أبحاث الزراعة تحت الأرض: زراعة مستقبل إنتاج الغذاء

مع استمرار تزايد عدد سكان العالم وندرة الأراضي الصالحة للزراعة بشكل متزايد، أصبحت الأساليب المبتكرة لإنتاج الغذاء ذات أهمية قصوى. تقدم الزراعة تحت الأرض، التي تشمل المزارع الجوفية والتخزين في الأقبية وغيرها من التقنيات ذات الصلة، حلاً مقنعًا للزراعة المستدامة والفعالة. تتعمق هذه المقالة في المجال المزدهر لأبحاث الزراعة تحت الأرض، وتستكشف فوائدها المحتملة وتحدياتها والابتكارات الرائدة التي تشكل مستقبلها.

مستقبل واعد للزراعة الجوفية

تقدم الزراعة تحت الأرض العديد من المزايا مقارنة بطرق الزراعة التقليدية، لا سيما في مواجهة تغير المناخ ومحدودية الموارد.

تحكم بيئي معزز

تتمثل إحدى أهم الفوائد في القدرة على ممارسة سيطرة أكبر على بيئة النمو. توفر المساحات الجوفية بشكل طبيعي ما يلي:

• درجات حرارة مستقرة: تميل درجات الحرارة تحت الأرض إلى أن تكون أكثر ثباتًا من درجات حرارة السطح، مما يقلل من خطر تلف المحاصيل بسبب الظواهر الجوية المتطرفة مثل الصقيع أو موجات الحر. وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص في المناطق ذات المناخات المتقلبة. على سبيل المثال، استُخدمت أقبية الجذور في المناخات الشمالية مثل أيسلندا وكندا لقرون لتخزين المحاصيل خلال فصول الشتاء القاسية.
• إدارة الرطوبة: يمكن لمستويات الرطوبة المتحكم فيها أن تقلل من خطر الإصابة بالأمراض الفطرية وتحسن نمو النباتات. غالبًا ما تستخدم المزارع الحديثة تحت الأرض أنظمة متطورة للتحكم في المناخ لضبط مستويات الرطوبة وفقًا للاحتياجات المحددة لكل محصول.
• الحد من الآفات والأمراض: تقلل البيئة المغلقة من التعرض للآفات والأمراض، مما يقلل من الحاجة إلى مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب. وهذا يترجم إلى محاصيل صحية وتأثير بيئي أقل.

الاستخدام الأمثل للموارد

يمكن للزراعة تحت الأرض أن تحسن بشكل كبير من كفاءة الموارد:

• تقليل استهلاك المياه: يمكن لأنظمة الري ذات الحلقة المغلقة إعادة تدوير المياه، مما يقلل من هدر المياه ويحافظ على الموارد الثمينة، خاصة في المناطق القاحلة وشبه القاحلة. يمكن للمزارع العمودية، التي تقع غالبًا تحت الأرض، أن تقلل من استهلاك المياه بنسبة تصل إلى 95% مقارنة بالزراعة التقليدية.
• كفاءة الطاقة: يمكن تسخير الطاقة الحرارية الجوفية لتنظيم درجة الحرارة، مما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري ويخفض البصمة الكربونية لإنتاج الغذاء. في بلدان مثل أيسلندا، التي تفتخر بموارد الطاقة الحرارية الجوفية الوفيرة، تستفيد المزارع تحت الأرض بالفعل من مصدر الطاقة النظيف هذا لتشغيل عملياتها.
• الحفاظ على الأراضي: تحرر المزارع تحت الأرض أراضي سطحية قيمة لاستخدامات أخرى، مثل الحفاظ على البيئة أو الإسكان أو البنية التحتية. وهذا أمر مهم بشكل خاص في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان حيث تكون الأراضي باهظة الثمن.

إنتاج على مدار العام

على عكس الزراعة التقليدية، التي غالبًا ما تكون محدودة بالقيود الموسمية، تتيح الزراعة تحت الأرض إنتاج المحاصيل على مدار العام. وهذا يضمن إمدادًا ثابتًا بالمنتجات الطازجة، بغض النظر عن الظروف الجوية الخارجية. وهذا مهم بشكل خاص في المناطق ذات مواسم النمو القصيرة، مثل الدول الاسكندنافية أو ألاسكا، حيث يمكن أن يكون الوصول إلى المنتجات الطازجة محدودًا خلال أشهر الشتاء.

تقنيات الزراعة تحت الأرض: مشهد متنوع

يشمل مجال الزراعة تحت الأرض مجموعة من التقنيات، لكل منها مزاياها وتطبيقاتها الفريدة.

المزارع الجوفية

هذه منشآت مبنية خصيصًا تحت الأرض، غالبًا في المناجم أو الأنفاق أو الكهوف التي أعيد توظيفها. وهي تستفيد من تقنيات الزراعة في بيئة محكمة (CEA) لتحسين ظروف النمو.

• عمليات التعدين: توفر المناجم المهجورة مساحة متاحة بسهولة وغالبًا ما تكون شاسعة تحت الأرض ومناسبة للزراعة على نطاق واسع. درجات الحرارة ومستويات الرطوبة المستقرة داخل المناجم تجعلها مثالية لزراعة مجموعة متنوعة من المحاصيل. على سبيل المثال، في المملكة المتحدة، كانت هناك مشاريع لاستكشاف إعادة توظيف المناجم المهجورة إلى مزارع للفطر.
• الأنفاق والمخابئ: يمكن تكييف الأنفاق والمخابئ، التي بنيت في الأصل لأغراض النقل أو الأغراض العسكرية، للزراعة تحت الأرض. توفر هذه الهياكل بيئة آمنة ومحكمة، وتحمي المحاصيل من التهديدات الخارجية.
• المنشآت المخصصة: تم تصميم المزارع المبنية خصيصًا تحت الأرض للإنتاج الزراعي. غالبًا ما تشتمل هذه المرافق على أحدث التقنيات، مثل إضاءة LED، والزراعة المائية، وأنظمة التحكم البيئي الآلية.

التخزين في الأقبية

التخزين في الأقبية هو طريقة تقليدية لتخزين المحاصيل المحصودة في مساحات تحت الأرض لإطالة مدة صلاحيتها. تعتمد هذه التقنية على التنظيم الطبيعي لدرجة الحرارة والرطوبة للحفاظ على المنتجات دون الحاجة إلى التبريد.

• أقبية الجذور التقليدية: هي عادة هياكل بسيطة مبنية في الأرض أو على سفح تل. تعتمد على العزل الطبيعي للأرض للحفاظ على بيئة باردة ورطبة. استُخدمت أقبية الجذور لقرون عبر ثقافات مختلفة، مما يوفر مصدرًا حيويًا للغذاء خلال أشهر الشتاء.
• أقبية الجذور الحديثة: قد تشتمل أقبية الجذور الحديثة على عزل وتهوية وأنظمة تحكم في الرطوبة محسّنة لزيادة فعاليتها.

البيوت الزجاجية تحت الأرض

توفر البيوت الزجاجية المبنية تحت مستوى سطح الأرض عزلًا معززًا واستقرارًا في درجات الحرارة، مما يطيل موسم النمو ويقلل من استهلاك الطاقة. يمكن أن تكون هذه الهياكل مفيدة بشكل خاص في المناخات الباردة.

• واليبيني: واليبيني، أو البيت الزجاجي تحت الأرض، هو تقنية زراعية تقليدية نشأت في جبال الأنديز في أمريكا الجنوبية. يستخدم حرارة الأرض الطبيعية لتهيئة بيئة دافئة ومحمية لزراعة المحاصيل، حتى في المناطق المرتفعة ذات المناخات القاسية.
• البيوت الزجاجية المحمية بالأرض: هذه الهياكل مدفونة جزئيًا أو كليًا تحت الأرض، مما يوفر عزلًا وحماية ممتازين من العوامل الجوية.

مجالات البحث الرئيسية في الزراعة تحت الأرض

البحث المستمر أمر بالغ الأهمية لتحسين تقنيات الزراعة تحت الأرض وإطلاق إمكاناتها الكاملة.

تحسين إضاءة LED

الإضاءة الاصطناعية ضرورية للمزارع تحت الأرض، حيث أن ضوء الشمس الطبيعي محدود أو غائب. يركز البحث على تطوير أنظمة إضاءة LED موفرة للطاقة توفر الطيف الأمثل وشدة الضوء لمختلف المحاصيل.

• الضبط الطيفي: تؤثر الأطوال الموجية المختلفة للضوء على نمو النبات وتطوره بطرق مختلفة. يستكشف البحث النسب الطيفية المثلى لزيادة المحصول والمحتوى الغذائي والنكهة إلى أقصى حد.
• كفاءة الطاقة: يعد تطوير أنظمة إضاءة LED أكثر كفاءة في استخدام الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتقليل التكاليف التشغيلية للمزارع تحت الأرض.
• توزيع الضوء: يضمن تحسين توزيع الضوء داخل مساحة النمو أن جميع النباتات تتلقى إضاءة كافية.

إدارة وتوصيل المغذيات

تعد الإدارة الفعالة للمغذيات أمرًا بالغ الأهمية لزيادة غلة المحاصيل وتقليل التأثير البيئي. يركز البحث على تطوير أنظمة توصيل مغذيات مستدامة ودقيقة.

• الزراعة المائية والهوائية: تتيح تقنيات الزراعة بدون تربة هذه التحكم الدقيق في توصيل المغذيات، مما يقلل من النفايات ويزيد من امتصاص المغذيات.
• المحاليل المغذية العضوية: يستكشف البحث استخدام المحاليل المغذية العضوية المشتقة من السماد العضوي، وسماد الديدان، ومصادر مستدامة أخرى.
• إعادة تدوير المغذيات: يمكن لأنظمة إعادة تدوير المغذيات ذات الحلقة المغلقة أن تقلل من هدر المغذيات وتقلل من الحاجة إلى المدخلات الخارجية.

أنظمة التحكم البيئي

تعد أنظمة التحكم البيئي المتطورة ضرورية للحفاظ على ظروف النمو المثلى في المزارع تحت الأرض. يركز البحث على تطوير أنظمة أكثر كفاءة واستدامة.

• نمذجة المناخ: يمكن استخدام نماذج المناخ المتقدمة للتنبؤ بالظروف البيئية داخل مساحة النمو وتحسين استراتيجيات التحكم.
• الأتمتة وأجهزة الاستشعار: يمكن للأنظمة الآلية وأجهزة الاستشعار مراقبة وضبط المعلمات البيئية في الوقت الفعلي، مما يضمن ظروف نمو مثلى.
• تكامل الطاقة الحرارية الجوفية: يمكن أن يؤدي دمج الطاقة الحرارية الجوفية في أنظمة التحكم البيئي إلى تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير وخفض البصمة الكربونية للمزارع تحت الأرض.

تحسين المحاصيل للبيئات تحت الأرض

ليست كل المحاصيل مناسبة بنفس القدر للزراعة تحت الأرض. يركز البحث على تحديد وتربية الأصناف التي تزدهر في هذه البيئات المحكمة.

• متطلبات الضوء: يعد اختيار المحاصيل ذات متطلبات الإضاءة المنخفضة أو تربية الأصناف الأكثر تحملاً لظروف الإضاءة المنخفضة أمرًا بالغ الأهمية للمزارع تحت الأرض. غالبًا ما تكون الخضروات الورقية والأعشاب والفطر مناسبة تمامًا للزراعة تحت الأرض نظرًا لمتطلباتها المنخفضة نسبيًا من الضوء.
• قيود المساحة: غالبًا ما يتم استخدام تقنيات الزراعة العمودية في المزارع تحت الأرض لزيادة استخدام المساحة إلى أقصى حد. من المهم اختيار المحاصيل المناسبة للنمو العمودي.
• مقاومة الأمراض: يعد اختيار الأصناف المقاومة للأمراض أمرًا ضروريًا لتقليل مخاطر فقدان المحاصيل في البيئة المحكمة لمزرعة تحت الأرض.

التحديات والاعتبارات

على الرغم من إمكاناتها الهائلة، تواجه الزراعة تحت الأرض العديد من التحديات التي يجب معالجتها.

تكاليف الاستثمار الأولية

يمكن أن تكون تكاليف الاستثمار الأولية لإنشاء مزرعة تحت الأرض كبيرة، لا سيما بالنسبة للمنشآت المبنية خصيصًا. يمكن أن يساعد إعادة توظيف المساحات الموجودة تحت الأرض، مثل المناجم أو الأنفاق، في تقليل هذه التكاليف.

استهلاك الطاقة

بينما يمكن أن تكون المزارع تحت الأرض موفرة للطاقة مقارنة بالزراعة التقليدية، إلا أنها لا تزال تتطلب طاقة للإضاءة والتهوية والتحكم البيئي. يمكن أن يساعد استخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية أو الحرارية الجوفية، في تقليل البصمة الكربونية.

إمكانية الوصول والخدمات اللوجستية

قد يكون الوصول إلى المزارع تحت الأرض صعبًا، خاصة بالنسبة للعمليات واسعة النطاق. تعد أنظمة الخدمات اللوجستية والنقل الفعالة ضرورية لنقل المحاصيل والإمدادات داخل وخارج المنشأة.

التصور العام والقبول

قد يتردد بعض المستهلكين في تبني الأغذية المزروعة تحت الأرض، بسبب مخاوف بشأن النظافة أو السلامة. يعد تثقيف الجمهور حول فوائد الزراعة تحت الأرض وضمان معايير عالية لسلامة الأغذية أمرًا بالغ الأهمية لكسب قبول المستهلكين.

أمثلة عالمية لمبادرات الزراعة تحت الأرض

تكتسب مبادرات الزراعة تحت الأرض زخمًا في جميع أنحاء العالم، مما يدل على جدوى هذا النهج المبتكر لإنتاج الغذاء.

• Growing Underground (لندن، المملكة المتحدة): تقع في ملاجئ مهجورة من الحرب العالمية الثانية تحت شوارع لندن، وتنتج Growing Underground مجموعة متنوعة من الخضروات الورقية والأعشاب باستخدام تقنيات الزراعة المائية.
• Plant Chicago (شيكاغو، الولايات المتحدة الأمريكية): يقع Plant Chicago في مصنع تعبئة لحوم سابق، ويدمج الزراعة المائية وغيرها من ممارسات الزراعة المستدامة لزراعة الغذاء في بيئة حضرية. على الرغم من أنها ليست تحت الأرض بالكامل، إلا أنها تستخدم البنية التحتية للمبنى لإنشاء بيئة نمو محكمة.
• Deep Roots (مونتريال، كندا): يستكشف هذا المشروع إمكانية استخدام الأنفاق المهجورة تحت وسط مدينة مونتريال للزراعة الحضرية.
• مزارع الفطر تحت الأرض (مواقع مختلفة): تعتبر زراعة الفطر مناسبة بشكل خاص للبيئات تحت الأرض نظرًا لمتطلبات المحصول المنخفضة من الضوء. تعمل العديد من مزارع الفطر تحت الأرض في جميع أنحاء العالم، غالبًا في مناجم أو كهوف أعيد توظيفها.

مستقبل الزراعة تحت الأرض

تحمل الزراعة تحت الأرض وعودًا هائلة لمستقبل إنتاج الغذاء، حيث تقدم حلاً مستدامًا وفعالاً لتحديات تزايد عدد سكان العالم وتغير المناخ. مع استمرار تقدم الأبحاث وأصبحت التقنيات ميسورة التكلفة، من المرجح أن تصبح المزارع تحت الأرض منتشرة بشكل متزايد، لا سيما في المناطق الحضرية والمناطق ذات الأراضي الصالحة للزراعة المحدودة.

التطبيقات المحتملة في استكشاف الفضاء

يتم أيضًا استكشاف تقنيات الزراعة تحت الأرض لتطبيقات محتملة في استكشاف الفضاء. يمكن للبيئة المحكمة لمزرعة تحت الأرض أن توفر مصدرًا مستدامًا للغذاء لرواد الفضاء في مهام طويلة الأمد إلى القمر أو المريخ.

رؤى قابلة للتنفيذ

بالنسبة للأفراد والمنظمات المهتمين باستكشاف الزراعة تحت الأرض، ضع في اعتبارك ما يلي:

• ابدأ صغيرًا: جرب التخزين في الأقبية أو البيوت الزجاجية الصغيرة تحت الأرض لاكتساب الخبرة وفهم التقنيات.
• ابحث عن الموارد المحلية: حدد المساحات المحتملة تحت الأرض في منطقتك والتي يمكن إعادة توظيفها للزراعة، مثل المناجم أو الأنفاق المهجورة.
• تعاون مع الخبراء: شارك مع الباحثين والمهندسين الزراعيين والخبراء الآخرين لتطوير وتنفيذ مشاريع الزراعة تحت الأرض.
• ادعُ إلى دعم السياسات: شجع السياسات الحكومية التي تدعم تطوير الزراعة المستدامة، بما في ذلك الزراعة تحت الأرض.

الخاتمة

الزراعة تحت الأرض هي أكثر من مجرد تقنية زراعية متخصصة؛ إنها تمثل نقلة نوعية في كيفية تعاملنا مع إنتاج الغذاء. من خلال تسخير قوة البيئات المحكمة وتحسين استخدام الموارد، يمكن للمزارع تحت الأرض أن تساهم في مستقبل أكثر استدامة ومرونة وأمانًا غذائيًا للجميع.