Agro-productive impact of an experimental model for estimating pressure and flow rates in the micro- irrigation system of the 14 July organoponic farm

تُعد المياه شريان الحياة للزراعة، لكن إيصالها بشكل صحيح يمثل عملية توازن دقيقة. في الزراعة الحديثة، غالباً ما يكون الهدف هو تطبيق الكمية المناسبة تماماً من الرطوبة لكل نبات على حدة، وتجنب كل من هدر الغمر وإجهاد الجفاف. ويشكل هذا تحدياً خاصاً في الأنظمة التي تنتقل فيها المياه عبر أنابيب طويلة تحتوي على العديد من المخارج الصغيرة، المعروفة باسم المنقطات، والمصممة لتقطير أو رش الماء مباشرة على المحاصيل. ومع تحرك الماء عبر هذه الأنابيب، تعمل الاحتكاك على إبطاء سرعته، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط، وهذا يعني أن النباتات في بداية الخط قد تحصل على جرعة كبيرة بينما تتلقى تلك الموجودة في النهاية القليل جداً. فإذا كان الضغط منخفضاً جداً، فلن تصل المياه إلى الجذور بفعالية؛ وإذا كان مرتفعاً جداً، فإن النظام يهدر الطاقة والمياه. يحتاج المزارعون إلى وسيلة للتنبؤ بدقة بكمية الضغط والتدفق التي ستصل إلى كل نبات حتى يتمكنوا من ضبط النظام قبل أن تتضرر المحاصيل. وبدون هذه المعرفة، قد تبدو المزرعة خضراء على السطح بينما يتراجع إنتاجها النوعي بهدوء بسبب الري غير المتساوي.

في مزرعة "14 يوليو" العضوية في سيغو دي أفالا، كوبا، سعى الباحثون لحل هذه المشكلة باستخدام نهج جديد. فقد اختبروا نموذجاً رياضياً، وهو في الأساس مجموعة من القواعد التي تحاكي كيفية سلوك الماء داخل الأنابيب، لمعرفة ما إذا كان بإمكانه مساعدتهم في إدارة نظام الري الدقيق في المزرعة بشكل أكثر فعالية. تزرع المزرعة مجموعة متنوعة من الخضروات، بما في ذلك الخس، والسلق، والفاصوليا الخضراء، والخيار، في أحواض مرتفعة مغطاة بشبكة من الأنابيب والمرشات. وقارن الفريق بين طريقتين لتشغيل المزرعة: الطريقة القياسية، حيث كانوا يفحصون النظام بناءً على القياسات الأولية والخبرة العامة، والطريقة الجديدة حيث استخدموا نموذجهم للتنبؤ بالضغط والتدفق والتحكم فيهما عند كل مرشة. كما أولوا اهتماماً وثيقاً بالطقس، مستخدمين بيانات هطول الأمطار لتقرير متى يتم تشغيل أو إيقاف المضخات، بهدف توفير الطاقة والمياه كلما قدمت الطبيال يد العون.

كانت نتائج هذه التجربة واضحة وقابلة للقياس. فعندما عملت المزرعة تحت النموذج الجديد، أصبح توزيع المياه أكثر تساوياً بشكل ملحوظ. ووجد الباحثون أن انتظام توزيع المياه، وهو مقياس لمدى اتساق تلقي كل نبات للمياه، قفز من مستوى جيد إلى مستوى ممتاز. وانخفض التباين في كمية المياه الخارجة من كل مرشة بشكل كبير، مما يعني أن النباتات في نهاية الأنبوب تلقت كمية من الماء تقارب تلك التي تلقتها النباتات في البداية. وقد تُرجم هذا الاتساق مباشرة إلى حصادات أفضل؛ حيث أنتجت المحاصيل المزروعة تحت استراتيجية الإدارة الجديدة كميات أكبر من الغذاء بشكل ملحوظ: فقد زادت إنتاجية الخس بنسبة تقرب من الخُمس، والسلق بأكثر من الخُمس، والفاصوليا الخضراء بهامش مماثل، والخيار بنسبة تقرب من الربع. كما سمح النموذج للمزارعين بتشخيص المشكلات في الأنابيب، مثل المرشات المسدودة أو المكسورة، وإصلاحها قبل أن تؤذي المحاصيل.

وبعيداً عن المحاصيل نفسها، سلطت الدراسة الضوء على مقدار المياه والطاقة التي يمكن توفيرها من خلال الاستماع إلى السماء. تتبع الباحثون هطول الأمطار اليومي على مدار عدة سنوات ووجدوا أن المطر غالباً ما وفر مياهاً كافية للمحاصيل، خاصة بالنسبة للسلق، الذي لم يتطلب أي ري إضافي خلال فترات معينة. ومن خلال استخدام النموذج لجدولة الري فقط عندما لا توفر الأمطار الرطوبة الكافية، قللت المزرعة من عدد المرات التي اضطروا فيها لتشغيل مضخاتهم. ولم يؤدِ هذا إلى الحفاظ على حجم كبير من المياه فحسب، بل قلل أيضاً من الكهرباء اللازمة لدفع تلك المياه عبر الأنابيب. وتخلص الدراسة إلى أن هذه الأداة الرياضية هي وسيلة عملية للمزارعين لفهم الفيزياء الخفية لأنظمة الري الخاصة بهم، مما يؤدي إلى نباتات أكثر صحة، وإنتاجية أعلى، واستخدام أكثر كفاءة للموارد الثمينة من الماء والطاقة.