Aqu @teach: الأبراج المتنامية
الأبراج المتنامية هي أنابيب عمودية يتم من خلالها نشر المياه الغنية بالمغذيات من الأعلى، وعادة من خلال باعث بالتنقيط، وبالتالي خلق «المطر» داخل البرج حيث يقطر على جذور النباتات المعلقة في الهواء. الأبراج، أو الأعمدة، قد تكون إما مجوفة أو مليئة الركيزة التي توفر الدعم للجذور والمساعدات في تشتت المياه. في أبسط أشكاله، قد يكون البرج المتنامي قسمًا من الأنابيب البلاستيكية مع ثقوب مقطعة إلى الجانبين. في دراستهم المقارنة للخس المزروع في نظام البرج المائي ونظام NFT الأفقي التقليدي، وجدت Touliatos et al. 2016 أن نظام البرج أنتج 13.8 مرة محصول أكثر من النظام الأفقي، محسوبة كنسبة من العائد إلى مساحة الأرض المحتلة. ومع ذلك، فإن متوسط الوزن الطازج للخس نمت في النظام الأفقي كان أعلى بكثير من الخس نمت في النظام الرأسي. وعلى الرغم من أن إنتاجية المحاصيل كانت موحدة في النظام الأفقي، فقد انخفض الوزن النقي من أعلى البرج إلى قاعدته، على الأرجح نتيجة للتدرجات في توافر المغذيات وكثافة الضوء. وقد تم الإبلاغ عن تدرجات ضوئية مماثلة في تجارب أخرى للاحتباس الحراري باستخدام نظم برجية مائية (Liu et al. 2004؛ Ramírez-Gómez et al. 2012) . تنتج الفراولة المزروعة في أبراج PVC العمودية المليئة بالبيرلايت بكثافة نباتية 32 نبات/م2 عائد قابل للتسويق قدره 11.8 كجم/م2 ؛ ومع ذلك، انخفض العائد لكل مصنع بمقدار 40 جم مع كل انخفاض 30 سم أسفل ارتفاع البرج، نتيجة لظروف الإضاءة دون المستوى الأمثل في الأجزاء السفلى من البرج (دورنر 1999). قطر الأبراج سيكون لها أيضا تأثير على نمو النبات. ستكون قيم محتوى المياه في الأبراج الطويلة والضيقة أقل مما هي عليه في الأبراج القصيرة والعريضة ذات الحجم المتساوي للمتوسط المتنامي لكل وحدة طول، وستتعرض جذور النباتات لتغيرات أكبر في درجات الحرارة اليومية والتي قد تؤثر على امتصاص المغذيات وتعطل عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات في الجذر، مما أدى إلى تثبيط النمو (هيلر * وآخرون. 2015).
نظام مزارع البرج الهوائي (الشكل 1) هو وحدات: برج يبلغ ارتفاعه ثلاثة أمتار يمكن أن يزرع 52 الخضر الورقية أو الأعشاب أو المحاصيل المثمرة، أو 208 ميكروغرينز. وقد تم تجهيز كل برج PVC من الدرجة الغذائية بمضخة صغيرة 50 واط وموقت يعمل على تشغيل المضخة لمدة 3 دقائق وإيقاف لمدة 12 دقيقة على دورة مستمرة. على الرغم من أن كل برج من الناحية الفنية لديه بصمة أقل من 1 متر مربع، 2 متر مربع لكل برج سوف تشمل مساحة كافية للأبراج، محطة الجرعات، المباعدة بين الممرات، ومنطقة مقاعد البدلاء الانتشار. في أوروبا، يتم توزيع نظام مزارع البرج من قبل مزرعة إيبيزا.
الشكل 1: نظام مزرعة البرج https://ibiza.farm/
في الدراسة الاستقصائية لمنتجي الأحياء المائية التجارية، Love et al. (2015) أشار إلى أن ما يقرب من ثلث هذه الأبراج المتنامية تستخدم. ومع ذلك، لا توجد بيانات مقارنة عن الغلة المستمدة من نظم البرج المائي والنظم المائية الأفقية التقليدية. ZipGrow هي تقنية مائية عمودية مصممة لإنتاج المحاصيل العمودية عالية الكثافة من قبل Bright Agrotech، التي تدير نظام أكوابوني عمودي يتكون من 400 برج في لارامي، وايومنغ (الشكل 2). كثافة التباعد الخاصة بهم هي برج واحد لكل 0.7 مترمربع. يزرع المحصول في قناة يمتد طول جانب واحد من كل أنبوب مربع PVC مقاوم للأشعة فوق البنفسجية. تنمو النباتات في وسط نمو حاصل على براءة اختراع خاص بالشركة يسمى Matrix Media، وهو مصنوع من زجاجات المياه المعاد تدويرها وموثق أكسيد السيليكون. الوسط المتنامي، الذي يتم مرويه من الأعلى باستخدام القطرات، يوفر العديد من الفوائد لنظام أكوابونك. أولا، لديها مساحة بيولوجية عالية للغاية من حوالي 82-88 م مربعة/م3، مما يسمح للنظام أن يكون معدلات النتروية عالية جدا ويعزز النمو الصحي للنباتات. ثانيا، لديها نسبة باطلة من 91٪ بسبب طبيعتها الليفية. وتخلق هذه المسامية العالية بيئة هوائية عالية للجذور النباتية وإثراء الأكسجين من المياه المغذيات التي تتدفق عبر البرج، كما تسمح بمعدلات الترشيح العالية. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب البيئة الهوائية، يمكن للمواد الصلبة أن تجمع وتتحلل على الوسائط دون خلق بيئة ميكروية لاهوائية (Michael 2016). في أوروبا يتم توزيع نظام ZipGrow من قبل المزارعون. و يوفر برج قياسي يبلغ طوله 5 أقدام (152 سم) الترشيح الميكانيكي و البيولوجي لما يتراوح بين 0.7 و 1.1 كيلوغرام من الأسماك الناضجة. ويوصى بكثافة تخزين تتراوح بين 12 كجم و 15 كجم لكل م3 .
الشكل 2: نظام زيبغرو https://www.greenlifeplanet.net/product-page/zipgrow-tower
كما ذكر أعلاه، فإن معظم أنظمة البرج تواجه الكثير من فقدان الضوء. وينطبق هذا بشكل خاص على الأنظمة ذات 4 جوانب، والتي تعاني من فقدان ضوئي بنسبة 90٪ تقريبًا من الجزء العلوي من كتلة البرج إلى الجزء الخلفي السفلي من كتلة البرج، حتى عندما تكون متباعدة بسخاء. عندما يتم تجميع أبراج ZipGrow وإدارتها بشكل صحيح، ومع ذلك، فإن فقدان الضوء منخفض للغاية، حتى عند 0.5-0.8 متر مربع لكل برج. هناك ثلاثة تكوينات يمكن للمزارع استخدامها، اعتمادا على المرافق وأنواع المحاصيل الخاصة به: التكوين الجماعي، وتكوين الخط، والممرات المواجهة. يمكن للمزارعين أيضا الحفاظ على الضوء باستخدام المحاصيل الناقل (الشكل 3).
الشكل 3: تكوينات وأنظمة المحاصيل لأبراج زيبغرو https://info.brightagrotech.com/hubfs/blog-files/Infographics/ZipGrow_Tower_Spacing_Guide_ - برايت\ _Agrotech.pdf
برج ZipGrow يبلغ طوله 1.5 متر يمكن أن ينمو 8-10 نباتات بحجم الخس أو 5-8 نباتات متوسطة الحجم، اعتمادا على التنوع. عادة ما تكون التكوينات الجماعية للأبراج المعلقة في صفوف على رف أفضل خيار للمنتجين التجاريين الذين يبحثون عن عوائد عالية. عندما يتم تجميع الأبراج وإدارتها بشكل صحيح، 0.7 م2 لكل برج هو أكثر من كافية للحصول على محاصيل جيدة مع الضوء الطبيعي. 50 سم من الفضاء بين الصفوف يسمح بالوصول إلى الأبراج. ويمكن أيضا تركيب الأبراج على الجدران (الشكل 4).
الشكل 4: نظام ZipGrow المثبت على الحائط < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Urban_Vertical_Farm_With_Woman_%26_Child.jpg >
تم استخدام نظام ZipGrow في صندوق Group، وهي مزرعة أكوابونية مجتمع حاويات الشحن مع دفيئة على السطح في وسط لندن (الشكل 5). تبلغ مساحة صندوق النمو 14 مترًا مربعًا فقط، ويمكنه إنتاج أكثر من 435 كيلوغرامًا من السلطات والأعشاب و150 كيلوغرامًا من الأسماك سنوياً.
الشكل 5: صندوق النمو < https://www.timeout.com/london/things-to-do/growup-box-tours >
في الولايات المتحدة، طورت NaturePonics BooGardens (الشكل 6)، وهو نظام رأسي يستخدم الخيزران المزروع في إندونيسيا والفلبين ويمكن استخدامه للتطبيقات المائية السكنية والتجارية أو المائية أو الهوائية. الخيزران الذي يتم حصاده لجعل الأبراج يستعيد ويمكن إعادة حصاده بعد ثلاث سنوات، مما يجعله النظام الأبراج المتنامية الأكثر استدامة في السوق حاليا.
الشكل 6: وحدة BooGardens المائية التجارية < http://www.natureponics.net/boo-gardens/ >
وهناك اختلاف في الأبراج المتنامية هو نظام الأواني المكدسة، مثل النظام الذي تنتجه Verti-gro للزراعة المائية. يمكن تكديس الأواني ذات الخمسة لتر من EPS، والتي توفر العزل لتحسين نمو الجذور، يصل ارتفاعها إلى عشرة أوعية، مع توفير كل وعاء مساحة كافية لأربعة مصانع. يتم تركيب الأواني على لوحات الدوران على الناهض PVC، مما يعني أنه يمكن تحويلها بسهولة حتى لاستقبال الضوء (الشكل 7). وقد خضع هذا النظام, الذي حصل على براءة اختراع في عام 1994, لعدد من التقييمات العلمية. تم العثور على مداخن من 6 أواني لأداء أفضل بكثير من مداخن 7 أو 8 أواني، سواء من حيث الكتلة الحيوية أو الغلة أو جودة الفاكهة، لأن تكوين محلول المغذيات تغير عند مروره عبر العمود وأثّر سلباً على نمو النبات في القسم السفلي (Al-Rasy et al. 2010). الضوء يمكن أيضا أن يكون مشكلة: شدة أشعة الشمس التي تصل إلى مظلة النبات في الجزء السفلي من برج من سبعة أواني كان 10٪ فقط من تلك التي تصل إلى أعلى، وظروف الضوء دون الأمثل في الأجزاء الوسطى والسفلية أثرت سلبا على نمو نبات الفراولة والعائد الفاكهة. لم تطور النباتات في هذه الأقسام العدد الأمثل من التيجان الفرعية، ثم أنتجت ثمرة أقل مقارنة بالنباتات في القسم العلوي (Takeda 2000). كما تتأثر جودة الفاكهة بوضع النباتات على البرج، حيث تحتوي النباتات الموجودة في الطبقة العليا على مواد صلبة عالية قابلة للذوبان (TSS) وحموضة أقل قابلة للمعايرة مقارنة بالنباتات المنتجة في الطبقات الدنيا (Murthy et al. 2016). ووجدت دراسة مقارنة لإنتاج الفراولة المائية باستخدام أكوام من أربعة أواني فيرتي-غرو ونوعين من النظام الأفقي أن انخفاض كثافة الضوء عند قاعدة البرج، وما ترتب على ذلك من انخفاض معدل التخليق الضوئي، أدى إلى انخفاض أعداد الفاكهة، وانخفاض أوزان الفاكهة، وأقل قابلية للتسويق الفواكه مقارنة مع النظم الأفقية. تسبب انخفاض مستويات الضوء العقم وضعف جودة حبوب اللقاح، وبالتالي انخفاض معدل الإخصاب، مما يمكن أن يسهم في إنتاج الفاكهة المشوهة (Karimi et al. 2013).
يجب موازنة فوائد القدرة على زراعة الكثافات العالية للنباتات في الأبراج المتنامية مع مقدار المساحة المطلوبة لتوفير انتشار متساوي للضوء بالإضافة إلى مساحة الصف المطلوبة للإدارة والصيانة. يجب أن يضمن عرض الصف عدم تعرض المنتجات للخطر من خلال نقل العناصر مثل العربات والمصاعد المقصية. ستعوق أضواء النمو تحركات الناس، وبالتالي فإنها إما تحتاج إلى أن تكون جزءا من الهيكل المتنامي، أو قابلة للسحب أو المنقولة حتى يتمكن العمال من القيام بالمهام بسهولة، أو أن هياكل الزراعة ستحتاج إلى أن تكون منقولة وتبقى الأضواء ثابتة.
الشكل 7: نظام فيرتي غرو https://www.vertigro.com/Verti-Gro-4-Tower-System-Automatic-p/vgk-16agp.htm
أنظمة الأواني المكدسة هي الأكثر ملاءمة لزراعة النباتات الكبيرة والثقيلة، مثل المحاصيل المثمرة. تنمو مع تدفق مزرعة أكوابونيكش في دينتون، نبراسكا، يستخدم أبراج مصنوعة من الأواني مكدسة لزراعة الطماطم والخيار، وكذلك الأعشاب (الشكل 8).
الشكل 8: الأبراج المتنامية في النمو مع الاحتباس الحراري المائي < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertical_Tower_Aquaponic_System.jpg >
*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) . *