Υδροπονία ακριβείας – Αυτοματισμός, Έλεγχος και Υψηλή Απόδοση

Υδροπονία είναι η μέθοδος καλλιέργειας των φυτών εκτός εδάφους (χωρίς χώμα). Αντί να χρησιμοποιεί ο παραγωγός την παραδοσιακή καλλιέργεια με βάση το χώμα, χρησιμοποιεί διάφορες τεχνικές, όπως NFT (καλλιέργεια σε λεπτό στρώμα θρεπτικού διαλύματος), DWC (υδροπονικό σύστημα ανακύκλωσης νερού), στάγδην άρδευση, αεροπονία, σύστημα με τη μέθοδο του φιτιλιού (wick)  και τη μέθοδο άμπτωτης και πλημμυρίδας (ebb and flow) 

Ο όρος υδροπονία δηλώνει την καλλιέργεια φυτών χωρίς χώμα. Οι δυνατότητες αυτής της τεχνικής έχουν συγκετρώσει το ενδιαφέρον πολλών τα τελευταία χρόνια. Στην υδροπονία, συγκεντρώνεται τα αποτελέσματα πολλών τεχνινκών που χρησιμοποιούνται εδώ και καιρό από τους επιστήμονες. Τα φυτά καλλιεργούνται με τις ρίζες τους βυθισμένες σε ένα υδατικό διάλυμα που περιέχει τα απαραίτητα θρεπτικά στοιχεία ή φυτελυονται σε ένα κατάλληλο υπόστρωμα που διατηρείται υγρό μέσω του υδατικού διαλύματος. Η υδροπονική καλλιέργεια πλέον εφαρμόζεται σε μεγαλύτερη κλίμακα. 

Η αυτοματοποίηση και η απομακρυσμένη παρακολούθηση μειώνουν την παρέμβαση του  ανθρώπου, βελτιώνοντας την ανάπτυξη και απόδοση της καλλιέργειας. Χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι αισθητήρων για τη μέτρηση παραμέτρων όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, η ένταση του φωτός, τα επίπεδα CO₂, το pH και οι συγκεντρώσεις θρεπτικών ουσιών στο διάλυμα. 

Ποιες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται στην υδροπονία ακριβείας;

1. Καταγραφείς δεδομένων (Data Loggers): Οι καταγραφείς δεδομένων χρησιμοποιούνται για την καταγραφή και την αποθήκευση των δεδομένων που συλλέγονται από τους αισθητήρες με την πάροδο του χρόνου. Μπορούν να συνδεθούν με πολλούς αισθητήρες και είναι χρήσιμοι στην παρακολούθηση των περιβαλλοντικών αλλαγών.
2. Αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου (Automated Control Systems): Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν τα δεδομένα που συλλέγουν οι αισθητήρες και οι καταγραφείς δεδομένων για τον αυτόματο έλεγχο των περιβαλλοντικών παραγόντων. Μπορούν να ρυθμίζουν παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και η ένταση του φωτός με βάση προκαθορισμένα σημεία ρύθμισης (όρια) ή παραμέτρους που καθορίζονται από τον χρήστη.
3. Ελεγκτές κλίματος (Climate Controllers): Οι ελεγκτές κλίματος είναι εξειδικευμένα συστήματα που ενσωματώνουν αισθητήρες, καταγραφείς δεδομένων και αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου. Επιτρέπουν τον ολοκληρωμένο έλεγχο πολλαπλών περιβαλλοντικών παραγόντων ταυτόχρονα.
4. Συστήματα HVAC (HVAC Systems): Τα συστήματα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού (HVAC) είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση των επιθυμητών επιπέδων θερμοκρασίας και υγρασίας στην υδροπονική εγκατάσταση. Μπορούν να είναι αυτοματοποιημένα ή να ελέγχονται από τον άνθρωπο (χειροκίνητα).
5. Συστήματα ελέγχου φωτισμού (Light Control Systems): Στις υδροπονικές εγκαταστάσεις, τα συστήματα ελέγχου φωτισμού χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση του τεχνητού φωτισμού. Έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζουν την ένταση και τη διάρκεια του φωτός ώστε οι συνθήκες εντός τιης υδροπονικής καλλιέργειας να προσομοιάζουν αυτές του φυσικού φωτός.
6. Συστήματα έγχυσης CO₂ (CO₂ Injection Systems): Το διοξέιδιο του άνθρακα είναι απαραίτητο για τη φωτοσύνθεση και τα συστήματα έγχυσης CO₂ χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση των βέλτιστων επιπέδων του αερίου στο περιβάλλον της καλλιέργειας.
7. Λογισμικό παρακολούθησης του  περιβάλλοντος (Environmental Monitoring Software): Αυτό το λογισμικό συλλέγει και αναλύει δεδομένα από διάφορους αισθητήρες και συσκευές, δίνοντας στους παραγωγούς πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για την απόδοση της υδροπονικής καλλιέργειας. Μπορεί επίσης να στέλνει ειδοποιήσεις όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες αποκλίνουν από το επιθυμητό εύρος.
8. Συστήματα απομακρυσμένης παρακολούθησης και ελέγχου (Remote Monitoring and Control Systems): Αυτά τα συστήματα επιτρέπουν στους παραγωγούς να παρακολουθούν και να ελέγχουν εξ αποστάσεως την υδροπονική τους εγκατάσταση χρησιμοποιώντας smartphones, tablet ή υπολογιστές. Αυτό προσφέρει ευελιξία και ευκολία στη διαχείριση του υδροπονικού συστήματος.
9. Εργαλεία παρακολούθησης της ποιότητας του νερού (Water Quality Monitoring Tools): Εργαλεία παρακολούθησης, όπως μετρητές pH, μετρητές ηλεκτρικής αγωγιμότητας (EC) και αισθητήρες στάθμης θρεπτικών ουσιών, βοηθούν να διασφαλιστεί ότι η σύνθεση του θρεπτικού διαλύματος είναι κατάλληλη για την ανάπτυξη των φυτών.
10. Υγραντήρες και αφυγραντήρες (Humidifiers and Dehumidifiers): Οι υγραντήρες αυξάνουν τα επίπεδα υγρασίας, ενώ οι αφυγραντήρες μειώνουν την υπερβολική υγρασία στο περιβάλλοντης υδροπονικής καλλιέργειας. Χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση των βέλτιστων επιπέδων υγρασίας για την ανάπτυξη των φυτών.
11. Αισθητήρες φωτός και χρονοδιακόπτες (Light Sensors and Timers): Οι αισθητήρες φωτός μπορούν να ανιχνεύσουν τα επίπεδα φυσικού φωτισμού, ενώ οι χρονοδιακόπτες ελέγχουν τη διάρκεια του τεχνητού φωτισμού στην υδροπονική καλλιέργεια

Οι παραγωγοί που διαθέτου υδροπονικές καλλιέργειες μπορούν να επιτύχουν ακριβή έλεγχο των περιβαλλοντικών συνθηκών/παραμέτρων με την ενσωμάτωση αυτών των εργαλείων.

Η χρήση και η εφαρμογή της τεχνολογίας στη διαμόρφωση και την παροχή θρεπτικών διαλυμάτων στην υδροπονική καλλιέργεια (υδροπονία ακριβείας) μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια, την αποδοτικότητα και την αποτελεσματικότητα της διαχείρισης των θρεπτικών στοιχείων.  

Ένας βήμα προς βήμα οδηγός για την υδροπονία ακριβείας:

Αυτοματοποιημένα συστήματα ανάμιξης θρεπτικών συστατικών:

• Χρησιμοποιήστε αυτοματοποιημένα συστήματα ανάμειξης θρεπτικών συστατικών που μπορούν να μετρήσουν και να αναμείξουν με ακρίβεια τα υδατοδιαλυτά λιπάσματα και άλλα θρεπτικά συστατικά. Αυτά τα συστήματα μπορούν να ελέγχονται μέσω ενός κεντρικού υπολογιστή ή μιας εφαρμογής διαθέσιμης σε κινητά, επιτρέποντας την ακριβή σύνθεση θρεπτικών ουσιών.

Αισθητήρες παρακολούθησης θρεπτικών ουσιών:

• Μπορείτε να βάλετε αισθητήρες παρακολούθησης θρεπτικών στοιχείων στο υδροπονικό σύστημα για να μετράτε το pH και τα επίπεδα θρεπτικών του διαλύματος σε πραγματικό χρόνο. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να συνδεθούν με καταγραφείς δεδομένων και συστήματα ελέγχου για να εξασφαλίσουν τη  συνεχή παρακολούθηση και τη συλλογή δεδομένων.

Συστήματα ρύθμισης του pH:

• Χρησιμοποιήστε αυτοματοποιημένα συστήματα ρύθμισης του pH που μπορούν να παρακολουθούν το επίπεδο pH του θρεπτικού διαλύματος και να το ρυθμίζουν αυτόματα χρησιμοποιώντας όξινα ή αλκαλικά διαλύματα. Αυτό θα διασφαλίσει ότι το θρεπτικό διάλυμα διατηρεί το βέλτιστο εύρος pH για να βοηθήσεις στην βάλτιστη απορρόφηση των θρεπτικών από τα φυτά. 

Συστήματα έγχυσης θρεπτικών ουσιών:

• Εγκαταστείστε συστήματα έγχυσης θρεπτικών ουσιών που μπορούν να παρέχουν ακριβείς ποσότητες θρεπτικών ουσιών απευθείας στη ριζική ζώνη των φυτών. Τα συστήματα αυτά μπορούν να αυτοματοποιηθούν με βάση τα στάδια ανάπτυξης των φυτών ή να ελέγχονται χειροκίνητα με τη βοήθεια αισθητήρων και με χρονοδιακόπτες.

Αντλίες και ελεγκτές δοσομέτρησης:

• Τοποθετήστε αντλίες δοσομέτρησης και ελεγκτές για την παροχή του θρεπτικού διαλύματος σε διαφορετικές υδροπονικές μονάδες ή κανάλια με ακριβείς ρυθμούς ροής και διάρκεια. Αυτό εξασφαλίζει την ομοιόμορφη κατανομή των θρεπτικών στοιχείων σε όλα τα φυτά

Ενσωμάτωση του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT):

• Εφαρμόστε λύσεις βασισμένες στο IoT για να επιτρέψετε την απομακρυσμένη παρακολούθηση και τον έλεγχο των διαδικασιών που αφορούν τη θρέψη των φυτών. Αυτό προσφέρει στους παραγωγούς την δυνατότητα να ρυθμίζουν και να παρακολουθούν τα επίπεδα θρεπτικών ουσιών, από οπουδήποτε, χρησιμοποιώντας ένα smartphone ή έναν υπολογιστή.

Λογισμικό που παρέχει λύσεις για τη θρέψη:

• Αξιοποιείστε ένα εξειδικευμένο λογισμικό για να υπολογίσετε και να καθορίσετε τη βέλτιστη σύνθεση του θρεπτικού διαλύματος με βάση τον τύπο της καλλιέργειας, το στάδιο ανάπτυξης και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Το λογισμικό αυτό μπορεί να σας βοηθήσει στην παρακολούθηση της χρήσης θρεπτικών στοιχείων και στην ανάλυση της απόδοσης των φυτών.

Αυτοματοποίηση της διαδικασίας παροχής θρεπτικών ουσιών:

• Αυτοματοποιήστε την παροχή θρεπτικών διαλυμάτων σε μια υδροπονική καλλιέργεια με βάση  τα προκαθορισμένα χρονοδιαγράμματα ή (και) τις ενδείξεις αισθητήρων. Αυτό θα διασφαλίσει ότι τα φυτά λαμβάνουν τα απαιτούμενα θρεπτικά συστατικά τη σωστή στιγμή.

Ανάλυση και βελτιστοποίηση δεδομένων:

• Αναλύστε τα δεδομένα που συλλέγονται από τους αισθητήρες παρακολούθησης θρεπτικών ουσιών, τους περιβαλλοντικούς αισθητήρες και την απόδοση των φυτών για να βελτιστοποιήσετε τις συνθέσεις και τις τεχνικές παροχής θρεπτικών ουσιών. Οι γνώσεις που βασίζονται σε δεδομένα μπορούν να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματική χρήση πόρων και κατ’επέκταση στην καλύτερη υγεία της καλλιέργειας.

Απομακρυσμένη υποστήριξη και αντιμετώπιση προβλημάτων:

• Αξιοποιήστε τις υπηρεσίες απομακρυσμένης υποστήριξης και αντιμετώπισης προβλημάτων που προσφέρυον οι πάροχοι τεχνολογίας για την άμεση αντιμετώπιση τεχνικών ζητημάτων και τη διασφάλιση της ομαλής λειτουργίας των συστημάτων παροχής θρεπτικών ουσιών.

Πηγές :

• Tao, L. Zhao, G. Wang, and R. Liang, “Review of the internet of things communication technologies in smart agriculture and challenges,” Computers and Electronics in Agriculture, vol. 189, article 106352, 2021.
• Qazi, B. A. Khawaja, and Q. U. Farooq, “IoT-equipped and AI-enabled next generation smart agriculture: a critical review, current challenges and future trends,” IEEE Access, vol. 10, pp. 21219–21235, 2022.
• Das, J. Sahoo, M. B. Raza, M. Barman, and R. Das, “Ongoing soil potassium depletion under intensive cropping in India and probable mitigation strategies. A review,” Agronomy for Sustainable Development, vol. 42, no. 1, pp. 1–26, 2022.
• DIGITAL AGRICULTURE 2 – e-Book June 2023 – Marco Brini 33 MARCO BRINI linkedin.com/in/marcobrini/
• Sharma, M. Georgi, M. Tregubenko, A. Tselykh, and A. Tselykh, “Enabling smart agriculture by implementing artificial intelligence and embedded sensing,” Computers & Industrial Engineering, vol. 165, article 107936, 2022.
• Adidrana, A. R. Iskandar, A. Nurhayati et al., “Simultaneous hydroponic nutrient control automation system based on Internet of Things,” JOIV: International Journal on Informatics Visualization, vol. 6, no. 1, pp. 124–129, 2022.
• G. Rezk, E. E.-D. Hemdan, A.-F. Attia, A. El-Sayed, and M. A. El-Rashidy, “An efficient IoT based smart farming system using machine learning algorithms,” Multimedia Tools and Applications, vol. 80, no. 1, pp. 773–797, 2021.
• Manikandan, S. Prabhu, P. Chakraborty, T. Manthra, and M. Kumaravel, “IoT-Based Smart Irrigation and Monitoring System in Smart Agriculture,” Futuristic Communication and Network Technologies, Springer, Singapore, pp. 45–56, 2022.