مهندسی کشاورزی چگونه منابع غذایی جمعیت بیشتر را تامین خواهد کرد؟

در خلال دهه 60 میلادی، هر کشاورز غذای لازم برای حدود 26 نفر را تامین می کرد. امروزه بنا به افزایش تقاضا، سهم هر کشاورز 155 نفر است. با این حال قابل پیش بینی است که تا سال 2050 میلادی جمعیت نزدیک به 10 میلیارد نفر خواهد شد و بنابراین تولید مواد غذایی برای سیر کردن این جمعیت باید رشدی 70 درصدی داشته باشد.

اما آیا راهی برای افزایش کشت محصولات کشاورزی وجود دارد؟

در این مقاله شما می توانید با راهکارهای مهندسان کشاورزی آشنا شوید.

تا سال 2050 میلادی پیش بینی می شود که نیازهای کشاورزی به درجه ای خواهند رسید که هر کشاورز لازم است منبع غذایی 256 نفر را تامین کند. در حال حاضر دانشمندان در تلاش هستند تا شکل و شیوه کشاورزی را تغییر دهند؛ از مدرنیزه کردن بستر رشد گیاهان گرفته تا طراحی روش های نوین و بهینه نگهداری محصول خانگی. امید می رود که این روش های جدید، با تامین امنیت تولید مواد غذایی، کاهش کاربری زمین های زراعی و کاهش قطع درختان جنگلی، آینده ای مطمئن تر را فراهم کنند.

کشاورزی دقیق

کشاورزی دقیق (Precision Agriculture)، راهکاری نوین برای افزایش بهره وری تولید محصول مناسب با استفاده از فناوری است. در این روش از تصاویر ماهواره ای و سنسورها برای نظارت بر سلامت محصولات و همچنین کمابیش از اپلیکیشن های نظارت بر آب و حاصلخیزی خاک استفاده می شود.

کشاورزی دقیق، همگام با عرضه تراکتورهای مجهز با GPS در اوایل دهه 1990 مطرح شد. در این روش، وسائل نقلیه می توانند طبق مختصات زمین هدایت شوند و ضمناً کشاورزان می توانند در خلال شرایطی که میدان دید پایینی دارند، به کار عادی خود بپردازند. این سیستم ها، نحوه کاشت محصول و توزیع کود را دچار انقلاب کرده اند و منجر به کاهش اتلاف بذر، کود، سوخت، زمان و در نهایت هزینه شده اند.

در بیشتر مزارع مدرن امروزی از تراکتورهای مجهز به GPS به همراه مجموعه ای از سنسورها برای کمک به اندازه گیری کیفیت خاک استفاده می شود. با ضبط دما، رطوبت و داده های مرتبط با مواد معدنی، می توان در تمام زمین ها نقشه ای از باروری محصولات نگاشت تا کشاورزان بدانند در کجاها چه چیزی و با چه میزان مراقبتی بکارند. برای مثال، می توان برای بخش هایی از زمین که فرآیند رشد محصول در آن به هر دلیلی چالش برانگیز است، از آب و کود اضافی استفاده کرد و در عین حال از توزیع این منابع در نقاطی که تامین هستند، کاست. در سراسر جهان از داده های بدست آمده از سیستم های کشاورزی دقیق برای بهینه سازی مزارع استفاده می شود. دستاوردهای اصلی کشاورزی دقیق، شامل پیش بینی بهترین زمان درو و برداشت محصول و پیش بینی شیوع بیماری ها و آفات نباتی و زراعی می شوند (پیش از آنکه بر محصول اثری بگذارند).

مزارع عمودی

رشد فزآینده جمعیت انسان، چالش های فراوانی را برای سیاره ما در پی دارد. مشکل اصلی، تامین منابع غذایی کافی برای جمعیت رو به رشد، با احتساب زمین های قابل کشتی است که اکنون در اختیار داریم. مزارع عمودی یکی از راهکارهای مهندسی شده ای است که برای رفع این مشکل در حال پیاده سازی و توسعه است. با پرورش محصولات در لایه های انباشته شده روی هم برای صرفه جویی در فضا می توانیم از فضاهای عمودی که بر خلاف کشاورزی عادی، سر به فلک می گذارند، استفاده برد و بهره وری محیط زراعی را افزایش داد. این روش نوین، به عنوان سومین انقلاب سبز مورد استقبال قرار گرفته است. هدف از این روش تولید غذای تازه در شرایط مکانی پایین تر از حد استاندارد مانند فضاهای موجود در شهرک ها و روستاهایی است که در دامنه کوه های بلند قرار دارند یا نواحی کویری یا شهرهایی که تراکم جمعیت در آن بالا است. مورد آخر یعنی تراکم جمعیت مخصوصاً بیش از بقیه دلایل اهمیت دارد، زیرا کارشناسان معتقدند تا سال 2050 میلادی، دو سوم جمعیت جهان در نواحی شهری زندگی خواهند کرد. در چنین شرایطی، کشاورزی عمودی برای کمک به تولید مواد غذایی تازه و از تولید به مصرف برای جمعیت روزافزون شهری ضرورت خواهد داشت. نوعاً، مزارع عمودی از شیوه کشت هیدروپنیک یا آب کشت بهره می برند که طی آن گیاهان بدون استفاده از خاک رشد می کنند. در این شیوه، ریشه گیاهان در درون یک منبع آب غنی شده از مواد مغذی قرار می گیرد. شیوه دیگر آیروپونیک یا هواکشت (Aeroponic) است. در این روش ریشه گیاهان درون محفظه ای از هوا قرار داده و این محفظه با گازهای غنی شده از مواد غذایی پُر می شود. در نتیجه در این روش نیازی به آب نیست و صد البته وزن محفظه هم کمتر است. همچنین در مزارع عمودی این گرایش وجود دارد تا از نور مصنوعی (بطور خاص از لامپ های LED) به عنوان منبع نور استفاده کنند. لامپ های LED جمع و جور می باشند و به نسبت در مصرف انرژی صرفه جویی می کنند. با این حال قبض برق قابل ملاحظه، مسئله ای است که کشاورزی عمودی را از جذابیت می اندازد. کشاورزان باید در این محیط های درون ساختمانی شدیداً کنترل شده شرایطی بهینه را فراهم آورند تا به طریقی که در مزارع سنتی میسر نبود، محصولات رشد سریع و سالم داشته باشند.

راهنمایی: روش های کشت هیدروپنیک از این جهت منحصر به فرد می باشند که بدون استفاده از خاک انجام می گیرند. در این روش مدرن از محلول مواد مغذی معدنی برای تغذیه ریشه گیاه استفاده می شود. با قرارگیری مستقیم ریشه در این مایع غنی شده، گیاهان رشد خواهند کرد. در روش پیشرفته دیگری که به آیروپونیک مشهور است، ریشه در برابر غبار یا هوای غنی شده قرار می گیرد. در هر دو روش، ریسک شیوع بیماری های ناشی از خاک کاسته می شود و از لحاظ تئوری، کشاورزان می توانند هر محصولی را در هر جایی بکارند. از آنجا که محصولاتی که به روش هیدروپنیک رشد می کنند، به ریشه سازی گسترده ای برای یافت مواد معدنی احتیاج ندارند، در نتیجه انرژی بیشتری معطوف به رشد خود برگ و میوه می شود و در نتیجه، محصول با کیفیت بالاتری تولید می شود.

اصلاح ژنتیک

اصلاح ژنتیکی را به عنوان روش مبتکرانه ای قلمداد می کنند که بطور بالقوه می تواند مسئله سوء تغذیه را در جهان حل کند. خشکسالی، بیماری و آفات نباتی در سراسر جهان بر محصولات اثر می گذارند. در حال حاضر، نرخ بهره وری محصول کمتر از 1.7 درصد است، در حالی که نرخ سالانه باید به 2.4 درصد برسد تا با تقاضای جمعیت روزافزون و استانداردهای تغذیه همخوانی پیدا کند. به قول معروف بین علمای این رشته توافق حاصل شده که راه حل مقابله با این موانع می تواند مقدمه ای شایع و جهان شمول برای محصولاتی باشد که از نظر ژنتیکی اصلاح شده اند. این روش اصلاح محور متکی بر مهندسی محصولات زراعی به نحوی است که در شرایط پایین تر از حد استاندارد دوام بیاورند و ضمناً رشد کنند. اصلاح ژنتیکی باید توانمندی فتوسنتز را بالا ببرد. ذرت و نیشکر در این زمینه موفق تر می باشند (نور بیشتری جذب می کنند)، زیرا از روش کارآمدی به نام فتوسنتز C4 استفاده می کنند. کشف این مسئله موجب شد تا چند پروژه تحقیقاتی با این هدف کلید بخورد تا گندم و برنج هم با روش فتوسنتز C4 پرورش داده شوند.

اصلاح نباتات همچنین می تواند به افزایش باروری یک محصول کمک کند که این معنی را می دهد که از سطح معینی زمین زراعی بتوان میزان محصولات بیشتری برداشت کرد. علاوه بر این، با اصلاح ژنتیک می توان نیاز به علف کش و دیگر آفت کش ها را کاهش داد؛ به عبارت دیگر محصول اصلاح شده ای بپرورانیم که بتواند از خودش محافظت کند. در جهان مدت ها است که از GMO یا ارگانیسم های مهندسی شده ژنتیکی (تراریخته) استفاده می شود. برای مثال میوه انبه از دهه 1980، به دلیل ویروس لکه حلقوی (ringspot virus) در آمریکا قابل کشت نبود، اما اکنون با اصلاح ژنتیکی موفق شده اند آن را در آمریکا پرورش دهند. GMO و آینده محصولاتی که از نظر ژنتیکی تقویت شده اند، متکی بر پذیرش و اطمینان عمومی نسبت به سلامت و کیفیت آنها است.

در نهایت باید گفت که با توجه به ابزارهای علمی نوین، پایان سوء تغذیه در دهه های آینده احتمالاً هدفی قابل دسترس خواهد بود.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «مهندسی کشاورزی چگونه منابع غذایی جمعیت بیشتر را تامین خواهد کرد؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله نوید فرخی، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.