21-5 تقييم الأثر كإطار تصميم

وقد حفز نمو الأحياء المائية والادعاءات المعممة بأن أكوابونيكش أكثر استدامة من غيرها من أشكال الإنتاج الغذائي النقاش والبحوث حول مدى استدامة هذه النظم في الواقع. و تقييم دورة الحياة هو أحد أساليب القياس الكمي الرئيسية التي يمكن استخدامها لتحليل الاستدامة في كل من الزراعة و البيئات المبنية من خلال تقييم الآثار البيئية لل منتجات طوال عمرها. بالنسبة للمبنى، يمكن تقسيم LCA إلى نوعين من التأثير - تأثير embodied الذي يتضمن استخراج المواد والتصنيع والبناء والهدم والتخلص من المواد المذكورة وإعادة استخدامها، وتأثير perational الذي يشير إلى صيانة أنظمة البناء (Simonen 2014). وبالمثل، يمكن تقسيم إجراء تقييم للمنتج الزراعي إلى تأثير structural لغلاف المبنى والبنية التحتية للنظام، وتأثير الإنتاج المرتبط بالزراعة المستمرة، وتأثير التعبئة والتخزين والتوزيع بعد الحصاد (Payen et al. 2015). يتطلب إجراء LCA لمزرعة أكوابونية الفهم المتزامن لكل من تأثيرات البناء والزراعةنظرًا لوجود تداخل في مرحلة operational للمغلف مع مرحلة production المحصول. تؤثر الطريقة التي يعمل بها المبنى أنظمة التدفئة والتبريد والإضاءة بشكل مباشر على زراعة المحصول؛ وعلى العكس من ذلك، تتطلب أنواع مختلفة من المحاصيل ظروفًا بيئية مختلفة. وهناك العديد من الدراسات التي تقارن بين نتائج ACL لأنواع مختلفة من المباني تقع في سياقات مختلفة (Zabalza Bribián et al. 2009). وبالمثل، استخدم القطاع الزراعي LCA لمقارنة الكفاءات لمختلف المحاصيل ونظم الزراعة (He et al. 2016; Payen et al. 2015). ويتطلب تقييم أداء الزراعة البيئية الخاضعة للرقابة وعلم الأحياء المائية على وجه الخصوص دمجا ماهرا للمنهجيتين في تقييم واحد (سانيي - منغوال 2015).

الإطار المقترح للمزرعة المائية (الشكل 21-11) واسع عن قصد لاستيعاب مجموعة واسعة من أنماط المزارع الموجودة في الحقل. من أجل تطبيق نتائج ACL على المزارع القائمة، يجب إدراج عوامل مثل المناخ والبيانات الاقتصادية للتحقق من صحة التقييم البيئي (Goldstein et al. 2016؛ Rothwell et al. 2016)

ويناقش القسم التالي مجموعة من استراتيجيات تصميم ضميمة المزارع المائية استنادا إلى جرد ACL للمزارع المائية التي تجمع الأدبيات القائمة مع دراسات حالة وتقترح اتجاهات للعمل في المستقبل. ويكتسي التكامل الفريد بين الآثار المائية والآثار المتصلة بالبناء أهمية خاصة.

** الجدول 21-3** مقارنة أنماط الزراعة البيئية الخاضعة لل رقابة

الجدول ثياد tr class = «رأس» thCEA نوع/ث ال الفوائد /ث ال التحديات /ث ال التكلفة والإيرادات (سوبا/سوب) /ث /tr /thead tbody tr class = «غريب» td rowspan = 2 الدفيئات متوسطة التكنولوجيا /تد TD يعتمد كليا تقريبا على الطاقة الشمسية، وانخفاض الاحتياجات من الطاقة الإضافية /td TD خيارات محدودة للرقابة البيئية، عرضة للتقلبات البيئية /td الصف td = 2 انخفاض تكلفة المباني الأمامية/البناء، (حوالي 30-100 $/msup2/sup) /td /tr tr class = «حتى» TD تقليل الاعتماد على المواد غير المتجددة ومصادر الطاقة /td TD ينطبق فقط على أنواع الأسماك مع تحمل درجة حرارة كبيرة، (إذا كانت الدبابات في الدفيئة) /td /tr tr class = «غريب» td rowspan = 2 الدفيئات الشمسية السلبية/تد TD يعتمد على الأنظمة السلبية، ويستخدم الكتلة الحرارية، (بما في ذلك خزانات الأسماك) للحفاظ على تقلبات درجة الحرارة /td TD التحكم مع الأنظمة السلبية يحتاج إلى مزيد من الخبرة والتصميم المتعمد /td الصف td = 2 انخفاض تكلفة المباني الأمامية/البناء، (حوالي 30-100 $/msup2/sup) /td /tr tr class = «حتى» TD انخفاض استهلاك الطاقة، وربما دون الحاجة إلى أي وقود أحفوري /td TD تتطلب إضاءة إضافية، إذا كانت موجودة في خطوط العرض الشمالية بسبب انخفاض مستويات الإضاءة /td /tr tr class = «غريب» td rowspan = 2 الدفيئات ذات التقنية العالية/TD TD أعلى مستويات عناصر التحكم /td TD يعتمد على أنظمة نشطة للحرارة والتبريد والتهوية والإضاءة التكميلية /td الصف td = 2 تكلفة أعلى مقدمة/بناء عالية، (حوالي 100—200 $/msup2/sup وأكثر) /td /tr tr class = «حتى» TD إنتاجية عالية مع إمكانية الارتقاء /td TD ارتفاع استهلاك الطاقة وتكلفة التشغيل /td /tr tr class = «غريب» td rowspan = 5 البيوت الزجاجية على السطح /تد TD أعلى مستويات عناصر التحكم /td الصف td = 2 يعتمد على أنظمة نشطة للحرارة والتبريد والتهوية والإضاءة التكميلية /td الصف td = 5 تكلفة عالية جدًا للأبداء/البناء (حوالي 300—500 دولار/msup2/sup) /td /tr tr class = «حتى» TD إنتاجية عالية /td /tr tr class = «غريب» الصف td = 3 إمكانية تحقيق أوجه تآزر حيوية وبيئية، إذا ما دمجت مع بناء المضيف /td TD ارتفاع استهلاك الطاقة وتكلفة التشغيل /td /tr tr class = «حتى» TD يتطلب الامتثال رمز على مستوى مباني المكاتب التجارية /td /tr tr class = «غريب» TD يمثل نقل الإمدادات إلى السطح تحدياً للبنية التحتية /td /tr tr class = «حتى» td rowspan = 4 الأماكن المتنامية في الأماكن المغلقة /تد TD إعادة الاستخدام التكيفي للمباني الصناعية ممكن /td TD يعتمد كليًا على الإضاءة الكهربائية وأنظمة التحكم النشطة للتدفئة والتبريد والتهوية /td TD يمكن أن تكون تكلفة البناء في المقدمة أقل إذا كان من الممكن استخدام المبنى الحالي /td /tr tr class = «غريب» TD إنتاجية عالية لكل وحدة من البصمة على الرغم من الأنظمة المتنامية المكدسة /td الصف td = 3 ارتفاع استهلاك الطاقة وتكلفة التشغيل /td الصف td = 3 التكلفة تعتمد أيضا على نظام النمو، التراص مستويات متعددة /td /tr tr class = «حتى» TD مستوى عال من العزل ممكن /td /tr tr class = «غريب» TD انخفاض فقدان الحرارة خلال أشهر الشتاء /td /tr /tbody /الجدول

سوب/سوب على أساس بروكش (2017)

** الشكل 21.11** مثال على عملية LCA المتكاملة بما في ذلك بناء وأداء نظام أكوابونك. (استناداً إلى سانييه مينغوال وآخرون 2015).

21.5.1 التأثيرات المجسدة: الطاقة المجسدة والكربون المجسد

مواد الهيكل الطاقة المجسدة هي حساب مجموع الطاقة المستخدمة لاستخراج، صقل، معالجة، نقل، إنتاج وتجميع المواد أو المنتج. الكربون المجسد هو كمية Cosub2/sub المنبعثة لإنتاج نفس المادة أو المنتج. ومقارنة بالعمليات الزراعية التقليدية في الحقول المفتوحة، فإن الأثر المجسد لنظام نمو البيئة الخاضعة للرقابة أكبر بسبب زيادة استخراج المواد وتصنيعها في مرحلة البناء (Ceron-Palma et al. 2012). على سبيل المثال، في الدفيئة على السطح من ICTA-ICP، يولد هيكل المغلف إمكانات الاحترار العالمي (GWP) بنسبة 75% أكثر من هيكل الاحتباس الحراري متعدد الأنفاق القائم على التربة بسبب كمية البولي كربونات المستخدمة في البناء (Sanyé-Mengual et al. 2015). وبالمثل، أدت عملية محاكاة متكاملة للاحتباس الحراري تقع في بوسطن إلى زيادة الآثار البيئية في مرحلة البناء، وذلك بسبب استخراج خامات الحديد لتصنيع الصلب الهيكلي (غولدشتاين 2017). ويمكن التخفيف من الآثار المجسدة المرتبطة بمظاريف البيئة الخاضعة للرقابة من خلال الاستخدام الذكي للمواد (بالنظر إلى إجراء تعديلات على قوانين البناء لتجنب زيادة حجم الأعضاء الهيكلية) ولكنها ستتجاوز مع ذلك آثار الزراعة التقليدية. إن زراعة الأغذية في مغلف مبني ستكون دائماً أكثر كثافة في استخدام الموارد في البداية مقارنة بزراعة الخضروات في حقل مفتوح، على الرغم من أنها ستؤدي أيضاً إلى زيادة كبيرة في كمية الأغذية التي يمكن إنتاجها لكل منطقة في نفس الإطار الزمني.

ولتجنب التأثيرات البيئية المرتبطة بالهيكل، تستخدم بعض العمليات المائية المباني القائمة بدلاً من إنشاء مغلف جديد. أورغانيكس الحضرية في سانت بول، مينيسوتا، الولايات المتحدة الأمريكية تجديد اثنين من المباني مصنع الجعة كما المساحات الداخلية لزراعة. وفي مثال آخر لإعادة الاستخدام التكيفي، تقوم شركة The Plant in Chicago، Illinois، الولايات المتحدة الأمريكية بتشغيل حاضنة الأغذية ومجموعة المزارع الحضرية في مبنى مصنع في عام 1925 كان يستخدمه Peer Foods سابقاً كمرفق لتغليف اللحوم (الشكل 21.12). و أعيد تخصيص معدات العزل و التبريد القائمة لل تحكم في تقلبات درجات الحرارة في المرفق التجريبي لل أكوابونك.

معدات أكوابونيك عند دمجها في المباني، يصبح اختيار المواد لخزانات أكوابونك اعتبارًا مهمًا في التصميم، لأنه قد يحد من التجميع والنقل إلى المبنى. على سبيل المثال، يمكن تجميع أجزاء البولي إيثيلين في الموقع باستخدام اللحام البلاستيكي، ولكن هذا غير ممكن مع أجزاء الألياف الزجاجية (Alsanius et al. 2017). وعلاوة على ذلك، فإن تصنيع معدات النظام المائي يمكن أن يكون مساهما كبيرا في التأثير البيئي العام - على سبيل المثال، البوليستر المقوى بالألياف الزجاجية المستخدم في خزان المياه 100 msup3/sup في الاحتباس الحراري على سطح ICTAICP هو المسؤول عن 10-25٪ من التأثير البيئي في التصنيع المرحلة (الشكل 21.13). اختيار الركيزة للنباتات في نظام أكوابوني له تشعب الوزن لهيكل المبنى المضيف، ولكن يساهم أيضا في التأثير البيئي. في دراسة حديثة أجريت على أكوابونيكش متكاملة مع الجدران الحية، والصوف المعدني، وألياف جوز الهند أداء مماثل، على الرغم من أن واحدة هي السماد القابل للتسميد والآخر هو استخدام واحد (خانداكر وكوتزن 2018).

الشكل 21.12 ذا بلانت (شيكاغو، إلينوي، الولايات المتحدة الأمريكية)

صيانة الهيكل والمعدات اختيار المواد الأولية للمعدات المائية ومكونات المغلفات يحدد الصيانة الطويلة الأجل للمزارع المائية. يتطلب تصنيع مواد أكثر متانة مثل الزجاج أو البلاستيك الصلب استثمارا أوليا للموارد البيئية أكبر من الأغشية البلاستيكية؛ ومع ذلك، تحتاج الأفلام إلى استبدالها بشكل أكثر تواترا - على سبيل المثال، من المتوقع أن يظل الزجاج يعمل لأكثر من 30 سنة، في حين أن الأغلفة التقليدية يمكن أن يستمر فيلم البولي إيثيلين لمدة 3-5 سنوات فقط قبل أن يصبح غير شفاف للغاية (Proksch 2017). اعتمادا على العمر المقصود لظرف نظام أكوابوني، قد يكون من الأفضل اختيار مادة ذات عمر أقصر، وتأثير أقل في التصنيع. فيلم ETFE المستخدم في الدفيئة الشمسية Aquaponic هو حل وسط واعدة بين طول العمر والاستدامة، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث. تتكون المعدات المائية القياسية من خزانات المياه والأنابيب. وغالبا ما يتم تصنيع الأنابيب لأنظمة أكوابونك من PVC، مما ينتج عنه تأثير بيئي كبير في عملية التصنيع ولكن لا يتطلب استبدالها لمدة تصل إلى 75 عاما. بعض الموردين أكوابونك تقدم الخيزران كبديل عضوي.

** الشكل 21.13** قسم البناء مع الدفيئات على السطح بواسطة Harquitectes، مبنى ICTA-المقارنات الدولية (بيلاتيرا، إسبانيا)

21.5.2 التأثيرات التشغيلية

الطاقة في عام 2017، كان 39٪ من إجمالي استهلاك الطاقة داخل الولايات المتحدة يقابل قطاع البناء (EIA). استأثر القطاع الزراعي بنحو 1.74% من إجمالي استهلاك الطاقة الأولية في الولايات المتحدة في عام 2014، معتمداً بشكل كبير على النفقات غير المباشرة في شكل أسمدة ومبيدات آفات (Hitaj and Suttles 2016). كفاءة الطاقة هي مجال أبحاث راسخ داخل كل من البيئة المبنية والزراعة، وغالبا ما تحدد الآثار التشغيلية للمنتج أو المبنى أو المزرعة في مشروع LCA (Mohareb et al. 2017). دمج البناء واستخدام الطاقة الزراعية يمكن تحسين أداء كل من (Sanjuandelmás et al. 2018).

التدفئة تعتبر متطلبات الطاقة لتدفئة المساحات المتنامية ذات أهمية خاصة في المناخات الشمالية، حيث يمنح تمديد موسم النمو القصير بشكل طبيعي المزارع المائية المتكاملة ميزة تنافسية في السوق (Benis and Ferrão 2018). ومع ذلك، ففي المناخات الأكثر برودة، يشكل استهلاك الطاقة بواسطة أنظمة التدفئة النشطة مساهما هاماً في التأثير البيئي العام - وفي تقييم المساحات المزروعة المشروطة في بوسطن، ماساتشوستس، أدت تكاليف التدفئة إلى تحييد فوائد التخلص من الأميال الغذائية في السلسلة الغذائية الحضرية (Benis et al. 2017ب؛ غولدشتاين 2017). وهذا لا ينطبق على مناخات البحر الأبيض المتوسط، حيث الظروف المناخية مواتية للزراعة وحيث يمكن أن تعتمد هياكل الاحتباس الحراري التقليدية على مدار السنة تقريباً على التدفئة الشمسية السلبية (Nadal et al. 2017; Rothwell et al. 2016).

في كل من المناخات الباردة والدافئة، يمكن أن يوفر دمج أنظمة زراعة البيئة الخاضعة للرقابة على أسطح المنازل القائمة العزل للمبنى المضيف - وهي مزرعة في مونتريال، تقارير كيبيك لاستيعاب 50٪ من احتياجات التدفئة المسببة للاحتباس الحراري من هيكل المضيف الحالي، وبالتالي تقليل الحمل التدفئة (غولدشتاين 2017). كما يمكن أن تكون أنظمة الإضاءة مسؤولة جزئياً عن تلبية الطلب على التدفئة في تطبيقات النمو الرأسي الداخلية مثل مصانع المصانع أو حاويات الشحن (Benis et al. 2017b).

يعد التقاط الحرارة المتبقية استراتيجية تصميم واعدة أخرى يمكنها تحسين أداء كل من هيكل المضيف والنظام المتنامي. تشير دراسات ما بعد الإشغال للدفيئة التجريبية على السطح في ICTA-ICP في Bellaterra، إسبانيا إلى أن دمج المبنى مع الدفيئة أدى إلى تحقيق وفورات كربونية مكافئة قدرها 113.8 كجم/msup2/sup/سنة مقارنة بالاحتباس الحراري التقليدي القائم بذاته مع الزيت (Nadal et al. 2017). دون تدخل من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء النشطة (HVAC)، رفعت الكتلة الحرارية لمبنى المختبر/المكاتب المضيفة درجة حرارة الاحتباس الحراري بمقدار 4.1 درجة مئوية خلال الأشهر الباردة، مما مكن من زراعة محصول الطماطم على مدار السنة.

التبريد في المناخات المتوسطية والاستوائية، غالباً ما يكون التبريد الاصطناعي متطلبًا للنمو على مدار السنة. في محاكاة الاحتباس الحراري على السطح، مثلت أحمال التبريد ما يصل إلى 55٪ من إجمالي الطلب على الطاقة الزراعية في سنغافورة وفي المناخ الأكثر اعتدالا في باريس، 30٪ (Benis et al. 2017b). والطلب على طاقة التبريد مرتفع بشكل خاص في المناخات القاحلة، والتي يمكن أن تستفيد أكثر من غيرها من خفض تكاليف النقل التقليدية للمنتجات القابلة للتلف (Graamans et al. 2018; Ishii et al. 2016). التبريد التبخر وتبريد الضباب والتظليل هي بعض الاستراتيجيات لخفض درجات الحرارة في المزارع المائية وتحسين أداء المزارع من حيث الغلة.

تتميز الأنظمة المائية المتكاملة في المباني بميزة تخزين الكتلة الحرارية في خزانات الأسماك لتخفيف أحمال التبريد والتدفئة. في الحالات التي لا يلبي فيها هذا النمط من التبريد السلبي طلب التبريد، يتم استخدام التبريد التبخر بشكل شائع. تنتج الدفيئة Hardisters المستدامة الخس لمنطقة هيوستن، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية على مدار السنة باستخدام نظام تبريد المروحة والوسادة، وهو مجموعة فرعية من تكنولوجيا التبريد التبخر. يمر الهواء الساخن من خارج المغلف أولاً عبر وسط السليلوز الرطب قبل الدخول إلى المساحة المتنامية. ونتيجة لذلك، فإن الهواء الداخلي أكثر برودة وأكثر رطوبة. والتبريد التبخر هو الأكثر فعالية في المناخات الجافة ولكنه يتطلب استخداماً مرتفعاً للمياه، وهو ما قد يكون قاصراً على المزارع في المناطق القاحلة من العالم.

تبريد الضباب هو استراتيجية بديلة. في الدفيئة المبردة بالضباب، يتم ضخ النباتات بشكل دوري بالماء من الرشاشات العلوية/السادة حتى تصل المساحة إلى درجة الحرارة المطلوبة للزراعة. يستخدم تبريد الضباب مياه أقل من التبريد التبخر ولكنه يزيد من الرطوبة النسبية لمساحة متنامية. إذا اقترن باستراتيجية التهوية الصحيحة، يمكن أن يكون تبريد الضباب تقنية موفرة للمياه مناسبة بشكل خاص للمناطق القاحلة (Ishii et al. 2016). بالإضافة إلى ذلك، يقلل تبريد الضباب من معدل التبخر والنتح في النباتات، وهو أمر بالغ الأهمية لتحسين عملية التمثيل الغذائي للنباتات في النظم المائية (Goddek 2017). يستخدم الدفيئة الرئيسية في مزارع سوبريور فريش نظام تبريد الضباب المحوسب للحفاظ على درجات حرارة الزراعة خلال الموسم الحار.

يمكن أن تساهم أجهزة التظليل أيضًا في خفض درجات حرارة الدفيئة. تقليديا، تم استخدام تبييض الجير الموسمي للدفيئات الزراعية للحد من مستويات الإشعاع الشمسي خلال الأشهر الأكثر سخونة (الزراعة البيئية الخاضعة للرقابة _ 1973). ومع ذلك، يمكن دمج التظليل مع وظائف المبنى الأخرى. استراتيجية التظليل الواعدة هي استخدام وحدات ضوئية شبه شفافة لتبريد الفضاء وإنتاج الطاقة في وقت واحد (حسانين ومينغ 2017). تجمع الدفيئة الشمسية Aquaponic بين صفيفها الكهروضوئي مع وظيفة التظليل؛ ويستخدم ألواح الألومنيوم الدوارة كأجهزة تظليل تعمل كمجمعات للطاقة الشمسية بمساعدة الخلايا الكهروضوئية المركبة. ثم يقوم النظام الكهروضوئي المتكامل بتحويل الإشعاع الشمسي الزائد إلى طاقة كهربائية.

الإضاءة الميزة الرئيسية للدفيئات الزراعية على مساحات النمو الداخلية هي قدرتها على الاستفادة من ضوء النهار لتسهيل عملية التمثيل الضوئي. ومع ذلك، قد تجد المزارع التي تعيش في مناخات قاسية أن أحمال التدفئة أو التبريد المشبعة في ظرف شفاف غير مجدية من الناحية المالية؛ وفي هذه الحالة، قد يختار المزارعون زراعة المحاصيل في مساحات زراعية داخلية ذات مظروف معزول (Graamans et al. 2018). تعتمد مزارع أكوابونك التي تعمل في مساحات زراعية داخلية على الإضاءة الكهربائية الفعالة لإنتاج المحاصيل.

نشأت العديد من أوجه التقدم في الإضاءة الزراعية المعاصرة في مصانع النباتات اليابانية، وتستخدم لتحسين غلة النباتات في النظم المائية الكثيفة عن طريق استبدال أشعة الشمس بأطوال موجية خفيفة هندسية (Kozai et al. 2015). حاليا، إضاءة ليد هي الخيار الأكثر شعبية لأنظمة الإضاءة البستانية الكهربائية. فهي أكثر كفاءة بنسبة 80٪ من مصابيح التفريغ عالية الكثافة و 30٪ أكثر كفاءة من نظرائهم الفلورسنت (Proksch 2017). يستمر التحقيق في إضاءة LED لتحسين كفاءة الطاقة ومحصول المحاصيل (Zhang et al. 2017). تعتمد الدفيئات الكبيرة مثل سوبريور فريش، ويسكونسن، الولايات المتحدة الأمريكية على أنظمة الإضاءة المحوسبة التكميلية لتمديد فترة التمثيل الضوئي لمحصولها في خطوط العرض الشمالية.

توليد الطاقة مقيدة بنفس العوامل مثل جميع CEA، تعتمد إدارة الطاقة في المزرعة المائية على المناخ الخارجي، واختيار المحاصيل، ونظام الإنتاج، وتصميم الهيكل (Graamans et al. 2018). إن زراعة المنتجات من خلال الزراعة المائية ليست مستدامة بطبيعتها إذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح - فجميع العوامل المذكورة أعلاه يمكن أن تؤثر على كفاءة الطاقة للأفضل أو الأسوأ (Buehler and Junge 2016). وفي كثير من الحالات، تكون وكالة الطاقة المركزية أكثر كثافة في استهلاك الطاقة من الزراعة التقليدية في الحقول المفتوحة؛ ومع ذلك، قد يكون هناك ما يبرر ارتفاع نفقات الطاقة إذا تحولت الطريقة التي نصدر بها الطاقة نحو مصادر متجددة واستراتيجيات فعالة للتدفئة والتبريد والإضاءة مدمجة في تصميم المزرعة.

و يمكن أن يؤدي توليد الطاقة الكهروضوئية دورا هاما في تعويض التأثيرات التشغيلية لل بيئة المائية الخاضعة لل رقابة, مما يقلل من الضغط البيئي. وفي مثال على دفيئة ذات تكنولوجيا عالية في أستراليا، تسبب استخدام الطاقة من صفيف ضوئي في انخفاض انبعاثات غازات الدفيئة في دورة الحياة بنسبة 50% مقارنة بسيناريو الشبكة التقليدية (Rothwell et al. 2016). ويمكن الجمع بين توليد الطاقة المتجددة والمزارع المائية، إذا سمحت المساحة - على سبيل المثال، فإن الدفيئة المائية لاكي كلايز فريش في مزرعة ريفية في ولاية كارولينا الشمالية تعمل على الطاقة المتولدة من توربينات الرياح والألواح الكهروضوئية الموجودة في مكان آخر على قطعة أرض المالك.

المياه كثيرا ما يشار إلى كفاءة استخدام المياه باعتبارها فائدة رئيسية من CEA والنظم المائية (Despommier 2013؛ Specht et al. 2014). كما أن أنظمة الاستزراع المائي مناسبة بشكل أفضل لزيادة كفاءة استخدام المياه - حيث يتطلب كيلوغرام واحد من الأسماك المنتجة في نظام الاستزراع المائي التقليدي ما بين 2500 و375 ألف لتر، وتتطلب نفس الكمية من الأسماك التي يتم تربيتها في النظام المائي أقل من 100 لتر (Goddek et al. 2015). وقد اقترح احتجاز مياه الأمطار و إعادة استخدامها كاستراتيجيتين لل تعويض عن آثار مستجمعات المياه الناجمة عن تشغيل مزرعة مائية أو مائية أكثر. في الاحتباس الحراري الحالي في ICTA-ICP، تم تغطية 80-90% من الاحتياجات المائية لإنتاج الطماطم في نظام مائي إجمالي عن طريق التقاط مياه الأمطار في غضون عام من التشغيل (Sanjuan-Delmás et al. 2018). غير أن قدرة استيلاء مياه الأمطار على تلبية الطلب على المحاصيل تتوقف على السياق المناخي. في دراسة لتقييم جدوى إنتاج الاحتباس الحراري على السطح في مجمعات البيع بالتجزئة الموجودة في ثماني مدن في جميع أنحاء العالم، حققت سبع مدن الاكتفاء الذاتي للمحاصيل من خلال الاستيلاء على مياه الأمطار - فقط برلين لم تفعل ذلك (سانيي مينغوال وآخرون 2018).

بعض مرافق CEA القائمة بالفعل إعادة استخدام greywater لتحسين الكفاءة (بينكي وتومكينز 2017). ومع ذلك، فإن إعادة استخدام المياه الرمادية في السياق الحضري محدودة حالياً بسبب الافتقار إلى الدعم التنظيمي والافتقار حالياً إلى البحوث بشأن المخاطر الصحية الناجمة عن استخدام المياه الرمادية في الزراعة. تقوم دار الإنتاج في مونتريال، وهي شركة رائدة لإعادة استخدام المياه الرمادية، بجمع المياه الرمادية من الاستخدامات المنزلية لتكملة جمع مياه الأمطار لري الحدائق ودفيئة مجتمعية لإنتاج الأغذية تشترك فيها تسع وحدات سكنية (Thomaier et al. 2015). ومع إحراز مزيد من التقدم في السياسات المتعلقة بمعالجة المياه الرمادية، يمكن للأحياء المائية المتكاملة في المباني الاستفادة من دورة المياه الحالية بدلا من الاعتماد على المصادر البلدية.

ومن و جهة نظر معمارية, من المرجح أن يشكل توزيع المياه في النظام المائي تحديا هيكليا. تزن صهاريج الأسماك المائية أكثر من أحواض الزراعة المائية وقد تحد من أنواع الهياكل الممكنة لإعادة تجهيز مزرعة أكوابونية. كما يتطلب الوسط المتنامي النظر فيه - فأنظمة الاستزراع المائي العميق تتطلب كمية كبيرة وثقيلة من المياه، في حين أن أنظمة تقنية الأغشية المغذيات (NFT) خفيفة الوزن ولكنها مكلفة في التصنيع (Goddek et al. 2015).

المغذية بالمقارنة مع الزراعة التقليدية في الحقول المفتوحة، فإن CEA تقلل من الحاجة إلى الأسمدة والمبيدات الحشرية، حيث يستطيع المزارع فصل المحصول ماديًا عن الظروف الخارجية القاسية (Benke and Tomkins 2017). ومع ذلك، بسبب كثافة النظام المائي، يمكن أن تنتشر الأمراض النباتية أو السمكية بسرعة إذا تسلل الممرض إلى الفضاء. ويمكن للخيارات الوقائية مثل استخدام حشرات الحيوانات المفترسة أو تدابير مراقبة بيئية مشددة مثل المداخل «العازلة» تجنب هذا الخطر (Goddek et al. 2015).

يمثل تكامل الاحتياجات المختلفة للأسماك والمغذيات المحصولية تحدياً في نظم أكوابونية أحادية الدوران (ألسانيوس وآخرون 2017). وبشكل عام، تحتاج النباتات إلى تركيزات أعلى من تركيزات النيتروجين التي يمكن أن تتحملها الأسماك، ويمكن أن يتطابق الاختيار الدقيق للمحاصيل والأسماك مع متطلبات المغذيات لتحسين الغلة، ولكن لا يزال من الصعب تحقيقها. وقد تم اقتراح نظم منفصلة لفصل دورة مياه الاستزراع المائي عن دورة المياه المائية لتحقيق تركيزات المغذيات المرغوبة، ولكن لم يتم تطبيقها بشكل شائع بعد في المزارع التجارية (Suhl et al. 2016). اختارت أورغانيكس في سان بول، مينيسوتا، الولايات المتحدة الأمريكية تطوير نظام درابس لمزرعتها الثانية لتحسين كل من المحاصيل والأسماك وتجنب فقدان المحاصيل في حالة اختلالات المغذيات داخل صهاريج الأسماك. كما تعمل مزرعة ECF في برلين بألمانيا ومزارع سوبريور فريش في ويسكونسن بالولايات المتحدة الأمريكية على أنظمة منفصلة لتحسين نمو الأسماك والنباتات.

وبدلاً من ذلك، يمكن تحسين دورات المغذيات المائية من خلال إدخال مفاعل لاهوائي لتحويل نفايات الأسماك الصلبة إلى فوسفور قابل للهضم النباتي (Goddek et al. 2016). حاليا، يخطط مصنع في شيكاغو، الولايات المتحدة الأمريكية لتشغيل هضم اللاهوائي الذي قد يلعب دورا في تحسين دورات المغذيات لنمو المحاصيل. ستؤثر متطلبات النظام الميكانيكي لدرابس والهضم اللاهوائي على الأداء وكذلك التخطيط المكاني لمزرعة أكوابونك.

21-5-3 تأثيرات نهاية العمر

إدارة نفايات المواد الميزة النظرية للجنة الاقتصادية الأوروبية على الزراعة في الحقول المفتوحة هي القدرة على التحكم في جريان نفايات المواد ومنع النض (Despommier 2013؛ Gould and Casplow 2012). يمكن أن يلعب المغلف الضيق دورًا في إدارة نفايات المواد بكفاءة. ويتمثل أحد مسارات إعادة تدوير النفايات العضوية لتحسين أداء المباني في استخدام سيقان النباتات لإنتاج الوقود الحيوي العازل، على الرغم من أن هذا البحث لا يزال في مراحله المبكرة (Llorach-Massana et al. 2017). وبالإضافة إلى ذلك، فإن النظر في إدراج مكونات إدارة النفايات مثل قاع الترشيح أو جهاز الهضم اللاهوائي أو جهاز التنفس الصناعي لاسترداد الحرارة في تصميم العلبة في مرحلة مبكرة يمكن أن يغلق حلقات الطاقة والمغذيات والمياه في المزرعة.

سلاسل التوزيع كانت التعبئة والتغليف نقطة ساخنة في مختلف مناطق الزراعة العاملة في مجال تقييم تأثير الإنتاج. وهي مسؤولة عن ما يصل إلى 45% من إجمالي تأثير الطماطم في بولونيا، إيطاليا، وهي أكبر مساهم في التأثيرات البيئية للنظم المائية الداخلية في ستوكهولم، السويد (Molin and Martin 2018b؛ Orsini et al. 2017؛ Rothwell et al. 2016). يمكن أن يقلل تحديد مواقع المزارع المائية القريبة من المستهلكين من الحاجة إلى التعبئة والتغليف والتخزين والنقل كما هو الحال مع الأشكال الأخرى للزراعة الحضرية، إذا تعاون تجار التجزئة والموزعون المحليون مع المزارعين (Specht et al. 2014). لسوء الحظ، وبسبب قبول المستهلك، فإن معظم تجار التجزئة على نطاق واسع في الوقت الحالي تتطلب التعبئة والتغليف البلاستيكية القياسية للمنتجات أكوابونك ليتم بيعها جنبا إلى جنب مع العلامات التجارية التقليدية - وبالتالي فإن اختيار موقع قريب من السوق الاستهلاكية لأكوابونيكش البيئة الخاضعة للرقابة لا يضمن تغييرات كبيرة في الأداء العام للمزرعة.

وكثيرا ما يشار إلى انخفاض وسائل النقل، أو ميل الغذاء، في الأدب باعتباره ميزة رئيسية للزراعة الحضرية (بينكي وتومكينز 2017؛ ديسبومير 2013؛ سانجوان ديلمس وآخرون. 2018). ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن المساهمة النسبية لسلاسل النقل المختصرة تختلف حسب كل حالة على حدة. وفي سنغافورة، حيث يتعين استيراد جميع الأغذية تقريباً من البلدان المجاورة، فإن قطع سلاسل النقل أمر منطقي من الناحية المالية ومن حيث الأثر البيئي (Aste and Kishnani 2010). ولا يمكن قول الشيء نفسه بالنسبة لإسبانيا، حيث سلسلة التوريد التقليدية للطماطم (البندورة) من مزرعة إلى أخرى قصيرة بالفعل (Sanjuandelmás et al. 2018). ويمكن للمدن التي لديها أطول سلاسل إمداد أن تستفيد من الإنتاج المحلي للأغذية، ولكن لا بد من موازنة فوائد قطع النقل بالتأثيرات التشغيلية والمجسدة. في حالة بوسطن، تم إلغاء فوائد انخفاض النقل بالكامل بسبب تأثير التدفئة وتشغيل الدفيئة داخل المدينة (غولدشتاين 2017). وعلى الرغم من سلاسل الإمدادات الغذائية التقليدية الطويلة، إلا أن آثار النقل كانت غير ذات أهمية مماثلة في الصورة الأكبر لأداء الوكالة في ستوكهولم (Molin and Martin 2018a).

** الاستهلاك والنظام الغذائي** مزارع أكوابونك في المدن يمكن أن تغير النظم الغذائية الحضرية، التي تلعب دورا هاما في التأثير البيئي للاستهلاك الغذائي (بينيس وفيراو 2017). ينتج استهلاك اللحوم عبر السلسلة التقليدية الحصة الأكبر من البصمة البيئية الحالية، كما أن البحث عن بدائل للبروتين يمكن أن يكون له تأثير أكبر من تنفيذ الزراعة الحضرية على نطاق واسع (غولدشتاين 2017). وبما أن الأحياء المائية تنتج الأسماك والخضراوات، فإن هذه القدرة على تغيير النظام الغذائي للبروتين على نطاق واسع لا ينبغي تجاهلها في التقييمات الأكبر للأداء البيئي.