کارخانه ی گیاهی (plant factory)، عبارت است از یک نوع سیستم کشاورزی در محیط بسته که به کشاورز و تولیدکننده اجازه می دهد در تمام طول سال محصول تولید کنند. این محیط با کنترل مصنوعی نور، دما، رطوبت و میزان غلظت دی اکسید کربن کار می کند.

به گزارش زیست آنلاین، دما و رطوبت در این سیستم با دقت کنترل می­شود بنابراین اثرات زیانبار آب و هوایی به طور کامل محدود می­ شوند، بنابراین گونه های مختلف گیاهی که به طور طبیعی در اقلیم هایی با شرایط سخت رشد می­کنند با تامین منبع نوری مصنوعی و آب, قابل کشت خواهند بود. به عبارت ساده تر در کارخانه ی گیاهی، محصولات با کیفیت یکسان تولید می شوند و هم چنین در طی سال ضمانت برداشت وجود دارد که منجر به ثابت ماندن قیمت ها می­شود.

این ویژگی های کارخانه ی گیاهی کاملا مشابه بخش های مختلف یک کارخانه ی صنعتی است. بر اساس این نظریه در این نوع کشت در صورت رعایت کنترل بهداشتی، میکروب ها و آفات در تنگنا قرار می­گیرند، بنابراین نیاز به استفاده از آفت کش ها در این سیستم به صفر می­رسد.

زمانی که خاک یا آب یا سایر  بسترهای کشت غیر خاکی (مثل پیت یا الیاف نارگیل) جایگزین خاک باشند، تعداد میکروب ها به ۰.۱ درصد میکروب هایی که در کشت با روش سنتی وجود خواهد داشت کاهش میابد، این میزان برای تولید پایدار و سالم میوه جات و سبزیجاتی که مصرف تازه خوری دارند کافی است تا این محصولات با خیال راحت مورد استفاده قرار گیرند.

بیشتر بخوانید: کنترل و صرفه جویی مصرف آب کشاورزی برای حل بحران خشکسالی مزایای کارخانه گیاهیکارخانه های گیاهی مزایای زیادی نسبت به کشاورزی سنتی و گلخانه ای دارند. یکی از ملموس ترین این مزایا این است که کشت در ابعاد وسیع تر(سه بعدی) انجام می­گردد. گیاهان به جای کاشت در زمین در قفسه های چند طبقه درون باکس کشت قرار می­گیرند. نور مصنوعی دقیقا بالای تاج گیاه نصب شده و مواد مغذی به طور مستقیم با ریشه در ارتباط اند و از این طریق تغذیه می­شوند.

به علاوه از آنجایی که در کارخانه های گیاهی کنترل شرایط زیست محیطی بسیار بیشتر و دقیق تر از گلخانه است، منابع رشد گیاه با کارایی بیشتری مورد استفاده قرار می­گیرند مثلا آب اضافه در یک گلخانه ی معمولی یا زمین زراعی جاری شده و خشک و  تبخیر می­گردد، اما در کارخانه ی گیاهی آب جمع شده در نهایت در تصفیه ی هوا به دام می افتد و مجددا برای گیاه مورد استفاده قرار می­گیرد.

بنابراین مقدار آب مورد نیاز برای آبیاری تنها دو درصد چیزی است که در کشاورزی در محیط باز (مزرعه) مصرف می­شود. واریته های کاهویی که نواحی گرمسیری مناسب رشدشان نیست گزینه ی خوبی برای کشت در کارخانه های گیاهی هستند.

بیشتر بخوانید: استفاده از آفت‌کش‌ جلوی صادرات محصولات کشاورزی خاورمیانه به اروپا را می‌گیرد معایب و ایرادهاعلی رغم مزایای این نوع کارخانه ها، کارخانه های تولید گیاه در تایوان به کندی گسترش یافته و به صورت پراکنده در مقیاس های کوچک بنا شده اند شاید یکی از دلایل این امر، بالا بودن هزینه های خریداری تجهیزات اولیه می­باشد. ممکن است این هزینه بالا باشد اما میزان عملکرد و برداشت در نهایت ۳۰ تا ۴۰ برابر بیشتر از گلخانه خواهد بود

نگرانی دیگری که در مورد کارخانه های گیاهی وجود دارد مصرف بالای انرژی، تکنولوژی کشت ناکافی، و طیف  محدود گیاهان آزمایش شده با این روش نسبت به روش سنتی است. اما با استفاده از لامپ های کم مصرف مخصوص رشد گیاه می توان هزینه های جانبی را به حداقل رساند. کاربرد انرژی های تجدید­پذیر یا انرژی های سبز در این کارخانه ها منجر به دوستانه تر شدن ارتباط این تکنولوژی با طبیعت می­گردد.

ژاپن، چین و  کره ی جنوبی دیگر کشورهای پیشرو در این تکنولوژی هستند، در این کشورها دولت به طور کامل از این طرح ها حمایت میکند، چون منجر به تولید خارج از فصل می­گردد که در شرایط اقلیمی قابل پرورش نیستند. البته تاکید روی کاهو و سبزیجات برگی است که در انواع سالاد مورد استفاده قرار می­گیرند. در مناطقی که اقلیم بسیار گرم باشد پلنت فکتوری ها آپشن مناسبی هستند.

برای بیشتر انسان ها غذایی که در کارخانه تولید می­شود به معنی غذای فنآوری شده است مثل غذاهای کنسروی و بسته بندی شده. اگرچه تکنولوژی کارخانه ی گیاهی فرآیند تولید میوه و سبزیجات تازه در شرایط صنعتی است. دکتر fang wei پروفسور دانشگاه بین المللی تایدن کارخانه ی گیاهی را شرایط محیطی بسته ای تعریف می­کند که تمامی فاکتورهای مورد نیاز برای رشد گیاه (نور، دی اکسید کربن، آب و مواد مغذی) در آن فراهم باشد و به صورت مصنوعی تحت کنترل قرار گیرد. امکان تغییر صفات کیفی گیاه مثل رنگ، میزان مواد مغذی و ماندگاری گیاه) و رشد بهینه کلید کارایی اقتصادی کارخانه های گیاهی هستند. محققان در رابطه با این موضوع دو جنبه را مد نظر قرار می­دهند. اول افزایش کارایی رشد و عملکرد بالاتر و در عین حال بهبود کیفیت گیاه به طور مثال رنگ (سطح کلروفیل یا آنتوسیانین)، بافت(نرمی یا سفتی)، مقادیر بالای فلاونوئید یا سطح نیترات.

نور مخصوص رشد گیاه چیست؟به نقل از ایران اگرولایت، نور مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) عبارت از يك منبع نور مصنوعي بويژه منبع نور الكتريكي است كه باعث تحريك رشد اپتيمم گياهان از طريق ساطع كردن طيف الكترومغناطيس مطلوب براي فتوسنتز مي شود. روشنایی مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه)  در مكان هايی بكار گرفته مي شود كه نور طبيعي وجود ندارد و يا نيازمند تدارك نور مكمل مانند لامپ LED برای گیاهان باشند. بعنوان مثال: در ماه های زمستان زمانيكه ممكن است نور كافي در ساعات متمادي از روز براي رشد بهينه گياهان فراهم نباشد آنگاه نور مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) براي افزايش زمان دسترسي گياهان به نور استفاده مي گردد.

نور مخصوص رشد گیاه (لامپ رشد گیاه) تلاش مي كند تا طيفي از نور را مشابه تشعشع خورشيد فراهم سازد و يا طيفي از نور كه كليه نيازهاي گياهان را براي رشد بهينه در اختيار بگذارد. شرايط مزرعه اي (out door) متأثر از نورها و دماهاي گوناگون است كه باعث رشد گياهان مي شوند لذا تقليدي از آنها مي تواند بعنوان معيار انتخاب شدت نور لامپ ها در شرايط مختلف تعيين گردد.

بنابراين بر اساس نوع گياه پرورشي و مراحل رشد آن (نظير مراحل: جوانه زني، رشد رويشي، گلدهي، ميوه دهي) و فتوپريود مورد نياز گياهان به محدوده اي از طيف ها و تابش مؤثر (efficacy luminous)  و حرارت نوري (temperature colour) می توان به نوردهي تكميلي رسید که به رشد بهينه گیاه کمک نماییم.

نور در واقع عنصر كليدي تحريك فرآيند فتوسنتز در گياهان است. طول موج هاي مختلف تشكيل دهندۀ نور در مراحل مختلف فرآيند فتوسنتز گیاه مؤثراند. اغلب منابع نوردهي سنتي از جمله :

 لامپ هاي فلورسنت  fluorescent، لامپ هاي التهابي incandescent و لامپ هاي سديمي پر قدرت sodium pressure high به هدر دادن مقدار زيادي از نور مي انجامند؛ درحاليكه با استفاده از لامپ رشد گیاه مي توان به سازماندهي نوردهي رشد فقط با طيف مورد نياز گياهان پرداخت.

نور مخصوص رشد گیاه و فتوسنتزواکنش فتوسنتز photosynthesis موجب تبدیل انرژی خورشيد در حضور دی اکسيد کربن و آب H۲O به فرم کربوئيدرات هایی چون گلوکز با فرمول C۶H۱۲O۶ و آزاد شدن اکسیژن می گردد درحاليكه در واکنش های تنفسی respiration به دی اکسيد که متضاد واکنش فتوسنتز است، کربوئيدرات ها مجددا کربن، آب و انرژی به فرم ATP تبدیل می شوند. واکنش فتوسنتز در داخل کلروپالست ها chloroplasts و با کمک کلروفيل ها که رنگدانه های سبز رنگی هستند و در غشاء صفحات " تيالکوئيد"thylakoid  مستقرند، جهت رشد رويشي گياهان انجام می پذیرد.

كلروپلاست ها علاوه بر كلروفيل ها داراي پيگمان هايی موسوم به "كارتنوئيد" هستند كه رنگ هايي از زرد تا قرمز دارند. "كارتنوئيدها" بيشترين نورهاي طيف خورشيد را در محدودۀ رنگ آبي جذب مي كنند. بتا كاروتن carotene – beta و كارتنوئيدها cartenoids  از جمله رنگدانه هايی پيگمان هستند كه ساير طيف هاي نور را جذب و تبديل به انرژي مي كنند. كارتنوئيدها باعث توانمندي كلروپالست ها در بدام انداختن بخش هاي مختلف طيف نور مي شوند. فتوسنتز در كلروپالست ها و با كمك پيگمان هايي نظير كلروفيل و "كارتنوئيدها" انجام مي پذيرد.

بيشترين جذب طيف نور توسط كلروفيل ها در محدودۀ رنگ هاي آبي ۵۵۵-۴۵۵  نانومتر (قرمز) ۰۵۵-۰۵۵ نانومتر و توسط كارتنوئيدها در ناحيه نور آبي صورت مي گيرد لذا گياهان بايد با نورهايي كه دارای مجموعه اي از نورهاي تكرنگ monochromatic هستند و طول موج هاي مختلفي دارند، نوردهي شوند تا بر سرعت فتوسنتز افزوده گردد. "استومات ها" یا روزنه هاي هوايي stomates به مانند حفره هايي هستند كه در اپيدرم برگ ها مستقرند و براي تبادلات گازي بين گياه و اتمسفر بكار مي آيند.

دستگاه محفظه اندازه گيري فتوسنتز با داشتن "فلومتر"meter flow  براي اندازه گيري ميزان هواي عبوري سيستم و محاسبه تفاوت CO۲ هواي ورودي و خروجي مي تواند به مقدار فتوسنتز وقوع يافته، دست يابد.

فتوسنتز یعنی چه و تأثير نور بر آننور محرك اصلي واكنش فتوسنتز است و افزايش آن موجب افزايش فتوسنتز و در نتيجه افزايش رشد گياهان مي شود. طيف كامل نور را از طريق شمارش فوتون هايي counting photon كه در ناحيه نور فعال در فتوسنتز وجود دارند، محاسبه مي كنند. اندازه گيري طيفي كه از منبع نور ساطع مي شود، توسط منحني حساسيت سنجي طيف نور با مقياس w/PLm انجام مي پذيرد. اين منحني را از طيف جذبي كلروفيل كه انرژي داخلي برگ هاي گياه را تأمين مي كند، بدست مي آورند.

عوامل محيطي factors environmental تأثيرات مهمي بر فتوسنتز و كارآيي نور ( نور مخصوص رشد گیاه)  دارند. مهمترين اين عوامل عبارتند از :

تأثير کربن دی اکسید : CO۲ ميزان دي اكسيد كربن موجود در هوا برابر با ۰۰۵ پي پي ام ppm يا قسمت در ميليون معادل ۵۰۰/۵ درصد از حجم اتمسفر است. مقدار CO۲ داخل گلخانه ها مي تواند تا ۲۵۵ پي پي ام كاهش يابد و آن به مقدار حضور مواد غذايي مورد نياز گياهان، نور كافي و كمبود تهويه بستگي دارد. دي اكسيد كربن را مي توان بصورت گاز و يا از طريق احتراق تأمين نمود. با افزايش غلظت CO۲ به ۰۵۵ پي پي ام بر سرعت فتوسنتز افزوده مي گردد.

تأثير حرارت: حرارت heat از عوامل مهم انجام فتوسنتز است. فرآيندهاي متابوليكي از جمله فتوسنتز در شرايط حرارتي اپتيمم افزايش مي يابند. آنزيم هاي دخيل در فتوسنتز در حرارت هاي پائين غير فعال مي گردند. گياهان در حرارت هاي باال دچار خسارت مي شوند.

تأثير عناصر غذايي: كمبود عناصر غذاييnutrition ، سميّت و ساير استرس ها مي توانند از مقدار فتوسنتز گياهان بكاهند. بعنوان مثال: كمبود عنصر آهن به كلروزيس زردي برگ ها منتهي مي شود كه نتيجه فقدان كلروفيل كافي در اثر كاهش وقوع فتوسنتز است.

تأثير آبياري: وجود آب كافي در گلخانه ها كه از طريق آبياری irrigation تأمين مي گردد، از الزامات وقوع واكنش هاي فتوسنتزي است. زمانيكه گياهان دچار كمبود رطوبت مي گردند، روزنه هاي هوايي استومات خود را مي بندند تا از اتالف آب جلوگيري كنند. بسته شدن "استومات ها" از تبادالت گازي نيز جلوگيري مي كند لذا مانع تدارك CO۲ مورد استفادۀ فتوسنتز مي شود. كمبود رطوبت قابل دسترس گياهان از طويل شدن سلول ها نيز مي كاهد. وقوع خشكي متوسط باعث كوچك شدن اندازۀ پيكره گياهان مي شود.

 

تولید سبزیجات تازه در کارخانه تولید گیاهان توشیبااین بار نوبت شرکت توشیبا است. تعجب نکنید، همه ما وقتی به توشیبا فکر می‌کنیم ناخود آگاه به یاد محصولات الکترونیکی مانند تلویزیون‌ و کامپیوتر می‌افتیم. اما شاید برایتان جالب باشد که بدانید این شرکت که به لطف دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی و سی‌تی اسکن ساخت خود در حوزه بهداشت و درمان نامی برای خود دست و پا کرده است حالا درصدد است تا قدم‌های بلندتری در این زمینه بردارد.

توشیبا قصد دارد تا حوزه جدید فعالیت خود را با معرفی کارخانجات تولید سبزیجات بدون استفاده از آفت‌کُش‌ها و سموم کشاورزی در ژاپن آغاز نماید. اولین کارخانه تولید سبزیجات توشیبا در طی ماه‌های پیش رو در شهر Yokusuka ژاپن افتتاح می‌شود. محصولاتی مانند کاهو، اسفناج و سایر سبزیجات در این کارخانه تولید خواهند شد.

نکته جالب توجه این است که این کارخانه فقط یک گلخانه عادی نیست؛ بلکه بنایی با فناوری پیشرفته، شامل استفاده از نور بهینه‌شده دارای طول موج مخصوص برای رشد گیاهان، همچنین سیستم تهویه‌ی هوای بسیار پیشرفته که دما و رطوبت را در یک سطح پایدار نگاه می‌دارد، است. مدیران این کارخانه می‌توانند از راه دور رشد این سبزیجات را زیر نظر داشته باشند و در صورت نیاز، تنظیمات مربوط به تجهیزات را تغییر دهند. کل این کارخانه استریل بوده و به همین دلیل نیازی به آفتکُش‌ها در آن وجود ندارد.

به علت فضای کاملاً بهداشتی درون این کارخانه، تمامی سبزیجات عاری از هرگونه میکروب خواهند بود و این امر کمک می کند تا سبزیجات زمان بیشتری تازه بمانند و البته ارزش غذایی بیشتری نسبت به سبزیجاتی که در مزارع پرورش یافته‌اند، داشته باشند. این محصولات توشیبا در خرده‌فروشی‌ها، رستوران‌ها، فروشگاه‌های زنجیره‌ای و به خصوص در شهرهایی که جمعیت بالا معمولا ًمانع از دسترسی همه به سبزیجات تازه می‌شود، عرضه خواهند شد. این امر نه تنها به نفع ساکنین شهرهای بزرگ است، بلکه توشیبا را هم به سود ۳ میلیون دلاری در سال می‌رساند.

اگر این پروژه موفقیت آمیز باشد، توشیبا کارخانجات بزرگتری را در سایر شهرهای دنیا احداث خواهد کرد و آمادگی فروش فناوری تولید گیاهان در کارخانجات خود را نیز خواهد داشت. بدون شک این اقدام توشیبا، بسیاری از حوزه‌های درگیر در تولید محصولات کشاورزی و مواد خوراکی در آینده را تحت‌تأثیر قرار خواهد داد. شاید با رشد این فناوری و توسعه آن در تمام نقاط دنیا، بسیاری از مسائل مربوط به تهیه غدا در دنیا مرتفع گردد. نظر شما چیست؟ چه موانعی را بر سر رشد کارخانجات تولید سبزیجات می‌بینید؟

نویسنده: محسن کریمی