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

درک چالش‌هایی 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 نمی‌توانند پاسخگوی نیازهای روزافزون در تأمین غذای بشر باشند. از این رو، اصلاح الگوی کشت و توجه به روش‌های نوین تولید محصولات کشاورزی با ایجاد امکان تولید بیشترین میزان محصول با بالاترین کیفیت و در هر شرایط آب و هوایی و اقلیمی، می‌تواند راهگشا باشد. در این میان، روش‌های کشت در محیط‌های کنترل‌شده و روش‌های کشت متراکم مانند هیدروپونیک با تکیه بر انرژی‌های 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 می‌دهد، 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 پنل‌های فتوولتائیک از نور خورشید دریافت می‌کند. واحد کشت دوار شامل استوانه کشت با محرک زنجیری، سینی‌های کشت، منبع نور داخلی، مخازن محلول غذایی همراه با پمپ، و الکتروموتور می‌باشد. گیاهان در محیط استوانه در داخل سینی‌های کشت در جهت رو به مرکز استوانه، جایی که نور مصنوعی (لامپ هایLED ) برای تأمین نور به گیاهان قرار داده شده است، رشد می‌کنند. دوران استوانه حول محور افقی به صورت پیوسته و با سرعت کم است که باعث می‌شود 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 ورودی‌های 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 می‌گیرد. واحد استحصال انرژی خورشیدی که متشکل از پنل‌های فتوولتائیک، دستگاه MPPT، اینورتر و باتری‌ها 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 ۵۱.۱۶ % از نیاز انرژی کل سامانه را در طول سال در اقلیم شهرستان کرج تأمین نماید. به منظور ارزیابی عملکرد سامانه، نشاءهای ۳۰ روزه کاهو در دو روش آبیاری On/Off (مبتنی بر محل حسگرهای سطح آب) و فازی (مبتنی بر کنترل فازی دور کودآبیاری) در داخل کیسه‌های کشت محتوی نسبت‌های مساوی پرلیت و کوکوپیت کاشته شدند. نتایج حاصل از این دو کشت که هریک ۳۳ روز به طول انجامید نشان داد که با استفاده از این سامانه تراکم کشت کاهو نسبت به روش مزرعه‌ای و گلخانه‌ای به طور متوسط ۱۲ و ۴ 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 ۷۴.۳۳ % انرژی کمتری استفاده شد. در مجموع، نتایج نشان داد که اولاً توسعه روش‌های کشت فشرده می‌تواند 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 مؤثر 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 نمی‌شود بلکه باعث بهبود فراوان این شاخص‌ها می‌گردد. لذا این راهبرد را می‌توان در سایر روش‌های کشت مزرعه‌ای و گلخانه‌ای نیز استفاده نمود.