كان الوقوف في المنزل الريفي والنظر إلى الحقول الممتدة لمسافات بعيدة هو الوسيلة التقليدية لمشاهدة عملية الزراعة. واليوم بدلًا من النظر إلى المزارع على امتدادها الواسع، أصبحنا ننظر إليها متجهين برؤوسنا إلى الأعلى بفضل الابتكار الزراعي الذي يعزز الاستدامة والأمن الغذائي لصالح البيئة.

ذكر ديكسون ديسبوميير، في كتابه الصادر عام 2010، بعنوان “المزرعة العمودية” أن المزارعين في المزارع الداخلية لن يحتاجوا لانتظار سقوط الأمطار وأشعة الشمس ودرجات الحرارة المعتدلة أو أي شيء آخر يتعلق بإنتاج المحاصيل الغذائية بفضل ما توفره لهم الزراعة العمودية. لقد ظهر مفهوم الزراعة العمودية قبل ذلك كثيرًا، ولكن ديكسون كان أول من نقل المفهوم إلى مرحلة التنفيذ العملي، وكان ذلك في عام 1999.

تحدى ديكسون طلبته خلال فترة عمله كأستاذ للعلوم البيئة في جامعة كولومبيا، قائلًا لهم أنه يستطيع إطعام أعداد هائلة من البشر باستخدام 5 هكتارات من أسطح المباني السكنية. وتطور هذا التحدي على مدار تسع سنوات ليصبح مبنىً واحدًا مكونًا من 30 طابقًا يمكنه تلبية حاجة 50,000 شخص من الغذاء.

يعتبر ذلك البداية الأساسية البسيطة لمخطط بناء منشأة لمزاولة الزراعة العمودية لغرض تجاري. وكان الهدف هو الاستدامة والأمن الغذائي.

وقالت هندة محمودي، أخصائية علم وظائف أعضاء النبات، في المركز الدولي للزراعة الملحية، وهو مركز بحثي غير ربحي في دبي، في مقابلة مع مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا: “تحظى الزراعة العمودية بإمكانيات كبيرة فيما يتعلق بالأمن الغذائي العالمي، لذلك تُعَد حلًا عمليًا لإنتاج محاصيل معينة في ظروف بيئية غير ملائمة. وتمثل الزراعة العمودية نهجًا يتسم بالكفاءة لإنتاج المزيد من الطعام بموارد أقل تأثير بيئي أقل”.

كيف تعمل الزراعة العمودية؟

تُعَد الزراعة العمودية طريقة للزراعة داخل الأماكن المغلقة، حيث تتضمن زراعة صفوف من المحاصيل وتجميعها في مراحل مختلفة من النمو، بحيث يخضع كل شيء تحتاجه هذه المحاصيل للتحكم والرصد.

توجد ثلاثة أنواع من حلول الزراعة العمودية، ويتوقف اختيارك لأي حل من هذه الحلول لتطبيقه داخل مزرعتك على إمكانيات مزرعتك وأنواع النباتات التي تنوي زراعتها.

ويتمثل الحل الأول في الزراعة المائية المركبة، وهي نظام تكاملي دوري يجمع ما بين تربية الأسماك وزراعة النباتات، حيث يتم ترشيح مياه الأسماك والاستفادة منها في تغذية النباتات. وتتولى النباتات بدورها أكسدة المياه ثم إعادتها إلى السمك مجددًا. ويمكن لهذا النظام زراعة مئات النباتات.

IMAGE: وكالة الفضاء الأميركية “ناسا”/ وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية/ المعهد الوطني لعلوم الصناعة والتقنية المتقدمة/ النظم الفضائية اليابانية / الفريق العلمي الياباني الأميركي للجهاز المتطور لقياس الانبعاث الحراري والانعكاس الإشعاعي.

تقييم التربة من الفضاء

لا يقتصر دور التكنولوجيا على مساعدة المزارعين في الوصول إلى أماكن مغلقة جديدة صالحة للزراعة، حيث تساهم أيضًا في إيجاد التربة الزراعية المناسبة من الفضاء. Read more›››

قالت الدكتورة ديانا فرنسيس، رئيسة مختبر العلوم البيئية والجيوفيزيائية في جامعة خليفة: “يعد الاستشعار عن بعد أداة فعالة لتقييم خصائص التربة وتحديد مدى ملائمتها للزراعة”.
يمكن للاستشعار عن بعد تقييم عوامل كالحموضة والرطوبة والقوام والملوحة، كما يمكن لأجهزة الاستشعار أن تفحص الإشارات المقترنة بخصوبة التربة. وأضافت الدكتورة ديانا: “يتيح استخدام البيانات الواردة من الأقمار الصناعية إجراء تحليلات آمنة على نطاق واسع للتربة توفر معلومات هامة حول زيادة المحاصيل إلى أقصى حد ممكن”. واختتمت بقولها: “يوفر هذا النهج المستند إلى البيانات توجيهًا عالي الدقة ومقترن بالمواقع”. ‹‹‹ Read less

ولا يُشتَرَط أن تُمارَس الزراعة المائية المركبة في منشأة تجارية ضخمة. وذكرت شركة “سيمبيوتك أكوابونيك” في الولايات المتحدة: “تتوفر الزراعة المائية المركبة للجميع، حيث يتكون شركاؤنا وعملاؤنا من هواة الزراعة والبستانيين وحماة البيئة والمعلمين ومؤسسات تعليمية ومنظمات غير ربحية وكليات”.

ويتمثل الحل التالي في الزراعة الهوائية، حيث تتغذى جذور النباتات عن طريق رذاذ يحتوي على عناصر غذائية تُضَخ عبر محلول. وتبدو النباتات في هذه الحالة كما لو كانت مُعلقة، إلا أن ثَمَّة الكثير من الأشياء التي تجري داخل التربة.

تجري عملية الزراعة في مادة رغوية وبمجرد نمو الجذور إلى أسفل، تشق طريقها خلال شبكة مغطاة أسفل التربة في مكان يسمى “غرفة الضباب”، حيث تجري تغذية الجذور بالرذاذ خلال فترات زمنية متقطعة، كما يتم ضبط جميع الإجراءات لتتمكن النباتات من تلقي الكميات المناسبة من الغذاء لتحقيق النمو المثالي.

ويتمثل الشكل الأكثر انتشارًا ضمن أشكال الزراعة العمودية في الزراعة المائية، حيث تقوم مضخة بتوزيع محلول غني بالعناصر الغذائية داخل جذور النباتات بصفة مستمرة.

تختلف هذه التقنيات ولكنها تشترك في نفس الفكرة الأساسية، إذ تمثل جميعًا مشروعات للتكنولوجيا الزراعية في بيئة خاضعة للتحكم.

شركات ناشئة عديدة

تقدم الشركات الناشئة المتخصصة في التقنية الزراعية حلول الزراعة العمودية تشهد انتشارًا متزايدًا على مستوى العالم، وذلك في ظل تأثر الزراعة عادًة بالمناخ.

وتُعَد شركة “أفيسومو” في النرويج مثالًا لهذه الشركات الناشئة.

وذكرت الشركة أنها تتيح للنباتات البيئات التي تضمن لها النمو المثالي “الخضروات ألذ وأطيب مذاقًا وأكثر ثراءًا بالعناصر الغذائية وبات نموذج الأعمال التجارية الذي تتبناه الشركة أكثر تنافسية من ذي قبل. وتُعَد مصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء عاملًا أساسيَّا في هذا الشأن”.

وتوفر الشركة نظمًا مزودة بالأنظمة الذكية والروبوتات.

يوضع كل نبات في محطات للنمو ويدور حول المنشأة وفقًا لمرحلة النمو التي يمر بها، وكل محطة مزودة بأجهزة تحكم لرصد وتعديل عمليات الري والتغذية وتدفق الهواء، وفقًا لنوع النبات. وتقدم “أفيسومو” وصفات جرى تطويرها بالشراكة مع مزارعين محليين.

وتتيح نظم الشركة أتمتة متسعة النطاق. فعلى سبيل المثال، طورت الشركة روبوتًا أشبه بروبوت “رومبا” من الحجم الكبير ينقل عربات ذات عجلات محملة بالمحاصيل حول المزرعة بمجرد أن يتلقى أمر سحابي.

المزايا

يعتقد البعض أن منشأة مغلقة كهذه تستهلك كميات هائلة من المياه والطاقة، ولكنها على النقيض من ذلك تمامًا، ذلك أن نظم الطاقة والمياه الذكية والأتمتة تتيح تحقيق وفورات في كافة مراحل عملية الزراعة.

يستخدم مجال الزراعة ما يزيد على 70 بالمئة من الموارد المائية العالمية، ولكن في ظل بيئة خاضعة للتحكم، يستخدم استزراع المحاصيل بطريقة الزراعة العمودية كميات من الماء أقل بنسبة 95 بالمئة تقريبًا من الماء المستخدم في الزراعة التقليدية. وتُبخر النباتات حوالي 85 بالمئة من الماء غير المستخدم لغرض التغذية. لذا، توفر هذه البيئات الماء على نحو يتسم بالذكاء، إذ تستخدم أجهزة لإزالة الرطوبة تقوم بتجميع الماء من الهواء ثم إعادة استعماله.

تتسم كافة الحلول الثلاثة بعدم احتياجها للتربة، ما يعني مزيدًا من الخفض في استخدام المياه. ويعني عدم وجود حشرات أو أمراض منقولة عبر التربة أيضًا عدم الاحتياج إلى مبيدات حشرية. وعلاوة على ذلك، لا يوجد تقلب للتربة، ما يعني عدم إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون في الجو.

تتعدد المزايا الإجمالية للزراعة العمودية. وطبقًا للمركز الأميركي لسلامة الغذاء، فقدت التربة المستصلحة ما يتراوح بين 50 و70 بالمئة من محتواها الكربوني الأصلي وأطلقته للجو في صورة غاز ثاني أكسيد الكربون.

وإضافًة إلى ذلك، تعمل مصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء على توفير الطاقة والتكاليف، ذلك أنها لا تطلق الحرارة كالمصابيح التقليدية، وهو ما يتطلب بدوره طاقة أقل، وبالتبعية، انفاقًا أقل على نظم التبريد. وتمنح هذه المصابيح مزيدًا من الإضاءة بقدرة كهربائية أقل. وثَمَّة ميزة أخرى لهذه المصابيح، وهي قابلية ضوئها للتحكم، على النقيض من ضوء الشمس الذي يمكنه حرق النباتات.

وتوجد أيضًا ميزة إمكانية زراعة المحاصيل بطريقة الزراعة العمودية على مدار العام.

موسم الحصاد طوال السنة

لا توجد مواسم للزراعة في المزارع العمودية المغلقة، ذلك أن المحاصيل لا تخضع لسيطرة التغيرات الجوية والأرض المتجمدة وفصول الربيع الرطبة على نحو مفرط وأحوال التربة أو العواصف العاتية.

تتيح قابلية التنبؤ بالحصاد مميزات تتمثل في جعل عمليات شراء المحاصيل أكثر سهولة وأمانًا وطمأنة المشترين بشأن وصول المحاصيل إليهم قبل انتهاء فترات صلاحياتها، فضلًا عن التعجيل بنمو المحاصيل، ما يعني زيادة إنتاجيتها السنوية.

وتُعَد شركة “إيروفارمس” في الولايات المتحدة واحدة من أكبر شركات الزراعة العمودية على مستوى العالم. وتستخدم أنظمتها طريقة الزراعة الهوائية وتجاوزت عائدات الزراعة التقليدية 390 مرة. وبهذا المعدل، تتزايد احتمالات القدرة على إطعام عدد متزايد من سكان العالم، والذي تتوقع الأمم المتحدة أن يبلغ 9,7 مليار نسمة بحلول عام 2050.

ما هي التحديات؟

توجد تحديات أيضًا بجانب المزايا، حيث تعتمد الزراعة التقليدية على جو يمكن التنبؤ به وتعتمد الزراعة العمودية على التكنولوجيا. ويُعَد نظام الري، على سبيل المثال، عاملًا حاسمًا في تحديد كميات المحصول، ولكن ما الذي يحدث إذا انهار هذا النظام؟

وتتمثل أحد مخاطر التوسع في الزراعة العمودية في مصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء، فعلى الرغم من أنها توفر التكلفة، إلا أنها أغلى كلفة من الشمس التي تسطع مجانًا.

وتحتاج التكنولوجيا أيضًا إلى أن تكون قابلة للتعديل لتسمح بزراعة عدد أكبر من أنواع المحاصيل في هذه البيئة، حيث تتخصص في الوقت الحالي في عدد محدود من المحاصيل.

تشمل تحديات الزراعة العمودية كذلك عدم قدرة التربة على الاحتفاظ بثاني أكسيد الكربون، حيث يساهم الانتقال إلى الزراعة في الأماكن المغلقة في التأثير على امتصاص الكربون لعدم وجود التربة التي تمتص الكربون من خلال النباتات التي تقوم بامتصاصه وتخزينه في التربة؟ يعتبر هذا التحدي مشكلة كبيرة لكنه لن يقف حائلًا دون تطور تكنولوجيا الزراعة العمودية.

توجد أنواع أخرى من النباتات يمكنها أن تحل محل المحاصيل المزروعة، فالأشجار على سبيل المثال، تزيد حجم الكربون المخزن وتلغي الاحتياج لحرث التربة، وهو ما يعني إطلاق ثاني أكسيد الكربون إلى الجو مجددًا.

هل الزراعة العمودية مجدية على نطاق واسع؟

تقول إلكي نيومان، الأستاذة المشاركة في جامعة الإمارات العربية المتحدة ومديرة معهد أبوظبي الدولي للبحوث الافتراضية للأمن الغذائي في المناطق الجافة التابع لـ “أسباير”، أن الزراعة العمودية ركزت في الماضي على استعراض التكنولوجيات الجديدة في الزراعة المتطورة،حيث شكل ذلك خطرًا على المستثمرين وتضررت بعض الشركات من عدم استدامة نموذج الزراعة العمودية السائد آنذاك.

وقالت إلكي: “أكد انتشار المصانع الزراعية على نطاق تجاري واسع، كالزراعة في الحاويات الكبيرة والعربات المقطورة والمخازن، على بداية عصر (التكنولوجيا الزراعية)”. تتميز المصانع الزراعية بارتفاع التكاليف وزيادة متطلبات الطاقة، كما يعتبر بعضها أقل تنوعًا مما هو متوقع، الأمر الذي جعلها تقتصر على إنتاج الخضروات الورقية. ومع الارتفاع الكبير في أسعار الطاقة، توقفت بعض المصانع الزراعية عن العمل”.

وترى إلكي أن النجاح في الزراعة العمودية سيتحقق عند اتباع منهج متعدد المهام. وقالت: “نحتاج إلى خفض استهلاك الطاقة وتكاليف الاستثمار المقترنة بهذه الأنظمة كي نعزز جدواها”.

لذا، يعمل الفريق من أجل تحقيق هذه الأهداف.

وقالت إلكي في مقابلة مع مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا “تتساوى أهمية المياه والطاقة في دولة الإمارات، فإذا توفرت الطاقة يمكن إنتاج الماء بكميات حسب رغبتك”.

إذن، كيف يمكن تقليل استهلاك المياه؟

يعتبر توفير الطاقة في دولة جافة كدولة الإمارات توفيرًا للماء، حيث تساهم النباتات التي تنمو في درجات الحرارة شديدة الارتفاع في خفض استهلاك الطاقة.

وقالت إلكي: “نسعى إلى معالجة موضوع آخر وهو الجانب المتعلق بالإمدادات الغذائية”.

ويركز أعضاء فريقها البحثي على الزراعة المائية المركبة، إذ يجمعون بين تربية الأسماك وزراعة النباتات.

وأكدت إلكي أن السمك يحتاج الكثير من الغذاء لينمو سريعًا، وقالت: “لا يستخدم السمك غذائه على نحو جيد، شأنه في ذلك شـأن غالبية حيوانات المزارع. وقد يستخدم السمك نحو 10 بالمئة فقط من غذائه، بينما يُطلق الباقي في الماء في شكل روث”.

الصورة فورتشن بيزنس إنسايتس

ويحتاج الماء حينئذٍ إلى تغيير وتنظيف أو إعادة تدوير. لذا، يستخدم أعضاء الفريق النباتات لتنظيف الماء.

يستخدم الماء كمحلول مغذي للنباتات المزروعة بطريقة الزراعة العمودية. وبمجرد استخدام النباتات للماء بالكامل، يعود الماء إلى السمك.

ولكن الأمر أكبر من ذلك.

وقالت إلكي: “يتعين علينا التأكد من جدوى هذه المنظومة اقتصاديًا وأيضًا بيئيًا ومن منظور السلامة الغذائية ومستوى سلامة الغذاء الناتج عن هذه المنظومة إذا كنا نستخدم براز السمك كغذاء للنباتات؟ يمكن أن تعيش العديد من الطفيليات داخل جسم السمك. لذا، نحتاج إلى بذل المزيد من الجهود في هذا الشأن”.

وعلاوة على ذلك، استثمرت دولة الإمارات بشكل كبير في تحقيق الحياد المناخي. ويشمل جزء من هذه الاستراتيجية الإسهام في سياسة دولة الإمارات للاقتصاد الدائري 2021-2023. وتتوافق مبادرات الزراعة العمودية التي تتبناها جامعة الإمارات العربية المتحدة مع هذه الاستراتيجية.

وقالت إلكي: “تحتاج الاستراتيجيات الرامية إلى إدراج أنظمة الزراعة العمودية في سلسلة توريد غذائية دائرية إلى تطوير، لتحقيق الامتثال لاستراتيجية الإمارات للاقتصاد الدائري. ويعد هذا تحديًا كبيرًا في أنظمة الإنتاج بدون تربة، بالنظر إلى الدور الهام الذي تقوم به التربة في الدورات العالمية للعناصر. لا تزال غالبية أنظمة الزراعة العمودية حاليًا معتمدة على المدخلات المستمرة من المخصبات المعدنية التي تترك بصمة كربونية مرتفعة”.

وقالت إلكي: “يقوم المعهد الدولي للبحوث الافتراضية للأمن الغذائي في المناطق الجافة وجامعة الإمارات العربية المتحدة وجامعة خليفة والأطراف المعنية الأخرى بتطوير أنظمة لإنتاج الغذاء لدولة الإمارات متطورة تقنيًا ومتطورة في مجال التكنولوجيا الزراعية وجاهزة للاندماج مع المباني الحضرية ودورات توريد الغذاء وأنماط الحياة العصرية”.

يحظى هذا البحث بدعم من “أسباير”، وهو ذراع إدارة برنامج التكنولوجيا في مجلس أبحاث التكنولوجيا المتطورة في أبوظبي، عبر برنامج معاهد البحوث الافتراضية التي تمولها أسباير.

ويبحث فريق إلكي أيضًا في تطوير موارد زراعية أصلية لدولة الإمارات لإيجاد موارد جديدة للغذاء.

هل هذا كافٍ؟

تتيح المزارع العمودية العديد من النتائج الإيجابية للبيئة وللمستهلك ولميزانية المزارع، ولكنها تتطلب بحاجة إلى توفير أموال ليست بالقليلة كي تبدأ مزرعتك في الإنتاج بكميات كبيرة.

يمكن أن تصل تكاليف تأسيس مزرعة عمودية إلى 10 أضعاف تكاليف تأسيس البيوت البلاستيكية التي تتراوح تكلفتها من 2200 دولار إلى 2600 دولار لكل متر مربع. فبالنظر إلى تكاليف تأسيس شركة ناشئة، يمكن البحث عن عائد طويل الأمد على الاستثمار.

يعتقد البعض أن استخدام التكنولوجيا الذاتية سيخفض تكاليف العمالة، ولكن يتعين وجود خبراء للعناية بهذه المحاصيل. وتتسم هذه النوعية المختلفة من عمالة المزارع بارتفاع رواتبهم بشكل كبير.

تبدو المزارع العمودية أنها ستصبح زراعة المستقبل، بغض النظر عن تلك التكاليف والتحديات.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: طعام الغد