گلخانه تابع اقلیم چیست؟

گلخانه تابع اقلیم چیست؟:راهنمای جامع حفاظت گیاهان در اقلیم سرد با کاورهای ضدسرما و برف در گلخانه.

مناسب کشاورزان، باغداران، مهندسین کشاورزی، ناظرین گلخانه و ناظرین جهادکشاورزی.

 

فهرست مطالب:(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

۱. مقدمه.
۲. اهمیت حفاظت از گیاهان در برابر سرما و برف.
۳. انواع کاورهای ضدسرما و برف.
۴. مکانیزم‌های عمل کاورها در برابر سرما.
۵. کاربرد کاورها در گلخانه‌ها و تونل‌های کشت.
۶. تأثیر کاورها بر تبخیر و تعرق در شرایط سرد.
۷. کنترل آفات با کاورهای ضدسرما.
۸. مطالعات موردی و نتایج علمی.
۹. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری.

 

1.مقدمه(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

سرما و یخبندان از دیرباز تهدیدی جدی برای تولیدات کشاورزی در مناطق معتدل و سردسیر بوده است. با تغییرات اقلیمی و افزایش نوسانات دمایی، حتی مناطقی که پیش‌تر از سرمازدگی در امان بودند، اکنون با خطر یخ‌زدگی محصولات مواجه‌اند.

در این میان، گلخانه‌ها به‌عنوان سازه‌های محافظ، نقشی کلیدی در تولید خارج از فصل ایفا می‌کنند، اما خود این سازه‌ها نیز در برابر سرماهای شدید آسیب‌پذیرند.

کاورهای ضدسرما و برف به‌عنوان لایه‌های محافظتی چندمنظوره، راه‌حلی مؤثر برای افزایش مقاومت گلخانه‌ها و گیاهان در برابر شرایط جوی نامساعد فراهم می‌کنند.

 

این مقاله به بررسی جامع کاورهای ضدسرما و برف، انواع، مکانیزم‌های عمل، کاربردها و تأثیرات آن‌ها بر تبخیر و تعرق و کنترل آفات می‌پردازد.

 

2.مفهوم گلخانه تابع اقلیم

گلخانه تابع اقلیم (Climate-Adaptive Greenhouse) به سازه‌ای اطلاق می‌شود که طراحی و مدیریت آن بر اساس شرایط اقلیمی منطقه، با هدف بهینه‌سازی مصرف انرژی و آب صورت می‌گیرد. برخلاف گلخانه‌های سنتی که اغلب با سیستم‌های گرمایش و سرمایش پرمصرف کار می‌کنند، گلخانه تابع اقلیم از کاورهای چندمنظوره برای استفاده حداکثری از تابش خورشیدی، کنترل طبیعی دما و کاهش نیاز به انرژی ورودی بهره می‌برد.

در ایران، با توجه به تنوع اقلیمی گسترده، گلخانه‌های تابع اقلیم به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند استان فارس، کرمان و اصفهان مورد توجه قرار گرفته‌اند.

این سازه‌ها نسبت به گلخانه‌های پلاستیکی متعارف با هزینه‌ای کمتر از یک‌سوم احداث می‌شوند و ضمن کاهش ۱۰ تا ۱۲ درجه‌ای دمای داخلی، امکان تولید محصولات خارج از فصل را فراهم می‌آورند. مصرف آب در این سامانه‌ها به‌طور چشمگیری بهینه‌تر از کشت فضای باز است.

 

3.اهمیت حفاظت از گیاهان در برابر سرما و برف

سرمازدگی زمانی رخ می‌دهد که دمای هوا به زیر نقطه انجماد آب برسد و سلول‌های گیاهی دچار یخ‌زدگی شوند. این پدیده می‌تواند به طور کامل محصولات حساس را از بین ببرد یا کیفیت و کمیت آن‌ها را به شدت کاهش دهد. برف نیز علاوه بر سرمای شدید، با وزن خود می‌تواند به سازه‌های گلخانه آسیب برساند و از نفوذ نور کافی به داخل جلوگیری کند.

کاورهای ضدسرما با ایجاد یک لایه عایق، از خروج گرما از خاک و گیاه جلوگیری کرده و دمای محیط را چند درجه بالاتر از دمای بیرون حفظ می‌کنند. برخی کاورها قادرند از گیاهان تا دمای ۱۰ درجه سانتی‌گراد زیر صفر محافظت کنند. این ویژگی به‌ویژه برای نهال‌های جوان، پاجوش‌های نخیلات و گیاهان حساس به سرما حیاتی است.

 

4.انواع کاورهای ضدسرما و برف(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

4.1- اسپان باند کشاورزی

اسپان باند یا پارچه نبافته پلی‌پروپیلن، رایج‌ترین نوع کاور ضدسرما است. این ماده سبک، قابل تنفس و مقاوم در برابر پارگی است و در گرماژهای مختلف از ۱۵ تا ۶۰ گرم بر مترمربع تولید می‌شود.

اسپان باند با عبور نور مناسب، فتوسنتز را متوقف نمی‌کند و همزمان رطوبت و دمای مطلوب را حفظ می‌کند. این کاورها در عرض‌های متنوع از ۱۰۰ تا ۳۲۰ سانتی‌متر و حتی تا ۷۲۰ سانتی‌متر تولید می‌شوند.

 

4.2-فیلم‌های پلاستیکی محافظ

این محصول درارای شفاف و مقاوم، لایه‌ای اضافی در برابر سرما ایجاد کرده و اتلاف حرارت را کاهش می‌دهند. فیلم‌های زرد رنگ با جذب بالای نور خورشید، دمای داخل تونل‌ها را افزایش داده و رشد گیاهان را تسریع می‌کنند.

کارایی این تکنولوژی چندلایه با خاصیت ضدقطره و ضدمه نیز برای گلخانه‌ها و تونل‌های بلند طراحی شده‌اند و محافظت در برابر باران، باد و برف زمستانی را فراهم می‌کنند.

 

4.3-پتوهای حرارتی(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

پتوهای حرارتی از الیاف نبافته با وزن بالاتر ساخته می‌شوند و گرمای ذخیره‌شده در خاک را در طول شب حفظ می‌کنند.

این پتوها با گرماژ ۱۹ تا ۲۵ گرم بر مترمربع، دمای کانوپی را به‌طور متوسط ۳.۴ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهند.

برای درختان جوان مرکبات و آووکادو، نوع سنگین‌تر این پتوها استفاده می‌شود تا از شکستن شاخه‌ها نیز جلوگیری کند.

 

4.4-تورهای ضدسرما

تورهای مشبک به‌عنوان مانعی در برابر یخ‌زدگی عمل می‌کنند. در مطالعه‌ای بر روی سیر زمستانه در استونی، حداقل دمای خاک بدون پوشش ۸.۶- درجه سانتی‌گراد بود، در حالی که زیر تور ضدسرما به ۳.۶- درجه رسید. تورهای حرارتی سایه‌انداز نیز برای محافظت از محصولات موز در برابر یخ‌زدگی مؤثر بوده‌اند.

 

4.5-کاورهای ترکیبی و چندمنظوره

برخی کاورها با ترکیب لایه‌های مختلف، محافظت همزمان در برابر سرما، برف، تگرگ، باد شدید و حشرات را فراهم می‌کنند. این کاورها معمولاً از پلی‌پروپیلن ۱۰۰٪ با مقاومت UV ساخته شده و وزن ۱۷ تا ۳۰ گرم بر مترمربع دارند.

 

5.مکانیزم‌های عمل کاورها در برابر سرما(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

کاورهای ضدسرما از سه طریق اصلی عمل می‌کنند:

 

الف)عایق‌بندی حرارتی

کاورها با به دام انداختن هوای گرم شده توسط تابش خورشید، یک لایه عایق ایجاد می‌کنند که از خروج گرما در شب جلوگیری می‌کند. این فرآیند شبیه به عملکرد یک گلخانه کوچک است که به آن «مینی‌گلخانه» نیز گفته می‌شود.

 

ب)کاهش اتلاف حرارت تابشی

پتوهای حرارتی با بازتابش امواج فروسرخ، از انتشار گرما از سطح خاک به جو جلوگیری می‌کنند. این ویژگی به‌ویژه در شب‌های صاف و سرد که اتلاف حرارت تابشی حداکثر است، اهمیت دارد.

 

پ)کاهش اثر باد

باد سرد سرعت از دست رفتن گرما از سطح گیاه را افزایش می‌دهد. کاورها به‌عنوان بادشکن عمل کرده و لایه مرزی هوا را در اطراف گیاه پایدار نگه می‌دارند.

 

6.کاربرد کاورها در گلخانه‌ها و تونل‌های کشت

6.1-تونل‌های پلاستیکی(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

تشکیل تونل با پلاستیک به‌عنوان کارآمدترین پوشش موقت در برابر سرما شناخته می‌شود. این تونل‌ها پایداری بیشتری در برابر باد دارند و می‌توانند به‌صورت مکانیزه نصب شوند. در ژاپن، کشاورزان از تونل‌های پلاستیکی پوشیده با حصیرهای برنجی برای محافظت از درختان مرکبات استفاده می‌کنند.

 

6.2-گلخانه‌های دوجداره

استفاده از پوشش دوجداره و پرده‌های حرارتی در گلخانه‌ها می‌تواند دمای شبانه را بالاتر از ۱۳ درجه سانتی‌گراد حفظ کند که برای رشد مداوم گیاهان ضروری است. فیلم‌های آلومینیومی نیز به‌عنوان ماده کناری در گلخانه‌های تک‌دهانه، اثر عایق‌بندی را به حداکثر رسانده و مصرف انرژی گرمایشی را کاهش می‌دهند.

 

6.3-کاورهای شناور روی ردیف‌ها

کاورهای شناور سبک که مستقیماً روی گیاهان قرار می‌گیرند، می‌توانند تا ۲ درجه سانتی‌گراد زیر صفر محافظت ایجاد کنند. این کاورها برای سبزیجات و گیاهان کم‌ارتفاع مناسب‌ترند و نیازی به سازه پشتیبان ندارند.

 

7.تأثیر کاورها بر تبخیر و تعرق در شرایط سرد(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

تبخیر و تعرق (Evapotranspiration) به مجموع آب از دست‌رفته از سطح خاک (تبخیر) و از طریق روزنه‌های برگ (تعرق) گفته می‌شود. در گلخانه‌ها، این فرآیند تحت تأثیر عواملی چون تابش خالص، دمای هوا، رطوبت نسبی و سرعت باد قرار دارد. کاورهای کشاورزی از چند طریق بر این فرآیند اثر می‌گذارند.

 

 

الف)کاهش تبخیر از سطح خاک

مالچ‌های پلاستیکی و سلولزی با ایجاد سد فیزیکی، از تماس مستقیم آب خاک با هوا جلوگیری می‌کنند. مطالعات نشان داده است که در شرایط اقلیمی بیابانی گرم، خاک بدون پوشش تنها ۳٪ رطوبت را حفظ می‌کند، در حالی که خاک پوشیده با مالچ سلولزی ۱۶٪ و خاک تحت کاور PCsW با مالچ سلولزی بیش از ۲۰٪ رطوبت را حفظ می‌کند. این تفاوت چشمگیر، اهمیت استفاده ترکیبی از کاور گلخانه‌ای و مالچ را در مناطق خشک نشان می‌دهد.

 

ب)تأثیر بر تعرق گیاه

تعرق عمدتاً به تابش خورشیدی و کمبود فشار بخار (VPD) وابسته است. کاورهای طیفی که NIR را بازتاب می‌دهند، دمای برگ و در نتیجه نیروی محرکه تعرق را کاهش می‌دهند.

نتایج شبیه‌سازی در اقلیم‌های خشک، نیمه‌خشک و مدیترانه‌ای نشان داده که کاور خنک‌کننده طیفی، تبخیر و تعرق را بین ۳۰ تا ۴۰ کیلوگرم بر مترمربع کاهش می‌دهد و در عین حال عملکرد محصول را با افت ناچیز در وزن خشک حفظ می‌کند.

 

پ)بهبود کارایی مصرف آب

کاهش تبخیر و تعرق مستقیماً به افزایش کارایی مصرف آب (WUE) منجر می‌شود. در یک مطالعه بر روی فلفل در گلخانه‌های نیمه‌خشک، کارایی مصرف آب با استفاده از مدل‌های مبتنی بر پنمن-مانتیث و کاور مناسب، در گلخانه ۳۸٪ و در سایبان ۳۱٪ بیشتر از آبیاری توصیه‌شده منطقه‌ای بود.

کاور خنک‌کننده طیفی نیز با کاهش ۴۰٪ در عبور PAR، کارایی مصرف نور (LUE) را از ۴.۵–۵.۰ به بیش از ۸.۵ گرم بر مول افزایش داد که نشان‌دهنده جبران کاهش نور از طریق کاهش تنش حرارتی است.

 

ت)مدل‌سازی تبخیر و تعرق

برای مدیریت دقیق آبیاری در گلخانه‌های تابع اقلیم، استفاده از مدل‌های پنمن-مانتیث اصلاح‌شده ضروری است.

در سایبان‌ها و گلخانه‌های دارای کاور متخلخل، افزودن مقاومت لایه مرزی به معادله پنمن-مانتیث دقت برآورد را افزایش می‌دهد. متوسط تبخیر و تعرق روزانه در گلخانه‌های پلاستیکی بین ۱.۶۱ تا ۴.۲۳ میلی‌متر در روز و در سایبان‌ها بین ۱.۴۲ تا ۴.۴۳ میلی‌متر در روز گزارش شده است.

 

8.کنترل آفات با کاورهای ضدسرما(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

آفات یکی از چالش‌های اصلی کشت گلخانه‌ای هستند که می‌توانند خسارات اقتصادی قابل‌توجهی وارد کنند. کاورهای کشاورزی در چارچوب مدیریت تلفیقی آفات (IPM) نقشی چندوجهی ایفا می‌کنند.

 

الف)ممانعت فیزیکی از ورود آفات

تورهای ضد حشره و کاورهای گلخانه‌ای با منافذ ریز، از ورود حشرات بالغ و آفات پرنده جلوگیری می‌کنند. در مطالعات انجام‌شده، استفاده از تورهای ضد حشره در گلخانه‌های تولید نشاء کدو، به‌طور معناداری جمعیت سفیدبالک و بروز ویروس را کاهش داد.

این روش به‌ویژه برای پیشگیری از ورود ناقلین ویروسی مانند سفیدبالک (Bemisia tabaci) که عامل انتقال ویروس‌های متعدد است، اهمیت حیاتی دارد.

 

ب)مالچ‌های بازتابنده و کاهش جمعیت آفات(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

مالچ‌های بازتابنده UV با بازتاب نور فرابنفش، رفتار جستجوی آفات را مختل می‌کنند. مطالعات میدانی نشان داده است که plots دارای مالچ بازتابنده، جمعیت سفیدبالک کمتر، شدت اختلال برگ نقره‌ای (SSL) پایین‌تر و شدت علائم ویروسی کمتری نسبت به مالچ سفید یا مالچ زنده داشتند. ترکیب مالچ بازتابنده با تورهای ردیفی، بیشترین عملکرد قابل‌عرضه را در تولید کدو به همراه داشت.

 

پ)کاورهای عامل‌دار (Functionalized Plasticulture)

نسل جدیدی از کاورها با آفت‌کش‌های شیمیایی یا زیستی تلفیق شده‌اند. این محصولات با رهاسازی تدریجی مواد مؤثره، آفات را کنترل می‌کنند. داده‌ها نشان می‌دهد که کاورهای حاوی آفت‌کش‌های شیمیایی در غلظت ۱٪، بروز آفت را ۷۰٪ کاهش می‌دهند و در غلظت ۵٪ به کنترل کامل منجر می‌شوند.

آفت‌کش‌های زیستی نیز در غلظت ۶٪ کنترل کامل ایجاد می‌کنند، هرچند قدرت آن‌ها به‌طور کلی کمی کمتر از گزینه‌های شیمیایی است. از میان محصولات کاورگرام کاربردی برای کنترل عوامل بیماری‌زا، مالچ‌ها ۷۱٪ سهم را به خود اختصاص داده‌اند و عمدتاً بر باکتری‌های خاکزاد (۵۲٪) و قارچ‌ها (۴۳٪) اثر می‌گذارند.

 

ت)ضدعفونی خاک با مالچ

مالچ‌های پلاستیکی نفوذناپذیر برای ضدعفونی خاک با مواد شیمیایی و همچنین سولاریزاسیون خاک (ضدعفونی با انرژی خورشیدی) کاربرد دارند. مالچ‌های پلاستیکی شفاف با افزایش دمای خاک تا محدوده کشنده برای پاتوژن‌های خاکزاد، روشی غیرشیمیایی و مؤثر برای مدیریت بیماری‌های خاک‌زاد فراهم می‌کنند

 

9.مطالعات موردی پروژه بین المللی(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

مرتبط با موضوع کاور و فوم کشاورزی ضدسرما به همراه لینک معرفی آن‌ها معرفی می‌شود:

 

الف)پروژه LIFE VinoShield (اروپا) — تورهای محافظ ضدسرما و تگرگ

نام این پروژه‌ اروپایی، تحت برنامه LIFE با بودجه ۴.۱ میلیون یورو (۲۰۲۴–۲۰۲۸) انجام گردید. از تورهای نساجی چندمنظوره برای محافظت تاکستان‌ها در برابر سرمای بهاره، تگرگ، تابش بیش‌ازحد خورشید و باران‌های شدید استفاده گردید.

در این تحقیق دو نوع تورارزیابی گردید:

-یک تور تخصصی ضدسرما و تگرگ.
-یک تور چندمنظوره که همزمان بیماری‌های قارچی را نیز کنترل می‌کند.

این پروژه هدف کاهش خسارات اقلیمی از ۳۰٪ به ۵٪ و محافظت از ۱۶,۵۰۰ هکتار تاکستان تا سال ۲۰۳۲ را دنبال می‌کند.

 

ب)پروژه فوم آبی عایق‌بندی (سوئیس) — دانشگاه علوم کاربردی غرب سوئیس

فوم آبی یک فوم زیست‌سازگار  است و با یک دستگاه پاشنده قابل حمل و اجرا است. این فوم با یک بار شارژ ۱۰ لیتری قادر به پوشش ۱۰۰۰ مترمربع تاکستان است و تا ۱.۵ درجه سانتی‌گراد عایق‌بندی در شب‌های سرمای بهاره ایجاد می‌کند.

فوم برای چند روز پایدار بوده و با باران به‌راحتی حذف می‌شود. این فوم همچنین در دماهای مثبت روز، اثر «مینی‌گلخانه» ایجاد می‌کند که به رشد گیاه در مراحل اولیه فصل کمک می‌نماید.

 

پ)پروژه Brekland (آمریکا) — فوم پاشیدنی زیست‌تخریب‌پذیر(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

این یک فوم زیست‌تخریب‌پذیر است که توسط شرکت فناوری کشاورزی Brekland  تولید شده است.  نحوه اجرای آن به صورت پاشیدنی است.

پس از اجرا این محصول با ایجاد یک لایه عایق گرما، روی جوانه‌ها و شاخه‌های گیاهان ایجاد می‌کند. این فوم هنگام انجماد از طریق واکنش گرمازا مقدار کمی گرما آزاد می‌کند.

مطابق آزمایش‌های انجام شده محافظت تا دمای ۲۵- درجه فارنهایت (حدود ۴- درجه سانتی‌گراد) را نشان داده است. این فوم برای محافظت تا ۲۴ ساعت طراحی شده است.

 

ت) پروژه BoostCrop (اروپا) — مولکول‌های حرارتی ضدسرما

پروژه‌ای تحت برنامه Horizon 2020 با بودجه حدود ۵ میلیون یورو که مولکول‌های طبیعی تولیدکننده گرما را شناسایی کرده است. عملکرد آن مانند پتوی حرارتی عمل کرده و گیاه را از سرمای ناگهانی محافظت می‌کند.

این مولکول‌ها نوری را که گیاه در فتوسنتز استفاده نمی‌کند جذب کرده و آن را به گرما تبدیل می‌کنند. این آزمایش بروی محصولات کشاورزی گوجه‌فرنگی، خیار و کاهو در اسپانیا و گندم بهاره، ذرت و چغندرقند درکشور آلمان تست گردید.

 

ث) پروژه FROSTinno (بلژیک) — کنترل تلفیقی سرما در باغبانی

پروژه‌ مذکور در کشور بلژیک (۲۰۱۸–۲۰۲۱) انجام پذیرفت. هدف اصلی این تحقیق کنترل سرما درختان میوه بود. از طرفی هزینه، کارایی انرژی، اثرات زیست‌محیطی و قابلیت بهره برداری بررسی گردید.

در این پروژه از تکنیک‌های جدیدی مانند فوم، گرمایش تابشی، سیستم‌های هشدار و نوارهای گرمایشی برقی را استفاده گردید. همچنین یک ابزار محاسباتی اقتصادی و یک «پلتفرم سرما» آنلاین ایجاد شد.

 

ج) پروژه Frosco (بریتانیا) — فوم بیولوژیک برای درختان میوه

در این پروژه‌ که توسط فیزیکدان بریتانیایی George Klat و با حمایت Imperial College London توسعه انجام گردید. از فوم Frosco برای درختان میوه  جهت حفاظت در برابر سرما محافظت فیزیکی و بیولوژیک استفاده شد.

 

-جمع‌بندی :(گلخانه تابع اقلیم چیست؟)

گلخانه‌های تابع اقلیم با بهره‌گیری هوشمندانه از کاورهای کشاورزی، رویکردی پایدار و کم‌هزینه برای تولید محصولات کشاورزی در شرایط اقلیمی چالش‌برانگیز ارائه می‌دهند. کاورهای گلخانه‌ای با تنظیم طیف نور ورودی و کاهش بار حرارتی، و مالچ‌های کشاورزی با کنترل تبخیر خاک و ایجاد سد فیزیکی در برابر آفات، به‌طور همزمان به مدیریت آب و کاهش مصرف سموم کمک می‌کنند.

از منظر مدیریت تبخیر و تعرق، ترکیب کاورهای طیفی با مالچ‌های سلولزی یا پلاستیکی می‌تواند رطوبت خاک را در مناطق خشک از ۳٪ در خاک لخت به بیش از ۲۰٪ افزایش دهد و کارایی مصرف آب را تا ۳۸٪ بهبود بخشد. از منظر کنترل آفات، تورهای ضد حشره، مالچ‌های بازتابنده UV و کاورهای عامل‌دار ابزارهای مؤثری در چارچوب IPM هستند که می‌توانند مصرف آفت‌کش‌های شیمیایی را به‌طور معناداری کاهش دهند.

 

-نتیجه‌گیری

با این حال، چالش‌هایی همچون طول عمر محدود کاورها، نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط با پلاستیک‌های غیرقابل تجزیه، و نیاز به تحقیقات بیشتر در زمینه کاورهای زیست‌پایه و زیست‌تخریب‌پذیر باقی مانده است. توسعه کاورهای عامل‌دار با آفت‌کش‌های زیستی که کارایی طولانی‌مدت و سازگاری زیست‌محیطی را توأمان داشته باشند، مسیر آینده این حوزه را ترسیم می‌کند.

در نهایت، موفقیت گلخانه‌های تابع اقلیم در گرو انتخاب صحیح کاور بر اساس شرایط اقلیمی منطقه، مدیریت تلفیقی آبیاری و آفات، و آموزش کشاورزان در زمینه بهره‌گیری از فناوری‌های نوین پوشش است. ایران با تنوع اقلیمی گسترده، پتانسیل قابل‌توجهی برای توسعه این سامانه‌ها به‌ویژه در مناطق مرکزی و جنوبی دارد که می‌تواند به کاهش مصرف آب، افزایش بهره‌وری و تقویت امنیت غذایی کشور منجر شود.