Pengenalan
Sektor pertanian global menghadapi cabaran yang ketara, termasuk pertumbuhan penduduk, pembandaran, dan perubahan iklim, yang telah mewujudkan keperluan untuk membangunkan amalan pertanian yang inovatif dan lestari. Kilang tanaman, juga dikenali sebagai ladang menegak, telah muncul sebagai penyelesaian yang menjanjikan, memanfaatkan persekitaran terkawal dan teknologi termaju untuk mengoptimumkan pengeluaran tanaman (Chaudhary & Anand, 2024). Antara teknologi utama yang digunakan dalam kemudahan ini ialah hidroponik, aeroponik, dan akuaponik. Kaedah penanaman tanpa tanah ini menawarkan banyak kelebihan, termasuk pemuliharaan air, peningkatan hasil, dan pengurangan kesan alam sekitar. Artikel ini menyediakan gambaran komprehensif tentang teknologi ini, prinsip, kelebihan, cabaran, dan aplikasinya dalam pertanian moden.
Hidroponik
Hidroponik adalah salah satu kaedah penanaman tanpa tanah yang paling banyak digunakan dalam kilang tanaman. Ia melibatkan penanaman tanaman dalam larutan air yang kaya dengan nutrien dan bukannya tanah. Larutan nutrien biasanya disampaikan melalui pelbagai medium seperti rockwool, perlit, atau hidroton, yang menyediakan sokongan struktur kepada akar (Chaudhary & Anand, 2024; Hydroponics, 2022). Hidroponik sangat cekap kerana ia membolehkan kawalan tepat terhadap penghantaran nutrien, tahap pH, dan penggunaan air, menjadikannya sesuai untuk persekitaran terkawal seperti kilang tanaman.
Prinsip Hidroponik
Dalam sistem hidroponik, tanaman ditanam dalam substrat lengai, dan akar pokok dibekalkan dengan larutan nutrien yang seimbang. Larutan ini diformulasikan untuk memenuhi keperluan pemakanan khusus tanaman, memastikan pertumbuhan dan produktiviti yang optimum. Hidroponik boleh dikategorikan lagi kepada sub-jenis, seperti Teknik Filem Nutrien (NFT) dan Kultur Air Dalam (DWC), masing-masing dengan set kelebihan dan aplikasi tersendiri (Hydroponics, 2022; Savvas & Gruda, 2018).
Kelebihan Hidroponik
- Kecekapan Air: Hidroponik menggunakan air yang jauh lebih sedikit berbanding kaedah pertanian tradisional, kerana larutan nutrien dikitar semula dan digunakan semula (Bihari et al., 2023; Dabral et al., 2022).
- Peningkatan Hasil: Dengan menyediakan tanaman dengan bekalan nutrien yang konsisten, hidroponik boleh meningkatkan hasil tanaman dan memendekkan kitaran pertumbuhan (Chaudhary & Anand, 2024; AlShrouf, 2017).
- Pengoptimuman Ruang: Sistem hidroponik boleh diintegrasikan secara menegak, menjadikannya sesuai untuk persekitaran bandar dan ruang terhad (Panotra et al., 2024; Malabadi et al., 2024).
Aplikasi dalam Kilang Tanaman
Hidroponik digunakan secara meluas dalam kilang tanaman untuk menanam pelbagai tanaman, termasuk sayuran berdaun, tomato, timun, dan lada. Persekitaran terkawal kilang tanaman membolehkan pengeluaran sepanjang tahun, tanpa mengira perubahan musim atau lokasi geografi (Hydroponics, 2022; Savvas & Gruda, 2018).
Aeroponik
Aeroponik adalah bentuk hidroponik termaju yang semakin popular dalam tahun-tahun kebelakangan ini disebabkan oleh kecekapan dan ketepatannya yang tinggi. Dalam sistem aeroponik, akar tanaman digantung di udara dan secara berkala disembur dengan kabus halus larutan nutrien. Kaedah ini menghapuskan keperluan untuk medium pertumbuhan, seterusnya mengurangkan penggunaan air dan nutrien (Chaudhary & Anand, 2024; Amin, 2023).
Prinsip Aeroponik
Aeroponik bergantung pada sistem penyembur automatik yang menghantar larutan nutrien ke akar pada selang masa yang tetap. Kekerapan dan tempoh kitaran kabus boleh disesuaikan berdasarkan keperluan khusus tanaman, memastikan penyerapan nutrien yang optimum (Chaudhary & Anand, 2024; AlShrouf, 2017). Akar terdedah kepada udara antara kitaran kabus, yang meningkatkan pengambilan oksigen dan kesihatan akar.
Kelebihan Aeroponik
- Kecekapan Air dan Nutrien: Aeroponik menggunakan sehingga 95% kurang air daripada kaedah pertanian tradisional, menjadikannya salah satu teknik penanaman yang paling cekap air (Dabral et al., 2022; Amin, 2023).
- Kesihatan Akar yang Lebih Baik: Kabus berkala pada akar memastikan akar menerima oksigen yang mencukupi, membawa kepada sistem akar yang lebih sihat dan pertumbuhan tanaman yang lebih cepat (Chaudhary & Anand, 2024; AlShrouf, 2017).
- Keserbabolehan: Aeroponik boleh digunakan untuk menanam pelbagai jenis tanaman, termasuk sayuran berdaun, tomato, dan sayuran berakar (Chaudhary & Anand, 2024; Amin, 2023).
Aplikasi dalam Kilang Tanaman
Aeroponik sangat sesuai untuk kilang tanaman berskala besar kerana kebolehskalaan dan ketepatannya. Sifat automatik sistem aeroponik menjadikannya sesuai untuk integrasi dengan teknologi IoT dan AI, membolehkan pemantauan dan kawalan parameter persekitaran secara masa nyata (Amin, 2023; Ryu et al., 2013).
Akuaponik
Akuaponik adalah sistem simbiotik yang menggabungkan hidroponik dengan akuakultur, amalan membiakkan haiwan akuatik seperti ikan. Dalam sistem akuaponik, sisa yang dihasilkan oleh ikan ditukar menjadi larutan kaya nutrien yang digunakan untuk memberi makan tanaman. Sistem gelung tertutup ini menggalakkan kecekapan sumber dan kelestarian (Chaudhary & Anand, 2024; Endo, 2019).
Prinsip Akuaponik
Akuaponik beroperasi berdasarkan prinsip mutualisme, di mana ikan dan tanaman mendapat manfaat antara satu sama lain. Ikan menghasilkan sisa dalam bentuk ammonia, yang ditukar menjadi nitrat oleh bakteria bermanfaat. Nitrat ini kemudian diserap oleh tanaman sebagai nutrien. Sebagai balasan, tanaman membantu untuk membersihkan air untuk ikan, mewujudkan ekosistem yang seimbang (Chaudhary & Anand, 2024; Endo, 2019).
Kelebihan Akuaponik
- Kecekapan Sumber: Akuaponik meminimumkan keperluan untuk baja luaran dan mengurangkan penggunaan air dengan mengitar semula air antara ikan dan tanaman (Dabral et al., 2022; Endo, 2019).
- Pengeluaran Pelbagai: Akuaponik membolehkan pengeluaran serentak ikan dan tanaman, meningkatkan produktiviti keseluruhan sistem (Chaudhary & Anand, 2024; Endo, 2019).
- Kelestarian: Dengan mengintegrasikan akuakultur dan hidroponik, akuaponik mengurangkan kesan alam sekitar pertanian dan menggalakkan pengeluaran makanan yang lestari (Dabral et al., 2022; Endo, 2019).
Aplikasi dalam Kilang Tanaman
Akuaponik semakin diterima pakai dalam kilang tanaman sebagai kaedah lestari dan cekap untuk menanam pelbagai tanaman, termasuk sayuran berdaun, tomato, dan herba. Sifat gelung tertutup akuaponik menjadikannya sangat sesuai untuk pertanian bandar dan projek pertanian berskala kecil (Chaudhary & Anand, 2024; Endo, 2019).
Integrasi Teknologi dalam Kilang Tanaman
Kejayaan hidroponik, aeroponik, dan akuaponik dalam kilang tanaman ditingkatkan lagi dengan integrasi teknologi termaju seperti IoT dan AI. Teknologi ini membolehkan pemantauan dan kawalan parameter persekitaran secara masa nyata, mengoptimumkan pertumbuhan tanaman dan mengurangkan pembaziran sumber (Satpute et al., 2024; Suresh et al., 2024).
Peranan IoT dalam Kilang Tanaman
IoT memainkan peranan penting dalam kilang tanaman dengan membolehkan automasi pelbagai proses, seperti penghantaran nutrien, kawalan suhu, dan pengurusan kelembapan. Sensor dan penggerak digunakan untuk memantau dan menyesuaikan keadaan persekitaran, memastikan keadaan pertumbuhan optimum untuk tanaman (Satpute et al., 2024; Suresh et al., 2024).
Peranan AI dalam Kilang Tanaman
AI digunakan dalam kilang tanaman untuk menganalisis data dari sensor IoT dan membuat keputusan yang termaklum tentang dos nutrien, jadual pengairan, dan kawalan persekitaran. Algoritma AI juga boleh digunakan untuk pengenalpastian tanaman, pemantauan kesihatan, dan pengesanan peringkat pertumbuhan, seterusnya meningkatkan kecekapan kilang tanaman (Amin, 2023a; Amin, 2023b).
Kesimpulan
Hidroponik, aeroponik, dan akuaponik adalah kaedah penanaman revolusioner yang sedang mengubah landskap pertanian. Teknologi ini menawarkan banyak kelebihan, termasuk kecekapan air, peningkatan hasil, dan pengurangan kesan alam sekitar, menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam kilang tanaman. Integrasi teknologi termaju seperti IoT dan AI seterusnya meningkatkan kecekapan dan produktiviti sistem ini. Walau bagaimanapun, cabaran seperti kos awal yang tinggi, keperluan tenaga, dan keperluan untuk kemahiran khusus mesti ditangani untuk merealisasikan sepenuhnya potensi teknologi ini. Seiring dengan penyelidikan dan pembangunan yang berterusan, kaedah ini dijangka memainkan peranan penting dalam menangani cabaran keselamatan makanan global dan menggalakkan pertanian lestari.
Jadual: Perbandingan Hidroponik, Aeroponik, dan Akuaponik
| Teknologi | Prinsip | Kelebihan | Contoh Tanaman yang Ditanam |
|---|---|---|---|
| Hidroponik | Tanaman ditanam dalam larutan air kaya nutrien dengan substrat lengai | Kecekapan air, peningkatan hasil, pengoptimuman ruang | Sayuran berdaun, tomato, timun, lada |
| Aeroponik | Tanaman digantung di udara dengan kabus berkala larutan nutrien | Kecekapan air dan nutrien, kesihatan akar yang lebih baik | Sayuran berdaun, tomato, sayuran berakar |
| Akuaponik | Integrasi hidroponik dan akuakultur, menggunakan sisa ikan sebagai nutrien | Kecekapan sumber, pengeluaran pelbagai, kelestarian | Sayuran berdaun, tomato, herba |
Rujukan
AlShrouf, A. (2017). Hydroponics, Aeroponic and Aquaponic as Compared with Conventional Farming. American Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences.
Amin, S. (2023a). AI-Driven Precision Aeroponics: Deep Learning for Plant Identification and Health Monitoring in an IoT-Enabled System. https://doi.org/10.36227/techrxiv.24477247
Amin, S. (2023b). AI-Driven Precision Aeroponics: Deep Learning for Plant Identification and Health Monitoring in an IoT-Enabled System. https://doi.org/10.36227/techrxiv.24477247.v1
Bihari, C., Ahamad, S., Kumar, M., Kumar, A., Kamboj, A. D., Singh, S., Srivastava, V., & Gautam, P. (2023). Innovative Soilless Culture Techniques for Horticultural Crops: A Comprehensive Review. International Journal of Enviornment and Climate Change. https://doi.org/10.9734/ijecc/2023/v13i103084
Chaudhary, A., & Anand, S. (2024). Soilless Cultivation: A Distinct Vision for Sustainable Agriculture. https://doi.org/10.1007/978-981-97-0341-8_17
Dabral, N., Singh, R., Singh, M., & Shah, K. (2022). Enhancing Crop Productivity Through Soilless Cultivation: A Comprehensive Review. https://doi.org/10.53555/sfs.v8i3.2384
Endo, M. (2019). Aquaponics in Plant Factory. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813973-8.00032-4
Hydroponics. (2022). https://doi.org/10.1016/b978-0-323-85152-7.00023-9
Malabadi, R. B., Kolkar, K. P., Chalannavar, R. K., Coronado, K. V. C., Mammadova, S. S., Baijnath, H., Munhoz, A. N. R., & Abdi, G. (2024). Greenhouse farming: Hydroponic vertical farming- Internet of Things (IOT) Technologies: An updated review. World Journal Of Advanced Research and Reviews. https://doi.org/10.30574/wjarr.2024.23.2.2595
Panotra, N., Belagalla, N., Mohanty, L. K., Ramesha, N. M., Vikash, ., Tiwari, A., Abhishek, G. J., Gulaiya, S., Yadav, K., & Pandey, S. K. (2024). Vertical Farming: Addressing the Challenges of 21st Century Agriculture through Innovation. International Journal of Enviornment and Climate Change. https://doi.org/10.9734/ijecc/2024/v14i44150
Ryu, D.-K., Kang, S.-W., Chung, S.-O., & Hong, S.-J. (2013). Performance analysis of an experimental plant factory. Korean Journal of Agricultural Science. https://doi.org/10.7744/CNUJAS.2013.40.4.395
Satpute, A. N., Gavhane, K. P., Kaur, S., Jha, A., Pradhan, N. C., & Chowdhury, M. (2024). Integration of AI and IoT in Soilless Cultivation to Power Sustainable Agricultural Revolution. https://doi.org/10.1007/978-981-97-0341-8_19
Savvas, D., & Gruda, N. (2018). Application of soilless culture technologies in the modern greenhouse industry — A review. European Journal of Horticultural Science. https://doi.org/10.17660/EJHS.2018/83.5.2
Suresh, V., Logasundari, T., Vemulapalli, S., Ali, S. M., & Srinivasan, S. (2024). IOT Based Automated Indoor Hydroponic Farming System. E3S Web of Conferences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202454702002
Number of View :119
