استكشاف بيئات الزراعة تحت الأرض: دليل شامل

مع استمرار تزايد عدد سكان العالم وتفاقم تغير المناخ، أصبحت الحاجة إلى أساليب إنتاج غذائي مستدامة وفعالة أمراً بالغ الأهمية. تواجه الزراعة التقليدية العديد من التحديات، بما في ذلك ندرة الأراضي، ونقص المياه، وتدهور التربة، والضعف أمام الظواهر الجوية المتطرفة. واستجابة لذلك، تظهر أساليب مبتكرة، ومن أكثرها إثارة للاهتمام بيئات الزراعة تحت الأرض.

يستكشف هذا الدليل الشامل إمكانات المساحات تحت الأرض للأغراض الزراعية، ويدرس الفوائد والتحديات والتقنيات والتطبيقات العالمية لهذا المجال المتطور. سنتعمق في الأنواع المختلفة لبيئات الزراعة تحت الأرض، والتقنيات الرئيسية التي تمكّنها، والتأثير المحتمل الذي يمكن أن تحدثه على الأمن الغذائي والاستدامة البيئية.

ما هي بيئات الزراعة تحت الأرض؟

بيئات الزراعة تحت الأرض، والمعروفة أيضًا بالزراعة تحت السطحية، تشمل زراعة المحاصيل في مساحات مغلقة أو شبه مغلقة تقع تحت سطح الأرض. يمكن أن تتراوح هذه البيئات من المناجم والكهوف التي أعيد استخدامها إلى منشآت تحت الأرض مصممة خصيصًا لهذا الغرض. السمة الرئيسية هي أنها توفر بيئة محكومة ومحمية، معزولة عن الظروف الجوية الخارجية والآفات والملوثات.

على عكس الزراعة التقليدية، تعتمد الزراعة تحت الأرض بشكل كبير على تقنيات الزراعة في بيئة محكومة (CEA). ويشمل ذلك التحكم الدقيق في درجة الحرارة والرطوبة والإضاءة وتوصيل المغذيات. من خلال التحكم في هذه العوامل، يمكن للمزارعين تحسين نمو النباتات وزيادة الغلة وتقليل استهلاك الموارد.

فوائد بيئات الزراعة تحت الأرض

توفر الزراعة تحت الأرض العديد من الفوائد المحتملة مقارنة بالزراعة التقليدية:

• الإنتاج على مدار العام: البيئات تحت الأرض معزولة عن التغيرات الموسمية، مما يسمح بإنتاج المحاصيل بشكل مستمر بغض النظر عن المناخ. هذا الأمر قيّم بشكل خاص في المناطق ذات الشتاء القاسي أو الظواهر الجوية المتطرفة.
• تقليل استهلاك المياه: يمكن للأنظمة ذات الحلقة المغلقة في المزارع تحت الأرض أن تقلل بشكل كبير من استخدام المياه. يتم إعادة تدوير المياه وإعادة استخدامها، مما يقلل من الهدر ويحافظ على هذا المورد الثمين. تشمل الأمثلة الزراعة المائية والزراعة الهوائية التي تستخدم كميات أقل بكثير من المياه مقارنة بالزراعة التقليدية القائمة على التربة.
• التخلص من المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب: تقلل البيئة المحكومة من خطر تفشي الآفات ونمو الأعشاب الضارة، مما يلغي الحاجة إلى المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب الضارة. ينتج عن ذلك منتجات غذائية صحية وأكثر أمانًا.
• الحفاظ على الأراضي: تستغل الزراعة تحت الأرض المساحات التي غالبًا ما تكون غير مناسبة لأغراض أخرى، مثل المناجم المهجورة أو الأقبية الحضرية. وهذا يحرر الأراضي السطحية القيمة لاستخدامات أخرى، مثل الإسكان أو الحفاظ على البيئة.
• تقليل تكاليف النقل: يمكن تحديد مواقع المزارع تحت الأرض بالقرب من المراكز الحضرية، مما يقلل من مسافات النقل والتكاليف والانبعاثات المرتبطة بها. وهذا يعزز الأمن الغذائي ويقلل من البصمة الكربونية لسلسلة الإمداد الغذائي. تخيل مزرعة تحت الأرض أسفل مدينة مكتظة بالسكان مثل طوكيو أو لندن.
• التكيف مع تغير المناخ: توفر البيئات تحت الأرض حماية من تأثيرات تغير المناخ، مثل الظواهر الجوية المتطرفة والجفاف وتقلبات درجات الحرارة. وهذا يجعلها خيارًا مرنًا لضمان الأمن الغذائي في عالم متغير.
• تعزيز الأمن الغذائي: من خلال توفير مصدر غذائي موثوق ومحكوم، يمكن للزراعة تحت الأرض أن تساهم في تعزيز الأمن الغذائي، خاصة في المناطق ذات الأراضي الزراعية المحدودة أو الظروف البيئية الصعبة.

تحديات بيئات الزراعة تحت الأرض

بينما توفر الزراعة تحت الأرض العديد من المزايا، فإنها تمثل أيضًا العديد من التحديات:

• استثمار أولي مرتفع: يتطلب إنشاء مزرعة تحت الأرض استثمارًا كبيرًا مقدمًا في البنية التحتية والمعدات والتكنولوجيا. يمكن أن يشكل هذا عائقًا أمام دخول المزارعين الصغار أو رواد الأعمال. يمثل تعديل منجم قائم أو بناء هيكل جديد تحت الأرض تكاليف باهظة.
• استهلاك الطاقة: تعتمد الزراعة تحت الأرض بشكل كبير على أنظمة الإضاءة الاصطناعية والتحكم في المناخ، والتي يمكن أن تستهلك كمية كبيرة من الطاقة. يعد استخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية أو الحرارية الجوفية، أمرًا حاسمًا لتقليل التأثير البيئي.
• الخبرة الفنية: يتطلب تشغيل مزرعة تحت الأرض معرفة ومهارات متخصصة في مجالات مثل الزراعة في بيئة محكومة، والزراعة المائية، وإضاءة LED. القوة العاملة الماهرة ضرورية للتشغيل الناجح.
• التهوية وجودة الهواء: يعد الحفاظ على التهوية الكافية وجودة الهواء أمرًا بالغ الأهمية لصحة النبات وسلامة الإنسان في البيئات تحت الأرض. هناك حاجة إلى أنظمة تهوية مناسبة لإزالة الرطوبة الزائدة وثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى.
• إمكانية الوصول والخدمات اللوجستية: يمكن أن يكون الوصول إلى المنشآت تحت الأرض وإدارتها أمرًا صعبًا، خاصة في المواقع النائية أو في أعماق الأرض. هناك حاجة إلى أنظمة لوجستية ونقل فعالة لنقل المحاصيل والإمدادات من وإلى المزرعة.
• التأثير النفسي: يمكن أن يكون للعمل في بيئة مغلقة ومصطنعة آثار نفسية على العمال. يمكن أن يساعد توفير محاكاة للضوء الطبيعي ودمج عناصر التصميم الحيوي في التخفيف من هذه الآثار.

التقنيات الرئيسية للزراعة تحت الأرض

هناك العديد من التقنيات الرئيسية الضرورية للتشغيل الناجح لبيئات الزراعة تحت الأرض:

• إضاءة LED: الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) هي مصدر الضوء الأساسي في المزارع تحت الأرض. تتميز مصابيح LED بكفاءة الطاقة، ولها عمر طويل، ويمكن تخصيصها لتوفير طيف الضوء المحدد المطلوب لنمو النبات الأمثل. يستمر البحث في تحسين وصفات LED للمحاصيل المختلفة.
• الزراعة المائية والزراعة الهوائية: تستخدم تقنيات الزراعة بدون تربة هذه على نطاق واسع في الزراعة تحت الأرض. تشمل الزراعة المائية زراعة النباتات في محاليل مائية غنية بالمغذيات، بينما تشمل الزراعة الهوائية تعليق جذور النباتات في الهواء ورشها بمحاليل المغذيات. تقلل كلتا الطريقتين من استهلاك المياه وتزيد من كفاءة امتصاص المغذيات.
• أنظمة التحكم في المناخ: تنظم أنظمة التحكم في المناخ المتطورة درجة الحرارة والرطوبة ومستويات ثاني أكسيد الكربون في البيئات تحت الأرض. تضمن هذه الأنظمة ظروف نمو مثالية للنباتات وتمنع تراكم الرطوبة الزائدة أو الملوثات.
• أجهزة الاستشعار والأتمتة: تراقب أجهزة الاستشعار المعلمات البيئية المختلفة، مثل درجة الحرارة والرطوبة وشدة الضوء ومستويات المغذيات. تُستخدم هذه البيانات لأتمتة أنظمة التحكم وتحسين ظروف النمو. يمكن للأتمتة أيضًا تقليل تكاليف العمالة وتحسين الكفاءة.
• مصادر الطاقة المتجددة: يعد استخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية أو الحرارية الجوفية، أمرًا حاسمًا لتقليل التأثير البيئي للزراعة تحت الأرض. يمكن استخدام الطاقة الحرارية الجوفية للتدفئة والتبريد، بينما يمكن للطاقة الشمسية تشغيل إضاءة LED والمعدات الأخرى.
• أنظمة إعادة تدوير المياه: تلتقط أنظمة إعادة تدوير المياه ذات الحلقة المغلقة المياه وتعيد استخدامها، مما يقلل من استهلاك المياه ويقلل من البصمة البيئية. غالبًا ما تتضمن هذه الأنظمة عمليات ترشيح وتعقيم لإزالة الملوثات ومسببات الأمراض.

التطبيقات العالمية للزراعة تحت الأرض

يتم استكشاف وتنفيذ الزراعة تحت الأرض في مواقع مختلفة حول العالم، ولكل منها تطبيقات وتحديات فريدة:

• المناجم المعاد استخدامها: يتم إعادة استخدام المناجم المهجورة كمزارع تحت الأرض في العديد من البلدان. على سبيل المثال، في المملكة المتحدة، حولت شركة Growing Underground ملجأ سابقًا للغارات الجوية من الحرب العالمية الثانية إلى مزرعة مائية تنتج الخضروات الورقية. هناك مشاريع مماثلة جارية في الولايات المتحدة وكندا، لاستكشاف إمكانات المناجم المهجورة للأغراض الزراعية.
• الأقبية الحضرية: يتم استخدام الأقبية الحضرية والمساحات تحت الأرض للزراعة العمودية في المدن المكتظة بالسكان. في اليابان، أنشأت Pasona O2 مزرعة تحت الأرض في قبو مقرها الرئيسي في طوكيو، مما يوضح إمكانات الزراعة الحضرية. في باريس، تقوم Cycloponics بزراعة المنتجات العضوية في مواقف سيارات تحت الأرض أعيد استخدامها.
• الأنفاق تحت الأرض: يتم استكشاف الأنفاق تحت الأرض كمواقع محتملة لمزارع واسعة النطاق تحت الأرض. في سويسرا، يبحث الباحثون في جدوى استخدام البنية التحتية الحالية للأنفاق للإنتاج الزراعي. توفر هذه الأنفاق بيئة مستقرة ومحكومة مع بنية تحتية متاحة بسهولة.
• الدفيئات الحرارية الجوفية: يمكن أن يؤدي الجمع بين الطاقة الحرارية الجوفية وتكنولوجيا الدفيئة إلى إنشاء بيئات زراعية تحت الأرض عالية الكفاءة والاستدامة. في أيسلندا، تستخدم الدفيئات الحرارية الجوفية الطاقة الحرارية الجوفية لتدفئة وتشغيل عملياتها، مما ينتج مجموعة متنوعة من المحاصيل على مدار العام. يمكن تكييف هذا النموذج للبيئات تحت الأرض.
• مرافق البحث: هناك العديد من المرافق البحثية المخصصة لدراسة الزراعة تحت الأرض وتطوير تقنيات جديدة. يجري مركز الزراعة في البيئة المحكومة بجامعة أريزونا أبحاثًا حول الزراعة العمودية تحت الأرض، ويستكشف ظروف النمو المثلى لمختلف المحاصيل. تجري أبحاث مماثلة في بلدان أخرى، بما في ذلك هولندا وكوريا الجنوبية.

دراسات حالة: عمليات زراعة ناجحة تحت الأرض

توضح العديد من عمليات الزراعة الناجحة تحت الأرض إمكانات هذا النهج المبتكر:

• Growing Underground (لندن، المملكة المتحدة): تقع على عمق 33 مترًا تحت شوارع لندن في ملجأ سابق للغارات الجوية، وتنتج Growing Underground الخضروات الورقية باستخدام الزراعة المائية وإضاءة LED. تزود المزرعة المطاعم ومحلات السوبر ماركت المحلية، مما يقلل من أميال الغذاء ويعزز الزراعة المستدامة.
• Pasona O2 (طوكيو، اليابان): تعرض مزرعة Pasona O2 تحت الأرض في طوكيو إمكانات الزراعة الحضرية. تزرع المزرعة مجموعة متنوعة من المحاصيل، بما في ذلك الأرز والخضروات والأعشاب، باستخدام الزراعة المائية وتقنيات البيئة المحكومة. وهي بمثابة مشروع توضيحي ومركز تعليمي.
• Cycloponics (باريس، فرنسا): تحول Cycloponics مواقف السيارات المهجورة تحت الأرض إلى مزارع عضوية. تزرع المزرعة الفطر والمحاصيل الأخرى باستخدام الزراعة المائية السمكية وغيرها من التقنيات المستدامة. وتوفر منتجات طازجة ومحلية للمجتمع وتخلق فرص عمل.
• Deep Greens (مونتريال، كندا): Deep Greens هي مزرعة حضرية تستخدم الزراعة المائية في مساحة معاد تدويرها تحت الأرض. يركزون على توصيل المنتجات المزروعة محليًا إلى المطاعم ومحلات البقالة والمستهلكين في منطقة مونتريال.

مستقبل الزراعة تحت الأرض

يبدو مستقبل الزراعة تحت الأرض واعدًا، مع جهود البحث والتطوير المستمرة التي تركز على تحسين الكفاءة وخفض التكاليف وتوسيع نطاق المحاصيل التي يمكن زراعتها تحت الأرض. مع تقدم التكنولوجيا وتحقيق وفورات الحجم، من المرجح أن تصبح الزراعة تحت الأرض مكونًا قابلاً للتطبيق ومهمًا بشكل متزايد في نظام الغذاء العالمي.

هناك العديد من الاتجاهات الرئيسية التي تشكل مستقبل الزراعة تحت الأرض:

• زيادة الأتمتة: ستلعب الأتمتة دورًا متزايد الأهمية في المزارع تحت الأرض، مما يقلل من تكاليف العمالة ويحسن الكفاءة. سيتم استخدام الروبوتات والأنظمة الآلية لمهام مثل الزراعة والحصاد ومراقبة صحة النبات.
• تحسين إضاءة LED: سيستمر البحث في تكنولوجيا إضاءة LED في تحسين أطياف الضوء وتقليل استهلاك الطاقة. يتم استكشاف تقنيات LED الجديدة، مثل النقاط الكمومية، لإمكاناتها في تعزيز نمو النبات.
• التحسين القائم على البيانات: سيتم استخدام تحليلات البيانات والتعلم الآلي لتحسين ظروف النمو وزيادة الغلة. ستجمع أجهزة الاستشعار كميات هائلة من البيانات حول المعلمات البيئية وصحة النبات، والتي سيتم تحليلها لتحديد الأنماط وتحسين استراتيجيات النمو.
• التكامل مع البيئات الحضرية: ستصبح المزارع تحت الأرض متكاملة بشكل متزايد في البيئات الحضرية، مما يوفر منتجات طازجة ومحلية لسكان المدن. سيؤدي ذلك إلى تقليل تكاليف النقل والانبعاثات، وتعزيز الأمن الغذائي، وخلق وظائف خضراء.
• التوسع إلى محاصيل جديدة: يجري البحث لتوسيع نطاق المحاصيل التي يمكن زراعتها تحت الأرض. في حين أن الخضروات الورقية والأعشاب هي حاليًا المحاصيل الأكثر شيوعًا، تُبذل جهود لزراعة الفواكه والخضروات وحتى الحبوب تحت الأرض.
• الممارسات المستدامة: سيكون التركيز المستمر على الاستدامة، بما في ذلك مصادر الطاقة المتجددة، والحفاظ على المياه، والحد من النفايات، أمرًا حاسمًا لتقليل التأثير البيئي للزراعة تحت الأرض.

الخاتمة

تقدم بيئات الزراعة تحت الأرض حلاً واعدًا للتحديات التي تواجه الزراعة التقليدية. من خلال توفير بيئة محكومة ومحمية، يمكن للمزارع تحت الأرض إنتاج المحاصيل على مدار العام، وتقليل استهلاك المياه، والقضاء على المبيدات الحشرية، والحفاظ على الأراضي. في حين لا تزال هناك تحديات، فإن التطورات التكنولوجية المستمرة ودراسات الحالة الناجحة تثبت إمكانات الزراعة تحت الأرض للمساهمة في مستقبل أكثر استدامة وأمنًا غذائيًا.

مع استمرار نمو سكان العالم وتفاقم تغير المناخ، ستكون الأساليب المبتكرة لإنتاج الغذاء ضرورية. الزراعة تحت الأرض هي أحد هذه الأساليب التي تحمل وعدًا كبيرًا لضمان إمدادات غذائية مستدامة ومرنة للأجيال القادمة. من خلال تبني هذه التكنولوجيا المبتكرة، يمكننا تمهيد الطريق لعالم أكثر أمنًا غذائيًا واستدامة بيئيًا.

رؤى قابلة للتنفيذ: فكر في دعم المزارع المحلية تحت الأرض أو الاستثمار في جهود البحث والتطوير. ثقف نفسك والآخرين حول فوائد الزراعة تحت الأرض وقدرتها على تحويل نظام الغذاء.

مصادر إضافية

• Vertical Farm Daily: يقدم أخبارًا ومعلومات حول الزراعة العمودية والزراعة في بيئة محكومة.
• Association for Vertical Farming: منظمة عالمية تعمل على تعزيز تقدم الزراعة العمودية.
• منظمات الزراعة المستدامة المحلية: ابحث عن المنظمات المحلية في منطقتك التي تدعم مبادرات الزراعة المستدامة.