إن موجات الحرارة التي تطول فترات الحرارة المرتفعة للغاية أصبحت تحدياً محدداً للمناطق الزراعية في جميع أنحاء العالم، فالوادي المركزي في كاليفورنيا، وهو أحد أكثر المناطق الزراعية إنتاجية على الكوكب، معرض للخطر بشكل خاص، وهذه المنطقة توفر جزءاً كبيراً من الفواكه والخضروات والمكسرات في الولايات المتحدة، ومع ذلك فإنها تواجه موجات حرارية متزايدة التواتر ومكثفة يقودها تغير المناخ، وتتفهم آثار هذه الأحداث البالغة الحرارة في الزراعة، على إنتاج المحاصيل، والموارد المائية الأساسية، والمزارع.

الأثر على إنتاج المحاصيل

وتفرض درجات الحرارة العالية ضغطاً فيزيائياً مباشراً على المحاصيل، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى انخفاض غلات المحاصيل، وانخفاض النوعية، وفي حالات حادة، إلى فشل المحاصيل الكاملة، إذ أن المحاصيل الرئيسية في الوادي المركزي - بما فيها اللوز والعنب والطماطم والمسدسات والآلاف - الدراية - درجات متفاوتة من الحساسية للإجهاد الحراري، وعندما تتجاوز درجات الحرارة العتبة المثلى، تتعرض النباتات لاضطرابات في مراحل التخيصي، وتتفاوت، وتتفاوتات في مراحل النمو في مراحل النمو المائية، وتختلف مستويات نمو الماء، وعمليات الإنجاب.

الآليات الفيزيولوجية لإجهاد الحرارة

ويؤثر ضغط الحرارة على النباتات في مستويات متعددة، وعلى مستوى الخلايا، يمكن أن تُنكر البروتينات العالية، وأجهزة غسيل الخلايا الضاربة، ويؤدي إلى توليد أنواع الأكسجين الرجعية التي تسبب ضرراً أكاديمياً، ومن بين الاستجابات الفسيولوجية الأولى، انخفاض نشاط المصانع الاصطناعية، ويُعزى ذلك أساساً إلى انخفاض كفاءة إنتاج مادة الترسيب الكبريتية وإغلاق ماء الاصطناعي.

وقد يكون الإجهاد الحراري مدمرة بشكل خاص، وكثيرا ما تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إجهاض الزهرة، وتخفض من قدرة اللقاح، وتضع الفواكه، مثلاً، فإن محطات الطماطم المعرضة لدرجات حرارة أعلى من 32 درجة مئوية (90 درجة ف) أثناء ازدهار الأزهار، تؤدي إلى انخفاض كبير في قدرة الملوث على تحمل الفواكه وانخفاض غلة المحصولية.

الخصومات الناشئة عن المحاصيل

  • (ب) الماس: ] As a high-value crop in the Central Valley, almonds are extremely sensitive to heat, especially during spring and summer nut development. Excessive heat can cause kernel shriveling, discoloration, and a decline in quality, which directly affect market value. For instance, themond 2021 California heat wave contributed to a 10% dropat
  • () إن العنب الأبيض حساسة لتقلبات درجة الحرارة، وتعجل درجات الحرارة العالية بتراكم السكر وتخفض الحموضة، مما يؤدي إلى نبيذ غير متوازن مع نكهة متغيرة، وتزداد موجات الحرارة أثناء التناقل - التسبب في تذبذب شديد، وحرق الشمس، وانخفاض وزن المجموعات، وكل ذلك يقلل من الجودة وراثياً.
  • Processing tomatoes:] A staple crop of the Central Valley, processing tomatoes are vulnerable to temperatures exceeding 40°C (104°F). Such heat can cause sunscald and fruit cracking, rendering fruit unmarketable for processing. Research from the University of California, Davis indicates that even a single day above 38°C during critical ripening stages.
  • ]Citrus:] Citrus trees, including navel Portugal and lemons, experience leaf drop, fruit sunburn, and granulation-a condition whereعاصيرs dry out-following heat waves and these symptoms reduce both yield and fruit quality, leading to significant economic losses. The southern Central Valley’s citrus fruit ' groves shown increased recent markets.

الموارد المائية والري

وتزيد موجات الحرارة من شح المياه في الوادي المركزي من خلال زيادة معدلات التهرب من المحاصيل والتربة على السواء، وتواجه المنطقة بالفعل نقصا مزمنا في المياه بسبب محدودية تغذية المياه الجوفية وتناقص حزم الثلج في سييرا نيفادا، وخلال الأحداث الحرارية، ترتفع الطلب على الري ارتفاعا حادا، مما يضع ضغوطا إضافية على شبكات المياه الهشة ويتحدى استدامة الممارسات الزراعية الحالية.

إدارة المياه الجوفية

ويتوقف الوادي المركزي اعتمادا كبيرا على المياه الجوفية، لا سيما خلال سنوات الجفاف، والموجات الحرارية عندما تتناقص إمدادات المياه السطحية، غير أن الضخ المفرط للمياه الجوفية قد تسبب في انخفاض الأراضي وانخفاض غلات الآبار، مما يهدد توافر المياه في الأجل الطويل، ويقضي قانون الإدارة المستدامة للمياه الجوفية بأن توقف الوكالات المحلية عن السحب على المكشوف بحلول عام 2040، ولكن موجات الحرارة تعقِّد هذا الهدف عن طريق زيادة استخدام المياه الجوفية.

وقد تؤدي تكنولوجيات الري المبتكرة مثل الري القاف ومستشعرات رطب التربة إلى تحسين كفاءة استخدام المياه، ومع ذلك فإن الاعتماد لا يزال غير متكافئ بسبب الحواجز في التكاليف ونقص الهياكل الأساسية، ففي حوض تولاير، انخفضت طاولات المياه بأكثر من 100 قدم في بعض المناطق، مما أرغم المزارعين على تعميق الآبار، مما يزيد من التكاليف واستهلاك الطاقة، وخلال موجة الحرارة 2021، اجتاحت آبار كثيرة جفافاً قبل المتوقع، مما أدى إلى زيادة الانهيار الميداني والخسائر الاقتصادية.

المياه السطحية وحزمة الثلج

ويتوقف الإمداد بالمياه السطحية في كاليفورنيا إلى حد كبير على حقيبة الثلج في سييرا نيفادا التي تعمل كمستودع طبيعي، وتطلق ببطء المياه خلال أشهر الصيف الجافة، ويقلل تغير المناخ من حجم الكتل الجليدية ويسبب صهراً ثلجياً في وقت سابق، مما يؤدي إلى فصل قهر وأقل موثوقية، وتتسارع موجات الحرارة في سرعة صهر الثلوج، مما يؤدي إلى ملء الخزانات في وقت سابق ولكنه يفرغ أيضاً أسرع مما يقلل من توافر المياه خلال فترات الري الحرجة في أواخر القرن.

وقد شهدت خزانات مثل شاستا وأوروفيل هذه التحولات، مما أدى إلى تعقيد إدارة المياه، ففي أثناء موجات الحرارة، كثيرا ما تخفض مخصصات المياه من مشروع الوادي المركزي ومشروع المياه الحكومي، مما أجبر المزارعين على الاعتماد بدرجة أكبر على موارد المياه الجوفية المستنفدة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع درجات الحرارة يزيد من التهرب من خزانات السطحية، مما يزيد من تقليص الإمدادات المتاحة.

وبالإضافة إلى الوادي المركزي، يعاني نظام نهر كولورادو أيضا من خسائر كبيرة في الأرواح، مما يؤثر على إمدادات المياه من خلال قنوات تغذي أجزاء من الوادي الأوسط الجنوبي، ويبرز هذا الترابط التحديات الإقليمية الأوسع نطاقا في مجال المياه التي تفاقمت بسبب ارتفاع معدلات الحرارة.

استراتيجيات إدارة المزارع

ومن أجل مواجهة تواتر موجات الحرارة وخطتها المتزايدة، يعتمد مزارعو الوادي المركزي مجموعة من الاستراتيجيات التكيّفية التي تستمد جذورها من الممارسات التقليدية وغيرها من الاستراتيجيات التي تغذي التكنولوجيا المتطورة، وتهدف هذه النهج إلى الحد من الضغط على المحاصيل وحفظ المياه والمحافظة على المحاصيل في ظل ظروف متطرفة.

الحلول التكنولوجية

وأصبحت تكنولوجيات الزراعة الدقيقة جزءا لا يتجزأ من إدارة الإجهاد الحراري، إذ أن أجهزة الاستشعار التي توضع في جميع الميادين ترصد رطوبة التربة ودرجات حرارة الكوب والصغرى في الوقت الحقيقي، وهذه البيانات، مقترنة بالتنبؤات الجوية، تتيح للمزارعين تطبيق الري على نحو أكثر دقة وأفضل، فعلى سبيل المثال، يمكن لنظم الري ذات المعدلات المتغيرة أن تزيد من توصيل المياه إلى المناطق التي ترتدى حرارة بينما تحافظ على المياه في أماكن أخرى.

وتتيح أدوات الاستشعار عن بعد، مثل الصور الساتلية والدراسات الاستقصائية للطائرات بدون طيار الكشف المبكر عن أعراض الإجهاد الحراري، بما في ذلك التغيرات في لون الورق ودرجة حرارة النسيج وأجهزة اليقظة، ويوفر الساتل NASA Terra بيانات عن درجة حرارة سطح الأرض يمكن استخدامها لرسم خرائط للإجهاد الحراري عبر مناطق الإنتاج الكبيرة، ويولد منابر قرارات برامجيات إدارة المزارع تنبيهات وريات.

الممارسات الزراعية

وتساعد عدة تقنيات زراعية في تخفيف آثار الحرارة، وتخفض الناموسيات الشائعة والمواد المجسّدة الإشعاع الشمسي المباشر على المحاصيل الحساسة، وفي بستان اللوز، يطبّق المزارعون أحياناً معاطف بيضاء من نوع كوولين على جذوع الأشجار والأوراق، مما يعكس ضوء الشمس ويحول دون إلحاق أضرار بحرق الشمس.

كما أن ممارسات زراعة المحاصيل وحفظ الحراثة تعزز المادة العضوية في التربة وتحسن الاحتفاظ بالرطوبة، وتوفر حاجزاً مقابل درجات الحرارة القصوى، وتتسبب في انخفاض معدل استخدام مياه الري أقل من المياه الكاملة التي تصيب الطلب على التهرب من الأرض - في أن تصعّب النباتات لمواجهة الإجهاد الحراري، رغم أن مخاطر التوقيت غير السليمة تؤدي إلى تخفيضات.

ويعد تكييف تواريخ الزراعة لتجنب ارتفاع الحرارة الصيفية استراتيجية فعالة أخرى، إذ أن مزارعي الطماطم، على سبيل المثال، يزرعون في وقت مبكر أو في وقت لاحق من الموسم للتحايل على أشهر الزمان الحارة في تموز/يوليه وآب/أغسطس، وفي الوقت نفسه، يجري توالد ونشر أصناف المحاصيل التي تحمل حرارة، وقد تحسنت درجة الحرارة الواعدة في جامعة كاليفورنيا للزراعة والموارد الطبيعية .

نظم الإنذار المبكر

وقد أدى التعاون بين الدائرة الوطنية للإثيرات والمفوضين الزراعيين في المقاطعات إلى تطوير نظم إنذار موجات الحرارة المصممة خصيصاً للمجتمعات الزراعية، وهذه التحذيرات تخطر المزارعين مسبقاً، وتسمح لهم بفحص الحقول قبل إجراءها، وتطبيق رذاذ وقائي مثل التركيبات القائمة على الكالسيوم للحد من الأضرار الحرارية، أو تعديل جداول العمل، ويمكن أن توفر الاستجابات في الوقت المناسب للإنذارات الحرارية آلاف الدولارات لكل هكتار عن طريق الحد من الخسائر في المحاصيل والاستخدام الأمثل للموارد.

الآثار الاقتصادية

وتفرض موجات الحرارة تكاليف اقتصادية كبيرة على القطاع الزراعي في الوادي المركزي، وتخفض الخسائر المباشرة الناجمة عن انخفاض غلة المحاصيل وانخفاض نوعية المحاصيل الزراعية، وفي الوقت نفسه، تؤدي زيادة تكاليف الطاقة الناجمة عن ضخ المياه الجوفية المكثفة وتشغيل نظم التبريد إلى الحد من هامش الربح.

وخلال أحداث الحرارة المحطمة للسجلات في عامي 2020 و2021، قدرت إدارة الأغذية والزراعة في كاليفورنيا الخسائر الاقتصادية التي بلغت مئات الملايين من الدولارات عبر المجموعات الرئيسية للسلع الأساسية، وزادت مطالبات التأمين على المحاصيل، ولا سيما بالنسبة للمحاصيل مثل الحصى والعنب التي تكون عرضة للضرر الحراري ولكنها غير مشمولة بالكامل بالسياسات القياسية، وزادت من أقساط التأمين والمخصومات من زيادة المبالغ التي يتكبدها المزارعون.

كما يؤثر ضغط الحرارة على إنتاجية العمال، ويواجه العاملون في الميدان مخاطر متزايدة من الأمراض المتصلة بالحرارة، مما يؤدي إلى فقدان أيام العمل وزيادة تكاليف العمل، وقد اعتمدت بعض المزارع تحولات في العمل في وقت سابق أو نفذت فترات الراحة الإلزامية لحماية العمال، ولكن هذه التعديلات يمكن أن تقلل من كفاءة العمالة العامة.

وكثيرا ما تتأثر أسعار السوق عندما تنخفض الفاكهة التي تصيبها الحرارة من السوق الطازجة إلى درجات التجهيز، فعلى سبيل المثال، كثيرا ما تنمو العنب المنضوي على درجات الحرارة فوق 40 درجة مئوية كتلة وحرق الشمس، مما يجعلها غير ملائمة لبيع التجزئة وتخفيض الإيرادات المحتملة بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة، وهذه الخردة تعاقب من خلال الصناعات ذات الصلة، بما في ذلك التعبئة والتجهيز والنقل، مما يضاعف من الآثار الاقتصادية.

التكيُّف والتوقعات المستقبلية

وتشير التوقعات المناخية إلى أن تواتر موجات الحرارة في كاليفورنيا ومدتها وكثافة هذه الموجات سيستمر في الازدياد طوال القرن الحادي والعشرين، وتشير الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي إلى أن عدد أيام الحرارة القصوى في الوادي المركزي يمكن أن يتضاعف بحلول عام 2050 في إطار سيناريوهات انبعاثات غازات الدفيئة العالية، وهذا الاتجاه يشكل تحدياً أساسياً لإمكانية استمرار الممارسات الزراعية التقليدية في هذا المجال.

Resilient Crop Varieties

ويعد تطوير ونشر أصناف المحاصيل المسببة للتقلبات الحرارية مساراً حاسماً للتكيف، ويعمل الباحثون في جامعة ديفيس وغيرها من المؤسسات على توليد اللوز والطماطم والعنب وغيرها من المحاصيل الرئيسية لتعزيز القدرة على مواجهة الحرارة، وتشمل السمات المتدهورة نظماً جذرية أعمق للوصول إلى المياه، والأنزيمات الضوئية ذات الطراز الحراري، وتحسين قدرة الملوثات على البقاء، وتعزيز آليات الحماية الخلوية مثل بروتينات الصدمة الحرارية.

وتتيح التطورات في الهندسة الوراثية والتوالد الجزيئي إمكانية التعجيل بتطوير المزارعين الذين يتحلون بالتهديد الحراري، غير أن التحديات التنظيمية والقبول العام والاعتبارات المتعلقة بالملكية الفكرية تشكل حواجز مستمرة أمام الاعتماد الواسع النطاق، ولا بد من مواصلة الاستثمار في خدمات البحث والإرشاد لترجمة الانجازات العلمية إلى حلول عملية للمزارعين.

سياسات استدامة المياه

ويعتمد التكيف الطويل الأجل على أطر قوية وتطلعية لإدارة المياه، ويقضي قانون الإدارة المستدامة للمياه الجوفية بأن تضع الوكالات المحلية خططاً لاستدامة المياه الجوفية تُعزى إلى تغير المناخ وزيادة تردد الموجات الحرارية، كما أن الاستثمارات في البنية الأساسية لتخزين المياه - مثل أحواض إعادة التغذية، ونظم تخزين المياه الجوفية والانتعاش منها، والتوسعات في خزانات المياه السطحية - التي يمكن أن توفر عوازلاً ضد الجفاف الموسمي والمتعدد السنوات.

ويجري استكشاف تكنولوجيات حديثة مثل تحلية المياه الجوفية المهبلة لزيادة إمدادات المياه، لا سيما في حوض تولاير، وفي حين أن تحلية المياه توفر الإغاثة المحتملة، فإن ارتفاع تكاليف الطاقة والشواغل البيئية لا تزال تشكل عقبات كبيرة.

وسيعزز تحسين التنبؤ بالطقس وأدوات التنبؤ بالمناخ الموسمي قدرة المزارعين على تخطيط الزراعة والري والجداول الزمنية للحصاد، وستوفر موارد مثل محفوظات بيانات المناخ في كاليفورنيا مجموعات بيانات تاريخية ومتوقعة عن المناخ تدعم اتخاذ القرارات المستنيرة، وسيشكل إدماج مجموعات البيانات هذه في برامج إدارة المزارع سهلة الاستعمال أمرا بالغ الأهمية لزيادة القدرة على التكيف.

جيم - قدرة المجتمعات المحلية والهياكل الأساسية على التكيف

وتتطلب معالجة تحديات موجات الحرارة استجابة منسقة على مستوى المجتمع المحلي، وإنشاء مراكز لتبريد المزارعين، وتعديل جداول العمل لتبريد ساعات الصباح أو المساء، وإنفاذ أنظمة السلامة الحرارية أمر حيوي لحماية صحة العمال وإنتاجيتهم، وتساعد حملات التوعية الصحية العامة والتثقيف على زيادة الوعي بمخاطر الحرارة واستراتيجيات التخفيف من حدة المخاطر.

:: تحسين الهياكل الأساسية، مثل الهياكل المظلة في مرافق التعبئة وتعزيز نظم التهوية، والحد من تعرض العمال للحرارة وتحسين كفاءة التشغيل، ويعزز التعاون بين المزارعين والوكالات العامة ومنظمات العمل القدرة على التكيف عبر سلسلة الإمدادات الزراعية.

خاتمة

وتشكل موجات الحرارة تهديدا متعدد الوجوه للإنتاجية الزراعية وموارد المياه والاستقرار الاقتصادي في الوادي المركزي، ويستلزم الضرر الفيزيولوجي الذي يلحق بالمحاصيل، إلى جانب زيادة الطلب على المياه وتحديات العمل، استجابة شاملة تدمج الابتكار التكنولوجي والممارسات الزراعية التكيّفية وإصلاح السياسات.

وفي حين أن التوقعات مضنية، فإن التدابير الاستباقية - مثل تطوير أصناف المحاصيل ذات القدرة الحرارية، وتحسين إدارة المياه، ونشر تكنولوجيات زراعية دقيقة، وتعزيز نظم دعم المجتمعات المحلية - يمكن أن تساعد على ضمان المستقبل الزراعي لهذه المنطقة الحيوية، ومع تزايد تغير المناخ، سيكون من الضروري مواصلة البحوث والاستثمار والتعاون فيما بين أصحاب المصلحة من أجل الحفاظ على دور الوادي المركزي كحجر أساسي للأمن الغذائي في الولايات المتحدة.