کشت دوار با کنترل فازی هیدروپونیک

عنوان طرح:

طراحی، ساخت و ارزیابی سامانه کشت دوار با کنترل فازی هیدروپونیک کودآبیاری مبتنی بر برآوردهای تبخیر- تعرق و بهره گیری از انرژی خورشیدی

 

مجری طرح:

 دکتر رضا علیمردانی

  استاد گروه آموزشی مهندسی مکانیک ماشین های کشاورزی

 

 

درک چالش ­هایی که به لحاظ افزایش جمعیت و کاهش منابع آب، انرژی، خاک حاصلخیز و غیره ایجاد شده­ است این نکته را روشن ساخته که ساختارها و شرایط موجود نمی­ توانند پاسخگوی نیازهای روزافزون در تأمین غذای بشر باشند. از این رو، اصلاح الگوی کشت و توجه به روش ­های نوین تولید محصولات کشاورزی با ایجاد امکان تولید بیشترین میزان محصول با بالاترین کیفیت و در هر شرایط آب و هوایی و اقلیمی، می­ تواند راهگشا باشد. در این میان، روش ­های کشت در محیط‌های کنترل‌شده و روش ­های کشت متراکم مانند هیدروپونیک با تکیه بر انرژی­ های تجدیدپذیر جایگاه مهمی دارند. به منظور پاسخ به این مسائل، در این پژوهش یک سامانه کشت هیدروپونیک دوار با نام اختصاری SARCS طراحی و ساخته شد که کار کشت را در محیط بسته و با بیشینه استفاده از فضا صورت می ­دهد، که مجهز به سامانه کنترل فازی دور کودآبیاری برای انجام آبیاری بر اساس تشخیص نیاز آبی گیاهان است، و انرژی مورد نیاز خود را از طریق پنل ­های فتوولتائیک از نور خورشید دریافت می ­کند. واحد کشت دوار شامل استوانه کشت با محرک زنجیری، سینی­ های کشت، منبع نور داخلی، مخازن محلول غذایی همراه با پمپ، و الکتروموتور می ­باشد. گیاهان در محیط استوانه در داخل سینی­ های کشت در جهت رو به مرکز استوانه، جایی که نور مصنوعی (لامپ­ هایLED) برای تأمین نور به گیاهان قرار داده شده­ است، رشد می­ کنند. دوران استوانه­ حول محور افقی به صورت پیوسته و با سرعت کم است که باعث می­ شود واحدهای کشت به ترتیب به مخزن زیرین استوانه (مخزن ثانویه) که مجهز به حسگر سطح آب است وارد شده و آب و غذای لازم را دریافت نمایند. کنترل دور کودآبیاری با برآورد تبخیر و تعرق گیاه به کمک منطق فازی و با ورودی­ های دما، رطوبت نسبی و نور صورت گرفت. مقادیر تبخیر و تعرق برآورد شده آنی با هم جمع شده تا حدی از تبخیر و تعرق تجمعی حاصل آید که بر اساس آن رطوبت بستر ریشه به حدی کمتر از آب سهل الوصول گیاه برسد. در این زمان دستور آبیاری (پمپاژ آب از یک مخزن اولیه به مخزن ثانویه تا ارتفاع لازم) صورت می­ گیرد. واحد استحصال انرژی خورشیدی که متشکل از پنل­ های فتوولتائیک، دستگاهMPPT، اینورتر و باتری ­ها است وظیفه تأمین انرژی سامانه را بر عهده دارد. نتایج حاصل از طراحی سامانه خورشیدی نشان داد که این واحد قادر است به طور متوسط 51.16 % از نیاز انرژی کل سامانه را در طول سال در اقلیم شهرستان کرج تأمین نماید. به منظور ارزیابی عملکرد سامانه، نشاءهای 30 روزه کاهو در دو روش آبیاری On/Off (مبتنی بر محل حسگرهای سطح آب) و فازی (مبتنی بر کنترل فازی دور کودآبیاری) در داخل کیسه­ های کشت محتوی نسبت­ های مساوی پرلیت و کوکوپیت کاشته شدند. نتایج حاصل از این دو کشت که هریک 33 روز به طول انجامید نشان داد که با استفاده از این سامانه تراکم کشت کاهو نسبت به روش مزرعه ­ای و گلخانه­ ای به طور متوسط 12 و 4 برابر بیشتر است. نتایج حاصل از بررسی میزان مصرف انرژی نشان داد که در کشت فازی نسبت به کشت On/Off برای تولید هر کیلوگرم محصول قابل مصرف 74.33 % انرژی کمتری استفاده شد. در مجموع، نتایج نشان داد که اولاً توسعه روش­ های کشت فشرده می­ تواند در تولید پایدار محصولات کشاورزی و امنیت غذایی نقش مهمی ایفا کند. همچنین، استفاده از انرژی خورشیدی برای انجام عملیات کشاورزی در صرفه­ جویی منابع انرژی فسیلی و کاهش آلودگی هوا بسیار موثر است. در نهایت، آبیاری هدفمند و مبتنی بر نیاز گیاه که کاهش قابل ملاحظه مصرف آب را به همراه دارد نه تنها باعث افت کیفیت محصول تولیدی نمی ­شود بلکه باعث بهبود فراوان این شاخص­ ها می ­گردد. لذا این راهبرد را می­ توان در سایر روش ­های کشت مزرعه ­ای و گلخانه ­ای نیز استفاده نمود. 

 

این طرح با حمایت صندوق حمایت از پژوهشگران نهاد ریاست جمهوری انجام شده است.