Πρακτικά ζητήματα σχετικά με τον εμπλουτισμό σε διοξείδιο του άνθρακα στις υδροπονικές καλλιέργειες
Ο άνθρακας είναι ένα από τα πιο σημαντικά θρεπτικά συστατικά που μεταβολίζεται σε ένα φυτό καθώς αποτελεί το μεγαλύτερο σε ποσότητα συστατικό στο ξηρό βάρος ενός φυτού. Τα φυτά παίρνουν τον άνθρακα που χρειάζονται κυρίως από την ατμόσφαιρα – με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα – και το μεταβολίζουν μέσω της διαδικασίας φωτοσύνθεσης για τη δημιουργία υδατανθράκων και άλλων μορίων που περιέχουν άνθρακα. Ωστόσο, οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι σχετικά χαμηλές (350-450 ppm), οπότε τα φυτά στα οποία υπάρχει επάρκεια θρεπτικών συστατικών και φωτός όπως αυτά στις υδροπονικές καλλιέργειες – μερικές φορές θα περιορίσουν την ανάπτυξη τους από την έλλειψη επαρκούς ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Ο εμπλουτισμός διοξειδίου του άνθρακα επιδιώκει να αυξήσει τη συγκέντρωση CO2 στον χώρο καλλιέργειας προκειμένου να εξαλειφθεί αυτός ο περιορισμός.
Πρώτα απ ‘όλα, είναι σημαντικό να συνειδητοποιήσουμε ότι ο εμπλουτισμός σε διοξείδιο του άνθρακα δεν έχει νόημα σε όλες τις περιστάσεις. Τα φυτά τείνουν να περιορίζονται από άλλους παράγοντες προτού περιοριστούν από το διοξείδιο του άνθρακα. Το πρώτο βήμα πριν εξεταστεί ο εμπλουτισμός του CO2, είναι να βεβαιωθείτε ότι τα φυτά δέχονται αρκετό φως (> 400 μmol / m2 / s για ανθοφόρα φυτά) και ότι οι αναλύσεις ιστών τους δείχνουν ότι δεν περιορίζονται από κάποια ανεπάρκεια σε ορυκτό θρεπτικό συστατικό. Τα φυτά που βρίσκονται υπό χαμηλό φως, ξηρασία ή διατροφικές ανεπάρκειες τείνουν να επωφελούνται σημαντικά λιγότερο από τον εμπλουτισμό του CO2 από τα φυτά που στην πραγματικότητα περιορίζονται μόνο από τη συγκέντρωση CO2 στο θερμοκήπιο. Υπό ορισμένες από αυτές τις συνθήκες, οι ενισχύσεις σε CO2 θα είχαν σαν αποτέλεσμα παρουσία υπερβολικών ποσοτήτων CO2 που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πραγματικά αντιπαραγωγικά αποτελέσματα. Η θερμοκρασία μπορεί επίσης να αποτελέσει βασικό παράγοντα για τον καθορισμό της επιτυχίας του εμπλουτισμού σε CO2, θερμοκρασίες που κυμαίνονται στο ανώτερο εύρος των ιδανικών θερμοκρασιών για μια καλλιέργεια οδηγούν συχνά σε καλύτερα αποτελέσματα καθώς η βέλτιστη θερμοκρασία αυξάνεται σε συνάρτηση με τον εμπλουτισμό του CO2
Το επόμενο πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η πηγή του διοξειδίου του άνθρακα. Η καλύτερη πηγή για χρήση είναι τα δοχεία CO2, τα οποία παρέχουν καθαρό, κατ ‘απαίτηση CO2 που μπορεί εύκολα να ελεγχθεί τόσο από την άποψη της καθαρότητάς του όσο και από την απελευθέρωσή του στο θερμοκήπιο. Συνήθως προτιμώνται πηγές χαμηλότερου κόστους, ειδικά καυστήρες ορυκτών καυσίμων απελευθερώνουν CO2 κατά παραγγελία. Το πρόβλημα με αυτούς τους καυστήρες είναι ότι θα απελευθερώσουν και άλλα αέρια στην ατμόσφαιρα, όπως SO2, CO και NOx, τα οποία μπορεί να είναι επιβλαβή για τα φυτά εάν δεν υπάρχει φίλτρο στην έξοδο των καυσαερίων πριν από τη χρήση. Αυτά μπορούν να ελαχιστοποιηθούν εάν χρησιμοποιούνται καυστήρες φυσικού αερίου, καθώς παράγουν τη χαμηλότερη ποσότητα αυτών των παράπλευρων προϊόντων καύσης. Ένα άλλο πρόβλημα με τους «καυστήρες» είναι ότι θα θερμάνουν το περιβάλλον, εάν αυτό δεν συμπίπτει με τις ανάγκες θέρμανσης του θερμοκηπίου, μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της θερμοκρασίας με σοβαρή επιβάρυνση του κόστος λειτουργίας των συστημάτων ελέγχου του κλίματος. Για το λόγο αυτό, ο συγχρονισμός αυτών των κύκλων «καυστήρα» είναι κρίσιμος για να διασφαλιστεί ότι δεν δημιουργεί επιβάρυνση της λειτουργίας στα συστήματα ελέγχου του κλίματος.
Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του CO2 και η τοποθέτησή τους θα είναι επίσης πολύ σημαντικοί. Υπάρχουν κυρίως οπτικοί και ηλεκτροχημικοί αισθητήρες διαθέσιμοι για ανίχνευση CO2. Και οι δύο αυτοί αισθητήρες πρέπει να ελέγχονται περιοδικά έναντι αερίων χωρίς CO2 και ατμοσφαιρικού CO2 για να ελέγχεται η βαθμονόμηση τους. Οι οπτικοί αισθητήρες συχνά απαιτούν καθαρισμό για να παραμένουν αξιόπιστοι. Λόγω αυτών των πιθανών ζητημάτων αξιοπιστίας, είναι συχνά ιδανικό να χρησιμοποιούνται μεγάλου αριθμού και βαθμονομημένων σωστά αισθητήρων CO2. Η κατανομή CO2 θα είναι συνήθως υψηλότερη κοντά στο έδαφος και χαμηλότερη στο ύψος των φυτών, λόγος για τον οποίο οι αισθητήρες πρέπει να τοποθετηθούν κοντά στο ύψος των φυτών, για να διασφαλιστεί ότι η πραγματική συγκέντρωση είναι στο επιθυμητό επίπεδο, καθώς στο ύψος των φυτών θα χρησιμοποιηθεί το μεγαλύτερο μέρος του CO2.
Όσον αφορά το ύψος της συγκέντρωσης που πρέπει να διατηρηθεί για τη μεγιστοποίηση των αποδόσεων, η έρευνα έδειξε ότι τα περισσότερα οφέλη – όταν αυτά είναι δυνατά – λαμβάνονται όταν η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα είναι περίπου 1000 ppm. Το διοξείδιο του άνθρακα δεν ενσωματώνεται στον ιστό τη νύχτα και αναμένεται επίσης να επηρεάσει αρνητικά τους ρυθμούς αναπνοής, έτσι η κοινή πρακτική υπαγορεύει ότι το CO2 πρέπει να μειωθεί τη νύχτα σε ατμοσφαιρικά επίπεδα για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα. Μια μελέτη του 2020 για το Mulberry επιχείρησε να προσδιορίσει τη διαφορά μεταξύ εμπλουτισμού σε CO2 κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας και διαπίστωσε ότι όλα τα οφέλη από την αύξηση της απόδοσης λόγο εμπλουτισμού λήφθηκαν όταν ο εμπλουτισμός σε CO2 έλαβε χώρα μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Όσον αφορά τη διατροφή, το διοξείδιο του άνθρακα προκαλεί αυξημένη ζήτηση για ορισμένα θρεπτικά συστατικά. Για παράδειγμα, η ζήτηση αζώτου αυξάνεται σημαντικά όταν χρησιμοποιείται εμπλουτισμός σε CO2. Για αυτόν τον λόγο, οι υδροπονικές καλλιέργειες που εμπλουτίζονται με CO2 συνήθως θα πρέπει να τροφοδοτούνται με υψηλότερες ποσότητες σε άζωτο, προκειμένου να αποφευχθεί η απώλεια των πλεονεκτημάτων του εμπλουτισμού σε CO2 λόγω του ότι το ανόργανο άζωτο καθίσταται περιοριστικός παράγοντας. Το διοξείδιο του άνθρακα θα αυξήσει τη ζήτηση αζώτου, αλλά όχι την απορρόφηση αζώτου εάν η συγκέντρωση παραμείνει η ίδια, οπότε πρέπει να το αντισταθμίσουμε αυτό αυξάνοντας την ποσότητα αζώτου στο θρεπτικό διάλυμα.
Υπάρχει σαφώς πολλή έρευνα που πρέπει να γίνει, καθώς ο βέλτιστος εμπλουτισμός σε CO2 περιλαμβάνει πολλές μεταβλητές (συμπεριλαμβανομένων οικονομικών, περιβαλλοντικών, διατροφικών, είδος καλλιέργειας, κ.λπ.). Μια αρχική προσέγγιση θα μπορούσε να είναι ένας εμπλουτισμός της ατμόσφαιρας στο επίπεδο των 1000 ppm CO2, όπου η διατροφή, γενικά, αυξάνεται, οι θερμοκρασίες αυξάνονται επίσης ελαφρώς και το CO2 περιορίζεται κατά τη διάρκεια της νύχτα, αυτά όλα μαζί θα μπορούσαν να δώσουν ικανοποιητικά αποτελέσματα. Αυτό είναι ένα καλό σημείο εκκίνησης για όσους θέλουν να αυξήσουν την ανάπτυξη των φυτών τους επωφελούμενοι από την μέθοδο εμπλουτισμού σε CO2.