يانغ تشيتشانغ: ما الذي يمكن أن تجلبه مصانع النباتات لنا؟ | قناة CCTV2 «منتدى الاقتصاد الصيني»

تؤثر الظروف الجوية القاسية والكوارث الطبيعية مثل درجات الحرارة المرتفعة والجفاف والأمطار الغزيرة والسيول المفاجئة باستمرار على إنتاج وجودة الغذاء عالميًا. وقد أصبح كيفية حل مشكلة الغذاء للناس في جميع أنحاء العالم في المستقبل تحديًا كبيرًا يجب أن تواجهه البشرية جمعاء. ويوفر ظهور المصانع النباتية لنا مسارًا واعدًا لحل هذه المشكلة.

ما هي التقنيات السحرية التي تستخدمها مصانع النباتات لمحاكاة البيئات الطبيعية، وما الذي يجعل المحاصيل التي تنتجها خاصة؟ كيف يسير تطور مصانع النباتات في الصين حاليًا؟ في 9 أكتوبر 2022، دعت سلسلة محاضرات الاقتصاد الصيني يانغ تشيتشانغ، باحثًا في معهد الزراعة الحضرية بالأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية والعالم الرئيسي لمصانع النباتات الذكية، لتقديم تفسير مفصل لما يمكن أن تجلبه لنا مصانع النباتات.

يانغ تشيتشانغ، باحث في معهد الزراعة الحضرية بالأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية وعالم رئيسي لمصانع النباتات الذكية. لقد عمل طويلاً في مجال البحث العلمي في هندسة الزراعة المجهزة، محققاً نتائج ابتكارية متعددة في مصانع النباتات الذكية والزراعة الرأسية الذكية والحلول منخفضة التكلفة وإنتاج الخضروات الورقية على نطاق صناعي، مساهماً بشكل كبير في بناء نظام تقني مركزي لمصانع النباتات بحقوق ملكية فكرية مستقلة للصين.

植物工厂无需泥土不洒农药，不受自然环境影响，通过模拟植物所需的光照、温度、营养等要素，在完全工厂化的条件下进行连续生产。它可以建在、荒漠、戈壁、海岛、水面、摩天大楼等各种地点，甚至在地球以外也能大显身手，是航天工程星际探索中实现食物自己的重要手段。作为设施农业的高级阶段，植物工厂不仅能为保障居民菜篮子的供应提供有效补充，也能成为农民致富和产业振兴的重要抓手。

تُعتبر المصانع النباتية ثورة على أساليب الزراعة التقليدية، وتمثل اتجاه المستقبل في الزراعة. فهي تتطلب بيئة قابلة للتحكم بالكامل ولها ثلاثة عناصر أساسية: أولاً، يجب استبدال ضوء الشمس بمصادر إضاءة صناعية، واستبدال التربة بالزراعة باستخدام المحاليل المغذية؛ ثانياً، بيئات قابلة للتحكم في درجة الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون؛ ثالثاً، يتطلب الأمر معدات ذكية. ومع هذه العناصر الأساسية الثلاثة، يمكن إنتاج الغذاء في ظروف المصنع.

أولاً، يجب تحضير البذور، ثم زراعتها في صينية بذور ذات ثقوب. من خلال عملية إنبات تستغرق 2~3 أيام، تتحول البذور إلى براعم صغيرة، تُنقل بعد ذلك إلى ورشة إنتاج الشتلات للمزيد من الزراعة.

بعد 12 إلى 14 يومًا، بمجرد نمو الشتلات، يمكن زراعتها في صواني الزراعة ونقلها إلى ورشة الزراعة.

بعد حوالي 20 إلى 22 يومًا، عندما تصل الخضروات الورقية مثل الخس إلى وزن يقارب 100 إلى 120 جرامًا، يمكن حصادها وتغليفها وإرسالها إلى السوق. نظريًا، يمكن إنتاج جميع المحاصيل تقريبًا في بيئة مصنع النباتات.

منذ القرن الحادي والعشرين، واجهنا تحديات متنوعة، بما في ذلك نمو السكان، وانخفاض الأراضي الزراعية، وشيخوخة القوى العاملة الزراعية بشكل خطير. تطرح هذه التحديات الثلاثة تهديدًا جسيمًا لأمننا الغذائي وضمان إمداداتنا الغذائية.

وجدت مصانع النباتات بعض الطرق الفعالة لأمننا الغذائي المستقبلي. يمكننا زيادة القدرة الإنتاجية للأغذية بشكل كبير؛ مقارنة بالأرض، يمكن أن يصل إنتاج وحدة المساحة في مصانع النباتات إلى أكثر من 40 ضعفًا من إنتاج الأرض.

إذا بنينا في المستقبل مبنى زراعيًا عموديًا يتكون من حوالي 30 طابقًا، لنقل 30×40، فإن طاقتنا الإنتاجية ستصل إلى حوالي 1200 ضعف.

تمثل المصنع النباتي إنتاج الأغذية في بيئة صناعية، باستخدام العديد من الأساليب التقنية الميكانيكية والأتمتة. هذا يجعل العمل مريحًا نسبيًا، مما يجذب عددًا كبيرًا من الشباب للعمل في الزراعة.

نقطة أخرى تثير قلق الجميع هي وجود بعض الآراء غير الصحيحة في المجتمع، التي تقول إن الخضروات المزروعة في المصانع النباتية أو باستخدام الزراعة بالمحلول المغذي ضارة. في الواقع، قمنا بإجراء العديد من الاختبارات: كانت بقايا 221 نوعًا من مبيدات الآفات جميعها صفرًا، وكانت بقايا عدة معادن ثقيلة أيضًا صفرًا، وبعض الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض كانت أيضًا صفرًا. لذلك، يمكن استهلاك الخضروات المنتجة في مصانعنا النباتية بأمان.

تُعد المصانع النباتية أيضًا وسيلة دعم مهمة جدًا لتطوير مدننا في المستقبل. إذا كان لدينا قدرات معينة على الاكتفاء الذاتي من الغذاء في أماكن مثل المجتمعات المحلية والمنازل، وقدرتنا على ضمان إمدادات الغذاء لعدة أيام أو لفترة قصيرة، فإننا سنخفف بشكل كبير من الذعر بشأن الغذاء، وخاصة الخضروات الطازجة، الناجم عن الأوبئة والكوارث الطبيعية المختلفة.

بالإضافة إلى ذلك، في البيئات الخاصة مثل الصحاري والمناطق شديدة البرودة، أو أثناء استكشاف الفضاء، يمكننا أيضًا استخدام مصانع النباتات لمعالجة بعض تحديات إمدادات الغذاء لدينا.

في المراحل الأولى من المصانع النباتية، كانت المحاصيل المزروعة هي أساسًا الخضروات والزهور والفواكه والنباتات الوظيفية، إلخ. كيف خطرت لك فكرة زراعة الأرز؟ قال يانغ تشيتشانغ: "في إحدى المرات، كان لدى الأكاديمي تشيان من الأكاديمية الصينية للعلوم بعض أصناف الأرز القزمة جدًا، وكان يرغب بشدة في استخدامها لزراعة متعددة الطبقات بشكل عمودي. لاحقًا، بعد استكشافنا، اكتشفنا أنه بينما يستغرق الأرز عادةً أكثر من 120 يومًا للحصاد في ظروف الحقول المفتوحة، باستخدام طرقنا التقنية في بيئة المصنع النباتي، يمكننا زراعة الأرز في 60 يومًا فقط. هذا نتيجة مثيرة للاهتمام للغاية."

لقد أكمل مختبرنا الآن عمله. بالنسبة للقمح، يمكننا حصاده في حوالي 60 يومًا، بينما كان القمح الأصلي يتطلب أكثر من 120-150 يومًا. ومع ذلك، بالنسبة للفول الأخضر، يمكننا أيضًا حصاده في حوالي 60 يومًا. وبالمثل، بالنسبة للفاصوليا التي نزرعها حاليًا، فإن الدورة هي حوالي 60 إلى 70 يومًا، مما يسمح لنا بحصادها أيضًا.

بدأ تطوير المصانع النباتية في الصين متأخرًا نسبيًا، حيث بدأت الاستكشافات حوالي عام 2002، ولم تتجاوز مدة ذلك حوالي 20 عامًا. ومع ذلك، كان مسار الصين أكثر سلاسة لأننا تجاوزنا فعليًا عصر مصباح صوديوم عالي الضغط ومصباح فلوري، وانتقلنا مباشرة إلى العصر الثالث الذي نسميه عصر LED. يأتي حوالي 52% من التكلفة الإجمالية للمصنع النباتي من استهلاك الطاقة الكهربائية؛ ومن بين هذا الاستهلاك، يُعزى 60% لمصادر الإضاءة و35% لتكييف الهواء.

لذلك، لحل الاختناقات التقنية الرئيسية في المصانع النباتية، يجب أولاً معالجة مشكلة استهلاك الطاقة لمصادر الإضاءة، وثانياً معالجة استهلاك طاقة أنظمة التكييف.

في عام 2005، أثناء زيارتي لجامعة مارتن في أوروبا، قادني أحد زملائي يومًا إلى مختبر استخدم فيه لوحات إضاءة LED بمصادر ضوء أحمر وأزرق متبادلة لزراعة خس جميل جدًا. كان لهذا تأثير كبير عليّ.

وجدنا أنه قبل العديد من السنوات، رسم عالم فسيولوجيا نباتية منحنى يُسمى منحنى امتصاص الطيف النباتي. يُظهر هذا المنحنى أن القمم الامتصاصية الرئيسية للنباتات تقع في منطقة الضوء الأزرق من 400 إلى 500 نانومتر ومنطقة الضوء الأحمر من 600 إلى 700 نانومتر، مع وجود ذرتين مثليتين عند 450 نانومتر و660 نانومتر. بناءً على هذا المرجع، يمكننا المضي قدمًا في تطوير مصابيح LED.

في وقت لاحق، طرحنا مفهوم وصفات الإضاءة، واستكشفنا تأثيرات الضوء الأحمر البعيد، والضوء فوق البنفسجي، وما إلى ذلك على نمو النباتات، بما في ذلك اتجاه الإشعاع الضوئي: ما هو تأثير الإضاءة من أسفل النبات على نموه؟

حاليًا، لا تزال تكلفة مصانع النباتات مرتفعة نسبيًا. دراسة حالة لمصنع نباتات تجاري في بكين بمساحة 2400 متر مربع تبيع منتجاتها حاليًا إلى مطاعم وسوبرماركتات مشهورة في بكين. بشكل عام، تبلغ التكلفة حوالي 24 يوانًا لكل كيلوغرام. مستقبلاً، مع تقدم تكنولوجيا مصانع النباتات، يمكن خفض تكاليفها أكثر.

بالنسبة لمسألة الفعالية الضوئية واستهلاك الطاقة المذكورة سابقاً، بذل العلماء الصينيون جهوداً لا تتوقف. لقد قمنا الآن بتخفيض استهلاك الطاقة الشامل من 31-42 كيلوواط ساعة في الأصل لكل كيلوغرام من الخضروات إلى حوالي 8,25 كيلوواط ساعة. حالياً، يظل المعيار الدولي أعلى من 10 كيلوواط ساعة. لذلك، فإن هذا الاختراق التكنولوجي يوفر دعماً تقنياً قوياً للتطبيق واسع النطاق للمصانع النباتية في المستقبل.

لكن القيمة النظرية التي حسبناها يمكن أن تنخفض أكثر، إلى حوالي 4~5. وهذا يعني أنه في المستقبل، يمكن إنتاج كيلوغرام واحد من الخضروات باستخدام 4~5 كيلوواط ساعة فقط من الكهرباء.

另外我们还有一个很有意思的研究，就是说植物工厂里的从小苗子、长到大苗子这个过程大概有20多天的时间，小苗子很小，如果你在全生育期都用同样的一个光去照的话，其他的地方就是浪费的。如果我们把一个光聚到植物体上去照，它小的时候给它小一点，大的时候光斑大一点，这样的话我们也可以节省50%左右的能耗。

بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتجربة تحويل خط ليزر واحد إلى سطح ثم تشتيته. استهلاكه للطاقة هو فقط من 1/3 إلى 1/5 من استهلاك الليد، لذا يُعتبر الليزر مصدر إضاءة واعدًا جدًا للمستقبل.

أدت الاختراقات في تقنية المصانع النباتية وظهورها إلى ظهور العديد من الصناعات. على سبيل المثال، صناعة إضاءة النباتات: حاليًا، تمثل صناعتنا لإضاءة النباتات حوالي 80-90% من الحصة العالمية. العام الماضي، قمنا بتصدير مصابيح بقيمة تقارب 450 مليون دولار؛ ويبلغ الاستخدام المحلي للمصابيح النباتية حوالي 2 مليار يوان. هذا الحجم ليس كبيرًا بعد، لكنه سيزداد بشكل كبير في المستقبل.

假想一下，我们未来可能在很多城市建立这种城市的垂直农场，比如说在北京我们建立一栋大概30层左右的垂直农场，一年的产菜的量大概是1.08万吨，就可以供应周围的4万人一年的蔬菜，所以说这个是非常可观的。

لا يزال الموظفون المتقاعدون يمتلكون قدرات جسدية؛ وفي المستقبل، يمكننا زيارة المزارع العمودية للمشاركة في أنشطة العمل. من ناحية، يوفر هذا تمرينًا جسديًا وعقليًا، ومن ناحية أخرى، يحقق حصادًا ملموسًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تلبية رغبة سكان المدن في تجربة الزراعة من خلال معدات زراعة الخضروات المنزلية المدمجة. لا يلبّي هذا فقط طلبهم على الخضروات الطازجة فحسب، بل يعزز أيضًا الشعور بالمشاركة والانغماس والسعادة.

مصدر المقال: موقع CCTV.com، تم تجميعه ونشره بواسطة شبكة الإضاءة الزراعية.