हाइड्रोपोनिक्स, अगली पीढ़ी की खेती, और मिट्टी रहित खेती का संक्षिप्त इतिहास

अब, हाइड्रोपोनिक्स के कई अनुप्रयोग हैं। इसका उपयोग दुनिया भर में पौधों को भूमि या पानी में बिना मिट्टी के उगाने के लिए किया जाता है, चाहे वह वाणिज्यिक हो या घरेलू उपयोग के लिए। पौधे की जड़ें उगाने के माध्यम या मिट्टी से संपर्क नहीं करती हैं, बल्कि एक समाधान में रहती हैं जिसमें पौधों की वृद्धि के लिए आवश्यक सभी पोषक तत्व होते हैं।

हाइड्रोपोनिक पौधों को उगाने के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों को नियंत्रित किया जा सकता है ताकि इष्टतम उगाने के वातावरण का निर्माण किया जा सके। हाइड्रोपोनिक्स का उपयोग साल भर ग्रीनहाउस फसलों को उगाने और आर्थिक रूप से स्वस्थ भोजन उत्पादन के लिए किया जाता है।

यह विधि द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान संयुक्त राज्य अमेरिका में W. F. Gericke द्वारा विकसित की गई थी, जो कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के एक कृषि वैज्ञानिक थे, जिन्होंने पानी के नीचे टमाटर उगाने के लिए एक तैरती हुई प्रणाली का डिज़ाइन और निर्माण किया। पहला कार्यशील मॉडल एक लकड़ी के फ्रेम से बना था जिसमें हुक थे, जिनमें मिट्टी के बर्तन रखे गए थे; Gericke ने अपनी खोज को “मिट्टी रहित संस्कृति” कहा।

शब्द हाइड्रोपोनिक्स ग्रीक शब्द “हाइड्रो” से लिया गया है, जिसका अर्थ है पानी और “पोनोस” जिसका अर्थ है श्रम।

आधुनिक वाणिज्यिक संचालन NASA द्वारा उन्नत बायोफार्मिंग तकनीक का उपयोग करते हैं, जो बाहरी अंतरिक्ष में जीवन का समर्थन करने वाले पौधों के उत्पादन में मदद करती है। बिना मिट्टी के, अंतरिक्ष यात्री सब्जियाँ और फल उगाने में असमर्थ होंगे।

(NASA के बायोफार्मिंग विभाग से छवि)

हाइड्रोपोनिक प्रणालियों के दो अलग-अलग शैलियाँ हैं:

पैसिव हाइड्रोपोनिक सिस्टम

एक पैसिव प्रणाली वातावरण का उपयोग उगाने के माध्यम के रूप में करती है, आमतौर पर किसी प्रकार के विकिंग तंत्र का उपयोग करके पानी और पोषक तत्वों को पौधे की जड़ क्षेत्र में खींचती है। पैसिव सिस्टम आमतौर पर सक्रिय सिस्टम की तुलना में कम महंगे होते हैं, लेकिन इन्हें उतनी सटीकता से नियंत्रित नहीं किया जा सकता।

सक्रिय हाइड्रोपोनिक सिस्टम

एक सक्रिय प्रणाली का उपयोग उस वातावरण को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है जिसमें पौधे उगाए जाते हैं, पानी और पोषक तत्वों के सटीक स्तर प्रदान करते हैं। सक्रिय सिस्टम बनाने में अधिक महंगे होते हैं, लेकिन ये बेहतर पौधों की वृद्धि और अधिक उपज प्रदान करते हैं।

सक्रिय हाइड्रोपोनिक सिस्टम दो श्रेणियों में आते हैं:

एब-एंड-फ्लो सिस्टम

एब-एंड-फ्लो सिस्टम फसलों को पोषक तत्वों से भरपूर पानी से भरते हैं और फिर समाधान को एक जलाशय में वापस निकालते हैं। इससे बड़ी मात्रा में उगाने के माध्यम का उपयोग किया जा सकता है जबकि जड़ों के लिए अच्छी वायु संचार भी प्रदान किया जाता है। लगभग आधे वाणिज्यिक हाइड्रोपोनिक उत्पादक एब-एंड-फ्लो सिस्टम का उपयोग करते हैं, जिन्हें अक्सर NFT या फ्लड/ड्रेन सिस्टम कहा जाता है।

पोषक तत्व फिल्म तकनीक

पोषक तत्व फिल्म तकनीक प्रणाली उथले पानी की तालाबों और उगाने के माध्यम का उपयोग करती हैं जिनमें प्रवाह के लिए कम प्रतिरोध होता है। पोषक तत्वों को दबाव के तहत तालाब के माध्यम से पंप किया जाता है, जो जड़ों के लिए अच्छी वायु संचार प्रदान करता है। पोषक तत्व समाधान लगातार पुनः परिसंचालित होता है, पानी में पोषक तत्वों की समान सांद्रता सुनिश्चित करता है।

हाइड्रोपोनिक्स में, पौधों को मिट्टी में उगाए गए पौधों की तुलना में कम स्थान की आवश्यकता होती है क्योंकि मैक्रोपोरस उपस्ट्रेट की अनुपस्थिति होती है, जिसे निष्क्रिय सामग्री (रॉक ऊन, पर्लाइट) या पोषक तत्व समाधान द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इस प्रकार, हाइड्रोपोनिक्स पारंपरिक खेती की तुलना में 30% कम भूमि पर पौधे उगाता है।

हाइड्रोपोनिक सिस्टम में पोषक तत्व पानी में घुल जाते हैं; अधिकांश वाणिज्यिक हाइड्रोपोनिक सिस्टम एक स्थायी पोषक तत्व समाधान की पुनः परिसंचरण करते हैं। पोषक तत्वों के स्तर को सावधानीपूर्वक बनाए रखा जाता है, आमतौर पर पौधों की जड़ों के लिए स्वस्थ वृद्धि के लिए आवश्यक इष्टतम मात्रा के कुछ प्रतिशत बिंदुओं के भीतर। हाइड्रोपोनिक्स में नियंत्रित वातावरण पारंपरिक कृषि की तुलना में pH और पानी के तापमान पर अधिक नियंत्रण की अनुमति देता है।

हाइड्रोपोनिक रूप से पौधे उगाना आमतौर पर मिट्टी में उगाने की तुलना में अधिक महंगा होता है क्योंकि आवश्यक उपकरण (लाइट्स, जलवायु नियंत्रण प्रणाली, आदि) की लागत होती है और क्योंकि सेटअप की लागत अधिक होती है। हालांकि, हाइड्रोपोनिक सिस्टम छोटे बजट पर संचालित होने की उनकी क्षमता के कारण छोटे पैमाने के घरेलू और बाजार बागवानों के बीच लोकप्रियता प्राप्त कर रहे हैं।

हालांकि, एक बार जब उपकरण की प्रारंभिक लागत चुकता हो जाती है, तो हाइड्रोपोनिक्स पारंपरिक खेती की तुलना में सस्ता हो जाता है यदि कोई मिट्टी के प्रतिस्थापन खर्च, मिट्टी प्रबंधन में आवश्यक कौशल, और हाइड्रोपोनिक सेटिंग में आवश्यक श्रम की कमी को ध्यान में रखता है।

संक्षिप्त इतिहास

यह अवधारणा कि पौधों को जीवित रहने के लिए मुख्य रूप से ऑक्सीजन और पानी की आवश्यकता होती है, हजारों वर्षों से ज्ञात है। थियोफ्रास्टस (लगभग 372–287 ईसा पूर्व) ने इसे अपनी पुस्तक “पौधों की जांच” में उल्लेख किया। एडवर्ड ब्लाइथ ने वाणिज्यिक हाइड्रोपोनिक बागवानी का पहला उल्लेख किया, जिसमें “वाटरस्प्राउट संस्कृति” शीर्षक से 16-पृष्ठ का लेख 1870 के “भारतीय कृषि समाज के जर्नल” में प्रकाशित किया।

1886 में, बोडिंगटन और फिलिप्स ने “मिट्टी के बिना पौधों की कृत्रिम संस्कृति” का पेटेंट कराया, जिसने हाइड्रोपोनिक रूप से उगाए गए फलदार पेड़ों के लिए पाइपों के एक सिस्टम को जोड़ा। पहला वाणिज्यिक कार्यान्वयन जूलियस हेंसल द्वारा जर्मनी में किया गया, जिन्होंने 1920 के दशक में ग्रीनहाउस उपयोग के लिए सिस्टम बेचना शुरू किया। 1930 में, लिबर्टी हाइड बेली और इमर्सन ने “गर्म बिस्तरों, ठंडे फ्रेम और आश्रयों का टमाटर के पौधों की वृद्धि पर प्रभाव” प्रकाशित किया।

1937 में, अमेरिकी कृषि विभाग ने दो परिपत्र जारी किए: परिपत्र 318 - फ्लोरिडा में टमाटर लगाने के लिए तिथियाँ, और परिपत्र 404 - टमाटर की विपणन योग्य उपज बढ़ाने के लिए सुझाव। ये प्रकाशन हाइड्रोपोनिक तकनीकों का वर्णन करते हैं जो आज भी उपयोग में हैं, लेकिन बड़े बर्तनों और वाणिज्यिक उर्वरकों का उपयोग करते हैं।

1940 के दशक में, डॉ. विलियम एफ. ट्रेसी ने पौधों के पोषण पर अपने शोध का विस्तार किया, जो मूल रूप से रेतीली मिट्टी में पौधों की वृद्धि तक सीमित था, पोषक तत्व समाधानों को शामिल करने के लिए एक पेपर में “सिंथेटिक माध्यमों में क्रिसैंथेमम की संस्कृति” शीर्षक से।

1950 के दशक से 1960 के दशक तक, हाइड्रोपोनिक्स पर शोध में एक ठहराव आया। अंतरिक्ष दौड़ और चंद्रमा पर मनुष्यों को उतारने के प्रयास ने अमेरिकी सरकार को हाइड्रोपोनिक खाद्य उत्पादन प्रणालियों के बजाय अन्य चीजों, जैसे सेमीकंडक्टर्स में शोध के लिए धन देने के लिए प्रेरित किया।

हाइड्रोपोनिक्स को फिल्म निर्माता और आविष्कारक फ्लक्स डेवेनपोर्ट द्वारा फिर से खोजा गया। वह 1991 में “अंतर्राष्ट्रीय जैविक कृषि आंदोलन समाज” (ISOM) के संस्थापक भी थे, और उन्होंने कैलिफोर्निया के ओकलैंड में अपने घर पर जैविक शहरी कृषि पर पहला सम्मेलन आयोजित किया।

1977 में, एक महत्वपूर्ण मोड़ आया जब बी.सी. (“बड”) वोल्फ ने “द पॉटिंग मिक्स” नामक पुस्तक प्रकाशित की।

यह उस समय आया जब हाइड्रोपोनिक्स में रुचि फिर से जागृत हुई, और इसमें एक सरल पोषक तत्व फिल्म तकनीक (NFT) प्रणाली को फिर से बनाने के लिए आवश्यक सभी जानकारी शामिल थी। हालांकि, इसका ज्यादा प्रभाव नहीं पड़ा जब तक 1986 में वोल्फ का लेख “मैं अपने पौधों को कैसे खिलाता हूँ: NFT के लिए एक सामान्य व्यक्ति का मार्गदर्शक” वैकल्पिक कृषि, एक व्यापार पत्रिका में प्रकाशित नहीं हुआ।

पहला वाणिज्यिक एक्वाकल्चर सिस्टम डेनिस होग्लैंड द्वारा विकसित किया गया था जब वह विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के मत्स्य एवं वन्यजीव विभाग में काम कर रहे थे, और इसे होग्लैंड हाइड्रोपोनिक्स या विस्कॉन्सिन सिस्टम के रूप में जाना जाता है। “विस्कॉन्सिन सिस्टम” एक पुनः परिसंचारी, पुनः ऑक्सीकरण प्रणाली है जो एक साथ पौधों और शैवाल को खिलाती है। इसे कम लागत, स्व-निहित, ऑन-साइट पोषक तत्व पुनर्प्राप्ति, और मॉड्यूलर के रूप में डिज़ाइन किया गया था। इस डिज़ाइन को विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के बायोसिस्टम प्रबंधन विभाग के डॉ. रॉबर्ट ए. बर्गलंड द्वारा प्रयोगशाला में व्यापक रूप से सत्यापित किया गया है। यह वही तकनीक है जिसका उपयोग एक NASA द्वारा वित्त पोषित परियोजना के लिए किया गया था जिसे डॉ. बर्गलंड ने पृथ्वी और माइक्रोग्रैविटी वातावरण (NASA के कम गुरुत्वाकर्षण विमान का उपयोग करते हुए) में सब्जियाँ उगाने के लिए डिज़ाइन किया था। विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय प्रणाली को दुनिया भर में 50 से अधिक कंपनियों को लाइसेंस दिया गया है, और इसे रैपिड रूटर और रैपिड बेड हाइड्रोपोनिक उगाने के सिस्टम के रूप में वाणिज्यिक किया गया है।

हाइड्रोपोनिक्स में वर्तमान रुचि पैसिव सब-इरिगेशन (PSI) सिस्टम के पहले प्रोटोटाइप के विकास से प्रेरित हुई, जो कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, डेविस में पौधों के पोषण पर शोध के बाद विकसित किए गए थे। इसके बाद, कई लोगों ने विभिन्न माध्यमों, पोषक तत्वों, और उगाने के कॉन्फ़िगरेशन के साथ प्रयोग किया। एक व्यापार पत्रिका, हाइड्रो कल्चर, 1983 में शुरू की गई, लेकिन पांच साल बाद इसका प्रकाशन बंद हो गया।

एक और प्रगति 1990 के दशक की शुरुआत में हुई जब डच वैज्ञानिक जेरोन वैन डेन बॉश ने एक PSI आधारित हाइड्रोपोनिक सिस्टम विकसित किया जिसे राफ्ट कल्चर या फ्लोटिंग ग्रो बेड कहा जाता है। बिस्तर प्लास्टिक या बांस की तैरती हुई सतहों से बना होता है जो पानी के एक निकाय की सतह पर रखी जाती हैं। पौधों को तैरती हुई सतहों के बीच निलंबित उगाने के माध्यम में उगाया जाता है, और जड़ें नीचे पानी में फैली होती हैं, जहां ऑक्सीजन घुली होती है। यह पैसिव हाइड्रोपोनिक सिस्टम शौकियों के बीच बहुत लोकप्रिय हो गया है क्योंकि इसे स्थानीय निर्माण आपूर्ति आउटलेट्स पर पाए जाने वाले सस्ते सामग्रियों का उपयोग करके बनाया जा सकता है।

हाइड्रोपोनिक उत्पादन को कुछ, लेकिन सभी पेशेवर उत्पादकों द्वारा अपनाया गया है। यह नियंत्रित वातावरण जैसे ग्रीनहाउस और उच्च सुरंगों में हाइड्रोपोनिक किसानों द्वारा उपयोग की जाने वाली कई नई तकनीकों में से एक है। हाइड्रोपोनिक्स फसलों को उगाने के लिए एक कुशल प्रणाली है क्योंकि यह उत्पादक को नियंत्रित करने की अनुमति देती है कि पौधे को कौन से पोषक तत्व प्रदान किए जाते हैं और इसे कितनी रोशनी और पानी मिलता है। पोषक तत्व समाधान को एक निश्चित अवधि (आमतौर पर सप्ताह) के लिए पुनः उपयोग किया जा सकता है, जो पारंपरिक मिट्टी आधारित खेती की तुलना में पर्यावरणीय प्रभाव को कम करता है।

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