس؛
و مواد مورد استفاده برای شستوشو و ضدعفونی.
نقش کلراید و خوردگی
محلول غذایی هیدروپونیک یک محیط کاملاً خنثی نیست و ترکیب شیمیایی آن میتواند روی رفتار استیل تأثیر بگذارد.
یون کلراید، بهخصوص در شرایط خاص، میتواند احتمال خوردگی موضعی برخی انواع استیل را افزایش دهد.
بنابراین اگر قرار است توری برای مدت طولانی در یک سیستم تجاری استفاده شود، بهتر است رفتار آن در همان محلول غذایی واقعی آزمایش شود.
این موضوع زمانی اهمیت بیشتری پیدا میکند که سیستم دارای کلراید بالا، دمای زیاد، pH نامناسب یا مواد ضدعفونیکننده خاص باشد.
چرا توری استیل جذاب است؟
مهمترین مزیت توری استیل این است که میتواند همزمان ویژگیهای مکانیکی و طراحی مناسبی را در اختیار سیستم قرار دهد.
استحکام مکانیکی بالا، امکان شستوشو، قابلیت ضدعفونی در شرایط مناسب، پایداری ابعادی و امکان ساخت آن در شکلهای مختلف، از جمله مزایای مهم آن هستند.
میتوان از آن برای ساخت:
صفحه، سبد، استوانه، گلدان، کف نگهدارنده، قاب و محفظه ریشه
استفاده کرد.
در نتیجه، بهجای اینکه فقط بهعنوان یک «توری» به آن نگاه کنیم، بهتر است آن را یک جزء قابل طراحی در معماری سیستم هیدروپونیک بدانیم.
آیا توری استیل میتواند جایگزین راکوول و کوکوپیت شود؟
پاسخ به این سؤال همیشه مثبت نیست.
راکوول، کوکوپیت و سایر بسترهای کشت علاوه بر نگهداری گیاه، وظیفه ذخیره و توزیع آب و ایجاد محیط مناسب برای ریشه را نیز بر عهده دارند.
توری استیل عمدتاً نقش ساختاری و مکانیکی دارد.
بنابراین در برخی سیستمها میتوان از ترکیب:
توری + محلول غذایی
استفاده کرد، اما در برخی طراحیها ترکیب:
توری + بستر کشت + محلول غذایی
منطقیتر خواهد بود.
انتخاب بین این روشها به نوع گیاه و معماری سیستم بستگی دارد.
یک طراحی ساده برای استفاده از توری در هیدروپونیک
یکی از سادهترین طراحیها، نصب یک صفحه توری روی مخزن یا کانال است.
گیاه روی توری قرار میگیرد، ریشهها از منافذ عبور میکنند و در زیر توری با محلول غذایی ارتباط پیدا میکنند.
در سیستم بازچرخشی نیز میتوان محلول را با کمک پمپ از مخزن به ناحیه ریشه رساند و پس از عبور از کنار ریشه، دوباره به مخزن بازگرداند.
نکته مهم در چنین طراحیای این است که توری باید قابل خارج کردن و شستوشو باشد. یک سیستم خوب فقط سیستمی نیست که گیاه در آن رشد کند؛ باید بتوان آن را تمیز، ضدعفونی و برای دوره بعد آماده کرد.
برای چه گیاهانی مناسبتر است؟
استفاده از توری برای گیاهان کوچک، سبزیهای برگی، میکروگرینها، نشاها و مطالعات ریشه بسیار جذاب است.
برای گیاهانی مانند:
کاهو، ریحان، سبزیهای برگی، میکروگرینها و برخی گیاهان آزمایشگاهی
میتوان طراحیهای سادهتری انجام داد.
در مورد گیاهان بزرگتر مانند گوجهفرنگی، خیار و فلفل، موضوع وزن بخش هوایی، حجم ریشه و نیاز به نگهدارنده گیاه اهمیت بیشتری پیدا میکند.
در این شرایط توری میتواند یکی از اجزای سیستم باشد، اما معمولاً نباید انتظار داشت بهتنهایی تمام وظیفه نگهداری گیاه را بر عهده بگیرد.
جمعبندی
بررسی مطالعات انجامشده در آمریکا، بریتانیا، آلمان، سوئیس و ژاپن نشان میدهد که توری و مش استیل میتوانند ابزارهای بسیار انعطافپذیری در طراحی سیستمهای هیدروپونیک باشند.
کاربرد آنها از یک نگهدارنده ساده برای گیاه شروع میشود و تا ساخت سبد ریشه، مدیریت معماری ریشه، جداسازی ریشه از خاک، فیلتراسیون محلول و حتی کاربردهای پیشرفته الکتریکی ادامه پیدا میکند.
مهمترین مزیت این فناوری، امکان کنترل بهتر رابطه بین گیاه، ریشه، بستر و محلول غذایی است.
با این حال، انتخاب توری مناسب نیازمند توجه به چند عامل اساسی است: اندازه منافذ، قطر سیم، گرید استیل، مقاومت در برابر خوردگی، ترکیب محلول غذایی، وزن گیاه، نوع ریشه و قابلیت شستوشو.
به بیان ساده، قرار نیست توری استیل همیشه جایگزین بسترهای سنتی هیدروپونیک شود. ارزش واقعی آن زمانی مشخص میشود که از آن بهعنوان یک جزء مهندسیشده برای طراحی بهتر سیستم و مدیریت ریشه استفاده کنیم.
و شاید همین نگاه، مهمترین نکتهای باشد که میتوان از مجموعه تحقیقات انجامشده در کشورهای مختلف گرفت:
در هیدروپونیک، توری فقط چیزی نیست که گیاه روی آن قرار میگیرد؛ میتواند ابزاری برای طراحی و کنترل محیط ریشه باشد.
