بحلول عام 2050، سيتمركز 80% من سكان العالم في المدن، وسيزداد عدد سكان الأرض بحوالي 3 مليارات شخص، وستحتاج دول العالم إلى أراضي زراعية جديدة غير الموجودة حاليًا تعادل مساحتها مساحة البرازيل، لتتمكن من تأمين الطعام لهذا العدد الجديد من البشر، هذا مع الإشارة إلى أن حوالي 80% من الأراضي الصالحة للزراعة حول العالم مستخدمة في الزراعة حاليًا، وأن هنالك عوامل عديدة تقلل من نسبة الأراضي الصالحة للزراعة حول العالم، وأن التغيير المناخي أصبح يؤئر على القطاع الزراعي بشكل كبير.
فكل هذه الأمور مجتمعة تشكل تحديات حقيقية على هذا القطاع الحيوي والهام.
ولذا كان ذلك فرصة للعديد من الباحثين والمبتكرين الذين يعملون على طرح وتطوير أساليب مبتكرة ويعملون على استخدام التكنولوجيا في سبيل إيجاد حلول للتحديات الحقيقية التي تواجه هذا القطاع.
وأحد الحلول المطروحة حاليًا هو “Vertical Farms”، فماذا يقصد بذلك؟ وما الذي يميزه عن الزراعة التقليدية؟ وماهي التقنيات المستخدمة في ذلك؟ هذه بعض المحاور التي سنحاول التطرق لها بشكل مختصر في هذا المقال.
ماذا يقصد بمصطلح “Vertical Farming” ؟
“Vertical Farming” أو الزراعة العمودية، بشكل أساسي هي عبارة عن أسلوب يتم من خلاله زراعة وتطوير المنتجات الزراعية باستخدام رفوف متوضّعة بشكل أفقي ضمن مصفوفات.
وقد تطور هذا المفهوم وتم دمجه بالعديد من المفاهيم الأخرى مثل “Urban Farming” والذي يتمحور حول الزراعة ضمن المدن، و”Indoor Farming” والذي يتمحور حول الزراعة ضمن الأبنية.
فغالبية النماذج الموجودة لمزارع تتبع هذا الأسلوب بالزراعة تتواجد في المدن، وتُبنى ضمن المباني ولكن ذلك لا يعني عدم وجود بعض النماذج المخالفة لذلك، ولكن ذلك هو الغالب وهو الذي يساهم في تعزيز نقاط قوة هذا الأسلوب.
إضافةً إلى أن المفهوم الحالي يعني في معظم الحالات استخدام تكنولوجيا خاصة للتحكم بالعوامل المختلفة ضمن المزرعة، وذلك للتحكم بالإضاءة وطريقة نقل الغذاء والماء وغيرها من التقنيات المتقدمة.
الطرق المتبعة لتنمية المزروعات (Growth Method) في المزارع التي تستخدم أسلوب “Vertical Farming”:
هناك عدد من الطرق المتبعة لتنمية المزروعات بواسطة هذا النوع من الزراعة، ويختلف ذلك باختلاف الوسط الذي تتم فيه الزراعة، وتجدر الإشارة إلى أنه وفي بعض الأحيان قد يتم استخدام أكثر من طريقة.
وأكثر الطرق انتشارًا هي:
- الزراعة في التربة (Planting In Soil): هنا تُستخدم التربة كما في الزراعة العادية ويتم نقل الغذاء عن طريقها.
- Hydroponics Method: في هذه الطريقة تُزرع المزروعات في وسط مختلف عن التربة، قد يكون قماشًا خاصًا أو حصى أوغيرها، ولكن الأساس هو عدم استخدام التربة ويُنقل الغذاء والمعادن للنباتات عن طريق الماء حصرًا، إذ يوضع الغذاء ويُحلّ فيه، وهذه لها آليات وطرق خاصة.
- Aquaponics Method: تشبه هذه الطريقة السابقة إلى حد كبير، ففي هذه الطريقة تُزرع المزروعات في وسط مختلف عن التربة قد يكون قماشًا خاص أو حصى أو غيرها، ويُنقل الغذاء والمعادن للنباتات عن طريق الماء حصرًا، ولكن الاختلاف الحقيقي عن الطريقة السابقة هو أن الغذاء المنقول هو مخلفات الأسماك التي تربى في أحواض خاصة ضمن المزرعة نفسها، ويتم بتقنيات معينة تحليل المخلفات (أتوماتيكيًا) ونقل الغذاء للنباتات عن طريق المياه وإعادة الماء بعد تنقيته إلى أحواض السمك.
- Aeroponics Method: في هذه الطريقة تُزرع المزروعات في وسط مختلف عن التربة غالبًا ما يكون قماشًا خاصًا،والأساس هو عدم استخدام التربة، ويُنقل الغذاء والمعادن للنباتات عن طريق الهواء، إذ يُنثر الغذاء والمعادن ضمنه على شكل رذاذ من الماء المحل فيه الغذاء والمعادن والمعد لأن يتم امتصاصه من قبل المزروعات.
ملاحظات:
- إن اتباع طريقة ” Hydroponics أو Aquaponics” يؤدي إلى تخفيض استخدام الماء في الزراعة ويؤدي إلى توفير ما نسبته 70% من الماء الذي يستخدم عادة باتباع طرق الزراعة التقليدية.
- إن اتباع طريقة “Aeroponics” يؤدي إلى تخفيض أكثر في استهلاك الماء، إذ يؤدي استخدام هذه الطريقة إلى توفير ما نسبته 70% من الماء المستخدم باتباع إحدى الطريقتين Hydroponics”أو Aquaponics”.
أماكن تواجد ومصادر الإضاءة التي تعتمد عليها المزارع التي تستخدم أسلوب “Vertical Farming”:
تختلف المزارع التي تستخدم أسلوب “Vertical Farming” من حيث مكان تواجدها، ومن حيث مصدر الإضاءة التي تعتمد عليها.
ويمكن تقسيم المزارع حسب ذلك إلى:
- Exposed: أي أن المزرعة موجودة في الهواء الطلق، وتتعرض للشمس والعوامل الجوية المختلفة، وغالبًا يكون موقع المزرعة على الأرض أو على سطح مبنىً ما، وتعتمد المزارع في هذه الحال على الشمس بشكل مباشر في الإضاءة.
- Enclosed: أي أن المزرعة موجودة في مكان محمي من العوامل الجوية ولكن مازال يسمح بدخول الشمس، غالبًا ما يكون بيتًا بلاستيكيًا أو مكانًا ذا سقف زجاجي، ويعتمد في هذه الحال على الشمس بشكل رئيسي للإضاءة، ويمكن أن تكون هذه المزارع موجودة على الأرض أو على سطح أحد المباني أو ضمن مبنىً سقفه وجدرانه زجاجية.
- Closed: أي أن المزرعة موجودة في مكان مغلق تمامًا، أي لا تتعرض لأي عامل جوي، ومحجوبة عن أشعة الشمس تمامًا، وتعتمد على الإضاءة عن طريق وسائط تختلف بتعقيدها وإمكاناتها حسب التكنولوجيا المطورة عبرها، وغالبًا ما تتواجد المزارع التي تكون من هذا النوع، داخل المباني ويمكن أن تكون تحت الأرض.
- Enclosed-Closed: عند إجراء البحث وجدت نماذج لمزارع تدمج بين الخيارين 2-3 وبالتالي هي توجد في مكان معزول عن العوامل الجوية، ولكن يمكن أن تعتمد على الشمس كمصدر أساسي للضوء والحرارة في الأيام والأوقات والفصول التي تتوفر فيها الشمس، وذلك لوجودها في مكان ذي سقوف تسمح بوصول الشمس، وفي الليل وفي الأيام التي لا تتواجد فيها الشمس يتم الاعتماد -كما في المكان المغلق تمامًا- على الإضاءة بواسطة وسائط تختلف بتعقيدها وإمكاناتها حسب التكنولوجيا المطورة عبرها.
بعض التقنيات المستخدمة في المزارع التي تستخدم أسلوب “Vertical Farming”:
هناك العديد من الشركات التكنولوجية العملاقة التي دخلت ميدان المنافسة في إطار تطوير المعدات والتجهيزات البرمجية والأنظمة المختلفة التي تسعى إلى تقديم حاجات المزارع التي تستخدم هذا الأسلوب في الزراعة.
ومنها شركتا “Philips” و”General Electric” اللتان تقدمان بشكل أساسي حلولًا في مجال الإضاءة.
وهناك شركات كبرى أخرى مثل ” Toshiba “و”Fujitsu” بدأت كل منهما منذ سنوات عديدة بمشروعات لبناء مزارع تستخدم أسلوب “Vertical Farming”، وأصبحت هذه المزارع تنتج كميات كبيرة من المنتجات الزراعية، والهدف من إنشاء هذه المزارع هو تطوير حلول تقنية في مجالات متعددة للمزارع التي تستخدم هذا الأسلوب في الزراعة.
كما أن هناك شركات أخرى ناشئة قامت على تطوير مزارع تستخدم هذا الأسلوب بالزراعة وتطوير تقنيات وأنظمة خاصة بها، وبعضها أصبح لا يوفر بيع منتجاته الزراعية فقط، بل ويوفر فرصة أيضًا بتقديم الحلول التقنية التي قام بتطويرها.
ويطلق على التجهيزات التقنية التي تسمح بالتحكم بكافة الأمور المتعلقة بالزراعة بواسطة هذا الأسلوب مصطلح “CEA” وهو اختصار “Control Environment Agriculture Technology” والتي يتراوح تعقيدها من تجهيزات وبرمجيات بسيطة إلى تجهيزات وبرمجيات غاية في التعقيد ويمكن أن تتضمن:
- أنظمة التحكم بجميع العوامل البيئية المحيطة، وهي عبارة عن تجهيزات فيزيائية وأنظمة برمجية تسمح بالتحكم بكافة العوامل البيئية المحيطة مثل (درجة الحرارة، الرطوبة، التهوية، الغازات الموجودة في الهواء ونسبتها، وغيرها العديد من الأمور).
- أنظمة الإضاءة والتحكم بها: توفر هذه النظم التجهيزات اللازمة لتوفير الإضاءة والبرمجيات اللازمة للتحكم بإعدادات الإضاءة، فهناك العديد من الأبحاث التي تم التوصل لها وأخرى يتم تطويرها بما يسمح بتحديد نوع الإضاءة وتركيز الضوء المناسب لكل نبات.
- أنظمة التحكم بالماء: توفر هذه النظم التجهيزات اللازمة لضخ المياه وتنقيتها والبرمجيات اللازمة للتحكم بمواقيت الضخ وأماكن الضخ ونسب الأغذية، وذلك طبعًا بحسب الطريقة المتبعة لتنمية المزروعات وحسب خوارزميات قد تسمح بإعدادات مختلفة لكل نوع نبات.
وبالإضافة للنظم الخاصة بالتحكم بكل العوامل البيئية المحيطة في المزرعة فإن هناك أنظمةً أخرى تساعد في جوانب أخرى ولعل أهمها الحساسات وبرامج المراقبة والتحليل، إذ أصبحت هنالك إمكانية لوجود حساسات تجمع البيانات من كافة الأماكن الموجودة بها، مما يسمح بجمع المعلومات وإجراء تحليلات لها وفق خوارزميات معينة موجودة في البرمجيات وإعطاء صورة كاملة عن وضع المزرعة ووضع الإضاءة والبيئية، ويمكن أن يصل ذلك لتبيان بيانات ووضع كل نبتة وتحليل الأعراض التي تحتاج إلى معالجة وإعطاء الحلول والاقتراحات، أو عرض التقارير بانتظار تحليلها، كل ذلك أصبح ممكنًا ولكن يختلف ذلك باختلاف تعقيدات وتطور النظام المتاح.
ما يميز “Vertical Farming” عن الزراعة التقليدية:
سنركز على ذكر أهم إيجابيات “Vertical Farming”، بمفهومها المنتشر غالبًا أي الذي يدمج بين “Indoor Farming” و “Urban Farming”، وبالتالي ما يميزها عن الزراعة التقليدية:
- التخفيض في استهلاك الماء، قد يصل إلى ما يزيد عن 98% من الذي يُستهلك حاليًا عن طريق الزراعة التقليدية، وتختلف نسبة التخفيض حسب الطرق المستخدمة لتنمية المزروعات سواءً “Hydroponic أو Aeroponic أو Aquaponic” وأيضًا حسب الأدوات والمعدات والبرامج المستخدمة وتعقيدها والتي تمكن من توفير الماء وترشيد استخدامه.
- زراعة كمية أكبر من الخضار في مساحة أقل، فكما لاحظنا أن الزراعة انتقلت من كونها أفقية إلى كونها عمودية مما يعني توفير مساحة، وبحسب التقنيات المستخدمة يمكن زيادة عدد الرفوف الأفقية في المصفوفات ويمكن كذلك زيادة عدد مصفوفات الرفوف، مما يعني إمكانية زراعة منتجات أكثر
- استغلال المساحات والأبنية وعدم الحاجة إلى أرض صالحة للزراعة، حيث يمكن إنشاء المزارع التي تستخدم أسلوب “Vertical Farming” على أسطح الأبنية أو ضمنها أو حتى تحت الأرض، وهناك بعض الطرق التي تستخدم لتنمية المزروعات والتي لا تحتاج إلى تواجد التربة أبدًا.
- عدم الحاجة إلى استخدام مبيدات حشرية أو مبيدات للأعشاب الضارة، كون المزروعات موجودة (في معظم المزارع التي تستخدم هذا الأسلوب) في بيئة مغلقة، متحكم بها مما يقلل من نسب التلوث للهواء ويقلل من المواد الكيميائية التي تتعرض لها المزروعات.
- فرص عمل جديدة وفرص لابتكارات جديدة، حيث أن هذا النوع من الزراعة قد وفر فرص عمل جديدة، في كثير من الأحيان ضمن المدن، ولشرائح جديدة، فأصبح يتطلب أن يعمل أخصائيون في المعلوماتية، أخصائيون في النباتات ومخبريون وكيميائيون وغيرهم وصولًا إلى محللي البيانات “Data Scientist” وذلك في بعض المزارع التي تستخدم تكنولوجيا متقدمة.
- إمكانية الزراعة بغض النظر عن الأحوال الجوية أو الفصول أو التوقيت أو المواسم، حيث أن معظم المزارع التي تستخدم هذا الأسلوب موجودة في بيئة مغلقة، متحكم بكافة العوامل المتعلقة بها بما فيها التهوية والإضاءة والغذاء بواسطة النظم والتجهيزات الخاصة بذلك، مما يمكن من الإنتاج ويسرع منه ويكثر ويوفر أصناف لربما لم تكن لتتوفر إلا في مواسم معينة، أو لا تتوفر إلا في بلدان معينة.
- توفير الطاقة المستهلكة في نقل المنتجات الزراعية، فإن الإنتاج في المدن وداخل المباني يساهم بتصريف الإنتاج للمدن بشكل أسرع ويوصل المنتجات بشكلٍ يقلل من الحاجة للمواد الحافظة وللانبعاثات والتكاليف الناتجة عن استهلاك الوقود لإيصال هذه المواد للمدن.
معوقات استخدام أسلوب “Vertical Farming”
في الحقيقة أنه ورغم وجود العديد من الميزات التي تميز الزراعة باستخدام أسلوب “Vertical Farming” عن الزراعة التقليدية، لا تزال هناك بعض المعوقات الهامة التي حالت دون انتشارها الواسع، وأهم هذه المعوقات:
- الجدوى الاقتصادية والحاجة لاستثمار أموال كثيرة لإنشاء المزارع التي تتبع هذا الأسلوب، فهناك العديد من التجهيزات اللازمة من مكان ومعدات وبرامج للتحكم بكافة الأمور التي توجد بها المزرعة، وهذا كله يحتاج إلى استثمار أموال كبيرة، كذلك إن هذه التكاليف تنعكس في الأسعار مما يجعل سعر المنتجات أعلى من تلك المنتجة بالطريقة التقليدية.
- التسويق، فيمكن أن يجابه هذه الطريقة في الزراعة العديد من المشككين وخاصة إذا كانت تنمية المزروعات تتم بلا تربة كما في معظم الحالات، فكثير من الناس قد يجابهون هذه الفكرة بأنها ليست زراعة طبيعية وأن المنتجات مصنعة وليست مزروعة.
- لحقيقة أن هذين المعوقين يشكلان نقطتي تحدٍ حقيقي لهذا الأسلوب في الزراعة، ولكن حقيقة أن العديد من المزارع التي تستخدم هذا الأسلوب في الزراعة تبيع منتجاتها وتحقق الأرباح هو أمر مشجع ويدفع للتفاؤل، فالتكنولوجيا المحتاجة بدأت بالتطور أكثر فأكثر ودخلت العديد من الشركات المطورة إطار التنافس مما يوفر فرصة الحصول على طيف واسع من المعدات والبرامج التي تتفاوت في الأسعار.
كما أن العديد من الحكومات وخاصة الصين واليابان وسنغافورة بدأت توفر معونات وتعويضات لمن يتوجه لهذا النوع من الزراعة، والعديد من صناديق الاستثمار أصبحت توفر قروضًا لأصحاب مشاريع تركز على إنشاء مزارع تستخدم هذا الأسلوب.
وأما بالنسبة إلى تحدي التسويق، فإحدى مهام التسويق هي التوعية، لذا يتم عمل حملات توعية بالتعاون مع الجامعات والمعاهد العلمية كما وتوفر بعض المزارع فرصًا لزيارة مقراتها ولا شك أن مستوى التوعية سيزداد في السنوات القادمة وستصبح فرص ترويج المنتجات أكبر.
في النهاية:
لا شك أن القطاع الزراعي، يواجه العديد من التحديات، ولكن هذه التحديات تشكل أيضًا فرصًا لأصحاب الابتكارات، وخاصة في المجال التكنولوجي.
وأن ما ذكر في هذا المقال هو نبذة عن أسلوب جديد تم تطوير تقنيات خاصة به ومازال العمل قائمًا على تطوير تجهيزات تقنية تساهم بانتشاره وتجاوز نقاط ضعفه أو ما يحول دون تطبيقه.
إن العالم يسير في إطار حقبة جديدة كليًا، يتم العمل فيها على الاستفادة القصوى من التكنولوجيا في الزراعة، وليصبح هذا القطاع لا يقتصر على العمل ضمنه للمزارعين فقط بل لمهندسي وأخصائيي المعلوماتية، والعلماء المختصين سواءًا في المجال الزراعي أو في النباتات أو في البيئة، وليصبح هذا القطاع مصدرًا لفرص استثمارية كبرى لشركات التكنولوجيا وشركات ناشئة مبتكرة تساهم في مواجهة وحل التحديات المختلفة التي تواجه هذا القطاع الهام والمؤثر في الجميع.
