Το σύστημα DWC είναι ένα σύστημα καλλιέργειας χωρίς χώμα που επιτρέπει στα φυτά να αναπτύσσονται αποτελεσματικά παρέχοντας στις ρίζες των φυτών ένα περιβάλλον θρεπτικού διαλύματος κατάλληλου βάθους, σταθερή παροχή θρεπτικών συστατικών και επαρκή οξυγόνο. Αυτό το σύστημα μπορεί να ξεπεράσει αποτελεσματικά προβλήματα που μπορεί να προκύψουν στην παραδοσιακή καλλιέργεια εδάφους, όπως η ανομοιόμορφη γονιμότητα του εδάφους και τα παράσιτα και οι ασθένειες που μεταδίδονται από το έδαφος. Επιπλέον, μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια τη σύνθεση του θρεπτικού διαλύματος και τις περιβαλλοντικές συνθήκες σύμφωνα με τις ανάγκες διαφορετικών φυτών.

Το σύστημα Deep Water Culture (DWC) αποτελείται κυρίως από τα ακόλουθα μέρη:

1. Πάγκος φύτευσης

Αυτό είναι το δοχείο για την ανάπτυξη των καλλιεργειών. Είναι μια ορθογώνια κατασκευή από γαλβανισμένους σωλήνες εν θερμώ και καλυμμένη με ένα στρώμα αδιάβροχης μεμβράνης. Το βάθος του πάγκου φύτευσης είναι συνήθως γύρω στα 15-20 εκατοστά για να διασφαλιστεί ότι υπάρχει επαρκές θρεπτικό διάλυμα για την υποστήριξη της ανάπτυξης των ριζών των φυτών, επιτρέποντας στο θρεπτικό διάλυμα να βυθίζει πλήρως τις ρίζες.

2. Σύστημα κυκλοφορίας θρεπτικού διαλύματος

Δεξαμενή: Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση του θρεπτικού διαλύματος. Το μέγεθός του εξαρτάται από την κλίμακα φύτευσης και τις απαιτήσεις των καλλιεργειών. Συνήθως, είναι ένα μεγάλης κλίμακας δοχείο είτε υπόγειο είτε υπέργειο. Πρέπει να περιέχει επαρκή ποσότητα θρεπτικού διαλύματος για να καλύψει τις ανάγκες ανάπτυξης των καλλιεργειών για μια ορισμένη περίοδο, αποφεύγοντας έτσι τη συχνή αναπλήρωση του θρεπτικού διαλύματος. Για παράδειγμα, σε ένα μικρό εσωτερικό σύστημα DWC, η δεξαμενή μπορεί να έχει χωρητικότητα μόνο μερικών δεκάδων λίτρων, ενώ σε ένα μεγάλης κλίμακας εμπορικό σύστημα φύτευσης, η χωρητικότητα της δεξαμενής μπορεί να φτάσει τα αρκετά χιλιάδες λίτρα.

Αντλία νερού: Είναι η πηγή ενέργειας για την κυκλοφορία του θρεπτικού διαλύματος. Η αντλία νερού μεταφέρει το θρεπτικό διάλυμα από τη δεξαμενή στον πάγκο φύτευσης, διασφαλίζοντας ότι οι ρίζες των φυτών μπορούν να λαμβάνουν συνεχώς το θρεπτικό διάλυμα. Ο ρυθμός ροής και η κεφαλή του θα πρέπει να επιλέγονται σύμφωνα με παράγοντες όπως το μέγεθος του συστήματος φύτευσης, το μήκος του αγωγού και η αντίσταση.

3. Σύστημα αγωγών

Περιλαμβάνει τον αγωγό εισόδου και τον αγωγό επιστροφής. Ο αγωγός εισόδου είναι υπεύθυνος για τη μεταφορά του θρεπτικού διαλύματος από τη δεξαμενή στον πάγκο φύτευσης και ο αγωγός επιστροφής επιστρέφει το πλεονάζον θρεπτικό διάλυμα στον πάγκο φύτευσης στη δεξαμενή. Τα υλικά των αγωγών απαιτείται γενικά να είναι ανθεκτικά στη διάβρωση και μη τοξικά, όπως σωλήνες PVC. Η διάμετρος του αγωγού θα πρέπει να καθορίζεται σύμφωνα με τον ρυθμό ροής του θρεπτικού διαλύματος και την πίεση του συστήματος.

4. Πλάκα φύτευσης και κύπελλο φύτευσης

Πλάκα φύτευσης: Συνήθως, είναι μια σανίδα αφρού με τρύπες φύτευσης, τοποθετημένη στον πάγκο φύτευσης. Η λειτουργία του είναι να στερεώνει τα φυτά, διατηρώντας τα βασικά μέρη των στελεχών των φυτών στην κατάλληλη θέση και αποτρέποντας την πτώση των φυτών.

Κύπελλο φύτευσης: Είναι ένα δοχείο για την τοποθέτηση φυτικών δενδρυλλίων, γενικά κατασκευασμένο από πλαστικό, με πολλές μικρές τρύπες στο τοίχωμα του κυπέλλου. Αυτές οι μικρές τρύπες επιτρέπουν στο θρεπτικό διάλυμα να εισέλθει στο κύπελλο φύτευσης και να παρέχει θρεπτικά συστατικά για τις ρίζες των φυτών. Το μέγεθος του κυπέλλου φύτευσης εξαρτάται από το μέγεθος των φυτικών δενδρυλλίων. Για παράδειγμα, κατά τη φύτευση φυλλωδών λαχανικών όπως το μαρούλι, η διάμετρος του κυπέλλου φύτευσης είναι περίπου 5-8 εκατοστά.

5. Συσκευή αύξησης οξυγόνου

Δεδομένου ότι οι ρίζες των φυτών αναπτύσσονται στο θρεπτικό διάλυμα και χρειάζονται επαρκές οξυγόνο για την αναπνοή, η συσκευή αύξησης οξυγόνου περιλαμβάνει κυρίως έναν αεροσυμπιεστή και έναν μικροπορώδη σωλήνα αερισμού. Ο αεροσυμπιεστής συμπιέζει τον αέρα και στη συνέχεια εγχέει μικροσκοπικές φυσαλίδες στο θρεπτικό διάλυμα μέσω του μικροπορώδους σωλήνα αερισμού, αυξάνοντας την περιεκτικότητα σε διαλυμένο οξυγόνο στο θρεπτικό διάλυμα.

6. Ψύκτης νερού

Μπορεί να βελτιστοποιήσει το περιβάλλον ανάπτυξης των ριζών. Για παράδειγμα, η βέλτιστη θερμοκρασία νερού για την υδροπονική καλλιέργεια μαρουλιού είναι μεταξύ 18-22°C. Το καλοκαίρι, όταν η θερμοκρασία είναι σχετικά υψηλή, το νερό είναι πιθανό να θερμανθεί και να υπερβεί το κατάλληλο εύρος. Ο ψύκτης μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία του νερού μέσω του συστήματος ψύξης του, αποτρέποντας τις ρίζες από το να επηρεαστούν από την υποξία που προκαλείται από την υψηλή θερμοκρασία, η οποία διαφορετικά θα μπορούσε να επηρεάσει τη λειτουργία απορρόφησής τους. Αυτό εξασφαλίζει την υγεία των ριζών και βελτιώνει την απόδοση απορρόφησης θρεπτικών συστατικών και νερού.

Με την κίνηση της αντλίας νερού, το θρεπτικό διάλυμα εισέρχεται στον πάγκο φύτευσης από τη δεξαμενή, παρέχοντας θρεπτικά συστατικά για τις ρίζες των φυτών. Οι ρίζες των φυτών απορροφούν θρεπτικά συστατικά ενώ βυθίζονται στο θρεπτικό διάλυμα. Η αντλία αέρα εγχέει αέρα στο θρεπτικό διάλυμα μέσω των συσκευών αερισμού, σχηματίζοντας μια κλίση διαλυμένου οξυγόνου για να εξασφαλίσει την αερόβια αναπνοή των ριζών.

Καθώς τα φυτά απορροφούν και καταναλώνουν τα θρεπτικά συστατικά στο θρεπτικό διάλυμα, το σύστημα κυκλοφορίας θα επιστρέφει τακτικά ή σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανίχνευσης, μέρος ή όλο το θρεπτικό διάλυμα στον πάγκο φύτευσης στη δεξαμενή για συμπλήρωση και ρύθμιση, όπως η ρύθμιση των χημικών ιδιοτήτων όπως η τιμή pH και η ηλεκτρική αγωγιμότητα (τιμή EC) του θρεπτικού διαλύματος, καθώς και φυσικές ιδιότητες όπως η θερμοκρασία.

I. Εξαιρετική παροχή θρεπτικού διαλύματος και ικανότητα απορρόφησης

Σταθερή παροχή θρεπτικών συστατικών
Στο σύστημα DWC, το στρώμα του θρεπτικού διαλύματος είναι σχετικά βαθύ, συνήθως γύρω στα 10-20 εκατοστά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα έναν σχετικά μεγάλο συνολικό όγκο του θρεπτικού διαλύματος. Για παράδειγμα, σε μια μεγαλύτερη τάφρο φύτευσης DWC, η επαρκής αποθήκη θρεπτικού διαλύματος μπορεί να παρέχει συνεχώς στα φυτά όλα τα είδη των απαραίτητων θρεπτικών στοιχείων, όπως μακροθρεπτικά συστατικά όπως άζωτο, φώσφορος και κάλιο, καθώς και μικροθρεπτικά συστατικά όπως σίδηρος, μαγγάνιο και ψευδάργυρος. Είναι σαν μια «αποθήκη θρεπτικών συστατικών» που μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ανάπτυξης των φυτών για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Το σύστημα κυκλοφορίας του θρεπτικού διαλύματος διασφαλίζει περαιτέρω την ομοιόμορφη κατανομή των θρεπτικών συστατικών. Μέσω εξοπλισμού όπως αντλίες νερού, το θρεπτικό διάλυμα κυκλοφορεί μεταξύ της τάφρου φύτευσης και της δεξαμενής αποθήκευσης, επιτρέποντας στις ρίζες των φυτών να έρχονται ομοιόμορφα σε επαφή με διάφορα θρεπτικά συστατικά και αποφεύγοντας την κακή ανάπτυξη που προκαλείται από την τοπική έλλειψη ή περίσσεια θρεπτικών συστατικών.

Περιβάλλον απορρόφησης
Το σχετικά βαθύ στρώμα θρεπτικού διαλύματος μπορεί επίσης να παίξει έναν ορισμένο ρόλο απορρόφησης για περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η σύνθεση και η θερμοκρασία του θρεπτικού διαλύματος. Για παράδειγμα, όταν αλλάζει η εξωτερική θερμοκρασία, η μεγάλη ποσότητα θρεπτικού διαλύματος μπορεί να απορροφήσει ή να απελευθερώσει θερμότητα, κάνοντας την αλλαγή θερμοκρασίας του θρεπτικού διαλύματος σχετικά αργή και παρέχοντας ένα σχετικά σταθερό περιβάλλον θερμοκρασίας για τις ρίζες των φυτών. Είναι παρόμοιο με ένα φυσικό «σύστημα κλιματισμού», μειώνοντας τη ζημιά στις ρίζες των φυτών που προκαλείται από τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

Έχει επίσης ένα αποτέλεσμα απορρόφησης στις χημικές ιδιότητες όπως η τιμή pH και η ηλεκτρική αγωγιμότητα (τιμή EC) του θρεπτικού διαλύματος. Εάν υπάρχουν διακυμάνσεις στην τιμή pH ή στην τιμή EC λόγω της απορρόφησης των φυτών ή των αλλαγών στη σύνθεση του θρεπτικού διαλύματος, η σχετικά μεγάλη ποσότητα θρεπτικού διαλύματος μπορεί να αραιώσει αυτές τις αλλαγές σε ένα ορισμένο βαθμό, παρέχοντας ένα σχετικά σταθερό χημικό περιβάλλον για τις ρίζες των φυτών.

II. Ανώτερο περιβάλλον ανάπτυξης ριζών

Επαρκής παροχή οξυγόνου
Στο σύστημα DWC, μια αντλία αέρα χρησιμοποιείται γενικά για την παροχή οξυγόνου στο θρεπτικό διάλυμα. Λόγω του σχετικά βαθιού θρεπτικού διαλύματος, μπορεί να σχηματιστεί μια καλή κλίση διαλυμένου οξυγόνου στο θρεπτικό διάλυμα. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο είναι υψηλή κοντά στην αντλία αέρα και στις ελαφρώς πιο μακρινές περιοχές, καθώς το οξυγόνο διαχέεται και καταναλώνεται από τις ρίζες των φυτών, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώνεται σταδιακά, αλλά μπορεί ακόμα να διασφαλίσει ότι οι ρίζες έχουν αρκετό οξυγόνο για αναπνοή.

Αυτό το περιβάλλον διαλυμένου οξυγόνου ευνοεί την αερόβια αναπνοή των ριζών των φυτών, προάγοντας την ανάπτυξη των ριζών και την απορρόφηση θρεπτικών συστατικών. Για παράδειγμα, για φυλλώδη πράσινα λαχανικά όπως το μαρούλι στο σύστημα DWC, οι ρίζες τους θα αναπτυχθούν πιο λευκές και ισχυρότερες λόγω της επαρκούς παροχής οξυγόνου. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή καλλιέργεια εδάφους, η ζωτικότητα των ριζών και η απόδοση απορρόφησης είναι υψηλότερες.

Ευρύχωρος χώρος επέκτασης ριζών
Το βαθύ στρώμα υγρού παρέχει έναν ευρύ χώρο ανάπτυξης για τις ρίζες των φυτών, επιτρέποντας στις ρίζες να τεντώνονται και να αναπτύσσονται ελεύθερα. Αυτό είναι πολύ ευεργετικό για ορισμένα φυτά με ανεπτυγμένα ριζικά συστήματα, όπως οι ντομάτες και τα αγγούρια. Οι ρίζες τους μπορούν να επεκτείνονται συνεχώς στο θρεπτικό διάλυμα, να απορροφούν περισσότερα θρεπτικά συστατικά και νερό και στη συνέχεια να υποστηρίζουν την έντονη ανάπτυξη των υπέργειων τμημάτων.

III. Εύκολο στη διαχείριση και τη συντήρηση

Οπτικοποιημένη διαχείριση
Το σύστημα DWC έχει συνήθως σχετικά διαφανή ή ημιδιαφανή δοχεία φύτευσης, τα οποία επιτρέπουν στους καλλιεργητές να παρατηρούν άμεσα την κατάσταση ανάπτυξης των ριζών των φυτών, τη στάθμη του υγρού του θρεπτικού διαλύματος και τη διαύγειά του. Για παράδειγμα, με την παρατήρηση, προβλήματα όπως το εάν οι ρίζες είναι άρρωστες, εάν το θρεπτικό διάλυμα είναι μολυσμένο ή εάν η στάθμη του υγρού είναι πολύ χαμηλή μπορούν να εντοπιστούν έγκαιρα.

Εύκολος καθαρισμός και απολύμανση
Σε σύγκριση με ορισμένες πολύπλοκες μεθόδους καλλιέργειας υποστρώματος, οι τάφροι φύτευσης και τα συστήματα κυκλοφορίας θρεπτικού διαλύματος του συστήματος DWC είναι σχετικά εύκολο να καθαριστούν και να απολυμανθούν. Μετά το τέλος ενός κύκλου φύτευσης, το θρεπτικό διάλυμα μπορεί να στραγγιστεί και στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ειδικά απολυμαντικά για τον καθαρισμό και την απολύμανση των τάφρων φύτευσης, των σωλήνων κ.λπ., προετοιμάζοντας για τον επόμενο γύρο φύτευσης. Επιπλέον, λόγω της απουσίας υπολειμμάτων υποστρώματος και πολύπλοκων διαδικασιών επεξεργασίας μέσου, μειώνεται η πιθανότητα αναπαραγωγής και παραμονής παρασίτων και ασθενειών στο υπόστρωμα.

IV. Κατάλληλο για την καλλιέργεια πολλαπλών ειδών φυτών

Ιδανικό για φυλλώδη πράσινα λαχανικά
Για φυλλώδη πράσινα λαχανικά όπως το μαρούλι, το σπανάκι και το bok choy, η καλλιέργεια DWC βαθιάς ροής μπορεί να παρέχει επαρκή νερό και θρεπτικά συστατικά, επιτρέποντάς τους να αναπτυχθούν γρήγορα. Αυτά τα φυτά μπορούν να απορροφήσουν γρήγορα στοιχεία όπως άζωτο και φώσφορο στο θρεπτικό διάλυμα, προάγοντας την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φύλλων τους. Επιπλέον, ρυθμίζοντας τη φόρμουλα του θρεπτικού διαλύματος και τις περιβαλλοντικές συνθήκες, η ποιότητα των φυλλωδών λαχανικών μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά, όπως το πάχος, το χρώμα και η γεύση των φύλλων.

Εφαρμόζεται επίσης σε ορισμένα λαχανικά φρούτων
Για λαχανικά φρούτων όπως οι ντομάτες και οι πιπεριές, το σύστημα DWC μπορεί επίσης να παρέχει καλές συνθήκες ανάπτυξης κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης και καρποφορίας τους. Στο πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, μπορούν να δημιουργηθούν γρήγορα ισχυρές ρίζες στο θρεπτικό διάλυμα, θέτοντας τα θεμέλια για την επακόλουθη ανάπτυξη των υπέργειων τμημάτων και τη διαφοροποίηση των ανθοφόρων οφθαλμών. Στο στάδιο της καρποφορίας, μια σταθερή παροχή θρεπτικών συστατικών βοηθά στην ανάπτυξη των φρούτων και στη βελτίωση της ποιότητας.