الزراعة المائية لها العديد من التطبيقات. تُستخدم في جميع أنحاء العالم لزراعة النباتات على اليابسة أو في الماء دون تربة، سواء للاستخدام التجاري أو المنزلي. جذور النبات لا تتصل بوسيلة النمو أو التربة، بل تعيش في محلول يحتوي على جميع العناصر الغذائية اللازمة لنمو النبات.
يمكن التحكم في الظروف البيئية التي تُزرع فيها النباتات المائية لإنشاء بيئات نمو مثالية. تُستخدم الزراعة المائية لزراعة المحاصيل في البيوت الزجاجية على مدار السنة ولإنتاج غذاء صحي بشكل اقتصادي.
تم تطوير هذه الطريقة في الولايات المتحدة خلال الحرب العالمية الثانية على يد W. F. Gericke، عالم الزراعة من جامعة كاليفورنيا، الذي صمم وبنى نظامًا عائمًا لزراعة الطماطم تحت الماء. كان النموذج الأولي يتكون من إطار خشبي مع خطافات توضع فيها أواني فخارية؛ أطلق Gericke على اختراعه “الثقافة بدون تربة”.
كلمة الزراعة المائية مشتقة من الكلمتين اليونانيتين “هيدرو” بمعنى الماء و"بونوس" بمعنى العمل.
تستخدم العمليات التجارية الحديثة تكنولوجيا الزراعة الحيوية المتقدمة من ناسا في إنتاج النباتات التي تدعم الحياة في الفضاء الخارجي. بدون تربة، لن يتمكن رواد الفضاء من زراعة الخضروات والفواكه.
(صورة من قسم الزراعة الحيوية في ناسا)
هناك نوعان مختلفان من أنظمة الزراعة المائية:
أنظمة الزراعة المائية السلبية
يستخدم النظام السلبي البيئة كوسيلة للنمو، وعادة ما يستخدم نوعًا من آلية السحب لجذب الماء والعناصر الغذائية إلى منطقة جذور النبات. الأنظمة السلبية عمومًا أقل تكلفة من الأنظمة النشطة، لكنها لا يمكن تنظيمها بدقة.
أنظمة الزراعة المائية النشطة
يستخدم النظام النشط للتحكم في البيئة التي تُزرع فيها النباتات، مما يوفر مستويات دقيقة من الماء والعناصر الغذائية. تكلف الأنظمة النشطة أكثر للبناء، لكنها توفر نموًا أفضل للنباتات وعوائد أكبر.
تنقسم أنظمة الزراعة المائية النشطة إلى فئتين:
أنظمة الفيض والتصريف
تغمر أنظمة الفيض والتصريف المحاصيل بماء غني بالعناصر الغذائية ثم تصرف المحلول مرة أخرى إلى خزان. يسمح ذلك باستخدام كميات كبيرة من وسيلة النمو مع توفير تهوية جيدة للجذور. حوالي نصف مزارعي الزراعة المائية التجارية يستخدمون أنظمة الفيض والتصريف، والتي تُسمى غالبًا أنظمة NFT أو أنظمة الفيض/التصريف.
تقنية فيلم العناصر الغذائية
تستخدم أنظمة تقنية فيلم العناصر الغذائية جداول مائية ضحلة ووسائل نمو ذات مقاومة منخفضة للتدفق. يتم ضخ العناصر الغذائية عبر الطاولة تحت الضغط، مما يوفر تهوية جيدة للجذور. يتم إعادة تدوير محلول العناصر الغذائية باستمرار، مما يضمن تركيزًا متساويًا من العناصر الغذائية في الماء.
في الزراعة المائية، تحتاج النباتات إلى مساحة أقل مقارنة بالنباتات المزروعة في التربة بسبب غياب الركيزة المسامية الكبيرة، والتي يتم استبدالها بمادة خاملة (صوف صخري، بيرلايت) أو محلول مغذي. بهذه الطريقة، تنمو الزراعة المائية النباتات على ما يصل إلى 30% أقل من الأرض مقارنة بالزراعة التقليدية.
تذوب العناصر الغذائية في أنظمة الزراعة المائية في الماء؛ معظم أنظمة الزراعة المائية التجارية تعيد تدوير إمداد ثابت من محلول العناصر الغذائية. يتم الحفاظ على مستويات العناصر الغذائية بعناية، عادةً ضمن بضع نقاط مئوية من الكمية المثلى المطلوبة لجذور النبات لنمو صحي. تسمح البيئة المتحكم فيها في الزراعة المائية بتحكم أكبر في درجة الحموضة ودرجة حرارة الماء مقارنة بالزراعة التقليدية.
عادةً ما تكون زراعة النباتات بطريقة الزراعة المائية أكثر تكلفة من زراعتها في التربة بسبب تكلفة المعدات المطلوبة (الأضواء، أنظمة التحكم في المناخ، إلخ) ولأن تكاليف الإعداد أعلى. ومع ذلك، تكتسب أنظمة الزراعة المائية شعبية بين مزارعي الحدائق المنزلية والأسواق الصغيرة بسبب قدرتها على العمل بميزانية أصغر.
ومع ذلك، بمجرد سداد التكاليف الأولية للمعدات، تصبح الزراعة المائية أرخص من الزراعة التقليدية إذا أخذ المرء في الاعتبار نفقات استبدال التربة، والمهارات المطلوبة في إدارة التربة، بالإضافة إلى نقص العمالة المطلوبة في بيئة الزراعة المائية.
تاريخ موجز
لقد عُرف المفهوم بأن النباتات تحتاج بشكل رئيسي إلى الأكسجين والماء للبقاء على قيد الحياة لآلاف السنين. ذكر ثيوفراستوس (حوالي 372–287 قبل الميلاد) ذلك في كتابه “استفسار في النباتات”. كان إدوارد بلايث أول من ذكر الزراعة المائية التجارية، من خلال مقال مكون من 16 صفحة بعنوان “ثقافة مياه الينابيع” في عدد عام 1870 من “مجلة الجمعية الزراعية الهندية”.
في عام 1886، حصل بودينغتون وفيليبس على براءة اختراع “الثقافة الاصطناعية للنباتات بدون تربة”، والتي ربطت نظامًا من الأنابيب بأشجار الفاكهة المزروعة مائيًا. كانت أول تطبيق تجاري من قبل يوليوس هينسل في ألمانيا، الذي بدأ في بيع أنظمة للاستخدام في البيوت الزجاجية في عشرينيات القرن الماضي. في عام 1930، نشر ليبرتي هايد بيلي وإيمرسون “أثر الأحواض الساخنة، والأطر الباردة، والملاجئ على نمو نباتات الطماطم”.
في عام 1937، أصدرت وزارة الزراعة الأمريكية دائرتين: الدائرة 318 - مواعيد زراعة الطماطم في فلوريدا، والدائرة 404 - اقتراحات لزيادة العوائد القابلة للتسويق من الطماطم. تصف هذه المنشورات تقنيات الزراعة المائية التي لا تزال قيد الاستخدام اليوم، لكنها استخدمت أوانيًا أكبر وأسمدة تجارية.
في الأربعينيات، وسع الدكتور ويليام ف. تريسي أبحاثه حول تغذية النباتات، التي كانت محصورة في الأصل على نمو النباتات في التربة الرملية، لتشمل المحاليل الغذائية في ورقة بعنوان “ثقافة الأقحوان في الوسائط الاصطناعية”.
في الخمسينيات والستينيات، عانت الأبحاث حول الزراعة المائية من فترة ركود. أدت سباق الفضاء والدفع لهبوط الرجال على القمر إلى تمويل الحكومة الأمريكية لأبحاث في مجالات أخرى، مثل أشباه الموصلات، بدلاً من أنظمة إنتاج الغذاء المائي.
تم اكتشاف الزراعة المائية مرة أخرى على يد صانع الأفلام والمخترع فلوكس دافنبورت. كان أيضًا مؤسس “الجمعية الدولية لحركات الزراعة العضوية” (ISOM) في عام 1991، ونظم أول مؤتمر حول الزراعة الحضرية العضوية في منزله في أوكلاند، كاليفورنيا.
في عام 1977، حدثت اختراق عندما نشر B.C. (“باد”) وولف الكتاب “خليط الزراعة”.
جاء ذلك في وقت تم فيه إحياء الاهتمام بالزراعة المائية، واحتوى على جميع المعلومات اللازمة لإعادة إنشاء نظام بسيط لتقنية فيلم العناصر الغذائية (NFT). ومع ذلك، لم يكن له تأثير كبير حتى عام 1986 عندما نُشر مقال وولف حول “كيف أُغذي نباتاتي: دليل للمبتدئين حول NFT” في الزراعة البديلة، وهي مجلة تجارية.
تم تطوير أول نظام زراعة مائية تجاري بواسطة دينيس هواغلاند أثناء عمله في قسم مصايد الأسماك والحياة البرية في جامعة ويسكونسن-ماديسون، ويعرف باسم زراعة هواغلاند أو نظام ويسكونسن. يتكون “نظام ويسكونسن” من نظام دائري، يعيد الأكسجين، يغذي النباتات والطحالب في نفس الوقت. تم تصميمه ليكون منخفض التكلفة، ومحتويًا ذاتيًا مع استرداد العناصر الغذائية في الموقع، ووحدويًا. تم التحقق من التصميم بشكل مكثف في المختبر بواسطة الدكتور روبرت أ. بيرغلوند في قسم إدارة نظم البيوسystems بجامعة ويسكونسن-ماديسون. هذه هي نفس التكنولوجيا التي استخدمت في مشروع ممول من ناسا صممه الدكتور بيرغلوند لزراعة الخضروات في الفضاء على الأرض وفي بيئة ذات جاذبية منخفضة (باستخدام طائرات ناسا ذات الجاذبية المنخفضة). تم ترخيص نظام جامعة ويسكونسن لأكثر من 50 شركة في جميع أنحاء العالم، وتم تسويقه كنظم زراعة مائية Rapid Rooter وRapid Beds.
أدى الاهتمام الحالي بالزراعة المائية إلى تطوير أول نماذج أولية لأنظمة الري الفرعي السلبي (PSI)، التي تم تطويرها بعد أبحاث حول تغذية النباتات في جامعة كاليفورنيا، ديفيس. بعد ذلك، قام عدد كبير من الأشخاص بتجربة وسائط مختلفة، وعناصر غذائية، وتكوينات زراعية. تم بدء مجلة تجارية، Hydro Culture، في عام 1983، لكنها توقفت عن النشر بعد خمس سنوات.
حدث تقدم آخر في أوائل التسعينيات مع تطوير نظام زراعة مائية قائم على PSI يسمى ثقافة الطوف أو أسرة النمو العائمة بواسطة العالم الهولندي ييرون فان دن بوش من جامعة فاجينينغن. يتكون السرير من طوف بلاستيكي أو من الخيزران موضوعة على سطح جسم مائي. تُزرع النباتات في وسيلة ثقافية معلقة بين الطوف، وتمتد الجذور إلى الماء أدناه، حيث يتم إذابة الأكسجين. أصبح هذا النظام السلبي للزراعة المائية شائعًا جدًا بين الهواة لأنه يمكن بناؤه باستخدام مواد رخيصة موجودة في متاجر مواد البناء المحلية.
تم اعتماد إنتاج الزراعة المائية منذ ذلك الحين من قبل بعض، ولكن ليس كل، المزارعين المحترفين. إنها واحدة من عدة تقنيات جديدة يستخدمها مزارعو الزراعة المائية في البيئات المتحكم فيها مثل البيوت الزجاجية والأنفاق العالية. الزراعة المائية هي نظام فعال لزراعة المحاصيل لأنها تسمح للمزارع بالتحكم في العناصر الغذائية المقدمة للنبات وكمية الضوء والماء التي يتلقاها. يمكن إعادة استخدام محلول العناصر الغذائية لفترة من الزمن (عادةً أسابيع)، مما يقلل من التأثير البيئي مقارنة بالزراعة التقليدية المعتمدة على التربة.
لا تزال الزراعة المائية قوة في المجتمع الزراعي وتستحق الاستثمار. تحقق من بعض الموارد للبدء.