Καλλιέργεια σε λεπτό στρώμα θρεπτικού διαλύματος

Η καλλιέργεια σε λεπτό στρώμα θρεπτικού διαλύματος NFT είναι μία υδροπονική μέθοδος καλλιέργειας φυτών όπου δεν γίνεται χρήση στερεού υποστρώματος. Η καλλιέργεια σε ρηχό ρεύμα θρεπτικού διαλύματος είναι γνωστή διεθνώς με το ακρώνυμο NFT το οποίο προέρχεται από τα αρχικά του αγγλικού όρου Nutrient Film Technique. Οι ρίζες των φυτών αναπτύσσονται μέσα σε καθαρό θρεπτικό διάλυμα το οποίο όμως ρέει συνεχώς σε αντίθεση με άλλα συστήματα καλλιέργειας σε λεκάνες γεμισμένες με στάσιμο θρεπτικό διάλυμα.

Γενικά

Το σύστημα NFT αναπτύχθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του '70 στην Αγγλία από τον Cooper. Ωστόσο άρχισε να γίνεται γνωστό και να βρίσκει πρακτική εφαρμογή στα θερμοκήπια γύρω στα μέσα της δεκαετίας του 70. Μεγάλη εξάπλωση γνώρισε στην Αγγλία, όπου έφτασε το 1982 να εφαρμόζεται σε περίπου 460 στρέμματα με θερμοκηπιακές καλλιέργειες μαρουλιού και τομάτας. Αρχικά θεωρήθηκε ένα ιδανικό σύστημα ανάπτυξης φυτών καθώς θα πρόσφερε μια βέλτιστη διαχείριση της άρδευσης των ριζών χωρίς το κόστος του υποστρώματος ενώ η απλότητα της μεθόδου επέτρεψε την ανάπτυξη σχεδόν πλήρως αυτοματοποιημένων συστημάτων. Επιπλέον, το NFT εξασφαλίζει ότι τα φυτά έχουν συνεχόμενη πρόσβαση σε νερό με αποτέλεσμα οι φυλλώδεις καλλιέργειες όπως το μαρούλι να επωφελούνται από αυτό και να καλλιεργούνται ευρέως στο συγκεκριμένο σύστημα. Όμως οι περισσότερες εμπορικές θερμοκηπιακές καλλιέργειας από τομάτες, πιπεριές και αγγούρια αναπτύσσονται υδροπονικά χρησιμοποιώντας κάποιο αδρανές υπόστρωμα όπως ο πετροβάμβακας. Παρ' όλα αυτά ένα στοιχείο του NFT είναι ότι έχει πολύ μικρή ρυθμιστική ικανότητα σε διακοπές στη ροή λόγω διακοπών ρεύματος.

Περιγραφή της μεθόδου

Με τη μέθοδο αυτή τα φυτά αναπτύσσονται σε μακριά κανάλια, όπου ρέει ένα πολύ ρηχό ρεύμα (2-3 mm) ανακυκλούμενου θρεπτικού διαλύματος. Η ρίζα αναπτύσσεται πάνω στο θρεπτικό διάλυμα, χωρίς να υπάρχει κανένα πορώδες θρεπτικό υπόστρωμα. Με τη ανάπτυξη της ρίζας δημιουργείται ένα παχύ πλέγμα ριζών, στο οποίο συμπλέκονται οι ρίζες από όλα τα φυτά του καναλιού και το οποίο αποτελεί το κάτω στήριγμα των φυτών. Το ρηχό ρεύμα του θρεπτικού διαλύματος, περνά κάτω από το ριζικό πλέγμα, ενώ το επάνω μέρος του ριζικού πλέγματος, αν και είναι υγρό, βρίσκεται περισσότερο στον αέρα που του επιτρέπει καλή οξυγόνωση.
Τα κανάλια που βρίσκονται οι ρίζες των φυτών είναι συνήθως κατασκευασμένα από λαμαρίνα που στερεώνεται πάνω σε σιδερένιο σκελετό. Σε μερικές περιπτώσεις τα κανάλια διαμορφώνονται σε τσιμεντένιο πάτωμα. Το θρεπτικό διάλυμα τροφοδοτείται στο υψηλότερο σημείο του καναλιού και με τη βαρύτητα καταλήγει στο χαμηλότερο σημείο, απ’ όπου με σωληνώσεις επιστρέφει στη δεξαμενή θρεπτικού διαλύματος. Τα καρποφόρα λαχανικά επωφελούνται από έναν πιο γρήγορο ρυθμό ροής. Ο πιο αργός ρυθμός που είναι επαρκής για να καλύπτει τις ρίζες με νερό, μπορεί να μην είναι αρκετός σε ένα σύστημα NFT. Εάν η ροή είναι αρκετά χαμηλή τότε το πρόβλημα που προκύπτει δεν οφείλεται στην έλλειψη νερού αλλά στην έλλειψη θρεπτικών στοιχείων κυρίως για τα φυτά των οποίων οι ρίζες βρίσκονται προς τα κάτω στο αυλάκι και προσλαμβάνουν νερό το οποίο έχουν χρησιμοποιήσει ήδη άλλα φυτά και από το οποίο έχουν αφαιρέσει θρεπτικά.

Τεχνικά στοιχεία του συστήματος NFT

Μια εγκατάσταση NFT αποτελείται από: α) ένα σύστημα παράλληλα τοποθετημένων υδροροών (καναλιών), μέσα στις οποίες κυλάει θρεπτικό διάλυμα με ρυθμό ροής περίπου 100-200 λίτρα ανά ώρα (0,1-0,2 m3 h-1), β) ένα σύστημα παρασκευής (κεφαλή υδρολίπανσης) και διανομής του θρεπτικού διαλύματος στις υδρορροές και γ) εγκαταστάσεις συλλογής του διαλύματος από τις υδρορροές και επιστροφής του πίσω στην κεφαλή υδρολίπανσης ώστε να ανακυκλώνεται.
Οι υδρορροές είναι κατασκευασμένες από προπυλένιο, PVC ή από κάποια άλλη πλαστική ύλη ή ακόμα και γαλβανισμένο μέταλλο. Έχουν πλάτος 20-30 cm και το σχήμα των υδρορροών συνίσταται να είναι ορθογώνιο παραλληλόγραμμο ώστε ο πυθμένας να είναι επίπεδος. Επίσης, θα πρέπει να έχουν μια κλίση γύρω στο 1-2% ώστε να είναι δυνατή η κίνηση του θρεπτικού διαλύματος μέσα στις υδρορροές. Τέλος το μήκος των καναλιών δεν θα πρέπει να ξεπερνάει τα 20 m καθώς μειώνεται η περιεκτικότητα του θρεπτικού διαλύματος σε οξυγόνο στη διάρκεια της ροής του με αποτέλεσμα να δημιουργούνται προβλήματα υποξίας στα φυτά. 
Το σύστημα παρασκευής και διανομής του θρεπτικού διαλύματος αποτελείται από μία κεφαλή υδρολίπανσης, ένα σύστημα ελέγχου, μία αντλία παροχής του θρεπτικού διαλύματος στα φυτά και ένα δίκτυο σωληνώσεων που μεταφέρουν το διάλυμα στα κανάλια καλλιέργειας. Η λειτουργίας της κεφαλής υδρολίπανσης συνίσταται στη συνεχή επιστροφή του διαλύματος που απορρέει από τα κανάλια μέσα σε ένα δοχείο και την αναπλήρωση του διαλύματος που απορροφήθηκε από τα φυτά μέσω της αυτόματης εισόδου νερού και πυκνών διαλυμάτων λιπασμάτων. Η είσοδος ελέγχεται από έναν πλωτήρα ο οποίος διατηρεί σταθερή μέσα στο δοχείο παροχής του θρεπτικού διαλύματος. Η είσοδος των πυκνών διαλυμάτων λιπασμάτων και οξέος ελέγχεται μέσω αισθητήρων συνεχούς καταγραφής των τιμών EC και pH στο δοχείο του θρεπτικού διαλύματος. Αυτές οι τιμές στέλνονται σε πραγματικό χρόνο στο σύστημα αυτόματου ελέγχου και χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση της έγχυσης των πυκνών διαλυμάτων λιπασμάτων και οξέος. Στην πράξη όμως σε μεγάλες παραγωγικές μονάδες η έγχυση πυκνών διαλυμάτων και οξέος βασίζεται σε μία προγραμματισμένη προσθήκη θρεπτικών στοιχείων αντί της προσθήκης με βάση την EC και το pH, χωρίς να απαιτείται η συνεχής λειτουργία της κεφαλής υδρολίπνασης.
Το δοχείο ή δεξαμενή, λειτουργεί και ως δοχείο συλλογής των απορροών δεδομένου ότι σε αυτό καταλήγει το θρεπτικό διάλυμα που επιστρέφει από τα κανάλια. Σε καλλιέργειες τομάτας σε σύστημα NFT  ο όγκος του μπορεί να ανέρθει στα 2 L/φυτό ενώ σε μεσογειακές περιοχές ο όγκος του θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος. Σε περίπτωση που το σύστημα συνεχούς κυκλοφορίας του διαλύματος σταματήσει να λειτουργεί, το δοχείο θα πρέπει να έχει επαρκή χωρητικότητα ώστε να το συλλέξει δεξαμενές παροχής θρεπτικού διαλύματος συνήθως κατασκευάζονται υπόγεια κάτω από την καλλιέργεια ώστε το διάλυμα να επιστρέφει εύκολα από τα κανάλια μόνο με την επίδραση της βαρύτητας, να εξοικονομείται χώρος αλλά και να διατηρείται η θερμοκρασία του διαλύματος σταθερή ιδίως τους θερμούς μήνες του έτους.

Παράγοντες επιτυχίας και προοπτικές της μεθόδου

Οι παράγοντες που καθορίζουν την επιτυχία στην τεχνική N.F.T. είναι: 1) Ομοιόμορφη κλίση του καναλιού για ομοιόμορφη παροχή του νερού χωρίς τοπικές ανωμαλίες. 2) Το πλάτος του καναλιού να είναι αρκετό, ώστε το νερό να ρέει ομοιόμορφα σε όλο το μήκος. 3) Η βάση του καναλιού να είναι τελείως επίπεδη και οριζόντια. 4) Η παροχή του θρεπτικού διαλύματος να ρυθμίζεται συνεχώς, έτσι ώστε στο τέλος των καναλιών να υπάρχει πάντα μια μικρή ροή, χωρίς όμως να υψώνεται η στάθμη του νερού. Μια μεταβολή στο ρυθμό διαπνοής των φυτών, που συνήθως οφείλεται στη μεταβολή της ηλιακής ακτινοβολίας ή του μεγέθους της φυλλικής επιφάνειας, επιβάλλει να υπάρξει επαναρύθμιση της παροχής, γιατί είναι πιθανό να μην επαρκεί ή να γίνει υπερβολική και να δημιουργήσει έλλειψη οξυγόνου. Η συνεχής ρύθμιση της παροχής, ανάλογα με τη διαπνοή των φυτών, είναι απαραίτητη φροντίδα στην περίπτωση της καλλιέργειας N.F.T.
Το σύστημα NFT έχει προσαρμοστεί σε ένα εύρος καλλιεργειών. Έχουν γίνει αρκετές βελτιώσεις στο σύστημα με την πάροδο των χρόνων όμως αυτό που το χαρακτηρίζει είναι η υψηλή ποιότητα και ποσότητα παραγωγής. Το σύστημα NFT έχει αποτελέσει μία χρήσιμη τεχνική στην έρευνα της θρέψης των φυτών. Η ικανότητα να ελέγχεται το περιβάλλον της ρίζας έχει οδηγήσει σε πρακτικές όπως η θέρμανση του διαλύματος, η διακύμανση στην αγωγιμότητα του διαλύματος και την διακεκομμένη ροή για τον έλεγχο της ανάπτυξης των καλλιεργειών. Η ελάχιστη χρήση νερού και θρεπτικών στοιχείων το έχει καταστήσει ιδιαίτερα επιθυμητό σε ξηρά κλίματα. Η ελάχιστη χρήση των υλικών και το υψηλό επίπεδο του αυτοματισμού όπου είναι δυνατόν, επιτρέπει μια γρήγορη εναλλαγή των καλλιεργειών.  Εκτός από τα πλεονεκτήματα, το NFT παρουσιάζει και όλα τα μειονεκτήματα των κλειστών  υδροπονικών συστημάτων, δηλαδή αναγκαιότητα συχνών αναλύσεων και εκτεταμένων αναπροσαρμογών στη σύνθεσή του μετά απ κάθε ανάλυση, συσσώρευση ιόντων Na και Cl σε περίπτωση που το νερό έχει υψηλή περιεκτικότητα στα δύο ιόντα. Επίσης, σε περίπτωση που η αντλία ή το σύστημα αυτόματου ελέγχου παρουσιάσουν βλάβη τότε ενδέχεται να καταστραφεί η καλλιέργεια καθώς διακόπτεται για σημαντικό χρονικό διάστημα η παροχή θρεπτικού διαλύματος στα φυτά. Τέλος υπάρχει ο κίνδυνος μόλυνσης του θρεπτικού διαλύματος από κάποιο παθογόνο και η διασπορά του σε όλη την καλλιέργεια. Λόγω όμως του μεγάλου όγκου θρεπτικού διαλύματος που ανακυκλώνεται ανά ημέρα στις καλλιέργειες NFT, η απολύμανση πριν την επαναχρησιμοποίηση του είναι πολύ δαπανηρή. Στην πράξη η χημική απολύμανση όπως προσθήκη χλωρίου είναι η μόνη σχετικά οικονομική λύση.