Aqu @teach: الموضوعات البحثية الحالية في أكوابونيكش

الاتجاهات في التكنولوجيا

كما رأينا أعلاه، يعتمد تصميم أنظمة أكوابونك الناجحة على مجموعة المستخدمين. و يتطلب الإنتاج العالي الغلة و الأقل تربة مدخلا عاليا من التكنولوجيا (المضخات و أجهزة التهوية و قطع الأخشاب) و المعرفة, ول ذلك فهو مناسب في الغالب لل عمليات التجارية. ومع ذلك، فمن الممكن تماما لتصميم وتشغيل أنظمة أكوابونك منخفضة التكنولوجيا التي تتطلب مهارة أقل للعمل، ولا تزال تسفر عن نتائج محترمة. وهذا ينطوي ضمنا على المفاضلة (التكنولوجيا الراقية/التكنولوجيا المنخفضة) والمجموعة الواسعة من تطبيقات أكوابونيكش لها عواقب على مواصلة تطوير مسارات التكنولوجيا وتصميم النظم والجوانب الاجتماعية والاقتصادية. قد تتطور تكنولوجيا Aquaponic في اتجاهين على الأقل: من ناحية نحو حلول منخفضة التكنولوجيا (ربما في البلدان النامية والتطبيقات غير المهنية)، ومن ناحية أخرى، نحو منشآت عالية الكفاءة (في الغالب في البلدان المتقدمة ومع الشركاء المهني/التجاريين) (Junge et al. 2017).

وعلى الرغم من أن التكنولوجيا نفسها لا تفرض حدوداً على مساحة المزرعة (لأنها يمكن أن تكون معيارية)، فإن حجم المزارع الحضرية يتحدد بما يلي: 1 خصائص المساحة المتاحة، التي تكون بالضرورة مجزأة في مدينة ما (مواقع الحقول البنية، والمباني غير المستخدمة بالقدر الكافي أو الشاغرة، وأسطح المنازل)؛ و2 القيود التي تفرضها اقتصاديات إنتاج المحاصيل. وكقاعدة عامة، تبلغ المساحة المطلوبة لكسر حتى بالنسبة للعمليات التجارية حوالي 1000 متر^مربع. هواية والمنشآت الفناء الخلفي يمكن بالطبع أن تكون أصغر بكثير. يمكن لمزارع أكوابونك أن تنمو/توسع عن طريق زيادة عدد أنظمة التشغيل (أو الوحدات)، أو عن طريق الانتقال الرأسي، على الرغم من أنه لا يمكن توسيع نطاقها أكثر من اللازم دون زيادة كبيرة في تكاليف البناء والطاقة. ومن المحتمل أن يتراوح حجم المزارع المائية الحضرية بين 150 مترا^مربعا و 3000 متر^مربع ، بسبب القيود الفضائية والاقتصادية والإدارية، ولكن هذا قد يكون كافيا لتغطية المتطلبات الأساسية لمجموعة متنوعة من الخضروات الطازجة لجزء من سكان الحضر. ويمكن أن تكون المزارع المائية المحيطة بالمناطق الحضرية أكبر حجما، وتعديلها لتشمل نظم الاستزراع المائي الداخلي أو لإعادة استخدام النفايات السائلة الغنية بالمغذيات أو حمأة الأسماك المسمدة في المناطق الريفية.

يمكن اعتبار تقنية Aquaponic نفسها غير ناضجة، حيث لا تزال هناك مشاكل يجب حلها. فمجرد ربط نظام الاستزراع المائي بأحدث النظم المائية المتطورة لا يأخذ في الاعتبار عوامل أخرى، مثل المشاكل المتعلقة بمرشحات الأسطوانات المسدودة، والمستوطنين غير الفعالين، وفشل الأوكسجين، وسوء تصميم المستوطنين، وسد أنابيب المياه. وعلى الرغم من أن تأثير أسرة زراعة النباتات (NFT، الري بالتنقيط، زراعة المياه العميقة) معروف بالفعل في النظم المائية، فإن اختيار هذه الأسرة في النظم المائية يحتاج إلى مزيد من الدراسة لأنه سيكون له عواقب على الإنتاجية والتشغيل. و يلزم إجراء المزيد من البحوث في مجالات أخرى أيضا. بما أن الكائنات الحية الدقيقة موجودة في كل مكان، فإنها تلعب دورًا مهمًا في جميع مراحل الإنتاج المائي. ويمكن دراسة تأثير الظروف البيئية على وفرة هذه الظروف وتنوعها وأدوارها، على سبيل المثال عن طريق مواصلة استخدام أساليب الجيل الجديد للتسلسل (Schmautz et al. 2016a). و أحد الأسئلة الرئيسية هو المكافحة المناسبة لل آفات و الأمراض لنظم الأحياء المائية. تمت مناقشة المشاكل المتعلقة بوقاية النباتات في الأحياء المائية من قبل Bittsanszky et al. (2016b). وخلصوا إلى أنه منذ جدا لا تتوفر سوى عدد قليل من الأدوات لوقاية النباتات في علم الأحياء المائية, ينبغي التركيز على التدابير الاحترازية لل تقليل إلى أدنى حد من تسلل الآفات و مسببات الأمراض. ومن ناحية أخرى، يتعين تكييف أساليب المكافحة البيولوجية للآفات المتاحة حالياً للزراعة العضوية مع علم الأحياء المائية (انظر الفصل 8).

و إذا أريد تطوير أكوابونيكش كطريقة ناجحة ذات تكنولوجيا عالية لإنتاج الأغذية, فسيلزم التركيز على الحد من الاحتياجات من القوى العاملة. في حين أن بعض الأتمتة متطورة بالفعل (للسقي والتغذية، والرصد عبر الإنترنت والإنذار للعديد من المعلمات، وخاصة الأكسجين)، فإنه يحتاج إلى صقل من أجل السماح بعمليات أكثر دقة وكفاءة في العمل، الأمر الذي يتطلب تطوير أجهزة استشعار مناسبة. خيار واحد للحد من القوى العاملة قد يكون استخدام الروبوتات. و ينبغي تطوير نظم متعددة الاستخدامات, مماثلة ل Farmbot, لل استخدام المخصص في أكوابونيكش.

الاتجاهات في تصميم الأنظمة

في حين أن الأحياء المائية لديها القدرة على أن تكون مستدامة، فإن دراسات التحليل الشامل لدورة الحياة (LCA) للعمليات والمنتجات المائية نادرة (Forchino et al. 2017؛ Maucieri et al. 2018). ومع ذلك، من الواضح أنه يمكن زيادة تحسين الأثر الإيكولوجي للأحياء المائية عن طريق الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة، وتطوير أساليب الحصاد في ضوء النهار لتجنب استخدام الطاقة الكهربائية، واستخدام المياه أو مياه الأمطار المعالجة مسبقا أو المعاد تدويرها، وتحسين التحكم في المناخ في الصوبات الزراعية. وفي بيئة حضرية, ينبغي زيادة إدماج الأحياء المائية في المباني, مما يسمح بتبادل الغاز و المياه و الطاقة بين البيوت البلاستيكية و المباني. و هناك حاجة أيضا إلى تحسينات فيما يتعلق بدورات المواد العضوية. إن تغذية الأسماك هي المدخل الرئيسي للمغذيات، وتحدد، إلى حد كبير، استدامة العملية. يتطلب Aquaponics (تمامًا مثل RAS) التغذية المثلى للأسماك، ويجب أن تتكون تغذية الأسماك من مواد مستدامة ومستمدة محليا (عضوية ونباتية وحشرات). وينبغي مواصلة إغلاق الحلقة المائية عن طريق هضم حمأة الأسماك من أجل إعادة استخدام المغذيات في النظام المائي، أو عن طريق تربية الديدان الحمراء و/أو الحشرات على بقايا النباتات واستخدامها في تغذية الأسماك، مع تسميد حمأة الأسماك المتبقية والنفايات النباتية. والهدف من ذلك هو التوصل إلى مفهوم انعدام النفايات في المزرعة من أجل الحد من البصمة الكربونية. و يمكن لل دراسات المتعلقة بانبعاثات غازات الدفيئة أن تجعل هذه الصورة كاملة. وأخيرا، ينبغي مواصلة استكشاف إمكانية استخدام كائنات جديدة في الأحياء المائية (مثل النباتات المائية، والأسماك البحرية، والطحالب والأعشاب البحرية، والقشريات، وما إلى ذلك) من أجل توسيع الدورة الإيكولوجية. كما يمكن أن يكون للاستزراع المائي والمنتجات النباتية الجديدة آثار على الجدوى الاقتصادية للتكنولوجيا، كما يناقش الفرع التالي.

البحوث الاجتماعية والاقتصادية

حاليا، أكوابونيكش قطاع الأعمال الصغيرة ولكن الناشئة. و على الرغم من أن إنتاج الأغذية هو الهدف الأساسي لل عملية, إلا أنه كثيرا ما يقترن بالسياحة و التعليم من أجل تحسين الربحية. ونظراً لنهجها التكنولوجي الشامل الجديد نسبياً، فإن علم الأحياء المائية ليس له وضع قانوني واضح ضمن اللوائح القائمة في أوروبا (Joly et al. 2015). وفي حين أن المنتجات المائية في الولايات المتحدة يمكن أن تكون معتمدة كمنتجات عضوية، فإن هذا غير ممكن في أوروبا حالياً لأن أكوابونيكش ينطوي على إنتاج نباتات أقل تربة ونباتات RAS، وكلاهما غير مسموح به بموجب لوائح الاتحاد الأوروبي العضوية.

على الرغم من إمكانات أكوابونيكش باعتبارها تكنولوجيا إنتاج الأغذية، لا تزال هناك أسئلة مفتوحة. وكما أظهرنا أعلاه، فإن أكوابونيكش هو موضوع بارز في وسائل الإعلام الاجتماعية، ولكن لا يعرف سوى القليل عن معرفة المستهلك وقبوله، والتي تحتاج إلى فهم في مختلف البيئات الثقافية والسوقية. بشكل عام، نحن لا نعرف ما يكفي عن كيفية إبلاغ المستهلكين بمزايا الاستدامة لأكوابونيكش، مقارنة بجودة المنتج مثل الطعم والنضارة والصحة والسعر (نيومان et al. 2014).

وحتى الآن، ركزت معظم البحوث على أكوابونيكش على تطوير المرافق الوظيفية. و يمكن أن تتمثل إحدى الطرق لتحسين الربحية في تحسين الكفاءة. و الاستخدام الفعال لمصادر الطاقة البديلة, و المياه, و إعادة تدوير النفايات السائلة العضوية سيوفر تكاليف الإنتاج, ول كنها تحتاج إلى تقييم مقابل ارتفاع تكاليف الاستثمار. ولزيادة الإنتاج التجاري، يجب أيضا تطوير نماذج جديدة للأعمال التجارية فيما يتعلق بالأفكار الناشئة للاقتصادات الدائرية والمحلية، ومع ذلك فإن إدارة الوصلات البينية تزيد من التعقيد. وهنا، سيلزم تناول المسائل المتعلقة بالشروط الإطارية لتكاليف التشغيل، واللوجستيات المحلية، ومحددات سلوك التسوق للخضروات والأسماك. وإلى جانب تحسين الكفاءة التكنولوجية، هناك أيضا مسائل تتعلق باﻹدارة التشغيلية، وقد يكون من المفيد استكشاف أنواع جديدة من المحاصيل الحساسة للنقل من أجل الحصول على سعر سوقي مرتفع بما فيه الكفاية عن طريق تجنب المنافسة مع البستنة المتخصصة. ومع ذلك، فإن الجمع بين التكنولوجيا الجديدة والمنتجات الجديدة يزيد أيضا من عدم اليقين في مجال تنظيم المشاريع.

وتعتبر أكوابونيكس مفيدة بشكل خاص للمعلمين: فحتى نظام الفصول الدراسية الصغير يوفر مجموعة واسعة من إمكانيات التعليم في مختلف المستويات التعليمية، من المدرسة الابتدائية إلى الجامعة (انظر الفصل 15). يمكن دمج Aquaponics بسهولة في جميع مواضيع STEM (العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات)، ليس فقط لإظهار المبادئ البيولوجية والبيئية الأساسية، ولكن أيضا الكيمياء والفيزياء والرياضيات. ويمكن اكتساب مجموعة متنوعة من الكفاءات والمهارات من خلال تشغيل الأنظمة المائية، مثل مهارات المختبر الأساسية، والعمل الجماعي، والأخلاقيات البيئية، على سبيل المثال لا الحصر. يوضح عرض الجوانب الاجتماعية - الاقتصادية المبينة هنا أن علم الأحياء المائية لن يزدهر إلا بالتعاون الواسع بين عدة جهات فاعلة رئيسية إضافية تتجاوز العلماء والمهندسين الطبيعيين. ويمكن أن تشمل هذه الأنشطة، على سبيل المثال، 1 المصممين والمهندسين المعماريين لتوفير تصميمات جمالية؛ 2 علماء الاجتماع للمساعدة في فهم التصورات وقبول علم الأحياء المائية بين جمهور أوسع؛ 3 علماء الصحة والتغذية لاستكشاف كيفية إدماج المنتجات المائية المائية. في الوجبات الغذائية كغذاء صحي ومستدام المنتجة. كما يلزم تطوير حلقات التغذية المرتدة لمطوري النظم و أخصائيي فيزيولوجيا النباتات و الأسماك من أجل تحسين النظم فيما يتعلق بالطلب الاستهلاكي و الاستدامة و القيمة الغذائية لل منتجات.

*حقوق الطبع والنشر © شركاء مشروع Aqu @teach. Aqu @teach هي شراكة استراتيجية إيراسموس في التعليم العالي (2017-2020) بقيادة جامعة غرينتش، بالتعاون مع جامعة زيوريخ للعلوم التطبيقية (سويسرا)، والجامعة التقنية في مدريد (إسبانيا)، وجامعة ليوبليانا ومركز ناكلو التقني الحيوي (سلوفينيا) . *