الزراعة والتكنولوجيا الزراعة الذكية

الزراعة والتكنولوجيا الزراعة الذكية إذا كان للزراعة أن تستمر في إطعام العالم فإنها تحتاج إلى أن تصبح أكثر شبهاً بالتصنيع  لحسن الحظ بدأ هذا يحدث بالفعل

 

توم روجرز مزارع لوز في مقاطعة ماديرا في الوادي الأوسط بكاليفورنيا. اللوز لذيذ ومغذي. كما أنها مربحة. المزارعون في كاليفورنيا ، الذين يزرعون فيما بينهم 80٪ من إمدادات العالم من هذه المكسرات ، يكسبون 11 مليار دولار من ذلك. لكن اللوز عطشان.

 

اقترحت عملية حسابية أجراها باحثان هولنديان قبل ست سنوات أن زراعة واحد منهم تستهلك حوالي جالون من الماء. هذا مجرد جالون أمريكي 3.8 لتر ، وليس جالونًا إمبراطوريًا 4.5 لترًا ، لكنه لا يزال كمية مرتبة من H2O. ويجب دفع ثمن الماء.

 

 

ومع ذلك ، فقد جاءت التكنولوجيا لمساعدة روجرز. مزرعته متصلة بأسلاك مثل فأر المختبر. أو ، لكي نكون أكثر دقة ، يتم توصيله لاسلكيًا. تعمل مستشعرات الرطوبة المزروعة في جميع أنحاء بساتين الجوز على تتبع ما يحدث في التربة.

 

يرسلون نتائجهم إلى جهاز كمبيوتر في السحابة (شبكة الخوادم التي تقوم بقدر متزايد من الحوسبة الشاقة في العالم) ليتم سحقها.

يتم إرجاع النتائج إلى نظام الري بالمزرعة – شبكة من أشرطة التنقيط (خراطيم مثقوبة بداخلها) يتم ملؤها بالمضخات.

 

 

يشبه النظام الزراعة المائية المستخدمة في زراعة الخضروات في البيوت البلاستيكية. كل نصف ساعة ، يتم دفع نبضة ماء تمت معايرتها بعناية استنادًا إلى حسابات السحابة

 

وخلطها بجرعة مناسبة من السماد إذا تم جدولتها ، عبر الأشرطة ، مما يوفر رشًا دقيقًا لكل شجرة. تتناوب النبضات بين جانب من جذع الشجرة والآخر ، وهو ما أظهرت التجربة أنه يشجع على امتصاص الماء. قبل أن يتم تطبيق هذا النظام

 

كان السيد روجرز يروي مزرعته مرة واحدة في الأسبوع تقريبًا. باستخدام هذه التقنية الجديدة التي تستخدم القليل ولكن في كثير من الأحيان

 

يستخدم مياه أقل بنسبة 20٪ مما كان عليه في السابق. كل ذلك يوفر المال ويجلب الشهرة ، لأن كاليفورنيا عانت من جفاف دام أربع سنوات ، وهناك ضغوط اجتماعية وسياسية ، وكذلك مالية ، للحفاظ على المياه.

 

 

مزرعة السيد روجرز ، والمزرعة المماثلة التي تزرع محاصيل أخرى عالية القيمة ولكن عطشى مثل الفستق والجوز والعنب ، هي في طليعة هذا النوع من الزراعة الدقيقة

 

المعروفة باسم “الزراعة الذكية”. ولكن ليس فقط مزارعو الفاكهة والجوز هم من يستفيدون من الدقة. ما يسمى بالمحاصيل الصفية – الذرة وفول الصويا التي تغطي الكثير من الغرب الأوسط في أمريكا

 

يجري تطويرها أيضًا. يتم التحكم في البذر والري والتسميد والحصاد بواسطة الكمبيوتر. حتى التربة التي تنمو فيها تتم مراقبتها في غضون شبر واحد من حياتها.

 

 

إذن ، أصبحت المزارع أشبه بالمصانع:

 

عمليات محكومة بإحكام لإنتاج منتجات موثوقة ، محصنة قدر الإمكان من تقلبات الطبيعة. بفضل الفهم الأفضل للحمض النووي ، فإن النباتات والحيوانات التي تربى في مزرعة تخضع أيضًا لرقابة صارمة.

 

يتيح التلاعب الجيني الدقيق ، المعروف باسم “تحرير الجينوم” ، إمكانية تغيير جينوم محصول أو حيوان مخزون وصولاً إلى مستوى “حرف” وراثي واحد.

 

من المأمول أن تكون هذه التكنولوجيا أكثر قبولًا للمستهلكين من نقل الجينات الكاملة بين الأنواع التي دعمت الهندسة الوراثية المبكرة

لأنها تحاكي ببساطة عملية الطفرة التي يعتمد عليها تربية المحاصيل دائمًا ، ولكن بطريقة يمكن التحكم فيها بشكل أكبر بكثير

 

 

إن فهم تسلسل الحمض النووي للمحصول يعني أيضًا أن التكاثر نفسه يمكن أن يكون أكثر دقة. لا تحتاج إلى زراعة نبات حتى النضج لمعرفة ما إذا كان سيكون له الخصائص التي تريدها. ستخبرك نظرة سريعة على جينومها مسبقًا.

 

هذه التغييرات التكنولوجية ، في الأجهزة والبرمجيات و “برمجيات العيش” ، تصل إلى ما وراء المجال والبستان والوسط. ستحصل تربية الأسماك أيضًا على دفعة منها. والبستنة الداخلية ، وهي بالفعل أكثر أنواع الزراعة تحكمًا ودقة ، على وشك أن تصبح أكثر من ذلك.

 

على المدى القصير ، ستعزز هذه التحسينات أرباح المزارعين ، من خلال خفض التكاليف وزيادة الغلة ، كما ينبغي أن تفيد المستهلكين (بمعنى كل من يأكل الطعام) في شكل أسعار أقل.

 

ومع ذلك ، فقد تساعد على المدى الطويل في تقديم إجابة لسؤال ملح بشكل متزايد:

كيف يمكن إطعام العالم في المستقبل دون فرض ضغوط لا يمكن إصلاحها على تربة الأرض ومحيطاتها؟

 

بين الآن وعام 2050 من المرجح أن يرتفع عدد سكان الكوكب إلى 9.7 مليار ، من 7.3 مليار الآن. لن يحتاج هؤلاء الأشخاص إلى تناول الطعام فحسب

 

بل سيرغبون في تناول طعام أفضل مما يفعله الناس الآن ، لأنه بحلول ذلك الوقت من المرجح أن يحصل معظمهم على دخل متوسط ​​، وسيكون الكثير منهم ميسور الحال.

 

نشرت منظمة الأغذية والزراعة ، وهي وكالة تابعة للأمم المتحدة مكلفة بالتفكير في مثل هذه الأمور ، تقريرًا في عام 2009 اقترح أنه بحلول عام 2050 سيتعين زيادة الإنتاج الزراعي بنسبة 70٪ لتلبية الطلب المتوقع.

 

نظرًا لأن معظم الأراضي الصالحة للزراعة مزروعة بالفعل ، يجب أن يأتي هذا النمو من غلات أعلى. خضعت الزراعة لتحولات لتعزيز الغلة في الماضي

 

بما في ذلك الميكنة قبل الحرب العالمية الثانية وإدخال أنواع جديدة من المحاصيل والمواد الكيميائية الزراعية في الثورة الخضراء في الخمسينيات والستينيات.

 

ومع ذلك ، فقد توقفت غلات المحاصيل المهمة مثل الأرز والقمح عن الارتفاع في بعض أجزاء الزراعة المكثفة في العالم ، وهي ظاهرة تسمى هضبة الغلة.

 

لا شك في أن انتشار أفضل الممارسات الحالية يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع العائدات في أماكن أخرى إلى هذه الهضاب. ولكن لتجاوزها سيتطلب تقنية محسنة.

 

 

هذا سيكون تحدي. يشتهر المزارعون بالتشكيك في التغيير ، نظرًا لأن تكلفة الخطأ في الخطأ (الإضرار بحصاد موسم كامل) مرتفعة جدًا.

ومع ذلك ، إذا لعبت الزراعة الدقيقة وعلم الجينوم دورًا كما يأمل الكثيرون ، فسيكون هناك تغيير آخر وشيك.

 

المزارع الذكية:

 

يلتقي وادي السيليكون بالوادي الأوسط

بأشكال مختلفة ، تهيمن تكنولوجيا المعلومات على الزراعة

 

إحدى الطرق لعرض الزراعة هي فرع من جبر المصفوفة. يجب على المزارع أن يوفق باستمرار بين مجموعة من المتغيرات ، مثل الطقس ، ومستويات رطوبة تربته ومحتوى المغذيات

 

والتنافس على محاصيله من الحشائش ، والأخطار التي تهدد صحتهم من الآفات والأمراض ، وتكاليف اتخاذ الإجراءات للتعامل مع هذه الأشياء . إذا قام بالجبر بشكل صحيح ، أو إذا تم إجراؤه نيابة عنه ، فسوف يحسن عائده ويزيد ربحه.

 

إذن ، فإن وظيفة الزراعة الذكية ذات شقين. الأول هو قياس المتغيرات التي تدخل المصفوفة بدقة كما هي فعالة من حيث التكلفة. والآخر هو إعفاء المزارع من عبء معالجة المصفوفة بقدر ما هو مرتاح للتنازل عن آلة.

 

كان أحد الأمثلة المبكرة على الدقة الفعالة من حيث التكلفة في الزراعة هو القرار الذي اتخذه جون ديري في عام 2001 ، وهو أكبر مصنع في العالم للمعدات الزراعية ، لتلائم جراراتها والآلات المتنقلة الأخرى بأجهزة استشعار نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

 

بحيث يمكن أن يكون موجودا في حدود بضعة سنتيمترات في أي مكان على الأرض. هذا جعل من الممكن منعهم إما من تغطية نفس الأرض مرتين أو فقدان بعض البقع أثناء تنقلهم صعودًا وهبوطًا في الحقول ، والتي كانت مشكلة متكررة. التعامل مع هذا خفض فواتير الوقود (بنسبة تصل إلى 40٪ في بعض الحالات) وتحسين توحيد وفعالية أشياء مثل الأسمدة ومبيدات الأعشاب ورش المبيدات.

 

يمكن أن تساعد البكتيريا والفطريات المحاصيل والتربة

 

الميكروبات تلعب أيضًا دورًا مفيدًا في الزراعة. على سبيل المثال ، يقومون بتثبيت النيتروجين من الهواء في نترات قابلة للذوبان تعمل كسماد طبيعي. فهم واستغلال مثل هذه الكائنات في الزراعة هو جزء سريع التطور من التكنولوجيا الحيوية الزراعية.

 

في الوقت الحالي ، يتم أخذ زمام المبادرة من خلال التعاون بين شركة Monsanto و Novozymes ، وهي شركة دنماركية.

 

بدأ هذا الكونسورتيوم ، المسمى BioAg ، في عام 2013 ولديه عشرات المنتجات القائمة على الميكروبات في السوق. وتشمل هذه مبيدات الفطريات والمبيدات الحشرية والبق التي تحرر مركبات النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم من التربة

 

مما يجعلها قابلة للذوبان وبالتالي يسهل على المحاصيل تناولها. في العام الماضي ، اختبر الباحثون في الشركتين 2000 ميكروب آخر ، بحثًا عن الأنواع التي من شأنها زيادة محاصيل الذرة وفول الصويا. أعطت السلالات الأفضل أداءً زيادة بنحو 3٪ لكلا المحصولين.

 

في نوفمبر 2015 ، شكلت Syngenta و DSM ، وهي شركة هولندية ، شراكة مماثلة. وفي وقت سابق من ذلك العام ، في أبريل ، اشترت شركة DuPont شركة Taxon Biosciences في كاليفورنيا للميكروبات. وتكثر الشركات الناشئة المفعمة بالأمل.

 

أحد هؤلاء هو Indigo ، في بوسطن. يجري باحثوها اختبارات ميدانية لبعض من مكتبتها التي تضم 40 ألف ميكروب لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم تخفيف الضغط على القطن والذرة وفول الصويا والقمح الناجم عن الجفاف والملوحة. آخر هو Adaptive Symbiotic Technologies ، من سياتل.

 

العلماء الذين شكلوا هذه الشركة يدرسون الفطريات التي تعيش بشكل تكافلي داخل النباتات. إنهم يعتقدون أنهم وجدوا واحدًا ، شريكه الطبيعي هو عشب الذعر ، وهو نوع ساحلي يمنح مقاومة الملوحة عند نقله إلى محاصيل مثل الأرز.

 

لكن الجائزة الكبرى ستتمثل في إقناع جذور المحاصيل مثل القمح بتشكيل شراكات مع بكتيريا التربة المثبتة للنيتروجين. ستكون هذه مماثلة للشراكات الطبيعية التي تشكلت مع البكتيريا المثبتة للنيتروجين بواسطة البقوليات مثل فول الصويا.

 

في البقوليات ، تنمو جذور النباتات عقيدات خاصة تصبح موطنًا للبكتيريا المعنية. إذا أمكن إقناع جذور القمح ، عن طريق التكاثر الجيني أو تعديل الجينوم ، بالتصرف بالمثل ، فإن الجميع باستثناء شركات الأسمدة سيحققون فوائد هائلة.

 

منذ ذلك الحين ، تم إضافة تقنيات أخرى. يمكن لأخذ عينات التربة عالية الكثافة ، التي يتم إجراؤها كل بضع سنوات لتتبع خصائص مثل المحتوى المعدني والمسامية ، التنبؤ بخصوبة أجزاء مختلفة من الحقل.

 

تساعد الخرائط الكنتورية الدقيقة في توضيح كيفية تحرك المياه. ويمكن لأجهزة الكشف المزروعة في التربة مراقبة مستويات الرطوبة على أعماق متعددة. تستطيع بعض أجهزة الكشف أيضًا تحديد محتوى المغذيات وكيفية تغيره استجابةً لاستخدام الأسمدة.

 

كل هذا يسمح بالبذر بمعدل متغير ، مما يعني أن كثافة النباتات المزروعة يمكن تكييفها مع الظروف المحلية. وهذه الكثافة نفسها تحت سيطرة دقيقة.

 

يمكن لمعدات John Deere زرع بذور فردية بدقة تصل إلى 3 سم. علاوة على ذلك ، عندما يتم حصاد محصول ، يمكن قياس معدل تدفق الحبوب أو الفاصوليا إلى خزان الحاصدة من لحظة إلى أخرى.

 

هذه المعلومات ، عند دمجها مع بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، تنشئ خريطة غلة تُظهر أي أجزاء من الأرض كانت أكثر أو أقل إنتاجية – وبالتالي مدى دقة التربة والتنبؤات المستندة إلى أجهزة الاستشعار. يمكن بعد ذلك إدخال هذه المعلومات في نمط الزراعة في الموسم التالي.

 

على مدى العقود القليلة الماضية ، نمت الشركات الكبيرة لتلبية احتياجات الزراعة التجارية ، وخاصة في الأمريكتين وأوروبا. البعض من صانعي المعدات ، مثل جون ديري.

 

يبيع آخرون البذور أو المواد الكيميائية الزراعية. هذه تبدو وكأنها لا تزال أكبر. تخطط شركة Dow و DuPont ، وهما عملاقتان أمريكيتان ، للاندماج. مونسانتو ، شركة أمريكية كبيرة أخرى ، هي موضوع عرض استحواذ من شركة باير الألمانية. وتعرض شركة “سينجينتا” ، وهي شركة سويسرية ، عطاء من شركة “كيم تشينا” الصينية.

 

 

تتغير نماذج الأعمال أيضًا. هذه الشركات ، التي لم تعد تكتفي فقط ببيع الآلات أو البذور أو المواد الكيميائية ، تحاول جميعًا تطوير منصات برمجيات طحن المصفوفة التي ستعمل كنظم لإدارة المزارع.

 

ستجمع هذه الأنظمة الأساسية الخاصة البيانات من المزارع الفردية وتعالجها في السحابة ، مما يسمح بسجل المزرعة والسلوك المعروف لسلالات المحاصيل الفردية وتوقعات الطقس المحلية. سيقدمون بعد ذلك توصيات للمزارع ، وربما يوجهونه نحو بعض منتجات الشركة الأخرى.

 

 

ولكن في حين أن صنع الآلات ، أو تربية محاصيل جديدة أو تصنيع الكيماويات الزراعية جميعها تواجه حواجز كبيرة أمام الدخول ، يمكن لأي رجل أعمال أن يضع نظام إدارة المزرعة القائم على البيانات معًا ، حتى بدون وجود سجل حافل في الزراعة. والكثير منهم يذهبون.

 

على سبيل المثال ، تعتقد شركة Trimble Navigation ، ومقرها في Sunnyvale ، في الطرف الجنوبي من وادي السيليكون ، أنها شركة معلومات جغرافية في وضع جيد للانتقال إلى سوق الزراعة الذكية ، مع نظام يسمى Connected Farms. وقد اشترت خبرات خارجية على شكل شركة AGRI-TREND ، وهي شركة استشارات زراعية كندية استحوذت عليها العام الماضي.

 

 

على النقيض من ذلك ، فإن Farmobile of Overland Park ، كانساس ، هي شركة ناشئة. إنه يستهدف أولئك الذين يقدرون الخصوصية ، مما يجعل ميزة عدم استخدام بيانات العملاء لبيع منتجات أخرى ، كما تفعل العديد من أنظمة إدارة المزارع.

 

تستخدم شبكة أعمال المزارعين ، في دافنبورت بولاية أيوا ، النموذج المعاكس تقريبًا ، حيث تعمل كمجمع بيانات تعاوني. تكون البيانات الموجودة في المجموعة مجهولة المصدر

 

ولكن يتم تشجيع كل من ينضم على الإضافة إلى المجموعة ، وبالتالي يحصل على مشاركة ما هو موجود هناك. الفكرة هي أن جميع المشاركين سيستفيدون من حلول أفضل للمصفوفة.

 

 

تركز بعض الشركات على مجالات السوق. iTK ، ومقرها في مونبلييه ، فرنسا ، على سبيل المثال ، متخصصة في العنب وقد قامت ببناء نماذج رياضية تصف سلوك جميع الأصناف الرئيسية. وهي تتوسع الآن في كاليفورنيا.

 

محاصيل المستقبل

تحتاج المزارع إلى منتجات أفضل. سيوفر لهم الفهم الجينومي

 

يبدو C4 مثل اسم سيارة كهربائية فاشلة من السبعينيات. في الواقع ، إنه أحد المفاهيم الأكثر أهمية في علم الأحياء الجزيئي للنبات.

 

لقد ورثت النباتات قدراتها على التمثيل الضوئي من البكتيريا التي استقرت في خلايا أسلافها منذ حوالي مليار سنة. تجلس أحفاد هذه البكتيريا ، المسماة بالبلاستيدات الخضراء ، داخل الخلايا وتمتص أشعة الشمس وتستخدم طاقتها لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.

 

ثم يتحد الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين جزيئات وسيطة صغيرة ، والتي يتم تجميعها لاحقًا في السكريات.

 

يُعرف هذا الشكل من التمثيل الضوئي باسم C3 ، لأن هذه المواد الوسيطة تحتوي على ثلاث ذرات كربون. لكن منذ ظهور البلاستيدات الخضراء

 

اكتشف التطور طريقة أخرى للتمثيل الضوئي ، باستخدام وسيط رباعي الكربون. غالبًا ما يكون التمثيل الضوئي لـ C4 أكثر كفاءة من النوع C3

 

خاصة في المناخات المدارية. تستخدمه العديد من المحاصيل المهمة التي بدأت في المناطق الاستوائية ، ولا سيما الذرة والدخن والذرة الرفيعة وقصب السكر.

 

يعتبر التمثيل الضوئي لـ C4 مفيدًا جدًا لدرجة أنه تطور في 60 مناسبة منفصلة على الأقل. لسوء الحظ ، لم يشمل أي من هؤلاء أسلاف الأرز ، ثاني أهم محصول على وجه الأرض ، بعد القمح.

 

ومع ذلك ، فإن الأرز ، الذي كان نباتًا استوائيًا بارزًا ، من شأنه أن ينتج غلة أكبر بحوالي 50 ٪ مما هو عليه الآن إذا سلك طريق C4. في المعهد الدولي لبحوث الأرز في لوس بانوس ، خارج مانيلا ، يحاول الباحثون توضيح كيفية القيام بذلك.

 

مشروع الأرز C4 ، بتنسيق من Paul Quick ، ​​هو مسعى عالمي ، يشارك فيه أيضًا علماء أحياء في 18 مختبرًا آخر في آسيا وأستراليا وأوروبا وأمريكا الشمالية.

 

تتضمن مهمتهم إضافة خمسة إنزيمات غريبة إلى الأرز ، لمنحه مسارًا كيميائيًا حيويًا إضافيًا ، ثم إعادة تنظيم بعض الخلايا في أوراق النبات لإنشاء مقصورات خاصة يمكن فيها تركيز ثاني أكسيد الكربون بطرق لا تتطلبها آلية C3 القياسية.

 

لقد حدث كلا الأمرين بشكل طبيعي في نباتات أخرى ، مما يشير إلى أن القيام بهما بشكل مصطنع ليس واردًا. لقد ابتكر الفريق بالفعل سلالات من الأرز تحتوي على جينات مأخوذة من نباتات الذرة للحصول على الإنزيمات الإضافية ، ويقومون الآن بتعديلها لتحسين فعاليتها. الجزء الأصعب ، والذي قد يستغرق عقدًا آخر ، هو معرفة التغييرات الجينية اللازمة لإحداث التقسيم.