1. الاتجاهات الحديثة فى الزراعة بدون تربة فى مجال محاصيل الخضر
Modern strategies of soilless culture in vegetable crops
د.عادل عبد العزيز محمد
مدرس بساتين الخضر – كلية الزراعه – جامعة الأزهر بالقاهره
بحث مرجعى
إستيفاء لمتطلبات الحصول على درجة (أستاذ مساعد)
بساتين خضر - كلية الزراعه - جامعة الأزرهر بالقاهره
2010 م

2. مــقـدمــه
إن الوعى المتزايد بين الناس والخاص بالبيئه والنظام البيئى بشكل عام جعل الزراعه بدون تربه هى أمثل طريقه للحد من التدهور الذى تُحدثه التكنولوجيا للموارد الطبيعيه . إن هذه التقنيه لا تحتاج للتربه ويلزمها القليل من المياه وتحتاج لمساحات صغيره وتكون خاليه من الأمراض الآفات ، وهى ذات انتاجيه عاليه من الغذاء ، وتلعب هذه التقنيه دوراً حيوياً فى تنمية المناطق التى يوجد فيها المياه بندره كبيره وتكون فيها الاراضى الصالحه للزراعه شحيحه بالإضافه للمخاوف البيئيه من عدم القدره على السيطره على التلوث بالإضافه لجودة المياه الجوفيه ومشكلة الأمن الغذائى
و تجرى حالياً أبحاث على استخدام مياه الصرف الصحى المعالج فى الزراعه بدون تربه وذلك لإنتاج بعض محاصيل الخضر و نباتات الزينه فقد قام ( Adamsson , 2000 ) بزراعة الطماطم فى نظام زراعه مائيه مستخدماً فيه محلول مغذى فيه بول بشرى بتركيز 0.5% مع إضافة بعض المخصبات الاخرى له
وحديثاً فإن هذه التقنيه تعتبر المفتاح لتطوير سبل الزراعه التقليديه فى الصوبات الزراعيه والتى يتم فيها الزراعه فى التربه مباشرة ، فهى تستغنى عن الكثير من المعاملات التى كانت تتم فى هذه الطرق مثل تعقيم التربه او إضافة الأسمده العضويه لها قبل الزراعه وغسلها من الاملاح وحرثها وتخطيطها (Ho , 2004)

3. انتاج الخضراوات فى الفضاء وتجارب وكاله ناسا
( الرؤية المستقبلية فى الانتاج المكثف للزراعة اللاارضية )
( المصدر محرك البحث الخاص بالصور على موقع Google )

4. تعريف الزراعه بدون تربه
يُعنى بالزراعه بدون تربه soilless culture انتاج النباتات باى طريقه غير زراعتها فى التربه الزراعيه، علما بان مفهوم التربه الزراعيه يتضمن الاراضى المعدنيه التى بها نسبه ولو قليله من السلت او الطين و الارض العضويه ايا كانت نسبه الدبال بها.
وعلى ذلك فإن الزراعه بدون تربه تتضمن الانتاج فى كافة اوساط الزراعه التى لا تكون التربه إحدى مكوناتها، ويدخل ضمن ذلك مزارع الرمل الخالص والحصى والبيت و الفيرميكيوليت و البرليت والمخاليط وجميع اوساط الزراعه الصلبه الاخرى كبالات القش والصوف الصخرى وغيرها (Raviv and Lieth, 2008). وكذلك المزارع التى لا يوجد فيها وسط صلب لنمو الجذور و المسماه بالمزارع المائيه Hydroponics وجميع هذه المزارع تسقى دائما بالمحاليل المغذيه المجهزه صناعيا.
والجدير بالذكر ايضا ان مفهوم المزارع المائيه يمكن ان يتسع ليشمل ايضا المزارع الهوائيه Aeroponics حيث تبقى الجذور عالقه فى الهواء فى حيز مغلق ويرش المحلول المغذى على جذورها باستمرار.

5. المصدر كتاب الزراعة بدون تربة (Raviv & Lieth , 2008
نبذه تاريخيه:
على الرغم من معرفه المزارع المائيه منذ ما قبل التاريخ، حيث وجدت مرسومه على جدران المعابد المصريه القديمه فى الدير البحرى بالاقصر منذ حوالى 4000سنه (Naville, 1913) إلا انها لم تتطور وتستخدم لغرض إنتاج الغذاء على نطاق واسع إلا منذ الحرب العالميه الثانيه حينما كان من الضرورى إنتاج الخضروات الطازجه لمعسكرات الجيوش التى تقع فى مناطق لا تصلح التربه فيها للزراعه. ومنذ ذلك الحين اصبحت الزراعه المائيه علماً خاصاً بذاته (Jones, 1982) وكلمة الزراعه المائيه Hydroponics أشتقت بواسطة العالم (Gericke,1936) وذلك من كلمة (Hydro) ويعنى الماء ، وكلمة (ponos) ويعنى عمل أى "عمل الماء".
المصدر كتاب الزراعة بدون تربة (Raviv & Lieth , 2008

6. مزايا الزراعه بدون تربه:
1 - الكفاءه العاليه فى استخدام المياه
2 - الكفاءه العاليه فى استخدام الاسمده
3 - الكفاءه العاليه لإنتاجيه هذه النظم لإمكانيه عمل تكثيف رأسى فى بعض هذه النظم فيؤدى ذلك الى رفع الإنتاجيه
4 – تسنخدم لحل مشاكل التربه مثل ارتفاع مستوى الماء الارضى وإنتشار الأمراض والآفات
5 - عدم اللجوء لعملية التعقيم ومما يوفر نفقات إعداد وتجهيز التربه
6 - الكفاءه العاليه لهذه النظم فى انتاج المحاصيل فى اوقات ارتفاع أسعارها
7 - انتاج محاصيل خاليه من العناصر الثقيله
8 - إمكانيه الاستفاده منها فى المجال البحثى خاصة فى تجارب التغذيه ووظائف الجذور
9 - إستخدامها فى إكثار النباتات حيث تعتبر مزارع الانسجه طريقة إكثار بواسطة البيئات المغذيه.
10- منتجات الزراعه بدون تربه لها الرياده فى كثير من الصفات عن منتجات الحقل المكشوف
11 - بالزراعه المائيه فإنه لاحاجه لعمل دوره زراعيه
12 - الزراعه المائيه تعتبر حل جيد لتوفير الطعام الطازج لمحطات الفضاء

7. عيوب الزراعه بدون تربه:
1 - ضرورة توفير كافة مستلزمات النمو قبل الزراعه لضمان الحصول على إنتاج جيد.
2 - فى هذه النظم تتغير الـ pH بسرعه كبيره عن الزراعات التقليديه وذلك نتيجه امتصاص الجذور للعناصر المختلفه.
3 - يؤدىاى خلل فى النظام الى عواقب وخيمه لان كل شئ يتم بصوره آليه غالباً.
4 - عدم وجود اى كائنات دقيقه مضاده ومنافسه للكائنات الدقيقه المرضيه مثلما يوجد فى التربه العاديه.
5 - يمكن ان تتلوث المزارع المائيه المغلقه بسهوله بالكائنات المرضيه(Van Os,1999).
6 - التكلفه المرتفعه نسبيا للانتاج بهذه الطريقه(Johnson,1979) .

8. أقسام الزراعه بدون تربه:
كما اسلفنا فإن المزارع اللاأرضيه هى اى نظام يتبع لانتاج النباتات فى بيئه غير التربه مع ريها بالمحاليل المغذيه بدلاً من الماء العادى سواء استُعمِلت ماده صلبه ــ مثل (الرمل- الحصى – الفيرميكيوليت – البيت – الصوف الصخرى إلخ) وذلك لتوفير تدعيم للنباتات ــ ام لم تستعمل
وتقسم المزارع اللاأرضيه على حسب عدد مرات استخدام المحلول المغذى الى:-
النظم المفتوحه: open systems
النظم المغلقه: closed systems
كما تقسم الزراعه بدون تربه بطريقه اخرى الى الاقسام الثلاثه الآتيه:-
الزراعه المائيه Hydroponic
الزراعه الهوائيه Aeroponic
الزراعه باستخدام البيئات substrate culture

9. تغذية النباتات فى نظم الزراعه بدون تربه :
تعتمد تغذية النباتات فى الزراعه بدون تربه على المحاليل المغذيه والتى يجب ان يتوافر بها كل العناصر الغذائيه التى يحتاجها النبات وذلك بكميات مناسبه ومتوازنه مع بعضها البعض مع تناسب تركيز كل عنصر فى المحلول بالنسبه للنباتات المختلفه علاوه على تناسب تركيز المحلول نفسه ودرجة حموضة المحلول بحيث تناسب نوع النبات المزروع.
ماهية المحاليل المغذيه وكيفية تحضيرها:-
المحلول المغذى:-
هو المحلول الذى يحتوى على جميع العناصر الغذائيه الضروريه اللازمه لنمو النباتات و بنسب متوازنه مع بعضها البعض والذى يستخدم فى امداد النبات بحاجته من الماء والعناصر الغذائيه طوال فترة حياته.
لا يوجد ما محلول مغذى مثالى لكل النباتات او حتى بالنسبه للنبات الواحد
على القائمين بعمليه تغذية النباتات فى الزراعه بدون تربه وضع كل الظروف فى الاعتبار من اجل الوصول الى افضل محلول غذائى يناسب النبات المزروع
وتقترب اغلب المحاليل المغذيه فى تركيبها من محلول هوجلاند.

10. الشروط الواجب توافرها لعمل محلول مغذى
اولاً: خصائص الماء المستخدم:-
قليل الملوحه لايزيد الـ Ec عن 0.7 ملليموز/ سم.
ألا تزيد نسبة كلوريد الصوديوم به عن 50 جزء فى المليون
عدم عسر الماء
التركيز الكلى للاملاح بالمحلول المغذى :-
مصادر الاملاح فى المحاليل المغذيه هى : الاسمده المذابه والاملاح الماء المستعمل
يجب ألا يزيد التركيز الكلى للاملاح فى اغلب الاحوال عن 0.7 ضغط جوى.
يختلف تركيز المحلول تبعا لدرجة الحرارة السائدة
التوازن الايونى بين العناصر الغذائيه فى المحلول المغذى
مجموع نسب الأنيونات (النترات والفوسفات والكبريتات) = مجموع نسب الكاتيونات (البوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم) و هى الانيونات و الكاتيونات السته الرئيسيه فى المحلول المغذى

11. (Jones, 2005) المدى المناسب لتركيز مختلف العناصر فى المحاليل المغذيه
العنصر
المدى المناسب لتركيز العنصر(جزء فى المليون)
النيتروجين
الفوسفور
البوتاسيوم
الكالسيوم
الماغنسيوم
الكبريت
الصوديوم
الحديد
البورون
المنجنيز
الزنك
النحاس
الموليبدنم
50-100
2-10
0.5-5
0.5-1
(Jones, 2005)

12. العوامل المؤثره على اختيار التركيز المناسب للعناصر فى المحلول المغذى:-
1- الحراره وشدة الإضاءه :-
يمكن زيادة تركيز المحلول المغذى من 2-4 اضعاف فى الحرارة و الإضاءه المنخفضه. بينما يحب ان تكون التركيزات فى حدودها الموصى بها او نصفها فى الإضاءه القويه وذلك نظراً لزيادة النتح.
2- نوع المزرعه المائيه:-
حيث تتوقف التركيزات المناسبه لمعظم العناصر على نوع المزرعه المستخدمه.
3- نوع المحصول :-
فى المحاصيل الورقيه كالخس يزداد تركيز النيتروجين وذلك عن المحاصيل الثمريه مثل الطماطم والخيار .
4- مرحلة النمو:-
حيث تجهز المحاليل على حسب المرحله من نمو النبات ويكون الاختلاف بين هذه المحاليل فى تركيز العناصر السته الكبرى فقط.

13. أضرار نقص او زيادة تركيز العناصر بالمحلول المغذى:-
أعراض نقص بعض العناصر فى المزارع اللاأضيه :- 1- ظهور تشققات دائريه على جلد ثمار الطماطم عند الاكتاف وقد تكون هذه التشققات طوليه فى ثمار الفلفل وذلك نتيجة نقص عنصر البورون. 2- انشقاق ثمار الطماطم الناضجه فى الجو الحار بسبب نقص النحاس عن 0.5 جزء فى المليون.

14. أعراض زياده تركيز بعض العناصر فى المحلول المغذى
تؤدى زيادة النيتروجين النتراتى فى المراحل الاولى من نمو الطماطم الى وقف امتصاص عنصر البورون وموت القمه الناميه وقصر السيقان وتضخم الأزهار مع قلة او إنعدام تكون حبوب اللقاح
تؤدى زيادة عنصر الفوسفور الى ترسيب الحديد وظهور اعراض نقصه.
يؤثر البوتاسيوم والكالسيوم على بعضهما البعض ، حيث تؤدى زيادة الكالسيوم الى ظهور اعراض نقص البوتاسيوم والعكس.
زيادة الحديد تؤدى الى تلف الجذور و تقلل امتصاص المنجنيز وتعمل على ترسيب الفوسفور وعدم قدرة النبات على امتصاصه .
زيادة تركيز البورون عن 2 ppm يؤدى الى ظهور مناطق شفافه بانسجة الورقه تتحول الى اللون البنى.
زيادة تركيز النحاس لأكثر من واحد ppm يؤدى الى اصفرار ما بين عروق الاوراق مع تلون باقى انسجة الورقه باللون الاخضر الفاتح.

15. ولعلاج حالات زياده تركيز الاملاح
ولعلاج حالات زيادة تركيز الاملاح فإنه يلزم:
1- خفض التركيز
2- تحضير محلول جديد
3- غسل بيئة نمو الجذور بالماء العادى لعدة ايام.
4- تعالج زيادة تركيز البورون بإضافة سيليكات الصوديوم الى الماء المستخدم فى غسل بيئة نمو الجذور بمعدل 12جم / 450 لتر ماء.
5- تعالج زيادة تركيز عناصر الحديد والمنجنيز والزنك بمعاملة بيئة نمو الجذور بمحلول 10% حامض كبريتيك لمدة 24 ساعه.

16. ضبط pH المحلول المغذى
يتراوح الـpH المناسب للمحلول المغذى بين (5-7) وتتأثر الـ pH بدرجه كبيره بالتوازن بين ايونى النترات - No3 والامونيوم +NH4. ويفضل ان يكون النيتروجين الامونيومى فى حدود % من النيتروجين الكلى و يذكر ان:- زيادة الامونيوم يمكن ان تؤثر سلباً على عملية البناء الضوئى فى النبات ويؤثر الـpH على امتصاص العناصر الصغرى فيؤدى انخفاضه لاقل من 5 الى زيادة امتصاص بعض العناصر الدقيقه الى درجة السميه كما يؤدى ارتفاع الـpH عن 7.5 الى ترسيب الفوسفور والكالسيوم والماغنسيوم والحديد والمنجنيز وجعلهم فى صوره غير ميسره للنبات

17. هذا ويمكن تعديل الـ pH عن طريق:
بإضافة حمض الكبريتيك او بهيدروكسيد البوتاسيوم
ويمكن خفض الـ pH
بإضافة حمض النيتريك والارثوفوسفوريك

18. النقاط الواجب مراعاتها عند تحضير المحلول المغذى:-
استعمال الاسمده التجاريه العاديه كمصدر للعناصر مثل N, P,Kوذلك لرخص ثمنها
يجب ان تكون الاسمده سريعه وتامة الذوبان وعاليه فى محتواياتها من العناصر ولا تحتوى على عناصر سامه
يفضل استعمال مساحيق الاسمده عن الاسمده المحببه وذللك لصعوبة ذوبانها.
يمكن عند تحضير محلول مغذى من العناصر الكبرى (النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم والكبريت) استعمال مصادر تعطى اكثر من عنصر واحد مثل
نترات الكالسيوم كمصدر للكالسيوم كما انها توفر جزءاً من الازوت فى صورة نترات.

19. تتبع الخطوات التاليه عند وزن و اذابة الاملاح السماديه خاصهً فى المزارع المائيه المغلقه.
توزن الاملاح منفرده
يملأ خزان المحلول بالماء لحوالى90% من حجمه فقط.
ج- يذاب كل سماد منفرداً ثم يفرغ فى خزان المحلول مع التقليب المستمر ، ويكرر ذلك مع كل سماد.
ويستعمل ماء ساخن للاملاح الصعبة الذوبان.
د- تذاب العناصر الصغرى اولاً ثم العناصر الكبرى.

20. فى المزارع المائية المفتوحه فانه يتم تحضير ثلاثة محاليل سماديه مركزه
الاول للعناصر الكبرى (النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم)
الثانى الحديد فقط
الثالث للعناصر الصغرى (البورون والمنجنيز والزنك والنحاس والمليبدنم).
و ذلك لمنع ترسيب العناصر لان الاملاح السماديه تتفاعل مع بعضها بسرعه عند خلطها معاً وهى بتركيزات عاليه
تحقن المحاليل مباشرهً فى ماء الرى عند الاستعمال .

21. )البيتموس، سرس الارز، ألياف جوز الهند، قلف الاشجار، نشارة الخشب)
البيئات المستخدمه فى الزراعه بدون تربه :
الشروط الواجب توافرها فى بيئات الزراعه بدون تربه:-
1 - ان تكون للبيئه القدره على الاحتفاظ بالماء وسهولة تنظيفها وتعقيمها وتداولها
2 - ان تكون البيئه جيدة الصرف والتهويه وبطيئه التحلل
3 - ان تكون البيئه خاليه من الملوحه والمواد الضاره او السامه
4 - ان تقوم البيئه بتدعيم النباتات الناميه بها وتثبيتها بشكل جيد
انواع البيئات التى يمكن استخدامها فى الزراعه بدون تربه:-
البيئات العضويه
)البيتموس، سرس الارز، ألياف جوز الهند، قلف الاشجار، نشارة الخشب)
البيئات غير العضويه
(الرمل ، الفيرميكيوليت ،البيرليت الحجر الخفاف ، الصوف الصخرى ، كرات الفخار، الزيوليت ، خلطات البيئات)

22. بعض بيئات الزراعة بدون تربة
الصوف الصخرى ومكعباته
البيرليت
كرات الفخار

23. المزارع الرمليه
تعتبر المزارع الرمليه اكثر المزارع اللاأرضيه شيوعاً ، وهى من النظم المفتوحه التى لاتستعمل فيها المحاليل المغذيه سوى مره واحده. وفيها تنمو النباتات فى الرمل الخالص وتسقى بماء يحقن اثناء عملية الرى بالمحاليل المركزه ، ويكون الرى فيها بطريقة التنقيط ، وعموماً فالرمال المستعمله فى هذه الطريقه يجب ان تغسل جيداً من السلت والطين .
رسم تخطيطى لنموذج مزرعة رملية

24. - مزارع الحصى:- Gravel culture
حصى بحجم حبات البسله
رسم توضيحى لمزرعة حصى

25. الزراعه فى الصوف الصخرى
رسم تخطيطى لمزرعة صوف صخرى
تعتبر مزارع الصوف الصخرى من النظم المفتوحه التى لا يعاد فيها استعمال المحاليل ، وفيها تنمو الجذور فى بيئه صناعيه تشبه اللباد وتسقى بماء يحقن اثناء عملية الرى بالمحاليل المركزه ، ويكون الرى فيها بالتنقيط .
الزراعة فى مكعبات الصوف الصخرى
الزراعة فى الصوف الصخرى والتى تروى بالتنقيط

26. مزارع بالات القش
مزارع الاكياس

27. مزارع الاجوله
مزارع الاعمدة

28. الاعمده المطوره من خلال الزراعه فى قصارى الفوم

29. المزارع المائيه التى لا تستخدم فيها بيئات صلبه لتثبيت الجذور :
تنمو فيها الجذور فى المحاليل المغذيه مباشرةً ولا تستعمل فيها بيئات صلبه لدعم النباتات وتثبيت جذورها . وتلك هى المزارع المائيه الحقيقيه من بين جميع انواع المزارع الاأرضيه .
ويلزم لنجاح هذه النوعيه من المزارع المائيه تحقيق شرطان اساسيان هما:-
1- توفير الاكسجين الكافى لنمو الجذور حجب الضوء عن الجذور
ومن اهم مزايا المزارع المائيه ذات النظم المغلقه :-
انه يمكن التحكم التام فى بيئة الجذور من حيث محتواها من العناصر الغذائيه
يمكن التوفير فى تدفئة الصوب المحميه شتاءاً بخفض حرارة الصوبه مع رفع حرارة المحلول المغذى
توفير وسائل فريده لمكافحة الامراض كترشيح المحاليل المغذيه للتخلص من مسببات الامراض ، وتعقيم المحاليل المغذيه بالاشعه فوق البفسجيه او بالموجات الفوق صوتيه ، او إضافة المبيدات الجهازيه ، او استعمال الكائنات الحيه المخصصه للمكافحه البيولوجيه ، او إضافة مركبات تزيد مقاومة النباتات للامراض طبيعياً
يمكن التخلص من المركبات السامه التى تفرزها الجذور باضافة مسحوق الفحم النباتى المنشط للمحلول

30. مزارع الانابيب

31. الزراعة بنظام الـ NFT Nutrient Film Technique
رسم تخطيطى لتقنية الغشاء المغذى
الزراعة بنظام الـ NFT Nutrient Film Technique
فى قنوات مسطحة القاع

32. زراعه الخس تحت نظام
NFT

33. المزارع الهوائيه
يعتبر هذا النظام هو اكثر نظم الزراعه الاأرضيه تطوراً وهو مشابه للنظام المائى حيث يتم امداد النباتات بالمحلول المغذى فى جو هوائى رطب او باستخدام نظام الرذاذ.

34. نظام عنجيدى المطور للزراعه الهوائيه
المزارع الهوائيه هرميه الشكل
نظام عنجيدى المطور للزراعه الهوائيه
Aerohydroponics
الكثافة الشديده للجذور الناميه فى النظام الهوائى

35. زراعة نباتات الخضر مع الاسماك
فى هذا النظام من الزراعه المائيه لمحاصيل الخضر يتم الاستفاده من ماء صرف احواض تربية الاسماك والذى يكون غنياً فى محتواه من العناصر الغذائيه الناتجه من فضلات الاسماك ( خاصةً النيتروجين) ، وذلك فى بعض نظم الزراعه المائيه مثل النظام المائى العميق و الذى تتدلى فيه جذور النباتات داخل المحلول المغذى مباشرةً ، او ضخ مياه الصرف هذه لمراقد البيئات لرى النباتات بها ثم عودتها ثانيه الى احواض تربيه الاسماك .

36. بعض طرق الزراعه بدون تربه الغير تقليديه
التبييض فى الشيكوريا والاسبرجس :-
من المعروف انه من صفات الجوده فى نبات الشيكوريا والاسبرجس الحصول على رؤوس و مهاميز بيضاء ناصعه ، وذلك بحجب الضوء عن تلك الاجزاء المستهلكه من هذه النباتات بعد حصادها وهذا قد يؤثر على صفات جودتها.

37. نظام البنشات المتحركه:-
لقد اُنشئ هذا النظام فى المناطق التى تكون فيها تكاليف العماله مرتفعه والارض محدودة المساحه لذا فالزراعه المكثفه هى الحل الامثل لللاستفاده بكل المساحه المتاحه داخل الصوبه.
لذا تكون البنشات المزروع عليها النباتات متحركه على سيور يتم تحريكها بواسطة موتور حيث تستحضر أى حاويه من اى مكان فى الصوبه الى مكان محدد فى الصوبه حيث يتم التعامل مع النباتات بسهوله من حيث التقليم او الحصاد او التسميد والذى يكون عن طريق غمر الحاويات فى المحلول المغذى عن طريق اوناش ثم اعادتها الى اماكنها السابقه فى الصوبه.

38. ( الطرق المختلفة لاضافة المحاليل المغذية للنباتات فى نظم الزراعة بدون تربة )

39. شجره طماطم بها حوالى 6000 ثمره