2-3 الأراضي الصالحة للزراعة والمغذيات

2.3.1 التنبؤات

وحتى مع الحاجة إلى إنتاج المزيد من الأغذية، فإن الأراضي الصالحة للاستخدام من أجل الممارسات الزراعية تقتصر بطبيعتها على ما يتراوح بين 20 و 30% من مساحة الأرض في العالم. كما أن توافر الأراضي الزراعية آخذ في التناقص، وهناك نقص في الأراضي المناسبة التي تشتد الحاجة إليها، أي بالقرب من المراكز السكانية بوجه خاص. ويشكل تدهور التربة أحد العوامل الرئيسية التي تسهم في هذا الانخفاض ويمكن تصنيفه بوجه عام بطريقتين: التشريد (تآكل الرياح والمياه) والتدهور الكيميائي والفيزيائي الداخلي للتربة (فقدان المغذيات و/أو المواد العضوية، والتملح، والتحمض، والتلوث، والضغط، والتشبع بالمياه). إن تقدير التدهور الكلي للتربة الطبيعية والتدهور الذي يسببه الإنسان في جميع أنحاء العالم محفوف بصعوبة بالنظر إلى التباين في التعاريف، وشدتها، وتوقيتها، وتصنيفها، وما إلى ذلك. بيد أنه من المتفق عليه عموما أن عواقبها أدت إلى فقدان صافي الإنتاج الأولي على مساحات واسعة (Esch et al. 2017)، مما يحد من الزيادات في الأراضي الصالحة للزراعة والمزروعة بشكل دائم إلى 13٪ في العقود الأربعة الممتدة من أوائل الستينات إلى أواخر التسعينات (بروينسما 2003). والأهم من ذلك بالنسبة للنمو السكاني خلال تلك الفترة الزمنية، انخفض نصيب الفرد من الأراضي الصالحة للزراعة بنحو 40 في المائة (Conforti 2011). و يعني مصطلح «الأراضي الصالحة لل زراعة» توافر المغذيات الكافية لدعم إنتاج المحاصيل. ولمواجهة نضوب المغذيات، ارتفع استهلاك الأسمدة في جميع أنحاء العالم من 90 كيلوغرام/هكتار في عام 2002 إلى 135 كيلوغراماً في عام 2013 (كتاب الجيب 2015). ومع ذلك، فإن زيادة استخدام الأسمدة تؤدي في كثير من الأحيان إلى حدوث تجاوزات في النترات والفوسفات في النظم الإيكولوجية المائية (Bennett et al. 2001)، مما يتسبب في تكاثر الطحالب وتغذيتها بالمغذيات عندما تستهلك الكتلة الأحيائية الطحالب الأكسجين وتحد من التنوع البيولوجي للحياة المائية. و تتضح التغيرات البيئية الناجمة عن النترات و الفوسفات على نطاق و اسع في مستجمعات المياه و المناطق الساحلية.

النيتروجين والبوتاسيوم والفوسفور هي العناصر الغذائية الرئيسية الثلاثة لنمو النبات. وعلى الرغم من أن الطلب على الأسمدة الفوسفورية لا يزال ينمو باطراد، فإن احتياطيات الفوسفات الصخرية محدودة وتشير التقديرات إلى أنها ستستنفد في غضون 50-100 سنة (Cordell et al. 2011؛ Steen 1998؛ Van Vuuren et al. 2010). وبالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن تدفع مدخلات النيتروجين البشرية المنشأ النظم الإيكولوجية الأرضية نحو قيود أكبر على الفوسفور، على الرغم من أن تحسين فهم العمليات أمر بالغ الأهمية (Deng et al. 2017; Goll et al. 2012; Zhu et al. 2016). ولا توجد حاليا بدائل للفوسفور في الزراعة، مما يضع قيودا على الإنتاجية الزراعية في المستقبل التي تعتمد على المدخلات الرئيسية من الأسمدة للفوسفات الملغومة (سفيردروب وراغنارسدوتير 2011). ويعني «مفارقة P-Paradox»، بعبارة أخرى، وجود فائض في P يضعف جودة المياه، إلى جانب نقصها كمورد مستنفد غير متجدد، أنه يجب أن تكون هناك زيادات كبيرة في إعادة التدوير وكفاءة استخدامه (Leinweber et al. 2018).

إن الممارسات الزراعية المكثفة الحديثة، مثل تواتر وتوقيت الحرث أو عدم الحراثة، وتطبيق مبيدات الأعشاب ومبيدات الآفات، وإضافة المواد العضوية التي تحتوي على المغذيات الدقيقة، يمكن أن تغير بنية التربة والتنوع البيولوجي الميكروبي بحيث لا تعد إضافة الأسمدة يزيد من الإنتاجية للهكتار الواحد. وبالنظر إلى أن التغيرات في استخدام الأراضي أدت إلى خسائر في الكربون العضوي للتربة تقدر بنحو 8 في المائة، وأن الخسائر المتوقعة بين عامي 2010 و2050 تبلغ 3.5 أضعاف هذا الرقم، فمن المفترض أن تستمر قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه وخسائر المغذيات، لا سيما في ضوء الاحترار العالمي (Esch et al. 2017) . ومن الواضح أن هناك مقايضات بين تلبية الاحتياجات البشرية وعدم المساس بقدرة المحيط الحيوي على دعم الحياة (فولي وآخرون 2005). ومع ذلك، من الواضح عند نمذجة الحدود الكوكبية فيما يتعلق بالممارسات الحالية لاستخدام الأراضي أن من الضروري تحسين دورة النيتروجين وP، وذلك أساساً عن طريق الحد من انبعاثات النيتروجين والفوسفور والجريان السطحي من الأراضي الزراعية، ولكن أيضاً عن طريق تحسين عمليات الالتقاط وإعادة الاستخدام (Conijn et al. 2018).

2.3.2 أكوابونيكش والمواد المغذية

واحدة من الفوائد الرئيسية للأكوابونيكش هو أنه يسمح بإعادة تدوير موارد المغذيات. وتستمد مدخلات المغذيات في عنصر الأسماك من الأعلاف، التي يعتمد تركيبتها على الأنواع المستهدفة، ولكن الأعلاف في الاستزراع المائي تشكل عادة جزءا كبيرا من تكاليف المدخلات ويمكن أن تزيد عن نصف التكلفة السنوية الإجمالية للإنتاج. وفي بعض تصميمات علم الأحياء المائية، يمكن أيضا تسخير الكتلة الحيوية البكتيرية كعلف، على سبيل المثال، حيث يجعل إنتاج البيوفلوك النظم المائية مكتفية ذاتيا بشكل متزايد (Pinho et al. 2017).

و كثيرا ما يتم تصريف المياه المستعملة من أقلام الأقفاص المفتوحة أو المجاري المائية في المسطحات المائية, حيث يؤدي ذلك إلى تلوث المغذيات و الإغناء بالمغذيات فيما بعد. وعلى النقيض من ذلك، تأخذ النظم المائية المغذيات المذابة من علف الأسماك غير المأكل والبراز، وتستخدم الميكروبات التي يمكن أن تحطم المادة العضوية، وتحول النيتروجين والفوسفور إلى أشكال متاحة بيولوجيا لاستخدامها من قبل النباتات في وحدة الزراعة المائية. ومن أجل تحقيق مستويات مقبولة اقتصاديا من الإنتاج النباتي، فإن وجود تجمعات ميكروبية مناسبة يقلل من الحاجة إلى إضافة الكثير من المغذيات التكميلية التي تستخدم بشكل روتيني في الوحدات المائية القائمة بذاتها. وبالتالي فإن الأحياء المائية هي نظام تصريف شبه صفري لا يوفر منفعة اقتصادية من كل من مجاري إنتاج الأسماك والنباتات فحسب، بل يوفر أيضاً انخفاضاً كبيراً في كل من التصريفات الضارة بيئياً من مواقع الاستزراع المائي. كما أنه يزيل مشكلة الجريان السطحي الغني بالنيونات والبث من الأسمدة المستخدمة في الزراعة القائمة على التربة. وفي النظم المائية المفصولة، يمكن أيضا استخدام المفاعلات الحيوية الهوائية أو اللاهوائية لمعالجة الحمأة واسترداد المغذيات الكبيرة الكلية والمغذيات الدقيقة في الأشكال المتاحة بيولوجيا لاستخدامها لاحقا في الإنتاج المائي (Goddek et al. 2018) (انظر [الفصل 8](/community/المقالات/الفصل 8-decupled-أكوابونيك-أنظمة))). وما زالت التطورات الجديدة المثيرة مثل هذه التطورات، التي يجري الآن تحقيق الكثير منها من أجل الإنتاج التجاري، تعمل على تحسين مفهوم الاقتصاد الدائري من خلال السماح على نحو متزايد بانتعاش المغذيات.