الزراعة المائية عند محدودية الأراضي: التقنيات والشركات في عرض تاريخي لعام 2023

يستعرض هذا المقال المنشور في 2023 الزراعة المائية بوصفها طريقة لإنتاج المحاصيل عندما تكون الأراضي المتاحة محدودة ويتزايد الطلب على الغذاء.

الزراعة المائية هي زراعة النباتات بمحلول مائي يحتوي على المغذيات بدلاً من التربة. وقد تستعمل أوساطاً داعمة مثل:

• فيرميكوليت
• ألياف جوز الهند
• بيرلايت

تستخدم هذه الطريقة لدى الهواة والمزارع الصغيرة والمؤسسات التجارية. وكان التقدير التاريخي المرتبط بـحجم السوق يتوقع ارتفاعه من نحو 7 مليارات دولار إلى أكثر من 12 ملياراً بحلول 2025. هذه توقعات وردت في المصدر، وليست قياساً فعلياً للنتيجة في 2025.

كيف تختلف الزراعة المائية عن الزراعة الهوائية؟

تعتمد الزراعة المائية والهوائية كلتاهما على محلول مغذٍ مائي، لكن طريقة وصوله إلى الجذور تختلف.

في الزراعة الهوائية يُرش المحلول المغذي على الجذور المعلقة في الهواء. لذلك تحصل النباتات على الماء والمغذيات معاً من الرذاذ. وفي الزراعة المائية قد تبقى الجذور في المحلول أو تتعرض لتدفق مستمر أو متقطع منه.

يمكن تطبيق الطريقتين داخل بيئات مضبوطة مناخياً. ويعتمد شكل الخزانات والحاويات وأجهزة التوصيل على النظام المستخدم.

قد تقلل الطريقتان استهلاك الماء والحاجة إلى بعض المبيدات، لكنهما لا تستغنيان عن العناصر الغذائية، وكثير من المحاليل يُحضَّر من أملاح معدنية. كما أن غياب التربة لا يضمن غياب الآفات أو انخفاض الأثر البيئي في كل منشأة. ويتوقف تفوق إحداهما في توفير الماء على التصميم والمحصول.

مع اختلافاتهما وتشابههما، يكتسب كل من الزراعة المائية والهوائية زخماً. واليوم، نستعرض الطرق التي اكتسبت بها الزراعة المائية زخمًا على مر السنين. 

انقر هنا لتتعرف على كل شيء حول الزراعة الهوائية.

علم الزراعة المائية

يمكننا النظر إلى أنظمة الزراعة المائية من منظور بنائها. بشكل عام، هناك فئتان: الأنظمة المفتوحة والأنظمة المغلقة. 

ويمكن تصنيفها بحسب استعمال وسط زراعة داعم أو نمو الجذور في المحلول دون وسط حجمي.

أخيرًا، اعتمادًا على استخدام المكونات الكهربائية، قد تكون الزراعة المائية أنظمة سلبية أو نشطة. الآن، دعونا نلقي نظرة على ما تعنيه هذه الفروقات.

الأنظمة المفتوحة والمغلقة

في النظام المفتوح لا يُعاد استخدام المحلول الذي يصرف من منطقة الجذور. أما النظام المغلق فيجمع المحلول ويعيد تدويره. لا يكفي وجود خزان أو مضخة لتحديد التصنيف.

عودة المحلول من حجرة النمو إلى الخزان عبر الأنابيب تعني إعادة تدويره، أي نظاماً مغلقاً. ويمكن لتقنية الغشاء المغذي وأنظمة الغمر والتصريف استخدام هذا التصميم.

في الزراعة في المياه العميقة تتدلى الجذور في المحلول، وغالباً تُستخدم مضخة هواء للتهوية؛ وقد يُعاد تدوير المحلول بين عدة حاويات. أما طريقة كراتكي فتتيح تصميماً سلبياً دون مضخة، مع فراغ هوائي للجذور. ولا تعني «المياه العميقة» تلقائياً الاستغناء عن المضخات.

أنظمة تستخدم وسط زراعة وأخرى دون وسط حجمي

تستخدم أنظمة الأوساط مواد مثل البيرلايت أو ألياف جوز الهند أو الصوف الصخري لدعم الجذور. أما تقنية الغشاء المغذي والمياه العميقة وكراتكي فقد تكتفي بوسادة أو أصيص شبكي لتثبيت النبات مع نمو معظم الجذور في المحلول أو فوقه. ويمكن تطبيق الغمر والتصريف أو الفتائل مع وسط زراعة.

الأنظمة السلبية والنشطة

تختلف الأنظمة المائية السلبية والنشطة في أن النوع الأول لا يتضمن أي أجزاء متحركة أو محركات، وبالتالي فهو مستقل عن المكونات الكهربائية. 

من ناحية أخرى، يعتمد النظام النشط على مكونات كهربائية، قد تكون مضخات، ومهويات، ومؤقتات. تضمن هذه المكونات توصيل المغذيات إلى النباتات في الوقت المناسب. 

دور التكنولوجيا في الزراعة المائية

لقد استفادت طرق الزراعة بنجاح من التكنولوجيا المتقدمة لعقود الآن. الزراعة المائية ليست استثناءً. 

تقنيات الذكاء الاصطناعي

على سبيل المثال، تستخدم الزراعة المائية الذكاء الاصطناعي لمراقبة الظروف البيئية الحالية بدقة، بما في ذلك مستويات الضوء والرطوبة ومستويات المغذيات. يساعد الذكاء الاصطناعي أيضًا على تحسين الاستثمارات وخفض التكاليف من خلال إنشاء خطط نمو مخصصة لكل نوع من النباتات. 

إضاءة LED

قد توفر مصابيح LED كفاءة أعلى وعمر تشغيل أطول من بعض مصادر الإضاءة التقليدية. ويتوقف استهلاك الطاقة والحرارة على تصميم المصباح ومستوى الإضاءة المطلوب.

يمكن ضبط شدة الضوء وطيفه وتوزيعه بما يلائم النبات. وتُوجَّه إضاءة التمثيل الضوئي إلى الأوراق؛ فهي لا تعني أن الجذور المغمورة تحتاج إلى إضاءة مباشرة.

أنظمة النمو الآلية القائمة على المستشعرات

ومن التطورات المهمة أنظمة الزراعة الآلية.

يمكن للمرء إعداد هذه الأنظمة في الداخل أو الخارج. يمكن التحكم فيها عن بُعد، حتى عبر الهاتف الذكي. هدف هذه الأنظمة القائمة على المستشعرات هو تتبع وضبط – إذا لزم الأمر – المعايير البيئية مثل درجة الحرارة، والرطوبة، والضوء، ومستويات الحموضة، وحجم المغذيات. 

يساعد التحكم في الحفاظ على تركيز العناصر المعدنية ودرجة الحموضة المناسبة. ولا تشترط التغذية المائية وجود مركبات عضوية في المحلول. ويستمر تطوير هذه الأنظمة عبر الأبحاث الأكاديمية والتطبيقية.

الزراعة المائية: كيف نشأت؟ 

تُذكر حدائق بابل المعلقة وحدائق الأزتيك وحقول الأرز القديمة في عروض تاريخ الزراعة المعتمدة على الماء. لكنها لا تثبت أنها كانت أنظمة مائية حديثة بمحاليل مغذية مضبوطة، كما أن بعض التفاصيل التاريخية محل نقاش.

يرتبط تطوير الزراعة المائية الحديثة ويُنسَب شيوع مصطلحها في ثلاثينيات القرن العشرين إلى ويليام فريدريك جيريك في جامعة كاليفورنيا. وأسهمت أبحاث تغذية النبات والمحاليل المغذية في انتقالها من المختبر إلى التطبيق التجاري.

يرجع الفضل الكبير في توسيع نطاقها تجاريًا إلى الجيش الأمريكي، الذي استخدم الزراعة المائية لزراعة طعام طازج للقوات المتمركزة على جزر المحيط الهادئ غير الخصبة خلال الحرب العالمية الثانية. 

منذ ذلك الحين، تم تنفيذ الزراعة المائية تجاريًا من قبل العديد من الشركات في الولايات المتحدة، وأوروبا، وأفريقيا، وآسيا.

الشركات التجارية ذات حلول الزراعة المائية التحويلية

1. GrowGeneration

كانت GrowGeneration من موردي منتجات الزراعة المائية الذين تناولهم مقال 2023. وتشمل منتجاتها أنظمة كاملة ومضخات هواء وماء، ومبردات وسخانات، ووصلات، وصواني وحوامل، وأصصاً شبكية، وخزانات، وأنظمة تنقيط، ومعدات لترشيح المياه ومعالجتها.

للسنة المالية المنتهية في 31 ديسمبر 2022، سجلت GrowGeneration (GRWG ) إيرادات تجاوزت 278 مليون دولار أمريكي. وكان الربح الإجمالي أكثر من 70 مليون دولار. ومع ذلك، كانت إيرادات المبيعات هذه أقل بكثير من أرقام 2021، حيث سجلت إيرادات قدرها 422 مليون دولار أمريكي، وربحًا إجماليًا يزيد عن 118 مليون دولار.

2. ScottsMiracle-Gro

تناول مقال 2023 أيضاً ScottsMiracle-Gro وعلامات ارتبطت آنذاك بمحفظتها، مثل General Hydroponics وBotanicare وVermicrop Organics وAeroGarden وAgrolux وMother Earth. وتقدم General Hydroponics مغذيات ومكملات ومنتجات لضبط المحلول وصيانته وجداول تغذية. وهذه محفظة تاريخية؛ فقد أعلنت الشركة بيع أعمال Hawthorne في أمريكا الشمالية إلى Vireo Growth في 8 أبريل 2026. وكانت للشركة (SMG ) صلة بقطاع الزراعة المائية عبر تلك الأعمال والعلامات.

بلغ صافي مبيعات ScottsMiracle-Gro في السنوات المالية 2022 و2021 و2020 نحو 3.924 و4.925 و4.132 مليارات دولار على التوالي. وبلغ هامش الربح الإجمالي المُعلَن آنذاك 22.2% و29.8% و32.6%. هذه أرقام المجموعة بأكملها، وليست مبيعات الزراعة المائية وحدها.

3. Hydrofarm Holdings

Hydrofarm Holdings هي علامة تجارية عالمية أخرى معروفة بمجموعة واسعة من منتجات الزراعة المائية. تشمل مجموعة منتجاتها مضخات، ومؤقتات قابلة للبرمجة، وحلول pH، وخلطات عضوية خالية من التربة، وغيرها. وكانت الشركة تصف خبرتها في القطاع بنحو 45 عاماً عند إعداد مقال 2023.

تبيع Hydrofarm لقاعدة عملاء متفرقة عبر تجار التجزئة المتخصصين في الزراعة المائية، مثل Greencoast وGrowers House؛ ومراكز/متاجر الحدائق، مثل Nurseryland وAce Hardware؛ وشركاء التجارة الإلكترونية، مثل Amazon (AMZN ) وHydrobuilder؛ وشركاء الصوب الزراعية/القنوات، مثل BFG Supply Co., وGriffin.

في 2022، سجلت Hydrofarm مبيعات صافية تجاوزت 344 مليون دولار أمريكي، مع ربح إجمالي يزيد عن 29 مليون دولار. في 2021، بلغت مبيعاتها أكثر من 479 مليون دولار مع ربح إجمالي يزيد عن 101 مليون دولار.

توضح هذه الشركات وجود سوق للمعدات والمستلزمات، لكن الإيرادات وحدها لا تثبت ربحية كل شركة أو جدوى كل مزرعة. وتتوقف النتيجة على التكاليف والمحاصيل وظروف التشغيل.

الزراعة المائية: الفرص والتحديات التي يجب التغلب عليها

أي تقنية زراعية تساعد في حفظ الموارد المحدودة مثل الأرض والمياه مفيدة لصحة الكوكب. الزراعة المائية، بفضل مزاياها العديدة، تجسد هذا النهج. 

قد تتيح بعض الأنظمة إنتاجاً أكبر لكل وحدة مساحة ودورات أسرع. أما المقارنات من ثلاثة إلى عشرة أضعاف فتتوقف على المحصول والتصميم والمقارن المستخدم. ويقل وجود الأعشاب عند غياب التربة، لكن الحشرات والأمراض قد تستلزم تدابير للمكافحة.

تذكر بعض المقارنات استخدام نحو جزء من عشرين من ماء الزراعة التقليدية، أي توفيراً يقارب 95%، لكن ذلك ليس نتيجة عامة لكل نظام. وتساعد إعادة التدوير على توفير الماء، بينما تظل النظافة ومنع التلوث ضروريين.

أولاً، يجب أن تكون تكلفة الإعداد الأولية أقل، حيث إنها أعلى مما يتطلبه بدء الزراعة على الأرض. وبما أنه لا توجد تربة تشكل حاجزًا طبيعيًا في الزراعة التقليدية، فهناك فرص لانتشار الأمراض بسرعة عبر النظام بأكمله عبر الماء. 

كما يجب فحص الماء باستمرار للبحث عن الكائنات الدقيقة مثل البكتيريا والعفن التي يمكن أن تلوث الماء. 

بالإضافة إلى المراقبة المادية، تتطلب الزراعة المائية تدخلات مكثفة للحفاظ على مستويات المغذيات، مما يستلزم التدريب والتعليم على تقنيات الري والإضاءة المناسبة. 

الزراعة المائية: الطريق إلى المستقبل

على مر السنين، برزت الزراعة المائية كحل قابل للتطبيق للزراعة المستدامة، وتوسع نطاقها يجعل المستقبل واعدًا. على سبيل المثال، يتم الحصول على العديد من مكونات محلول المغذيات من الأملاح. 

يمكن تطوير محاليل من مصادر عضوية معالجة، مثل مخلفات الأسماك أو الطحالب أو الأسمدة العضوية، لكن روث الماشية أو الطيور وبقايا الخشب والحبوب ليست بدائل مباشرة جاهزة للأملاح المعدنية. يجب معالجة المواد وضبط توافر العناصر وسلامتها لتجنب الممرضات والانسداد واختلال التغذية.

ومن أوساط الزراعة الممكنة البيرلايت، والخفاف، والفيرميكوليت، وقش الأرز، وألياف الخشب، وبعض أنواع الصوف والصوف الصخري. ويُختار الوسط بحسب خصائصه وملاءمته للنظام والمحصول.

الأهم من ذلك، يمكن للزراعة المائية أن تساعد في إنتاج محاصيل ونباتات متنوعة، مما يجعلها مناسبة لكل من الزراعة المنزلية والزراعة على نطاق أوسع، بما في ذلك الخضروات الورقية، والخضروات، والفواكه، والنباتات العطرية. 

في السنوات القادمة، مع المعرفة الصحيحة بالري، وعلم النبات، والوراثة، وتقنيات التحكم في الضوء والهواء، يمكننا تعزيز الزراعة المائية كتكملة قابلة للتطبيق للزراعة القائمة على الأرض. 

انقر هنا لتتعرف على كل شيء حول الزراعة العمودية وتأثيرها العالمي.