الموارد الطبيعية الأساسية للزراعة: المياه والمعادن والأراضي الخصبة

وتشكل الموارد الطبيعية حجر الزاوية في نظم الإنتاج الزراعي في جميع أنحاء العالم، وتوفر مدخلات أساسية تمكن المزارعين من زراعة المحاصيل، وتربية الماشية، والحفاظ على الأمن الغذائي لمليارات الناس، وهذه الموارد - بما فيها المياه والمعادن والأراضي الخصبة - هي أساسية لكل جانب من جوانب الزراعة، بدءاً من زراعة البذور إلى جني المحاصيل، وفهم كيفية عمل هذه الموارد، والتفاعل، ويمكن إدارتها على نحو مستدام، أمر حاسم لضمان الإنتاجية الزراعية الطويلة الأجل، والحفاظ على البيئة.

وقد أصبحت العلاقة بين الموارد الطبيعية والزراعة معقدة بشكل متزايد في العقود الأخيرة، حيث انخفضت موارد المياه العذبة العالمية إلى 326 5 مترا مكعبا للفرد، مما يمثل انخفاضا بنسبة 7 في المائة منذ عام 2015، في حين أن الطلب على المنتجات الزراعية لا يزال يرتفع مع النمو السكاني، وفي الوقت نفسه، يشكل تدهور التربة واستنفاد المعادن وتقلب المناخ تحديات كبيرة للحفاظ على الأراضي الزراعية المنتجة، وتستكشف هذه المادة الموارد الطبيعية الأساسية التي تدعم الزراعة، وتدرس أفضل ممارساتها والتحديات الراهنة.

المياه: شريان الحياة للإنتاج الزراعي

الدور الحاسم للمياه في الزراعة

فالماء ربما يكون أهم مورد طبيعي للزراعة، ويخدم وظائف حيوية متعددة طوال دورة الزراعة، بالإضافة إلى الحاجة الواضحة إلى الري بالمحاصيل، تدعم المياه هدر الماشية، وتتيح تجهيز الأغذية، وتيسر استخدام مبيدات الآفات والأسمدة، وتحافظ على الصحة العامة للنظم الإيكولوجية الزراعية، وبدون إمدادات كافية من المياه، حتى أكثر التربة خصبة والظروف المناخية المثلى لا يمكن أن تحافظ على الزراعة المنتجة.

ولا تزال الزراعة تمثل إلى حد بعيد أكبر مستخدم للمياه العذبة في العالم، حيث تمثل 71 في المائة من مجموع عمليات سحب المياه العذبة على الصعيد العالمي في عام 2022، وهذه الحصة الغالبة تعكس الطبيعة الكثيفة للمياه لإنتاج المحاصيل، ولا سيما المحاصيل الأساسية التي تغذي سكان العالم، وتمتد أهمية المياه إلى الزراعة إلى ما يتجاوز مجرد استخدام الكمية ونوعية وأنماط التوزيع، وتؤدي جميعها أدواراً حاسمة في تحديد النجاح الزراعي.

نظم الري وتطبيقات المياه

إن الري يمثل الطريقة الرئيسية للإنسانية لضمان إمدادات المياه الكافية للمحاصيل، خاصة في المناطق التي لا تكفي فيها الأمطار أو لا يمكن الاعتماد عليها، ففي الولايات المتحدة، كان هناك 714 212 مزرعة بـ 53.1 مليون هكتار مشردة، تشمل 81 مليون هكتار من المياه المطبقة وفقاً للدراسات الاستقصائية الزراعية الأخيرة، ويظهر حجم البنية التحتية للري في جميع أنحاء العالم اعتماد الزراعة على شبكات المياه المدارة.

وتوفر مختلف أساليب الري مستويات مختلفة من الكفاءة والملاءمة لمختلف المحاصيل والظروف، ولا يزال الري السطحي يهيمن على العالم، إذ يمثل 77 في المائة من المنطقة الخاضعة للري الكامل، في حين يمثل الري في القطاع الخاص 13 في المائة، وحسابات الري المحلية لـ 5 في المائة فقط، ولكل طريقة مزايا متميزة: فالري السطحي غالبا ما يكون أقل تكلفة لتركيبه، ولكنه قد يكون أقل كفاءة في المياه، بينما تقوم النظم المجفّة والمحلة محليا بتسليم المياه مباشرة إلى النباتات.

وتمثل المزارع التي لديها شكل من أشكال الري أكثر من 50 في المائة من القيمة الإجمالية لمبيعات المحاصيل في الولايات المتحدة، بينما كانت الأراضي المروية تمثل أقل من 17 في المائة من الأراضي المحصولة، وهذا الإحصائي المذهلة يؤكد كيف يؤدي الري إلى زيادة كبيرة في الإنتاجية الزراعية والقيمة الاقتصادية، مما يمكّن المزارعين من زراعة المحاصيل ذات القيمة العالية ويحقق غلات من شأنها أن تكون مستحيلة مع هطول الأمطار وحدها.

مصادر المياه للاستخدام الزراعي

وتأتي المياه الزراعية من مصدرين رئيسيين هما المياه السطحية والمياه الجوفية، حيث جاء حوالي 45 في المائة من جميع المياه المستخدمة في الري من المياه السطحية، بينما تُستمد المياه المتبقية من مصادر المياه الجوفية، وتشمل مصادر المياه السطحية الأنهار والبحيرات والمستودعات والكنال، بينما تُنقل المياه الجوفية من خلال آبار تُستخدم في طبقات المياه الجوفية الجوفية الجوفية.

إن الاختيار بين المياه السطحية والمياه الجوفية يعتمد غالبا على الجغرافيا الإقليمية، وتوافر الهياكل الأساسية، ونظم حقوق المياه، والري السطحي الذي يغذي المياه هو الأكثر شيوعا في غرب الولايات المتحدة، حيث تسخر سياسات الاستصلاح الاتحادية واستثمارات الدولة في الهياكل الأساسية للري موارد المياه السطحية للمنطقة، وعلى النقيض من ذلك، تعتمد المناطق التي لا توجد بها أجسام مياه سطحية رئيسية أو مناطق للري اعتمادا أكبر على ضخ المياه الجوفية.

Global Water Scarcity and Agricultural Challenges

وقد ظهرت ندرة المياه باعتبارها أحد أكثر التحديات إلحاحا التي تواجه الزراعة العالمية، إذ بلغت موارد المياه العذبة العالمية 326 5 مترا مكعبا للفرد، وسجلت جميع المناطق العالمية انخفاضا على مدى الفترة، مؤكدة أن الاتجاه يتجاوز بكثير المناطق التي تُسجَّل فيها المياه عادة، وهذا الانخفاض في توافر المياه للفرد يعني أن المياه أقل توافرا لدعم الإنتاج الزراعي، حتى مع استمرار تزايد الطلب على الأغذية.

وتبدو الفوارق الإقليمية في توافر المياه صارخة. وقد سجلت شمال أفريقيا أدنى مستوى للموارد المائية المتجددة للفرد، حيث بلغت 565 متراً مربعاً لكل فرد من السكان، تليها جنوب آسيا (226 1 متراً مكعباً) وغرب آسيا (252 1 متراً مربعاً)، وتواجه هذه المناطق تحديات حادة بصفة خاصة في الحفاظ على الإنتاجية الزراعية، مع إدارة الموارد المائية المحدودة.

ومما يفاقم مسألة الندرة، أن نصف التوسع في الري في القرن الحادي والعشرين قد حدث في المناطق التي تجهز المياه، مما أدى إلى نشوء نمط يتعلق بالتنمية الزراعية يحدث على وجه الدقة حيث تكون الموارد المائية أقل قدرة على دعم هذه المسألة، ويثير هذا الاتجاه تساؤلات جدية بشأن استدامة الممارسات الزراعية الحالية في الأجل الطويل، والحاجة إلى استراتيجيات أكثر كفاءة لإدارة المياه.

تحسين كفاءة استخدام المياه

ومع تزايد شح المياه، أصبح تحسين كفاءة استخدام المياه أمراً بالغ الأهمية، فعلى الصعيد العالمي، زادت كفاءة استخدام المياه من 17.47 دولاراً للمتر المكعب في عام 2015 إلى 21.50 دولاراً للمتر المكعب في عام 2022، وهو تحسن بنسبة 23 في المائة، رغم أن الزراعة لا تزال أقل قطاع فعال، حيث يبلغ متوسطه 0.69 دولاراً من دولارات الولايات المتحدة للمتر المكعب، ورغم أن الزراعة هي أقل القطاعات كفاءة، فقد أظهرت تحسناً واعداً، حيث بلغت مكاسب الكفاءة 38 في المائة.

وقد انخفضت كثافة الري استجابة للتحولات الإقليمية في أنماط المحاصيل المروية المتغيرة في المناطق، وتحسين الكفاءة في تكنولوجيات تطبيقات المياه، حيث انخفض متوسط معدل تطبيقات الري من أكثر من 2 قدما مربعا لكل هكتار مروية إلى ما يزيد قليلا على 1.5 قدما مربعا لكل متر مكعب بين عامي 1979 و 2022، ويدل هذا التحسن على أن الابتكار التكنولوجي والممارسات الإدارية الأفضل يمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من استهلاك المياه مع الحفاظ على الناتج الزراعي أو حتى زيادةه.

وتسهم تكنولوجيات الري الحديثة، والتقنيات الزراعية الدقيقة، ونظم رصد رطوبة التربة، وأصناف المحاصيل المقاومة للجفاف في زيادة كفاءة استخدام المياه، ويمكن للمزارعين الذين يعتمدون هذه الممارسات أن يقللوا من نفايات المياه، وأن يخفضوا تكاليف الضخ، وأن يحافظوا على الإنتاجية حتى خلال فترات ندرة المياه.

المعادن: المغذيات الأساسية لنمو النباتات

فهم متطلبات المغذيات النباتية

وتشكل المعادن لبنات البناء الكيميائية التي تحتاج النباتات إلى النمو والتطور والتكاثر بنجاح، وهناك 17 مغذيا أساسيا تحتاج إليها جميع النباتات، بما فيها الكربون والهيدروجين والأكسجين، التي تحصل عليها النباتات من الهواء والماء، بينما يتم الحصول على 14 مستخرجة من التربة، ولكن قد يلزم استكمالها باستخدام الأسمدة أو المواد العضوية مثل المبردات، وتؤدي هذه المغذيات وظائف لا حصر لها في الأنسجة النباتية، من بناء جدران الخلوية.

وتصنف المغذيات النباتية عادة على أساس الكميات المطلوبة، ويلزم أن تكون النتروجين والفوسفور والبخار بكميات أكبر من المغذيات الأخرى، وتعتبر مغذيات رئيسية، في حين أن المغذيات الكلية الثانوية تشمل الكبريت والحساب والمغنزيوم والمغذيات الدقيقة مثل الحديد والنحاس ضرورية بكميات أصغر بكثير.

مؤسسة NPK: أخصائيون أساسيون

والمغذيات الرئيسية الثلاثة هي النيتروجين والفوسفور والبطاطا، التي تشكل معا ثلاثية الأبعاد المعروفة باسم NPK. وتشكل هذه العناصر الثلاثة أساس معظم تركيبات الأسمدة وتحظى باهتمام كبير في برامج إدارة المغذيات الزراعية.

(ب) تؤدي شركة نتروجين دوراً بالغ الأهمية في تنمية النباتات، وشركة نتروجين عنصر رئيسي في نمو النباتات، التي توجد في جميع الخلايا النباتية، وفي بروتينات النبات والهرمونات، وفي الكلوروفيل.() وتتجلى أوجه القصور في النتروجين عادة في أوراق الصفراء والنمو المذهول، بينما يؤدي وجود نتروجين كاف إلى زيادة قوية في نمو الرغاويات.

(ب) إن الفوسفور أساسي لنقل الطاقة داخل النباتات، وتطوير الجذور، والزهرة، وتكوين البذور، وهو يؤدي دوراً حاسماً في تركيب الصور، ويساعد النباتات على تحويل المغذيات الأخرى إلى لبنات بناء قابلة للاستخدام من أجل النمو، وكثيراً ما يؤدي نقص الفوسفور إلى أوراق منتقاة، وإلى ضعف النظم الجذرية، وإلى تأخر النمو.

(ب) تنظم Potassium] العديد من عمليات النبات، بما في ذلك امتصاص المياه، وتفعيل الأنزيمات، ومقاومة الأمراض، وتساعد النباتات على تحمل الإجهاد الناجم عن الجفاف والبرد والآفات، والبوتاسيوم منخفض أو ضعيف على العديد من التربة الرملية، ويمكن أن تحدث مكملات كبيرة للبوتاسيوم على التربة المستخدمة في محاصيل الزراعية المكثفة واله؛

الماجستير الثانوية ووظائفهم

وفي حين أن المغذيات الكلية الثانوية لا تحظى باهتمام أقل من المستوى الوطني للأخشاب، فإنها تعتبر أساسية بنفس القدر بالنسبة لصحة النباتات، وهناك مغذيات هامة أخرى هي كالسيوم والمغنيزيوم والكبريت، وكل منها يؤدي مهاما محددة لا يمكن استبدالها في النظم النباتية.

فالكالسيوم أساسي للصحة الجذرية، ونمو الجذور الجديدة، وشعرات الجذور، وتطوير الأوراق، كما أنه يؤدي دورا هيكليا في جدران الخلايا ويساعد على تنظيم المغذيات، ويمكن أن يتسبب نقص الكالسيوم في طماطم وفلفلات، وحرق رأس في الخس، وسوء نوعية الفواكه في العديد من المحاصيل.

(ج) إن ماغنيسيوم هو عنصر رئيسي من الكلوروفيل، وهو مادة المصانع ذات اللون الأخضر، وهو حيوي بالنسبة لتصنيع الصور، وبدون المغنيسيوم الكافي، لا يمكن للنباتات أن تحول بشكل فعال ضوء الشمس إلى طاقة، مما يؤدي إلى انخفاض النمو والإنتاجية، ويبدو نقص المغنيزيوم عادةً أصفر بين عروق الأوراق، ولا سيما في الأوراق القديمة.

(ب) إن الكبريت هو مكون من أحماض الأمينو في بروتينات النباتات، وهو مشارك في عمليات إنتاج الطاقة في النباتات، وهو مسؤول عن العديد من مركبات النكهة والود في النباتات مثل روم البصل والخرطوم، كما أن نقص الكبريت يشبه نقص النيتروجين، ولكنه يظهر عادة أولاً في الأوراق الأصغر.

المغذيات الدقيقة: الكميات الصغيرة، الأثر الكبير

كما تحتاج النباتات إلى كميات صغيرة من الحديد والمنغنيز والزنك والنحاس والزبر والفولبون والموليبدينوم، المعروفة بعناصر الأثر لأن النبات يحتاج فقط إلى آثار، وعلى الرغم من أن هذه المغذيات الدقيقة مطلوبة بكميات دقيقة، فإنها ضرورية تماما لصحة النباتات وإنتاجيتها.

(د) يتيح الحديد توليف الكلوروفيل وهو أمر حاسم بالنسبة للعديد من نظم الانزيمات، ويلعب زينك أدواراً حيوية في إنتاج الهرمونات ووظيفة الانزيمات، ويشارك المنغنيز في التليفزيون الضوئي والقابلية للنيتروجين، ويشارك النحاس في النمو الإنجابي ومقاومة الأمراض، ويؤثر البورون على تكوين الجدار الخلوي والتنمية الإنجابية، ويعتبر موليبوم أساسياً لتثبيت النيتروجين في كل المزات والحد من النيترات.

وفي حين أن نقص المغذيات الدقيقة أقل شيوعا من نقص المغذيات الكلية، يمكن أن يحد بشدة من غلات المحاصيل ونوعيتها، ففي غرب أستراليا، تم تحديد أوجه القصور في الزنك والنحاس والمنغنيز والحديد والمليبدينوم على أنها تحد من نمو المحاصيل والعظام ذات العصور الكبيرة في الأربعينات والخمسينات، مما يدل على الكيفية التي يمكن بها لظروف التربة الإقليمية أن تخلق تحديات محددة للمغذيات الدقيقة تتطلب إدارة محددة.

الأسمدة: ملحق المعادن في التربة

كما أن الأسمدة هي أي مادة ذات أصل طبيعي أو اصطناعي تطبق على التربة أو على الأنسجة النباتية لتوريد المغذيات النباتية، وقد أصبحت الأسمدة أدوات لا غنى عنها للزراعة الحديثة، مما يمكّن المزارعين من استكمال المعادن التي تحدث طبيعيا في التربة والحفاظ على مستويات إنتاجية عالية.

وبالنسبة لمعظم الممارسات الزراعية الحديثة، تركز عملية التخصيب على ثلاثة مغذيات رئيسية هي: النيتروجين والفوسفور والبخار مع إضافة مكملات من حين لآخر مثل الدقيق الصخري للمغذيات الدقيقة، وقد طورت صناعة الأسمدة العديد من التركيبات لتلبية مختلف احتياجات المحاصيل، وظروف التربة، وأساليب التطبيق.

ويمكن تصنيف الأسمدة على نطاق واسع على أنها عضوية أو صناعية، حيث أن الأسمدة الطبيعية تفرج عادة عن المغذيات بمعدل أبطأ وأكثر من الأسمدة الاصطناعية لأن الكائنات المجهرية تشارك في دورة تفكك وإطلاق تسمى التعدين، ويمكن أن يكون هذا الإبطاء مفيدا، مما يقلل من خطر تكاثر المغذيات ويوفر إمدادات أكثر استدامة من المغذيات، وإن كان يحتاج بسرعة إلى أن يلبي المحاصيل الفورية.

ويستلزم الاختيار بين الأسمدة العضوية والخصائص التركيبية اعتبارات متعددة، فالفرق بين الأسمدة المعدنية والعضوية هو تركيبها ووظائفها، حيث توفر الأسمدة المعدنية كميات كبيرة من المغذيات التي تحتاج النباتات إلى أن تنمو بقوة، بينما تحتوي الموارد العضوية على الكربون العضوي الذي يشكل عنصرا أساسيا في التربة الصحية، ويستخدم كثير من المزارعين مزيجا من هذين النوعين من أجل توازن الاحتياجات المغذية المباشرة مع صحة التربة الطويلة الأجل.

الاعتبارات البيئية في الأسمدة المعدنية

وفي حين أن الأسمدة أساسية للزراعة الحديثة، فإن استخدامها ينطوي على مسؤوليات بيئية، إذ يمكن أن تؤثر الأسمدة الفوسفورية وخصائص النيتروجين على التربة والمياه السطحية والمياه الجوفية بسبب تفريق المعادن في المجاري المائية تحت الأمطار المرتفعة وصهر الثلج، حيث أن الجرعة الزراعية هي المساهم الرئيسي في تغذية أجسام المياه العذبة، وهذا التلوث يمكن أن يتسبب في حدوث بلوزات زلزية، وإصابة الأكسجين بالآفة، وضرر، ومرض، ومرض، ومرض، ومرض الأكسجين.

وتتطلب إدارة السمادات المسؤولة مطابقة معدلات تطبيقات الاحتياجات من المحاصيل، وتطبيقات التوقيت التي تتزامن مع استيعاب النباتات، واستخدام أساليب التطبيق المناسبة، وتنفيذ ممارسات الحفظ التي تقلل من سرعة الإنتاج، ويمكن تخفيض معدل الخصوبة باستخدام استراتيجيات التخصيب التي تعمل على استخدام الطقس، مما يدل على أن الإدارة الذكية يمكن أن تقلل من الآثار البيئية مع الحفاظ على الإنتاجية الزراعية.

الأراضي الخصبة: مؤسسة الإنتاج الزراعي

ما يجعل الأرض الخصبة

وتمثل الأراضي الخصبة الوسيلة المثالية للنمو في المحاصيل، التي تجمع بين الخصائص المادية والكيميائية والبيولوجية التي تدعم النمو القوي للنباتات، ولا تعد خصوبة التربة سمة واحدة بل هي تفاعل معقد بين عوامل تشمل نضوج التربة، والهيكل، ومحتوى المواد العضوية، ومدى توافر المغذيات، ومستويات الصحة البشرية، والقدرة على حيازة المياه، والنشاط البيولوجي.

وتؤثر النسب النسبية للرمل والسيل والجزر الصغيرة - في شكل تربوي، وتهدر التربة بسرعة ودفء في الربيع، وتحتوي على عدد أقل من المغذيات والماء، وتحتفظ التربة الكلايية بالمغذيات وبئر المياه، ولكنها يمكن أن تصبح ملوثة بالمياه، وتزداد باطراد التراب المائي، وتحتوي على نسب متوازنة من كل الجسيمات الثلاثة.

ويشير هيكل التربة إلى كيفية تجميع كل جزيئات التربة معاً، مما يخلق مساحات للطوابق تسمح بحركة الهواء والمياه، وتتمتع التربة ذات البنية التحتية الجيدة بمجاميع مستقرة تقاوم التآكل والتحات، وتوفر في الوقت نفسه بيئة مثالية للنمو الجذري والكائنات التربةية، ويمكن أن يحد ضعف الهيكل من التغلغل الجذري، ويقلل من تسرب المياه، ويخلق ظروفاً هباءية تضر بجذور النباتات.

دور المادة العضوية

فالمسألة العضوية هي دوامة التربة الخصبة، وهي تؤدي وظائف أساسية عديدة، وهي تحسن هيكل التربة من خلال جسيمات معدنية ملزمة إلى مجموعات مستقرة، وتزيد من قدرة حيازة المياه، وتساعد التربة على الحفاظ على الرطوبة خلال فترات الجفاف، وتعمل كمستودع للمغذيات، وتطلق ببطء النيتروجين، والفسفور، وغيرها من العناصر التي تزيل الكائنات الحية.

ويتباين محتوى المواد العضوية تبايناً كبيراً بين التربة، حيث يتراوح عادة بين أقل من 1 في المائة في التربة الصحراوية وأكثر من 20 في المائة في التربة العضوية مثل الفساتين، ومعظم التربة الزراعية المنتجة تحتوي على 2-6 في المائة من المواد العضوية، رغم أن هذا يختلف عن المناخ والنباتات والتاريخ الإداري، ويعتبر الحفاظ على مستويات المواد العضوية أو زيادة هذه المستويات هدفاً رئيسياً للإدارة المستدامة للتربة.

ويمكن للمزارعين بناء المادة العضوية من خلال ممارسات مختلفة: إضافة المظلات أو المكورات، وزيادة المحاصيل الخفية، والحد من الماشية، وإدراج مخلفات المحاصيل، واستخدام تناوب المحاصيل التي تشمل المحاقن الدائمة، وهذه الممارسات لا تزيد المادة العضوية فحسب، بل تحسن أيضاً صحة التربة عموماً، وتخفض من التآكل، وتعزز قدرة التربة على دعم الزراعة المنتجة.

التربة وإتاحة المغذيات

ويؤثر مقياس حمض التربة أو الكالسينية - الجرعة - على توافر المغذيات ونمو النباتات، ومعظم المغذيات متاحة للنباتات عندما يتراوح مستوى التربة بين ٦ و ٧,٥، وإن كانت هناك أفضليات مختلفة في المحاصيل المحددة، ويمكن أن تحد التربة الحشرية )الدرجة صفر( من توافر النيتروجين والفوسفوري والبطاطس والكبريت والكالسلفنجينية المحتملة والمغنطينات.

ويوفر اختبار التربة معلومات قيمة عن المغذيات التي توفرها البترولية والنباتات، وينبغي للمزارعين اختبار التربة قبل الزراعة وكل سنتين أو ثلاث سنوات بعد ذلك، ويتيح الاختبار المنتظم للمزارعين تتبع التغيرات في خصوبة التربة، وتعديل تطبيقات الأسمدة، وتحديد المشاكل الناشئة قبل أن تؤثر تأثيرا كبيرا على غلات التربة.

ويمكن تعديل مادة التربة الهيدروجينية الصخرية من خلال التعديلات، حيث تزيد مادة الليم (كربونات الكالسيوم) من الهيدروجين في التربة الحمضية، بينما تخفض السلف أو الأسمدة الحمضية في التربة الكالسلية، غير أن التغيرات في الهيدروجينيا تحدث ببطء، وقد تتطلب تعديلات كبيرة سنوات متعددة من العلاج، ويعتبر فهم الهيدروجين والتربة وإدارتها على النحو المناسب أمرا أساسيا للحفاظ على الأراضي الخصبة والمنتجة.

علم الأحياء الصومالية وخدمات النظم الإيكولوجية

التربة الخصبة التي تُمارس بمرض النبات، والفطريات، والبروتوزا، والنيماتوديس، والحشرات، والكائنات الأخرى التي لا تحصى والتي تؤدي خدمات النظم الإيكولوجية الأساسية، وهذه الكائنات تزيل المادة العضوية، والمغذيات الدورية، وتكبت الأمراض، وتحسين هيكل التربة، وتقيم علاقات مفيدة مع جذور النباتات.

فطريات الميكروهزال، على سبيل المثال، استعمار جذور النباتات وتوسيع نطاق الهيفاية الشبيهة بالخيوط إلى التربة، وتوسيع نطاق النظام الجذري بشكل فعال وتحسين المغذيات وفوق المياه.() وتشكل البكتيريا التي تُعدُّ البكتيريا التركتين علاقات متماثلة مع جذور البقالة، وتحويل النيتروجين الجوي إلى نباتات للأشكال، وتخلق مزيجات عضوية في جميع أنحاء التربة.

ويعتمد نشاط التربة البيولوجي على المادة العضوية الكافية، ومستويات الرطوبة المناسبة، ودرجات الحرارة المناسبة، وقلة الإزعاج، والممارسات التي تدعم بيولوجيا التربة مثل الحفاظ على الغطاء النباتي، وإضافة تعديلات عضوية، والحد من الحراثة، وتفادي الخصوبة المفرطة في التربة - القدرة على التكيف.

التوزيع العالمي للأراضي الزراعية الخصبة

وفي عام 2022، كانت نسبة 23 في المائة من الأراضي المزروعة عالميا مجهزة للري، حيث ارتفعت من 21.5 في المائة في عام 2015، مما يشير إلى أن معظم الأراضي الزراعية لا تزال تعتمد أساسا على هطول الأمطار الطبيعية وخصوبة التربة، وأن توزيع الأراضي الخصبة غير متساو على الصعيد العالمي، ويتأثر بالمناخ والجيولوجيا والجغرافيا واستخدام الأراضي على مر التاريخ.

بعض المناطق الأكثر خصبة في العالم تشمل فصيلات أمريكا الشمالية الكبرى، و بامباس أمريكا الجنوبية، والقلعة الأوروبية، ودلتا النيل، وقلعة الإندو - غانغي، وقلادة شمال الصين، وهذه المناطق تجمع بين المناخ الصالح، والتربة الخصبة العميقة، ورسم الخرائط المسطحة نسبيا التي تيسر الزراعة المكننة.

والفروق الإقليمية كبيرة، حيث أن جنوب آسيا تؤدي إلى 46 في المائة من الأراضي المزروعة المجهزة للري، تليها أمريكا اللاتينية ومنطقة البحر الكاريبي (32 في المائة) وآسيا الوسطى (25 في المائة)، بينما لا تزال أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى مطرودة إلى حد كبير، حيث لا تزال 3.8 في المائة من الأراضي المزروعة المجهزة للهياكل الأساسية للري، وهذا التفاوت يعكس الاختلافات في توافر المياه، والتنمية الاقتصادية، والاستثمار الزراعي، مع ما يترتب على ذلك من آثار كبيرة على الأمن الغذائي والإنتاجية الزراعية.

الأخطار التي تهدد خصوبة التربة

وتواجه أراضي الخصبة تهديدات عديدة يمكن أن تتدهور إنتاجيتها بمرور الوقت، فالإزالة الطبيعية لأعلى التربة بالرياح أو الماء تمثل واحدا من أخطر التهديدات، وإزالة طبقة سطحية خصبة، والحد من قدرة التربة على دعم المحاصيل، والارتقاء من الآلات الثقيلة يقلل من مساحة البخار، ويحد من النمو الجذري وتسلل المياه، ولا سيما في المناطق المروية التي تعاني من ضعف في تصريف المياه(ج).

ويحدث استنفاد المغذيات عندما تزيل المحاصيل المغذيات أكثر مما يحل محلها في عمليات التخصيب أو العمليات الطبيعية، حيث إن استمرار زراعة المحاصيل دون تغذية كافية مغذية يستنفد تدريجيا خصوبة التربة، ويقلل من العائدات، ويحتاج إلى زيادة مدخلات الأسمدة للحفاظ على الإنتاج، كما أن فقدان المواد العضوية، الذي كثيرا ما يتسارع بفعل الذر المكثف وعدم كفاية الرواسب، يقلل من هيكل التربة، وقدرة المياه، والنشاط البيولوجي.

فالاستمرار من الملوثات الصناعية، أو المبيدات المفرطة، أو التخلص من النفايات غير السليمة يمكن أن يجعل من غير المناسب الزراعة أرضا خصبة، ويضيف تغير المناخ ضغوطا إضافية من خلال أنماط التهطال المتغيرة، وارتفاع درجات الحرارة، والظواهر الجوية الأكثر تواترا التي يمكن أن تعجل بعمليات التحلل.

الإدارة المتكاملة للموارد الطبيعية

الطبيعة المترابطة للموارد الزراعية

ولا تعمل المياه والمعادن والأراضي الخصبة بشكل مستقل بل تشكل نظاما متكاملا يؤثر فيه كل عنصر على الآخر، ويؤثر توافر المياه على المغذيات المتناولة والنقل داخل النباتات، ويؤثر المحتوى المعدني في التربة على القدرة على تحمل المياه والصرف، ويحدد خصوبة التربة مدى كفاءة استخدام النباتات للمياه المتاحة، ويُعتبر فهم هذه الروابط أمرا أساسيا للإدارة الفعالة للموارد.

فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الري دون تصريف كاف إلى إغراق المياه والتمليح، وخصوبة التربة المهينة، وقد يؤدي تطبيق الأسمدة المفرطة دون النظر في طفرة التربة إلى تسرب المغذيات وتلوث المياه، وتحتاج التربة المستنفدة إلى مزيد من الماء لإنتاج نفس الغلة مثل التربة الخصبة، وهذا يعني أن إدارة مورد واحد في العزلة كثيرا ما تخلق مشاكل مع الآخرين.

الممارسات الزراعية المستدامة

وتسعى الزراعة المستدامة إلى الحفاظ على الإنتاجية مع الحفاظ على الموارد الطبيعية للأجيال المقبلة، ويتطلب هذا النهج ممارسات تحمي نوعية المياه وتوفرها، وتحافظ على خصوبة التربة أو تعززها، وتستخدم المعادن بكفاءة، وتشمل الممارسات المستدامة الرئيسية ما يلي:

• Conservation tillage] reduces soil disturbance, minimizing erosion, maintaining organic matter, and improving water infiltration
• Cover cropping] protects soil from erosion, adds organic matter, suppresses weeds, and can fix atmospheric nitrogen
• Crop rotation] breaks pest and disease cycles, improves soil structure, and balance nutrient demands
• Precision agriculture] uses technology to apply water and nutrients only where and when needed, reducing waste and environmental impact
• Integrated pest management] minimizes pesticide use, protecting useful soil organisms and water quality
• Nutrient management planning] matches fertilizer applications to crop needs based on soil testing, reducing excess application and runoff
• تقنيات حفظ المياه بما في ذلك نظم الري الفعالة، والتشويش، والأصناف المقاومة للجفاف، الحد من استهلاك المياه
• Agroforestry] integrates trees with crops or livestock, improving soil health, water cycling, and biodiversity

دور التكنولوجيا في إدارة الموارد

وتوفر التكنولوجيا الحديثة أدوات قوية لإدارة الموارد الطبيعية الزراعية على نحو أكثر فعالية، ويتيح الاستشعار عن بعد والصور الساتلية للمزارعين رصد صحة المحاصيل ورطوبة التربة وأنماط النباتات في المناطق الكبيرة، كما أن المعدات التي توجهها الشبكة تتيح تطبيقا دقيقا للمدخلات، وتقليص النفايات والأثر البيئي، وتوفر أجهزة الاستشعار عن طريق التربة بيانات آنية عن الرطوبة ودرجات الحرارة ومستويات المغذيات، وتدعم اتخاذ قرارات أفضل.

ويساعد التنبؤ بالأثر الطبيعي ونمذجة المناخ المزارعين على توقع احتياجات المياه وتخطيط جداول الري، وتتوقع برامجيات نموذج المحاصيل متطلبات مغذية تستند إلى أهداف الغلة، وظروف التربة، والأنماط الجوية، وتدمج برامج تحليل البيانات المعلومات المستمدة من مصادر متعددة، وتوفر معلومات عن ذلك يستحيل استخلاصها يدويا.

وقد أصبحت هذه التكنولوجيات متاحة بصورة متزايدة للمزارعين من جميع المستويات، بدءا من العمليات التجارية الكبيرة إلى مزارع أصحاب الحيازات الصغيرة، ومع تحسن مستويات انخفاض التكاليف والتفاعل بين المستعملين، من المرجح أن تصبح إدارة الموارد التي يمكن استخدامها في التكنولوجيا ممارسة موحدة في مجال الزراعة في جميع أنحاء العالم.

الدعم السياساتي والمؤسسي

وتتطلب الإدارة الفعالة للموارد الطبيعية في الزراعة سياسات ومؤسسات داعمة، ويجب أن توازن نظم حقوق المياه بين الاحتياجات الزراعية وبين حماية البيئة وغيرها من الاستخدامات المائية، ويمكن لبرامج حفظ التربة أن توفر المساعدة التقنية والحوافز المالية للمزارعين لكي يعتمدوا ممارسات مستدامة، ويمكن أن تكفل لوائح الأسمدة جودة المنتجات مع الحد من الضرر البيئي.

وتؤدي خدمات الإرشاد الزراعي دورا حاسما في تثقيف المزارعين بشأن أفضل الممارسات في مجال إدارة الموارد والتكنولوجيات الجديدة والتحديات الناشئة، وتضع مؤسسات البحوث أنواعا محسنة من المحاصيل، وتقنيات إدارية، وتكنولوجيات تعزز كفاءة استخدام الموارد، وييسر التعاون الدولي تبادل المعارف ويعالج قضايا الموارد العابرة للحدود.

والاستثمار في نظم التبريد في الهياكل الأساسية الزراعية، وشبكات الصرف، ومختبرات اختبار التربة، ومحطات رصد الطقس - يوفر الأساس لإدارة فعالة للموارد، والسياسات العامة التي تدعم هذه الهياكل الأساسية وتشجع على اتباع ممارسات مستدامة يمكن أن تحسن بشكل كبير كفاءة استخدام الموارد الزراعية والنتائج البيئية.

Climate Change and Agricultural Resources

الآثار على توافر المياه

وتغير المناخ يغيّر بصورة أساسية توافر المياه للزراعة، إذ إن أنماط التهطال المتغيرة تجعل من سقوط الأمطار أقل قابلية للتنبؤ بها، حيث تعاني بعض المناطق من الجفاف المتزايد بينما تواجه مناطق أخرى مزيدا من الفيضانات الشديدة، وتزيد درجات الحرارة المرتفعة من معدلات التبخر، مما يعني أن المحاصيل تحتاج إلى مزيد من المياه حتى لو ظل التهطال ثابتا، ويؤثر انخفاض حقائب الأنهار الجبلية على توافر المياه خلال موسم النمو الحرجة التي تعتمد فيها مناطق زراعية كثيرة على صهر الثلوج للري.

وهذه التغييرات تضاعف من التحديات القائمة في مجال ندرة المياه، ومن المرجح أن تعاني المناطق التي تعاني بالفعل من الإجهاد في المياه من نقص مكثف، في حين أن المناطق التي سبق اعتبارها مأمونة بالمياه قد تواجه قيودا جديدة، وتتطلب التكيف مع هذه التغييرات تحسين تخزين المياه، وزيادة كفاءة نظم الري، وأصناف المحاصيل المقاومة للجفاف، واحتمال حدوث تحولات في أنماط زراعة المحاصيل أو مواقع زراعية.

آثار على خصوبة التربة والمعادن

ويؤثر تغير المناخ على خصوبة التربة من خلال مسارات متعددة، إذ يمكن أن تؤدي زيادة درجات الحرارة إلى تعجيل عملية تحلل المواد العضوية، مما قد يقلل من مخزونات الكربون في التربة ما لم تتكيف ممارسات الإدارة، وتؤثر أنماط التهطال المصحوبة على التدوير المغذي، مع تزايد تآكل الأمطار وارتفاع المغذيات في حين تبطئ فترات الجفاف النشاط البيولوجي وتوليد المعادن المغذية.

إن الأحداث المناخية الشديدة التي تصيبها الكوارث وحالات الجفاف والموجات الحرارية - التي يمكن أن تتسبب في تدهور مفاجئ للتربة يستغرق سنوات من الزمن، وقد يؤدي ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى تغيير احتياجات المغذيات النباتية وكفاءة استخدام المغذيات، وهذه التغييرات تتطلب استراتيجيات إدارة التكيف التي تبني قدرة التربة على التكيف وتحافظ على الخصوبة في ظل الظروف المتغيرة.

استراتيجيات التكيف

ويجب أن تتكيف الزراعة مع تغير المناخ مع استمرار تغذية عدد متزايد من السكان، وتشمل استراتيجيات التكيف تطوير ونشر أنواع المحاصيل التي تقاوم المناخ والتي تحتمل الحرارة أو الجفاف أو الفيضانات أو الملوحة، ويقلل تنوع نظم زراعة المحاصيل من المخاطر ويحسن قدرتها على التكيف، ويعزز تحسين صحة التربة من خلال إضافة المواد العضوية، والحد من الحراثة، وتغطية المحاصيل، قدرة التربة على التصدّي لمخاطر المناخ المتطرفة.

ويجب أن تصبح إدارة المياه أكثر مرونة وكفاءة، مع تحسين التخزين، والري على نحو أكثر دقة، وتحسين إدماج التنبؤ بالطقس في قرارات الري، وقد يحتاج المزارعون إلى تحويل تواريخ الزراعة، وتعديل خيارات المحاصيل، بل ونقل الإنتاج إلى المناطق التي تتوفر فيها ظروف أفضل، وتتطلب هذه التكييفات إجراء البحوث، والاستثمار، ودعم السياسات، وتعليم المزارعين.

الاعتبارات الاقتصادية لإدارة الموارد الطبيعية

قيمة الموارد الزراعية

وتمثل الموارد الطبيعية قيمة اقتصادية هائلة في الزراعة، فالمياه والمعادن والأراضي الخصبة هي المدخلات الرئيسية التي تمكن الإنتاج الزراعي، الذي يدعم بدوره الأمن الغذائي وسبل العيش الريفية والاقتصادات الوطنية، وتتجاوز القيمة الاقتصادية لهذه الموارد استخدامها المباشر في الزراعة لتشمل خدمات النظم الإيكولوجية مثل تنقية المياه، وعزل الكربون، ودعم التنوع البيولوجي.

غير أن هذه القيمة كثيرا ما تكون غير متحققة في الحسابات الاقتصادية، وكثيرا ما تكون المياه غير مُسدَّدة أو تقدم مجانا للمستعملين الزراعيين، مما يؤدي إلى الإفراط في الاستخدام وعدم الكفاءة، ويفرض تدهور التربة تكاليف طويلة الأجل لا يمكن أن تنعكس في حسابات الأرباح القصيرة الأجل، وكثيرا ما لا يعوض استنفاد المعادن عن طريق إزالة المغذيات بالكامل عن طريق تطبيق الأسمدة، مما يقلل تدريجيا من رأس مال التربة.

الاستثمار في حفظ الموارد

ويمكن للاستثمار في حفظ الموارد الطبيعية أن يوفر عائدات اقتصادية كبيرة، إذ أن نظم الري الفعالة تقلل من تكاليف المياه واستهلاك الطاقة، بينما يحتمل أن تزيد من المحاصيل، وتخفض ممارسات حفظ التربة من التآكل، وتحافظ على الإنتاجية، ويمكن أن تقلل من تكاليف المدخلات مع مرور الوقت، وتخفض إدارة المغذيات الدقيقة نفقات الأسمدة مع الحفاظ على الغلة أو تحسينها.

وكثيرا ما تتطلب هذه الاستثمارات تكاليف أولية قد تثني عن التبني، ولا سيما بالنسبة لصغار المزارعين ذوي رؤوس الأموال المحدودة، ومن الضروري إيجاد آليات مالية مثل برامج تقاسم التكاليف، والقروض المنخفضة الفائدة، والدفع مقابل خدمات النظم الإيكولوجية، وتأمين المحاصيل التي تكافئ الممارسات المستدامة، وذلك من أجل التغلب على هذه الحواجز، ومن أجل تشجيع الاعتماد على نطاق واسع.

آليات السوق وإدارة الموارد

ويمكن أن تحفز النُهج القائمة على السوق على تحسين إدارة الموارد، إذ تسمح أسواق المياه بتداول حقوق المياه، مما قد يوجّه المياه إلى أعلى الاستخدامات في أسواق الكربون، ويمكن أن تكافئ المزارعين على الممارسات التي تُحْلّي الكربون في التربة، ويمكن أن تُفضي برامج التحصين للمحاصيل المنتجة بصورة مستدامة إلى أسعار أقساط، مما يوفر حوافز اقتصادية لحفظ الموارد.

غير أن الأسواق وحدها قد لا توفر حماية كافية للموارد الطبيعية، لا سيما عندما لا تستوعب التكاليف البيئية بصورة كاملة الأسعار، ولا تزال الأطر التنظيمية والمعايير التقنية والاستثمار العام مكملة ضرورية لآليات السوق لضمان الاستخدام المستدام للموارد.

الاتجاهات المستقبلية والتحديات الناشئة

النمو السكاني والطلب على الأغذية

ومن المتوقع أن يصل عدد سكان العالم إلى ما يقرب من 10 بلايين نسمة بحلول عام 2050، مما يتطلب زيادات كبيرة في الإنتاج الزراعي، وفي الوقت نفسه يمثل الحفاظ على الموارد الطبيعية أحد أكبر التحديات التي تواجهها البشرية، كما أن زيادة الإنتاجية على الأراضي الزراعية القائمة من خلال تحسين أنواعها وتحسين إدارتها ومدخلاتها المناسبة ستكون أساسية لتجنب التوسع في الزراعة إلى الغابات وغيرها من النظم الإيكولوجية الطبيعية.

ويجب أن يكون هذا التكثيف مستداماً، والحفاظ على خصوبة التربة، وحماية موارد المياه، واستخدام المعادن بكفاءة، وأن يؤدي التوسع الزراعي البديل المكثف إلى تدمير النظم الإيكولوجية الحرجة، وإطلاق كميات هائلة من الكربون، وأن يثبت في نهاية المطاف أنه لا يمكن تحملها مع شح الأراضي المنتجة.

الابتكار التكنولوجي

فالتكنولوجيات الناشئة توفر حلولا واعدة للإدارة المستدامة للموارد، وقد يتيح التحرير المولد تطوير المحاصيل التي تستخدم المياه والمغذيات على نحو أكثر كفاءة، ويتحمل الضغوط البيئية، وينتج عنها المزيد من الغلة، ويمكن للاستخبارات الفهائية والتعلم الآلي أن يستغلا استخدام الموارد على النحو الأمثل عن طريق تحليل مجموعات البيانات الضخمة وتحديد الأنماط غير المنظورة للمراقبة البشرية، وقد تتيح الآليات والتشغيل الآلي تطبيقا مفرطا للمياه والمغذيات على مستوى فرادى المنشآت.

ومن شأن الابتكارات البيولوجية، مثل تعزيز إصلاح النيتروجين، وتحسين الرابطات المميزة، وإدارة الأحياء المجهرية المفيدة، أن تقلل الاعتماد على الأسمدة الاصطناعية مع الحفاظ على الإنتاجية، ويمكن لتكنولوجيات الري في نوفيل، بما في ذلك نظم التنظيف دون السطحي واستراتيجيات الري المتعلقة بالعجز، أن تحسن بشكل كبير كفاءة استخدام المياه.

جيم - الثغرات في المعارف والاحتياجات البحثية

وعلى الرغم من التقدم الكبير المحرز في فهم الموارد الطبيعية الزراعية، لا تزال هناك ثغرات كبيرة في المعرفة، فالتفاعلات المعقدة بين بيولوجيا التربة، والتدوير المعدني، والتغذية النباتية غير مفهومة تماما، وتستلزم آثار تغير المناخ على الموارد الزراعية إجراء بحوث مستمرة مع استمرار تطور الظروف، كما أن ممارسات الإدارة الأمثل لمزيجات محددة من التربة والمناخ والمحاصيل تحتاج إلى تحسين مستمر.

ويجب ألا تقتصر البحوث على معالجة المسائل التقنية فحسب بل أيضا العوامل الاجتماعية والاقتصادية والمؤسسية التي تؤثر على إدارة الموارد، بل يتطلب فهم عملية اتخاذ القرارات في المزارع، وتحديد نهج التمديد الفعالة، ووضع سياسات تحقق النجاح في تحقيق التوازن بين الإنتاجية والاستدامة، إجراء تحقيق مستمر.

الاستنتاج: الموارد اللازمة للجيل المقبل

إن الموارد الطبيعية - المياه والمعادن والأراضي الخصبة - تشكل الأساس الذي لا يمكن استبداله للإنتاج الزراعي، وقد مك َّنت هذه الموارد البشرية من تغذية بلايين الناس وبناء مجتمعات مزدهرة، ولكنها تواجه ضغوطا لم يسبق لها مثيل من النمو السكاني وتغير المناخ وتدهور البيئة، والتحدي الذي يواجه الأجيال الحالية والمقبلة واضح: المحافظة على الإنتاجية الزراعية وتعزيزها مع الحفاظ على هذه الموارد الأساسية على المدى الطويل.

ويتطلب النجاح اتباع نهج متكاملة تعترف بالطبيعة المترابطة للموارد الزراعية، ويجب أن تنظر إدارة المياه في صحة التربة ودورات المغذيات، ويجب أن تكون إدارة خصوبة التربة مسؤولة عن توافر المياه والظروف المناخية، ويجب أن يكون استخدام المعادن فعالا ومسؤولا بيئيا.

ويشمل المسار إلى الأمام استراتيجيات تكميلية متعددة: تحسين كفاءة استخدام الموارد من خلال التكنولوجيا وتحسين الإدارة، والاستثمار في حفظ الموارد المتدهورة واستعادتها، والتكيف مع تغير المناخ من خلال نظم وممارسات مرنة، ودعم المزارعين ذوي المعارف والموارد المالية، ووضع سياسات توازن الإنتاجية مع الاستدامة.

إن الموارد الطبيعية الزراعية ليست غير محدودة، ولكن يمكن أن تستمر في دعم الزراعة المنتجة إلى أجل غير مسمى، والقرارات المتخذة اليوم بشأن كيفية إدارة المياه والمعادن والأراضي الخصبة، تحدد ما إذا كانت الأجيال المقبلة ترث النظم الزراعية المنتجة أو الموارد المتدهورة غير القادرة على تلبية احتياجاتها، ومن خلال فهم هذه الموارد وتقدير قيمتها وإدارتها بحكمة، يمكننا أن نكفل استمرار الزراعة في توفير الأمن الغذائي والازدهار مع الحفاظ على النظم الطبيعية.

For more information on sustainable agriculture practices, visit the USDA Sustainable Agriculture] resources. To learn about global water resources and agricultural water use, explore the FAO AQUASTAT database. For soil health information and best practices, consult the ]NRCS Soil Health[5]

مسارات رئيسية لإدارة الموارد الزراعية

• تتناقص المياه المتاحة للفرد على الصعيد العالمي، مما يجعل من كفاءة الري وإدارة المياه أمرا بالغ الأهمية
• تمثل الزراعة 71 في المائة من عمليات سحب المياه العذبة على الصعيد العالمي، مع التأكيد على الحاجة إلى تحسين كفاءة استخدام المياه
• هناك حاجة إلى سبعة عشر مغذيا أساسيا لنمو النباتات، مع وجود النيتروجين والفوسفور، والبطاطا المغذيات الكلية الرئيسية
• يعتمد خصوبة التربة على عوامل متعددة تشمل النسيج والهيكل والمواد العضوية والهيدروجيني والنشاط البيولوجي
• الممارسات المستدامة مثل حراثة الحفظ، وتغطية المحاصيل، والزراعة الدقيقة يمكن أن تحافظ على الإنتاجية مع الحفاظ على الموارد
• تغير المناخ يغير من توافر المياه وظروف التربة، مما يتطلب استراتيجيات للإدارة التكييفية
• وتوفر التكنولوجيا أدوات قوية لتحقيق الاستخدام الأمثل للموارد والحد من الآثار البيئية
• إن نهج الإدارة المتكاملة التي تنظر في التفاعلات بين المياه والمعادن والتربة هي نهج أساسية لتحقيق الاستدامة على المدى الطويل
• الاستثمار في حفظ الموارد يوفر عائدات اقتصادية مع حماية الجودة البيئية
• دعم السياسات والبحوث والتثقيف الزراعي عناصر ضرورية من أجل ممارسات الإدارة الزراعية