نظم الأكوابونيك تستخدم شبكة غذاء التربة لزرع محاصيل صحية

براين فيليبوفيتش*، سيدني شرام، جوش بايل، كيفن سافاج، غاري ديلانوي، جانيل هاجر، وإيدي بويرلين

ملخص البحث

1. أين تعيش شبكة غذاء التربة في نظام الأكوابونيك؟

• تتجمع الميكروبات على جميع الأسطح داخل نظام الأكوابونيك وتعلق في عمود الماء.

• الجذور هي نقطة ساخنة للنشاط الميكروبي في كل من أنظمة الأكوابونيك والتربة.

• توفر الميكروبيوم الصغير داخل الأنظمة ظروفًا مثالية لنمو البكتيريا.

• توفر مكونات النظام المختلفة بيئات فريدة وتستضيف مجتمعات ميكروبية متنوعة.

2. ما مدى حجم وتنوع شبكة غذاء التربة في نظام الأكوابونيك؟

• وُجد أن أنظمة الأكوابونيك تستضيف كمية وتنوعًا مقارنًا من الميكروبات للتربة، إن لم يكن أكبر.

• وجدت دراسة حالة من مجموعة العمل الخاصة بالأكوابونيك والهايدروبونيك التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية أن عدد البكتيريا والفطريات والطلائعيات والديدان الخيطية في النظام كان أعلى من المستويات المتوقعة التي يمكن العثور عليها في تربة عضوية نموذجية.

3. ماذا تفعل شبكة غذاء التربة في نظام الأكوابونيك؟

• تقوم ميكروبات شبكة غذاء التربة بتفكيك المواد الصلبة وتجعل المغذيات الكبيرة والصغيرة أكثر توفرًا للنباتات.

• توفر ميكروبات شبكة غذاء التربة السيطرة البيولوجية وكبح الأمراض، مما يحسن الصحة العامة وجودة النبات.

• تعمل البكتيريا التي تعيش في منطقة الجذور على تحسين العمليات الخلوية مع أنسجة النبات.

• وجدت الدراسات أن فساد المحاصيل والميكروبات البرازية أقل انتشارًا في أنظمة الأكوابونيك مقارنة بالتربة.

المقدمة

سواء كنا مستهلكين أو مزارعين أو صانعي سياسات أو مالكي أعمال، فإننا جميعًا نتخذ قرارات تؤثر على مكان وكيفية إنتاج غذائنا.

نظامنا الغذائي يتغير بسرعة بسبب تقارب القضايا العالمية الملحة بما في ذلك تغير المناخ؛ تدهور البيئة؛ استنزاف المياه؛ عدم الأمان الاقتصادي؛ مشاكل صحية بسبب الأنظمة الغذائية السيئة والتلوث؛ والنمو السكاني السريع والتحضر.

بينما نشكل نظامنا الغذائي الجديد، فإن أحد الاعتبارات الحاسمة هو ما إذا كنا سنحتفظ بالوصول إلى الفواكه والخضروات الطازجة عالية الجودة، وخاصة تلك المزروعة بشكل مستدام.

يجب علينا تقييم ما إذا كانت طرق الزراعة الجديدة مثل الأكوابونيك يمكن أن توفر فواكه وخضروات طازجة مزروعة من البذور، مع نفس العمليات البيولوجية التبادلية التي استخدمتها النباتات منذ فجر الزمن.

يجمع الأكوابونيك بين تربية الأسماك المتداولة وإنتاج النباتات الهايدروبونية ويقدم منتجات تتناسب مع العديد من متطلبات المستهلكين. الأكوابونيك هو وسيلة مستدامة لإنتاج الأسماك والنباتات حيث يحافظ على موارد المياه، ويستعيد تصريف الأكوابونيك الغني بالمغذيات، ويحد من استخدام الإضافات الكيميائية لكل من الأسماك والنباتات، ويحسن معدلات نمو النباتات مقارنة بالزراعة القائمة على التربة.

على الرغم من أن الديناميات مختلفة، فإن إنتاج الأكوابونيك يعتمد على نفس العمليات البيولوجية المستخدمة من قبل النباتات في الزراعة القائمة على التربة. تحتوي التربة الصحية على نظام بيئي كبير ومت diverse من الميكروبات التي تتعايش في علاقة تبادلية مع النباتات. الميكروبات مثل البكتيريا والفطريات والطلائعيات والديدان الخيطية وغيرها مسؤولة عن مجموعة من العمليات الحيوية للنباتات مثل توصيل المغذيات، وكبح الأمراض، وتنظيم البيئة. يُطلق على هذا اسم شبكة غذاء التربة.

على الرغم من عدم وجود التربة، فإن نفس المجتمع الميكروبي المتنوع موجود في أنظمة الأكوابونيك. تنقل ورقة الحقائق هذه معلومات مستندة إلى الأبحاث حول كيفية استخدام أنظمة الأكوابونيك لشبكة غذاء التربة لإنتاج المحاصيل الزراعية عالية الجودة.

تستند الأبحاث المذكورة في هذه الوثيقة إلى أنظمة الأكوابونيك وأشكال الهايدروبونيك النشطة بيولوجيًا. أشار تقرير مجموعة العمل الخاصة بالهايدروبونيك والأكوابونيك التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية لعام 2016 إلى هذه الأنظمة باسم “البيوبونيك”.

1. أين تعيش شبكة غذاء التربة في نظام الأكوابونيك؟

• في أنظمة الأكوابونيك، تتجمع ميكروبات شبكة غذاء التربة على الأسطح الصلبة مثل الجذور، وجدران الخزانات، والأنابيب، والجسيمات العائمة، وخاصة داخل “المرشح البيولوجي”، وهو مكون له الغرض المحدد في استضافة البكتيريا المفيدة.

• يمكن لبعض الميكروبات إفراز مادة تشبه الجل تسمح لها بـ “التجمع” والبقاء معلقة في عمود الماء. تقوم ميكروبات مثل Pseudomonas sp. و Bacillus sp. بإفراز مواد بوليمرية خارج الخلوية تسمح للميكروبات بالتجمع معًا داخل عمود الماء (تقرير HP/AP).

• كما هو الحال في التربة، فإن الجذور في أنظمة الأكوابونيك هي نقطة ساخنة للنشاط الميكروبي¹.

• تحتوي أنظمة الأكوابونيك على ميكروبيوم صغير يسمح للبكتيريا بالنمو والازدهار في مناطق تختلف بناءً على توفر الأكسجين والمغذيات ومعايير النمو الأخرى. يمكن أن تحسن الميكروبيوم الصغيرة فعالية ووظائف بعض البكتيريا من خلال السماح لها بالازدهار في بيئات محددة لمعايير نموها المثالية².

• وُجدت اختلافات كبيرة في المجتمعات الميكروبية في خزانات أنظمة الأكوابونيك المتداولة، ومرشحات المواد الصلبة، والمرشحات البيولوجية، ومياه الثقافة التي تمثل بيئات فريدة ومعقدة. ستختلف المجتمعات الميكروبية من نظام إلى آخر تعكس أنواع تربية الأسماك المختلفة، ومعايير جودة المياه، والتغذية، ودرجة الحموضة، أو عوامل أخرى³.

2. ما مدى حجم وتنوع شبكة غذاء التربة في نظام الأكوابونيك؟

• وجدت الدراسات أن هناك بين 1,000,000 و 10,000,000 وحدة تشكيل مستعمرات لكل مليلتر (cfu/ml) من البكتيريا و10 إلى 1,000 cfu/ml من الفطريات في أنظمة الهايدروبونيك⁴. وُجدت 10,000,000,000 cfu/جرام من الجذور في أنظمة الهايدروبونيك⁵.

• تظهر الدراسات أن أنظمة الأكوابونيك لديها كمية وتنوع مقارن - إن لم يكن أكبر - من الميكروبات مثل الكومبوست والتربة، على التوالي⁶.

• البكتيريا والفطريات والطلائعيات والديدان الخيطية على وسائط النمو في الطماطم الهايدروبونية أعلى من المستويات المتوقعة الموجودة في تربة عضوية نموذجية، مما يشير إلى قدرة عالية على تدوير المغذيات. إن تدوير المغذيات بواسطة كائنات شبكة غذاء التربة فعال جدًا في أنظمة الإنتاج الأكوابونيك لدرجة أنه يمكنه استيعاب 300 رطل من النيتروجين لكل فدان (تقرير HP/AP).

3. ماذا تفعل شبكة غذاء التربة في نظام الأكوابونيك؟

• تقوم شبكة غذاء التربة بدور نشط في تدوير المغذيات في أنظمة الأكوابونيك. تطلق الميكروبات إنزيمات تقوم بتفكيك المواد العضوية العائمة، وتستوعب المغذيات المتاحة، وفي النهاية تجعل هذه المغذيات متاحة لميكروبات أخرى أو للنباتات (تقرير HP/AP).

• تساعد الميكروبات في تشيل المعادن لزيادة امتصاص المغذيات في جذور النباتات (تقرير HP/AP).

• تقوم شبكة غذاء التربة بالتحكم البيولوجي من خلال حماية النباتات من مسببات الأمراض. وُجد أن نسبة مرتفعة نسبيًا من عينات جذور الخس الأكوابونيكي تحتوي على سلالات بكتيرية مرتبطة بالتحكم البيولوجي بما في ذلك Pseudomonas spp. و Acidovorax spp. و Sphingobium spp. أو Flavobacterium spp.⁷.

• تشير البكتيريا المحفزة لنمو النباتات في الأنظمة المائية إلى النباتات لإنشاء مستقلبات ثانوية مثل الفلافونويدات ومضادات الأكسدة الأخرى التي تساعد في كبح أمراض النباتات، وثبات النيتروجين، وتنظيم الخلايا، وخصائص اللون⁶.

• وُجد أن الميكروبات في المرشحات البيولوجية للأكوابونيك تؤدي: النترجة؛ نزع النيتروجين الهيدروجيني والذاتي؛ تقليل النترات إلى الأمونيا؛ وأكسدة الأمونيوم اللاهوائية.

• يحتوي الخس المزروع بالأكوابونيك على تركيزات أقل بكثير من الميكروبات الفاسدة والبرازية مقارنة بالخس المزروع في التربة⁸.

الخاتمة

الأكوابونيك هو وسيلة مستدامة لإنتاج الأسماك والنباتات حيث يحافظ على موارد المياه، ويستعيد تصريف الأكوابونيك الغني بالمغذيات، ويحد من استخدام الإضافات الكيميائية لكل من الأسماك والنباتات، ويحسن معدل نمو النباتات مقارنة بالزراعة القائمة على التربة.

تظهر الأبحاث أنه، كما هو الحال في التربة، تستخدم أنظمة الأكوابونيك شبكة غذاء التربة لأداء مجموعة من الوظائف الحيوية. يمكن لجميع أصحاب المصلحة اعتبار أنظمة الأكوابونيك خيارًا ممتازًا لتقديم محاصيل صحية وطبيعية لسكان متزايدين مع تأثير بيئي ضئيل.

المساهمون

• *المؤلف المراسل: براين فيليبوفيتش، مدير السياسات العامة في جمعية الأكوابونيك
• سيدني شرام وجوش بايل، طلاب بحث في أكاديمية سينسيناتي هيلز المسيحية
• كيفن سافاج وغاري ديلانوي، هيئة تدريس في أكاديمية سينسيناتي هيلز المسيحية
• جانيل هاجر، باحثة مشاركة في جامعة ولاية كنتاكي
• إيدي بويرلين، مزرعة بلو موجو، ذ.م.م

الاقتباسات

الاقتباسات