فرآیند پرورش و تولید پنبه

پنبه یک نوع گیاهی بوته ای از تیره پنیرکیان (Mallows) است. نام آن به الیاف کرکی کرم رنگی اشاره دارد که دورتادور دانه های کوچکی به نام غوزه را فراگرفته اند. این دانه های کوچک و چسبنده باید از کرک های پشم مانند جدا شوند تا بتوان پنبه را برای فرآیندهای ریسندگی و بافندگی فرآوری کرد. سپس پنبه فاقد دانه تمیز شده، کاردینگ می گردد (الیاف آن هم راستا می شوند)، ریسیده شده و در نهایت به شکل پارچه پنبه ای بافته می شود. الیاف پنبه به راحتی به صورت نخ ریسیده می گردند؛ در روند تولید پنبه ابتدا آنها صاف و مسطح می شوند، سپس به دور هم تابانده گردیده و به صورت طبیعی در هنگام ریسندگی در هم قفل می شوند. همچنین پارچه پنبه ای (نخی) به تنهایی سهمی 50% از پارچه های مورد استفاده برای ساخت پوشاک را در جهان به خود اختصاص می دهد. لباس های پنبه ای برای آب و هوای گرم بسیار مناسب هستند؛ زیرا به راحتی رطوبت پوست را به خود جذب می کنند.

قسمت اعظم پنبه ای که در ایالات متحده کشت می شود؛ پنبه استیپل کوتاه است که در جنوب آمریکا رشد می کند. هر ساله پنبه با استفاده از بذرهای موجود در قسمت پشمی و پرزدار گیاه، دوباره کاشته می شود. ایالت هایی که کشت پنبه در آنها رایج است در «کمربند پنبه ای» ایالات متحده واقع شده اند؛ این کمربند از شرق تا غرب ایالات متحده امتداد دارد و شامل بخش هایی از کالیفرنیا، آلاباما، آرکانزاس، جورجیا، آریزونا، لوئیزیانا، می سی سی پی، میسوری، نیومکزیکو، کارولینای شمالی، اکلاهما، کارولینای جنوبی، تنسی و تگزاس می شود. تنها دو ایالت آخر سالیانه نزدیک به 5 میلیون عدل پنبه تولید می کنند. رقم تولیدی پنبه کل این ایالت ها سالیانه روی هم رفته به 16 میلیون عدل پنبه می رسد که از نظر حجم تولید پس از چین در جایگاه دوم قرار می گیرند. امروزه درآمد تجاری پنبه سالیانه تقریباً 122.4 میلیارد دلار است که بیشترین درآمد در بین تمام محصولات زراعی در ایالات متحده را به خود اختصاص می دهد.

گیاه پنبه علاوه بر پارچه، منشاء بسیاری از محصولات مهم دیگر نیز هست. پنبه دانه (Cottonseed) جزء مهمترین آنهاست که پرس شده و روغن پنبه دانه از آن استحصال می شود؛ این روغن در محصولات تجاری مانند روغن سالاد، غذاهای سبک، لوازم آرایشی، صابون، شمع، مواد شوینده و رنگ مورد استفاده قرار می گیرد. از پوسته و کنجاله پنبه به عنوان خوراک دام استفاده می شود. در ضمن پنبه منبعی برای تولید محصولات سلولزی، کود، سوخت، تایر خودرو، کاغذ فشرده و مقوا نیز است.

تاریخچه تولید و پرورش پنبه

اولین بار حدود 5000 سال پیش، در پرو و مکزیک کنونی از پنبه برای ساخت لباس استفاده شد. همچنین سابقه ریسندگی و بافندگی پنبه در هند باستان، چین، مصر و پاکستان به حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح برمی گردد.

پنبه گیاه بومی اروپای غربی نیست. به احتمال زیاد تاجران عرب حدود 800 سال پس از میلاد، آن را به اسپانیایی ها معرفی کرده اند. کشاورزان ساکن در منطقه مدیترانه در قرن چهاردهم گیاه پنبه را کشت می کردند و محصولات خود را برای ریسندگی و بافندگی به هلند می فرستادند. بریتانیایی ها در اواخر قرن هفدهم به نوآوری هایی در این زمینه دست زدند؛ آنها ماشین های ریسندگی ساختند که با نیروی آب کار می کردند و در مقایسه با ماشین های ریسندگی دستی، پیشرفت چشمگیری محسوب می شدند. یک آمریکایی به نام ساموئل اسلیتر (Samuel Slater) که با ماشین آلات انگلیسی کار می کرد، نقشه ساختاری یک ماشین ریسندگی را حفظ کرد و بعد از بازگشت به ایالت رود آیلند (Rhode Island)، کارخانه ریسندگی و بافندگی Slater Mill را راه اندازی کرد؛ این مجموعه اولین کارخانه نساجی آمریکایی بود که از ماشین آلات ریسندگی صنعتی استفاده می کرد. در واقع می توان گفت که تاسیس این کارخانه ریسندگی و بافندگی آغازگر انقلاب صنعتی در ایالات متحده است که در اصل بر مکانیسم صنعتی سازی پنبه استوار است.

پیشرفت در دو زمینه ریسندگی پنبه و پنبه پاک کنی، باعث کشت پنبه آمریکایی شد. ماشین پنبه پاک کنی که توسط ایلای ویتنی (Eli Whitney) در سال 1793 ساخته شد؛ به راحتی دانه های سرسخت پنبه را از آن جدا می کرد. از این رو مالکان مزارع جنوبی در نتیجه این نوآوری ها کشت پنبه را شروع کردند و از نیروی کار برده ها برای برداشت پنبه استفاده می کردند. در واقع کشت افراطی پنبه در جنوب ایالات متحده که با استفاده از نیروی کار برده ها صورت می گرفت، یکی از مهمترین دلایل بروز اختلاف بین شمال و جنوب بود که بعدها منجر به جنگ داخلی شد.

پنبه جنوبی در حجم های بالا به کارخانجات ریسندگی و بافندگی نیو انگلند (New England) فرستاده می شد. از آنجاییکه ریسندگی، بافندگی و چاپ پارچه های پنبه ای در ایالات متحده صورت می گرفت؛ لذا آمریکایی ها می توانستند پارچه های کالیکو (Calico) را ارزان بخرند و دیری نپایید که این پارچه ها به عرصه جهانی هم راه پیدا کردند. اما هزینه نیروی کار در نیو انگلند بسیار زیاد بود. به همین دلیل صاحبان این کارخانه ها به دنبال راهی برای کاهش هزینه نیروی کار می گشتند؛ از این رو ابتدا به استخدام زنان و مهاجرانی که دستمزد پایینی داشتند روی آوردند و بعداً حتی کودکان خردسال را نیز در این کارخانه ها استخدام می کردند. پس از اینکه روش های کار استثماری تا حد زیادی فروکش کرد؛ بسیاری از کارخانه ها به جنوب منتقل شدند، زیرا در آنجا هزینه نیروی کار پایین بود. (تلاش آنها برای متحد شدن و تشکیل اتحادیه بر کسب سود آنها تاثیر گذاشت). حتی امروزه نیز قسمت اعظم پنبه در خارج از ایالات متحده بافته می شود؛ چرا که در آنجا هزینه نیروی کار پایین تر است. پلی استر یک ماده مصنوعی است که غالباً به همراه پنبه برای تولید پارچه ها مورد استفاده قرار می گیرد؛ اما احتمال اینکه بتواند جایگزین الیاف طبیعی شود، بسیار کم است.

مواد خام

موارد مورد نیاز برای برداشت غوزه های پنبه به منظور ریسیدن پنبه عبارت است از دانه های پنبه برای کاشتن، آفت کش ها که خود شامل حشره کش ها، قارچ کش ها و علف کش ها می شود؛ زیرا بیماری ها و حشرات همواره گیاه پنبه را تهدید می کنند؛ و کودها جهت غنی سازی خاک.

کشت پنبه در ایالات متحده مستلزم رعایت پیش شرط های خاصی در حوزه کشاورزی است. پنبه فصل رشد طولانی دارد (که گاهاً ممکن است تا 7 ماه هم به درازا بکشد)؛ از این رو باید در مناطقی مانند تگزاس در اوایل فوریه کاشته شود، اما برای کشت در ایالت های پنبه کار شمالی مانند میسوری، باید اواخر ژوئن دست به کار شد. بذرهای پنبه را نباید قبل از گرم شدن خاک توسط خورشید کاشت. پنبه در خاک های سست و زهکشی شده که می توانند رطوبت را در خود نگه دارند، بهترین بازدهی کشت را دارد. پنبه امکان رشد بین عرض های جغرافیایی 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی را داراست. گیاه پنبه برای اینکه به خوبی رشد کند به یک فصل رشد طولانی و آفتابی نیازمند است؛ به همین دلیل لازم است که این گیاه حداقل 160 روز در سال تحت شرایط رطوبت بالا (ناشی از بارندگی یا آبیاری) و بدون سرمای شدید و یخبندان رشد کند. با این حال عواملی چون بارش شدید باران در هنگام رشد گیاه و یا ورزش باد شدید در هنگام برداشت پنبه، می توانند به غوزه های باز پنبه آسیب برسانند؛ چرا که الیاف پنبه خیس آب شده و ممکن است در انبار خراب شوند. یک کشاورز پنبه کار باید سالیانه حدود 20 هزار هکتار زمین را زیر کشت پنبه ببرد تا این کار از نظر اقتصادی برایش با صرفه باشد. هر هکتار به طور متوسط 1.5 عدل پنبه یا 340 کیلوگرم پنبه تولید می کند.

فرآیند تولید و پرورش پنبه

1. زمینی که قرار است زیر کشت پنبه برود؛ در بهار پاکسازی می شود. ماشین های شخم زنی و علف هرز کن، علف های هرز و گیاهانی که ممکن است رقیب گیاه پنبه از نظر جذب مواد مغذی، آب و نور خورشید شوند را بر‌می‌دارند؛ به علاوه سعی می کنند تا آفاتی که به پنبه آسیب می رسانند را از سطح زمین جمع آوری کنند. سپس زمین را شخم می زنند و خاک را تفکیک کرده و به صورت ردیفی درمی‌آورند.
2. در این مرحله بذر پنبه توسط دستگاه هایی که همزمان قادرند 12 ردیف را پوشش دهند، به صورت مکانیکی کاشته می شود. شیوه کار این بذرپاش مکانیکی به این صورت است که یک شیار کوچک را در هر ردیف خاک باز می کند، بذر پنبه را در داخل آن می گذارد، سپس آن را می پوشاند و در نهایت خاک بیشتری بر روی آن ریخته می شود. بذرهای پنبه ممکن است به صورت توده های کوچک (کپه ای) یا به صورت دانه ای (سوراخ سوراخ) در خاک کشت شوند. بذر گیاه پنبه باید بسته به شرایط آب و هوایی منطقه در عمق 1.9 تا 3.2 سانتی متری زمین قرار بگیرد. همچنین باید در عمق کمتر مناطق سرد و خشک و در مناطق گرم در عمق بیشتری از خاک کشت شود.
3. جوانه های پنبه معمولاً بعد از 5 تا 7 روز، سر از خاک بیرون می‌آورند؛ البته این زمان به رطوبت خاک و دمای زمین بستگی دارد و غالباً بعد از 11 روز توده گیاه پنبه کاملاً ظاهر می گردد. گاهی اوقات بیماری در میان گیاهان پنبه شیوع پیدا می کند و رشد آنها را به تاخیر می اندازد. به علاوه گاهی ممکن است قشر خاک مانع از رویش جوانه ها شود؛ از این رو لازم است که قشر خاک در هنگام زهکشی کاملاً سست شود تا جوانه گیاه به راحتی بتواند از آن خارج شود.
4. تقریباً 6 هفته پس از ظهور جوانه های پنبه، غنچه های گیاه شروع به تشکیل شدن می کنند. غنچه ها پس از گذشت سه هفته بالغ می شوند و سپس به گل های زرد کرمی تبدیل می گردند؛ در مرحله بعد به رنگ قرمز درمی‌آیند و تنها سه روز بعد از گل دادن می ریزند. پس از اینکه برگ های گل گیاه پنبه ریختند؛ تنها یک تخمدان کوچک روی گیاه باقی می ماند. این تخمدان رسیده و بزرگ می شود، و در نهایت به شکل یک غلاف سبز رنگ در‌می آید که به آن غوزه پنبه گفته می شود.
5. دوره بلوغ و رسیدگی غوزه پنبه بین 55 تا 80 روز طول می کشد. در این مدت غوزه پنبه که به شکل یک توپ فوتبال است، رشد کرده و الیاف مرطوب گیاه، دانه های تازه تشکیل شده پنبه را به سمت بیرون از غوزه می رانند. غوزه پنبه حتی پس از رسیدن کامل نیز رنگ سبز خود را حفظ می کند. الیاف همچنان در زیر گرمای خورشید به رشد خود ادامه می دهند؛ هر یک از الیاف در طول سه هفته کاملاً قد کشیده و طولی در حدود 6.4 سانتی متر پیدا می کنند. پس از اینکه این دوره به حدود 6 هفته رسید؛ الیاف ضخیم تر گردیده و لایه های سلولزی دیواره سلولی پنبه را تشکیل می دهند. حدود 10 هفته پس از ظهور اولین گل های گیاه، غوزه پنبه شکافته شده و الیاف کرمی رنگ پنبه از آن بیرون می زنند. این الیاف مرطوب را در آفتاب خشک می کنند؛ پس از خشک شدن آنها را به هم پیچیده و شبیه روبان هایی جمع می کنند. هر غوزه شامل سه تا پنج سلول است که در هر یک از آنها حدود 7 عدد بذر پنبه در الیاف ادغام شده است.
6. در این مرحله چنانچه قرار باشد گیاه پنبه به صورت ماشینی برداشت شود، برگ زدایی صورت می گیرد. معمولاً برگ زدایی گیاه پنبه با سم پاشی گیاهان با یک ماده شیمیایی انجام می شود. حتماً باید توجه شود که برگ ها همراه الیاف پنبه برداشت نشوند؛ زیرا برگ ها ضایعات محسوب گردیده و باید در نقطه ای حذف شوند. به علاوه با از بین بردن برگ ها، احتمال لکه دار شدن الیاف به حداقل می رسد و منبع رطوبت اضافی نیز حذف می شود. بخشی از محصولات پنبه آمریکا به صورت طبیعی در اثر سرمازدگی از بین می روند؛ اما باید بتوان حداقل نصفی از گیاهان برداشت شده را با استفاده از مواد شیمیایی برگ زدایی کرد. بدون طی کردن مرحله برگ زدایی باید پنبه با دست چیده شود؛ در این صورت کارگران هنگام کار، برگ های پنبه را جدا می کنند.
7. برداشت پنبه در ایالات متحده با ماشین آلات مکانیزه انجام می شود و تنها یک دستگاه می تواند جایگزین 50 کارگر دست چین شود. برای برداشت پنبه از دو سیستم مکانیکی استفاده می شود. سیستم پنبه زن از نیروی باد برای بیرون کشیدن الیاف پنبه از گیاه استفاده می کند؛ از این رو معمولاً فقط برگ ها و بقیه قسمت های گیاه باقی می مانند. اما سیستم استریپر (Stripper System)، گیاه پنبه را خرد می کند و با استفاده از هوا، ضایعات پنبه را از الیاف آن جدا می نماید. قسمت اعظم پنبه های کشت شده در ایالات متحده، با استفاده از دستگاه های پنبه زن برداشت می شوند. استفاده از این دستگاه ها باید بعد از خشک شدن شبنم صبحگاهی بر روی گیاه پنبه آغاز شود و باید کار آنها قبل از تشکیل دوباره شبنم بر روی گیاه پنبه در پایان روز، به پایان برسد. غالباً در این مرحله از آشکارسازهای رطوبت استفاده می شود تا اطمینان حاصل گردد که رطوبت گیاهان بیش از 12% نیست و پنبه با موفقیت برداشت و ذخیره می شود. همه پنبه ها به صورت همزمان نمی رسند؛ در نتیجه برداشت پنبه ممکن است به صورت موجی صورت بگیرد و پنبه به صورت چند باره چیده شود.
8. در مرحله بعد قسمت اعظم پنبه در اتاقک هایی ذخیره می شود که می توانند 13 تا 15 عدل پنبه را در ظروف مقاوم در برابر آب در مزارع نگهداری کنند. پنبه تا زمانیکه برای پنبه پاک کنی آماده شود؛ همچنان در این اتاقک ها باقی می ماند.
9. پس از اینکه پنبه از این اتاقک ها خارج شدند؛ آنها را تمیز و فشرده کرده، و برچسب گذاری می کنند و سپس در محل پنبه پاک کنی (برای ذخیره عدل های بعدی پنبه) نگهداری می نمایند. در ادامه پنبه دوباره تمیز می شود تا گرد و خاک، دانه ها و الیاف کوتاه پنبه از آنها جدا شوند. پنبه در مرحله پنبه پاک کنی وارد تغذیه کننده های ماژول می گردد؛ وظیفه این دستگاه پوش دادن الیاف پنبه، قبل از تمیز کردن آنهاست. برخی از کارگاه های پنبه پاک کنی از لوله های خلاء برای ارسال الیاف پنبه به تاسیسات تمیزکاری استفاده می کنند که در آنجا ضایعات پنبه حذف می شوند. پنبه پس از پاک شدن به غرفه های پاکسازی فرستاده می شود که در آنجا اره های مدور، الیاف را از طریق دنده های سیمی بیرون می کشند و در نتیجه دانه ها از الیاف جدا می شوند. ماشین های پنبه پاک کنی با ظرفیت بالا می توانند 60 عدل پنبه یا 227 کیلوگرم پنبه را در یک ساعت فرآوری کنند.
10. سپس پنبه تمیز شده و فاقد دانه، به صورت عدل های پنبه فشرده می شود؛ از این رو می توان پنبه را به صورت اقتصادی حمل و نقل و نگهداری کرد. در مرحله بعد عدل های پنبه نوار پیچی می شوند. معمولاً جنس بسته بندی های پنبه از پوشش پنبه ای یا پلی پروپیلنی است؛ چرا که می توانند رطوبت پنبه را در سطح مناسبی حفظ کنند، و در ضمن عدل های پنبه را در طول نگهداری و حمل و نقل تمیز نگه می دارند.
11. هر عدل پنبه ای که در ایالات متحده تولید می شود، دارای دو شماره برچسب است که یکی از آنها مربوط به کارگاه پنبه پاک کنی است و دیگری در انبار به عدل های پنبه الصاق می شود. برچسب پنبه پاک کنی تا زمان بافت پنبه، مشخصه آن به حساب می آید. این برچسب ها در اصل حاوی بارکد محصول هستند و در هنگام بازرسی عدل های پنبه کنده می شوند. یک نمونه از هر عدل پنبه برای ارزیابی به وزارت کشاورزی ایالات متحده (USDA) فرستاده می شود؛ در آنجا الیاف پنبه از نظر رنگ، محتوای برگ، استحکام، ظرافت، بازتابش، طول الیاف و محتوای ضایعات مورد ارزیابی قرار می گیرند. نتایج این ارزشیابی ها، ارزش هر عدل پنبه را مشخص می کند. در ضمن نتایج این بازرسی ها باید در دسترس خریداران احتمالی نیز قرار بگیرد.
12. عدل های پنبه پس از بازرسی، در انباری که به دقت کنترل می گردد نگهداری می شوند. عدل های پنبه در انبار باقی می مانند تا زمانیکه برای فرآوری بیشتر به کارخانه فروخته شوند.

امروزه اکثر مراحل تولید پنبه از بذرکاری و برداشت گرفته تا پنبه پاک کنی و عدل بندی، به صورت مکانیزه انجام می شوند. غالباً برای تعیین کیفیت پنبه از عدل ها نمونه گیری صورت می گیرد.

کنترل کیفیت پنبه

کشت پنبه یک فرآیند زمان بر و پیچیده است؛ لذا تولید کنندگان باید با الزامات کشت این گیاه آشنا بوده و همواره مراقب مشکلات احتمالی باشند. استفاده از آفات باید همواره به منظور تولید محصولات زراعی با کیفیت مدیریت شود؛ در ضمن کشاورزان پنبه کار باید از مواد شیمیایی با احتیاط استفاده کنند تا آسیب های احتمالی محیط زیستی را به حداقل برسانند. معمولاً هدف از فرآیند برگ کشی (برگ زدائی)، به حداکثر رساندن بازده پنبه و کنترل رنگ الیاف است. کشاورزان باید به دقت سطح رطوبت گیاه پنبه را در هنگام برداشت کنترل کنند تا عدل های پنبه در هنگام ماندن در انبار، به دلیل رطوبت اضافی خراب نشوند. در ضمن آزمایش خاک نیز الزامی است؛ زیرا چنانچه نیتروژن خاک بیش از حد باشد، باعث می شود آفات خاصی به گیاه جذب شوند.

تجهیزات گران قیمتی مانند کشت‌ گرها و ماشین آلات برداشت پنبه باید به دقت نگهداری شوند. کشت‌ گرهای مکانیکی باید با دقت تنظیم شوند تا بذرها در عمق مناسبی از خاک قرار بگیرند؛ فاصله بین چرخ ها و کفشک های آنها باید در هنگام کاشت ردیفی، متناسب با زمین تنظیم شود. به طور مشابه چنانچه دوک های ماشین آلات برداشت پنبه به درستی تنظیم نشوند؛ پنبه روی دوک ها باقی می مانند، از این رو کیفیت پنبه و بازده برداشت کاهش می یابد. چنانچه دستگاه پنبه زن به خوبی تنظیم شود؛ میزان ضایعات جمع آوری شده به حداقل می رسد و پنبه جمع شده تمیزتر خواهد بود.

محصولات جانبی / ضایعات پنبه

امروزه بحث در مورد میزان مواد شیمیایی مورد استفاده در کشت پنبه، بالا گرفته است. در حال حاضر برآورد می شود که تولیدکنندگان برای تولید یک پوند پنبه فرآوری شده، به طور متوسط از 151 گرم مواد شیمیایی استفاده می کنند. کشت پنبه مسئول مصرف حدود 25% از کل آفت کش های شیمیایی مصرف شده در ایالات متحده است. متاسفانه پنبه آفات زیادی را به خود جذب می کند (به ویژه شپشک غوزه) و مستعد ابتلا به انواع پوسیدگی ها و لکه هاست؛ از این رو برای کنترل این آفات از مواد شیمیایی استفاده می شود. لذا در این زمینه نگرانی هایی در مورد مسمومیت حیات وحش و ته نشین شدن سموم (هر چند امروزه از فلزات سنگین در مواد شیمیایی استفاده نمی شود) مدت ها پس از برداشت پنبه در خاک های لم یزرع وجود دارد.

در نتیجه برخی از کشاورزان به کشت پنبه ارگانیک روی آورده اند. در کشاورزی ارگانیک از کنترل بیولوژیکی برای خلاص شدن از شر آفات پنبه استفاده می شود، و با تغییر الگوی کشت به روش های خاص، استفاده از قارچ کش ها به حداقل می رسد. هر چند امکان کشت ارگانیک در اکثر موارد فراهم است؛ اما باید توجه داشت که بازده کشت ارگانیک در حالت کلی کمتر است. این بدان معناست که یک کشاورز پنبه کار ارگانیک باید سطح زیر کشت خود را گسترش دهد و پنبه بیشتری بکارد و برداشت کند تا آنقدر پنبه فرآوری شده تولید نماید که به سودآوری برسد و یا مجبور است هزینه هایش را به روش های دیگر کاهش دهد تا در نهایت به سود برسد.

امروزه خدمات آموزش ترویجی دانشگاهی دولتی در ایالات متحده به صورت گسترده ای با کشاورزان پنبه کار همکاری می کنند؛ هدف از این همکاری این است که با استفاده از جنبه های خاصی از کنترل بیولوژیکی، استفاده از مواد شیمیایی کاهش یابد تا بدین وسیله هم سموم ته نشین شده در زمین و هم سمومی که به سیستم های آبی راه پیدا می کنند، پایین آیند.