شبكات الزراعة تحت الأرض: زراعة مستقبل مستدام

مع استمرار تزايد عدد سكان العالم وتفاقم آثار تغير المناخ، أصبحت الحاجة إلى أساليب مبتكرة ومستدامة لإنتاج الغذاء أكثر أهمية من أي وقت مضى. تمثل شبكات الزراعة تحت الأرض، المعروفة أيضًا بالزراعة الجوفية أو الزراعة تحت الأرضية، حدودًا واعدة في مجال الزراعة في البيئات الخاضعة للرقابة (CEA). تتضمن هذه الطريقة زراعة المحاصيل في مساحات تحت الأرض، مما يوفر مجموعة من الفوائد المحتملة للأمن الغذائي وكفاءة الموارد والتنمية الحضرية. يستكشف هذا الدليل الشامل مفهوم شبكات الزراعة تحت الأرض ومزاياها وتحدياتها والتقنيات المستخدمة فيها وتطبيقاتها العالمية وآفاقها المستقبلية.

ما هي شبكات الزراعة تحت الأرض؟

شبكات الزراعة تحت الأرض هي في الأساس مزارع عمودية تقع تحت سطح الأرض. تستخدم هذه الشبكات تقنيات مختلفة مثل الزراعة المائية والزراعة الهوائية والزراعة في المياه العميقة لزراعة المحاصيل بدون تربة. توفر البيئة الخاضعة للرقابة العديد من المزايا:

• التحكم في درجة الحرارة: تحافظ البيئات تحت الأرض بشكل طبيعي على درجة حرارة أكثر استقرارًا من البيئات السطحية، مما يقلل من تكاليف الطاقة المرتبطة بالتدفئة والتبريد.
• مكافحة الآفات والأمراض: تقلل الطبيعة المغلقة لشبكات الزراعة تحت الأرض من التعرض للآفات والأمراض، مما يقلل من الحاجة إلى المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب.
• الحفاظ على المياه: تعمل الأنظمة ذات الحلقة المغلقة على إعادة تدوير المياه، مما يقلل من استخدام المياه مقارنة بالزراعة التقليدية.
• استغلال المساحات: يمكن تحويل المساحات تحت الأرض، التي غالبًا ما تكون غير مستغلة في المناطق الحضرية، إلى مواقع زراعية منتجة.
• تقليل التلوث الضوئي: نظرًا لأن المزارع تحت الأرض، فإنها لا تساهم في التلوث الضوئي، مما يحافظ على سماء الليل الطبيعية.

يمكن أن تتراوح هذه الشبكات من العمليات المجتمعية صغيرة النطاق إلى المشاريع التجارية واسعة النطاق. يعتمد اختيار الموقع والتكنولوجيا على عوامل مختلفة بما في ذلك المساحة المتاحة والظروف الجيولوجية والمناخ والطلب في السوق.

مزايا شبكات الزراعة تحت الأرض

توفر شبكات الزراعة تحت الأرض العديد من المزايا التي تجعلها حلاً جذابًا لمواجهة تحديات الغذاء العالمية:

1. تعزيز الأمن الغذائي

من خلال توفير بيئة خاضعة للرقابة ومستقرة، يمكن للمزارع تحت الأرض إنتاج المحاصيل على مدار العام، بغض النظر عن الظروف الجوية الخارجية. وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص في المناطق ذات المناخ القاسي أو الأراضي الصالحة للزراعة المحدودة. على سبيل المثال، في بلدان مثل أيسلندا، حيث تمثل الزراعة التقليدية تحديًا بسبب المناخ البارد، يمكن للمزارع تحت الأرض التي تعمل بالطاقة الحرارية الجوفية أن توفر مصدرًا موثوقًا للمنتجات الطازجة.

2. الاستخدام الفعال للموارد

تتميز شبكات الزراعة تحت الأرض بكفاءة عالية من حيث استخدام الموارد. يتم إعادة تدوير المياه داخل أنظمة الحلقة المغلقة، مما يقلل من هدر المياه. كما أن درجة الحرارة المستقرة تحت الأرض تقلل من الحاجة إلى التدفئة والتبريد كثيفي الاستخدام للطاقة. علاوة على ذلك، فإن استخدام الإضاءة الاصطناعية، مثل مصابيح LED، يسمح بتحسين طيف الضوء وشدته، مما يزيد من نمو النباتات إلى أقصى حد مع تقليل استهلاك الطاقة.

مثال: إن استخدام الزراعة المائية في المزارع تحت الأرض يقلل من استهلاك المياه بنسبة تصل إلى 90% مقارنة بالزراعة التقليدية.

3. تقليل التأثير البيئي

يمكن للمزارع تحت الأرض أن تقلل بشكل كبير من التأثير البيئي للزراعة. فمن خلال تقليل استخدام المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب، فإنها تساعد على حماية التنوع البيولوجي ومنع تدهور التربة. كما أن انخفاض الحاجة إلى النقل، حيث يمكن تحديد مواقع المزارع تحت الأرض بالقرب من المراكز الحضرية، يقلل من انبعاثات الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام المساحات غير المستغلة يقلل من الضغط على النظم البيئية الطبيعية.

4. إنتاج الغذاء في المناطق الحضرية

توفر شبكات الزراعة تحت الأرض فرصة فريدة لتقريب إنتاج الغذاء من المستهلكين في المناطق الحضرية. فمن خلال استخدام المساحات تحت الأرض مثل الأنفاق والمناجم والأقبية المهجورة، يمكن للمدن إنشاء مصادر غذاء محلية، مما يقلل من تكاليف النقل ويعزز نضارة الأغذية. وهذا مهم بشكل خاص في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان حيث قد يكون الوصول إلى المنتجات الطازجة محدودًا.

مثال: في طوكيو باليابان، تستكشف العديد من الشركات إمكانية تحويل أنفاق المترو المهجورة إلى مزارع تحت الأرض.

5. المرونة في مواجهة تغير المناخ

إن البيئة الخاضعة للرقابة في المزارع تحت الأرض تجعلها مرنة في مواجهة آثار تغير المناخ. يمكن للظواهر الجوية المتطرفة، مثل الجفاف والفيضانات وموجات الحر، أن تعطل الزراعة التقليدية بشدة. ومع ذلك، فإن المزارع تحت الأرض معزولة عن هذه العوامل الخارجية، مما يضمن إمدادات غذائية مستقرة وموثوقة حتى في مواجهة تغير المناخ.

تحديات شبكات الزراعة تحت الأرض

على الرغم من مزاياها العديدة، تواجه شبكات الزراعة تحت الأرض أيضًا العديد من التحديات التي يجب معالجتها من أجل اعتمادها على نطاق واسع:

1. الاستثمار الأولي المرتفع

يمكن أن يكون الاستثمار الأولي المطلوب لإنشاء شبكة زراعة تحت الأرض كبيرًا. تشمل التكاليف إعداد الموقع، والبناء، والمعدات المتخصصة (الإضاءة، وأنظمة الزراعة المائية، والضوابط البيئية)، والعمالة. يمكن أن يكون تأمين التمويل وجذب المستثمرين أمرًا صعبًا، لا سيما بالنسبة للمشاريع صغيرة النطاق.

2. التعقيد الفني

يتطلب تشغيل مزرعة تحت الأرض مستوى عالٍ من الخبرة الفنية. يعد فهم فسيولوجيا النبات والزراعة المائية وأنظمة التحكم البيئي وتحليلات البيانات أمرًا ضروريًا لتحسين إنتاج المحاصيل. كما أن العمالة الماهرة والتدريب المستمر ضروريان لضمان التشغيل الفعال للمزرعة.

3. استهلاك الطاقة

بينما توفر البيئات تحت الأرض تنظيمًا طبيعيًا لدرجة الحرارة، لا تزال المزارع تحت الأرض تعتمد على الإضاءة الاصطناعية وأنظمة التحكم البيئي، والتي يمكن أن تستهلك كميات كبيرة من الطاقة. يعد إيجاد مصادر طاقة مستدامة، مثل الطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية الجوفية، أمرًا بالغ الأهمية لتقليل البصمة الكربونية للمزارع تحت الأرض.

4. المساحة المحدودة وسهولة الوصول

يمكن أن تكون المساحات تحت الأرض مقيدة من حيث الحجم وسهولة الوصول. يمكن للمساحة المحدودة أن تقيد حجم الإنتاج وتنوع المحاصيل التي يمكن زراعتها. يمكن لمشكلات الوصول أن تعقد الخدمات اللوجستية ونقل المواد والمنتجات.

5. العقبات التنظيمية والقانونية

قد يواجه تطوير شبكات الزراعة تحت الأرض عقبات تنظيمية وقانونية. قد لا تكون لوائح تقسيم المناطق وقوانين البناء ومعايير سلامة الأغذية متكيفة تمامًا مع هذا الشكل الجديد من الزراعة. هناك حاجة إلى أطر تنظيمية واضحة وداعمة لتسهيل نمو الزراعة تحت الأرض.

التقنيات المستخدمة في شبكات الزراعة تحت الأرض

تستخدم شبكات الزراعة تحت الأرض مجموعة من التقنيات المتقدمة لتحسين إنتاج المحاصيل وكفاءة الموارد:

1. الزراعة المائية

الزراعة المائية هي طريقة لزراعة النباتات بدون تربة، باستخدام محاليل مائية غنية بالمغذيات. هناك عدة أنواع من أنظمة الزراعة المائية، بما في ذلك:

• الزراعة في المياه العميقة (DWC): تُغمر جذور النباتات في محلول مغذٍ يتم تهويته لتوفير الأكسجين.
• تقنية الغشاء المغذي (NFT): يتدفق تيار ضحل من المحلول المغذي باستمرار فوق جذور النباتات.
• المد والجزر (الغمر والتصريف): يتم غمر صينية النمو بشكل دوري بمحلول مغذٍ ثم يتم تصريفه.
• الري بالتنقيط: يتم تقطير المحلول المغذي ببطء على جذور النباتات.

تسمح الزراعة المائية بالتحكم الدقيق في مستويات المغذيات ودرجة الحموضة والأكسجة، مما يزيد من نمو النباتات ويقلل من هدر المياه.

2. الزراعة الهوائية

الزراعة الهوائية هي طريقة لزراعة النباتات في بيئة هوائية أو رذاذية بدون تربة أو وسط ركامي. تُعلّق جذور النباتات في الهواء ويتم رشها بشكل دوري بمحلول مغذٍ. توفر الزراعة الهوائية العديد من المزايا، بما في ذلك زيادة أكسجة الجذور وتقليل استخدام المياه وسهولة الحصاد.

3. الإضاءة الاصطناعية

نظرًا لأن المزارع تحت الأرض تفتقر إلى ضوء الشمس الطبيعي، فإن الإضاءة الاصطناعية ضرورية لعملية التمثيل الضوئي. تُستخدم الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) بشكل شائع نظرًا لكفاءتها في استخدام الطاقة وعمرها الطويل وقدرتها على إصدار أطياف ضوئية محددة تعزز نمو النباتات. يمكن تخصيص إضاءة LED لتحسين نمو النباتات وزيادة غلة المحاصيل إلى أقصى حد.

4. أنظمة التحكم البيئي

تُستخدم أنظمة التحكم البيئي لتنظيم درجة الحرارة والرطوبة ومستويات ثاني أكسيد الكربون ودورة الهواء داخل المزرعة تحت الأرض. تخلق هذه الأنظمة بيئة نمو مثالية، مما يضمن إنتاج محاصيل متسق وعالي الجودة. تقوم أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم الآلية بمراقبة وضبط الظروف البيئية باستمرار، مما يقلل من استهلاك الطاقة ويزيد من الكفاءة.

5. تحليلات البيانات والأتمتة

تلعب تحليلات البيانات والأتمتة دورًا حاسمًا في تحسين تشغيل المزارع تحت الأرض. تجمع أجهزة الاستشعار البيانات حول معايير مختلفة، مثل درجة الحرارة والرطوبة ومستويات المغذيات ونمو النباتات. يتم تحليل هذه البيانات لتحديد الاتجاهات وتحسين ظروف النمو واكتشاف المشكلات المحتملة. تُستخدم أنظمة الأتمتة للتحكم في الإضاءة والري والتهوية، مما يقلل من تكاليف العمالة ويحسن الكفاءة.

التطبيقات العالمية لشبكات الزراعة تحت الأرض

يجري استكشاف وتنفيذ شبكات الزراعة تحت الأرض في أجزاء مختلفة من العالم، ولكل منها تحدياتها وفرصها الفريدة:

1. أوروبا

تبحث العديد من الدول الأوروبية بنشاط في تقنيات الزراعة تحت الأرض وتطورها. في المملكة المتحدة، تقوم شركة Growing Underground، الواقعة في ملاجئ الغارات الجوية المهجورة من الحرب العالمية الثانية تحت لندن، بزراعة مجموعة متنوعة من الخضروات الورقية والأعشاب. في هولندا، يستكشف الباحثون إمكانية تحويل المناجم المهجورة إلى مزارع تحت الأرض. شهدت ألمانيا أيضًا زيادة في مشاريع الزراعة الحضرية التي تستخدم مساحات الأقبية لإنتاج الخضروات بالزراعة المائية.

2. آسيا

تعد آسيا معقلًا للابتكار في الزراعة تحت الأرض. تستكشف اليابان استخدام أنفاق المترو المهجورة لإنتاج الغذاء. تستثمر سنغافورة، وهي دولة جزرية مكتظة بالسكان ذات أراضٍ محدودة، بكثافة في الزراعة العمودية وتحت الأرض لتعزيز الأمن الغذائي. تبحث كوريا الجنوبية أيضًا بنشاط في تقنيات الزراعة تحت الأرض، لا سيما في المناجم المهجورة.

3. أمريكا الشمالية

في أمريكا الشمالية، تكتسب شبكات الزراعة تحت الأرض زخمًا كحل لإنتاج الغذاء في المناطق الحضرية. في مونتريال بكندا، قامت شركة Lufa Farms ببناء دفيئات على الأسطح وتستكشف إمكانات المزارع تحت الأرض. تركز مبادرات مختلفة في الولايات المتحدة أيضًا على استخدام المساحات تحت الأرض للزراعة الحضرية، مع ظهور مشاريع في مدن مثل شيكاغو ونيويورك.

4. أستراليا

تقدم أستراليا، بمناخها الجاف وبنيتها التحتية الواسعة للتعدين تحت الأرض، فرصًا فريدة للزراعة تحت الأرض. يستكشف الباحثون إمكانية استخدام المناجم المهجورة كمساحات زراعية في بيئة خاضعة للرقابة، لا سيما في المناطق التي تشكل فيها ندرة المياه تحديًا كبيرًا.

مستقبل شبكات الزراعة تحت الأرض

يبدو مستقبل شبكات الزراعة تحت الأرض واعدًا، حيث تمهد الأبحاث المستمرة والتقدم التكنولوجي الطريق لاعتماد أوسع. تشكل العديد من الاتجاهات مستقبل هذا الشكل المبتكر من الزراعة:

1. زيادة الأتمتة والروبوتات

ستلعب الأتمتة والروبوتات دورًا متزايد الأهمية في المزارع تحت الأرض. يمكن استخدام الروبوتات للزراعة والحصاد ومراقبة صحة النباتات، مما يقلل من تكاليف العمالة ويحسن الكفاءة. يمكن للأنظمة الآلية أيضًا تحسين الظروف البيئية وتوصيل المغذيات، مما يزيد من غلة المحاصيل إلى أقصى حد.

2. الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي

يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحليل كميات هائلة من البيانات التي يتم جمعها من أجهزة الاستشعار والمصادر الأخرى، مما يوفر رؤى حول نمو النباتات والظروف البيئية واستخدام الموارد. يمكن استخدام هذه الرؤى لتحسين استراتيجيات النمو والتنبؤ بالمشكلات المحتملة وتحسين الكفاءة العامة.

3. تكامل الطاقة المستدامة

يعد دمج مصادر الطاقة المستدامة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الجوفية، أمرًا بالغ الأهمية لتقليل التأثير البيئي للمزارع تحت الأرض. يمكن للطاقة المتجددة تشغيل الإضاءة وأنظمة التحكم البيئي والمعدات الأخرى، مما يجعل الزراعة تحت الأرض أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة.

4. التكامل الرأسي ونظم الغذاء المحلية

يمكن دمج المزارع تحت الأرض في النظم الغذائية المحلية، مما يوفر المنتجات الطازجة مباشرة للمستهلكين والمطاعم والأسواق المحلية. يمكن للتكامل الرأسي، حيث تتحكم المزرعة في جميع مراحل عملية الإنتاج من البذرة إلى البيع، أن يحسن الكفاءة ويقلل من تكاليف النقل.

5. المشاركة المجتمعية والتعليم

إن إشراك المجتمعات وتثقيف الجمهور حول فوائد الزراعة تحت الأرض أمر ضروري لبناء الدعم وتعزيز الاعتماد. يمكن للمزارع المجتمعية تحت الأرض أن توفر فرصًا تعليمية وتخلق فرص عمل وتحسن الوصول إلى المنتجات الطازجة في المناطق المحرومة.

الخاتمة

تمثل شبكات الزراعة تحت الأرض نهجًا رائدًا للزراعة المستدامة، حيث تقدم مجموعة من الفوائد للأمن الغذائي وكفاءة الموارد والتنمية الحضرية. وفي حين لا تزال هناك تحديات، فإن الأبحاث المستمرة والتقدم التكنولوجي يمهدان الطريق لاعتماد أوسع. من خلال استخدام المساحات غير المستغلة تحت الأرض، وتوظيف التقنيات المتقدمة، ودمج الممارسات المستدامة، يمكن لشبكات الزراعة تحت الأرض أن تساهم في نظام غذائي أكثر مرونة واستدامة للمستقبل. مع تفاقم التحديات العالمية المتعلقة بتغير المناخ والنمو السكاني، تستحق الإمكانات المبتكرة لشبكات الزراعة تحت الأرض مزيدًا من الاهتمام والاستثمار.