زراعة الخضروات في منجم مهجور على عمق 245 مترًا تحت الأرض! تحقيق نتائج في الأبحاث الأساسية حول المصانع النباتية

هل يمكن زراعة الخضروات على عمق يزيد عن مائتي متر تحت الأرض؟ في أوائل أبريل، كانت خس الزبدة الأخضر المزدهر ينمو في صفوف داخل نفق منجم مهجور على عمق 245 مترًا في مدينة دايي بمقاطعة هوبي.

هذا هو نتيجة أولية لمشروع البحث «البحث في التكنولوجيا الأساسية لمصانع النباتات في المناجم المهجورة» ، الذي تم تنفيذه بشكل مشترك من قبل جامعة هوبي للتكنولوجيا وشركة ووهان هوجونغ فوري لتقنية الطاقة المحدودة تحت إشراف وزارة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة هوبي . يقع الحقل التجريبي في مجموعة دايي للمعادن غير الحديدية منجم تونغلو شان ، المجاور لموقع منجم النحاس القديم تونغلو شان في مدينة دايي، والذي يعود تاريخ التعدين فيه إلى أكثر من ثلاثة آلاف عام .

"لا يمكن زراعة الخس فحسب تحت الأرض في المناجم، بل نظرياً، يمكن زراعة أي نبات ترغب فيه هناك!" قال البروفيسور زونغ وي، قائد البحث والتطوير للمشروع ومدير مركز أبحاث الاقتصاد التكنولوجي منخفض الكربون بجامعة هوبي للتكنولوجيا.

وسائل تقنية لخلق بيئة نمو

محتوى المعادن الثقيلة أقل بكثير من معايير السلامة

يتطلب نمو النباتات ظروفًا طبيعية مثل درجة الحرارة والضوء والماء والأسمدة وغاز ثاني أكسيد الكربون. كيف يمكن تلبية هذه الاحتياجات تحت الأرض؟ من منظور زراعي، يوفر البئر في المنجم ظروفًا ثابتة لدرجة الحرارة والرطوبة على مدار العام. نأخذ كمثال المستوى تحت الأرضي على عمق 245 مترًا في منجم النحاس في تونغلو شان بدايي، حيث تبقى درجة الحرارة ثابتة بين 25°م و28°م، مع الحفاظ على الرطوبة بين 70% و80%، مما يخلق بيئة ممتازة لنمو النباتات. علاوة على ذلك، تظل تركيزات ثاني أكسيد الكربون بين 700 و800 جزء في المليون، وهو ضعف ما هو عليه على السطح. يُعرف ثاني أكسيد الكربون باسم "السماد الهوائي للنباتات".

أكثر مشكلة ملحة يجب معالجتها في المناجم المهجورة هي مشكلة الإضاءة. "اتجاه بحث فريقنا هو الطاقة الشمسية، والطاقة الكهروضوئية، والانبعاثات المنخفضة للكربون. ضمن النطاق الكهروضوئي المرئي العام، فقط 10% من الطيف هو الفعال المطلوب للنباتات. من خلال توفير الإضاءة اللازمة المخصصة لخصائص نمو النباتات المختلفة، يمكن أن يصبح زراعة أنواع مختلفة من النباتات تحت الأرض حقيقة واقعة. "، قال زينغ وي.

"حاليًا، خسنا ينمو بشكل ممتاز، ودورة نموه تقصر بنسبة تتراوح بين 20% و40% مقارنة بالزراعة في الحقول المفتوحة." قدم زانغ وي: " الخس تحت الأرض" يُزرع بطريقة الزراعة المائية، مع توفير المغذيات من خلال جهاز متكامل للري والتسميد . "نظرًا لأن المصدر الرئيسي للآفات والأمراض في الزراعة في الحقول يأتي من التربة، بينما يمكن معالجة واستبدال محلول التغذية المائي في المصانع النباتية تحت الأرض، فإن الخضروات تحت الأرض يمكن إنتاجها دون استخدام مبيدات الآفات."

بما أنه لا يلزم طاقة للتحكم في درجة الحرارة، يمكن خفض تكاليف الطاقة الإنتاجية بنسبة تزيد عن 60% مقارنة بمصانع النباتات الأرضية.

"تغطي منجمنا مئات الآلاف من الأمتار المربعة. إذا طبقنا الزراعة العمودية على ثلاث طبقات، فإن ذلك يعادل إضافة أكثر من ألف مو من الأراضي الصالحة للزراعة"، قال زينغ هايبنغ، مدير منجم تونغلو شان.

في البداية، كان الفريق قلقًا من أن طبقات التربة في منطقة التعدين قد تكون ملوثة بالمعادن الثقيلة. "لكن مصدر المياه المستخدم لزراعة الخضروات ليس مياه جوفية، بل ماء صنبور معالج." بعد الاختبارات التي أجراها مركز مراقبة جودة الأغذية واختبارها التابع لوزارة الزراعة والشؤون الريفية (ووهان)، وُجد أن الخس لا يحتوي على بقايا مبيدات الآفات، ولم يتم اكتشاف المعادن الثقيلة السامة مثل الزئبق والزرنيخ. علاوة على ذلك، كان محتوى المعادن الثقيلة الفريدة للمسطحات المائية المحلية، مثل الرصاص والكادميوم والكروم، أقل بمقدار رتبة واحدة من معايير السلامة الغذائية الدولية. "من السهل معالجة ماء الصنبور؛ حيث يتجنب طريقة الزراعة المائية الملوثات المعدنية الثقيلة في التربة، مما يجعلها أكثر أمانًا من الزراعة في الحقول المفتوحة"، قال زينغ وي.

يمكن لإعادة استخدام المناجم المهجورة حل مشكلة توظيف عمال المناجم

بناء مصانع نباتات تحت الأرض في المناجم المهجورة أمر واعد

نشأت فكرة زراعة "الخضروات تحت الأرض" من خلال دراسة ميدانية. توجد في مقاطعة هوبي العديد من المناجم الفسفورية المهجورة، بالإضافة إلى مناجم النحاس والحديد والملح التي استنفدت احتياطياتها أو اقتربت من نهاية عمليات الاستخراج. وقال زينغ وي: "عندما قمنا بدراسة إمكانية استخدام أحواض المخلفات في مدينة دايي لتوليد الطاقة الكهروضوئية، اكتشفنا أن المنطقة المحلية تواجه أيضًا بشكل شائع معضلة إعادة استخدام المواقع التعدينية".

مدينة هوانغشي، التي تقع فيها دايي، هي مدينة وطنية استنفدت مواردها. منذ ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، أصبحت الموارد المعدنية شحيحة للغاية، مما أدى إلى ارتفاع تكاليف التعدين. "تُعدّ المناجم القديمة مجوفة تحت الأرض على أعماق تتراوح بين 700 و800 متر، وتواجه خطرًا عاليًا من الكوارث الجيولوجية. لمنع الانهيارات والانهيارات الأرضية، تصل الاستثمارات المطلوبة لإغلاق كل بئر تعديني إلى مئات الملايين من اليوان الصيني."

"إن إغلاق المنجم لا يؤدي فقط إلى تكاليف باهظة، بل يتسبب أيضاً في بطالة واسعة بين عمال المناجم"، قال زينغ وي. وبالنظر إلى منجم تونغلو شان كمثال، فإن إغلاقه سيؤدي إلى فقدان وظائف لثلاثة أو أربعة آلاف عامل منجم. أما إذا تم اختيار تحويل الصناعة وترقيتها، فلن يحل ذلك مشكلة إعادة توظيف عدد كبير من عمال المناجم فحسب ، بل سيسمح أيضاً بالاستفادة المستمرة من موارد البنية التحتية القائمة مثل إمدادات الطاقة والتهوية وخطوط السكك الحديدية الكهرومائية وموارد الاتصالات.

مصنع النباتات في المناجم هو مشروع هندسي منهجي يشمل تخصصات متعددة مثل الزراعة والطاقة والآلات والبصريات والإلكترونيات الكهربائية ، ويتطلب العمل تحت الأرض لوائح صارمة للسلامة ، مما يجعل الزراعة الآلية والذكية خيارًا مهمًا للزراعة في المناجم . لهذا الغرض، يضم فريق مشروع جامعة هوبي للتكنولوجيا أساتذة من كليات متعددة، بما في ذلك كلية الهندسة الكهربائية والإلكترونية، وكلية الهندسة الميكانيكية، وكلية العلوم، وكلية الاقتصاد والإدارة. كما تلقى المشروع دعمًا قويًا من أكاديمية هوبي للعلوم الزراعية، وشركة ووهان هوجونغ فوري لتقنيات الطاقة، ومزرعة بابل في قوانغدونغ، ومنجم دايي غير الحديدية للنحاس في لوشانشان، حيث يقع المشروع، مما يعكس بشكل كامل تأثيرات التكامل بين التعاون الصناعي-الأكاديمي والتداخل التخصصي.

"يتم زراعة الخضروات على جانبي السكك الحديدية الموجودة في المنجم، يتم تركيب جميع أجهزة الأتمتة، مما يحل مشكلة الحاجة إلى مسارات ثابتة لمساعدة الروبوتات الذكية في العمليات الميكانيكية." قال زينغ وي إن معدات الحصاد الآلي قد أكملت بشكل أساسي أبحاثها، وقد تم إجراء تجارب ذات صلة في المختبر.

خلال الدورة الوطنية المزدوجة لعام 2022، اقترح الأكاديمي يوان ليانغ من أكاديمية الهندسة الصينية ما يلي: في عام 2020، أغلقت الصين 12,000 منجم فحم. بحلول عام 2030، ستحتاج أكثر من 15,000 منجم مهمل إلى الإغلاق، مع تقدير وجود 7.2 مليار متر مكعب من المساحة تحت الأرض المتاحة للاستخدام. وقال زينغ وي: «إذا تم تطوير نموذج الزراعة تحت الأرض في مصانع النباتات، فسوف يوفر دعماً ومساعدة هائلين للخط الأحمر الخاص بـ 1.8 مليار مو من الأراضي الزراعية في البلاد».

"الخس هو مجرد الصنف الأولي لتجارب الاختبار. في الخطوة التالية، سنقوم بإجراء تجارب زراعة الخضروات الراقية والأعشاب الطبية والزهريات، مع تنفيذ في الوقت نفسه نمط زراعة المناجم المهجورة الذي يجمع بين التركيبات متعددة الطيف والزراعة العمودية، حيث يتم التفاعل المساعد بين الفطر الصالح للأكل ذي الإضاءة المنخفضة والتنفس العالي والنباتات ذات الإضاءة القوية وامتصاص ثاني أكسيد الكربون العالي»، قال زينغ وي.