نظراً لسرعة تدفق الهواء في الشرفات، وارتفاع معدل التبخر، ومحدودية قدرة تحمل الأرض، فإن تكثيف طبقة التربة غير ممكن لتلبية احتياجات المحاصيل من المياه. لذلك، يُعد تطوير تقنيات زراعية بسيطة وسهلة المنال، مُصممة خصيصاً لمناخ الشرفة، لضمان احتياجات المحاصيل من المياه ونفاذية جذور التربة، أمراً بالغ الأهمية لنجاح زراعة الشرفات والتوسع فيها على نطاق واسع. تركز هذه المقالة على استكشاف حلول زراعية منخفضة التكلفة لزراعة الشرفات (الشكل 1).

شرفة الطابق الرابع في ساحة 8، المجتمع البستاني، بلدة غوكسو، مقاطعة تشونغرن، يبلغ ارتفاع الأرضية 9.5 متر، وخط طول 116.077807 درجة، وخط عرض 27.727549 درجة، وارتفاع 79.6 متر.

تم استخدام صندوق إسفنجي (القطر الخارجي والطول والعرض والارتفاع 44.5 و29.5 و24 سم، والقطر الداخلي والطول والعرض والارتفاع 40 و25.5 و21 سم على التوالي) مملوء بالماء كمصدر مياه للمراقبة، وتم إنشاء نقاط مراقبة داخل وخارج جناح السطح.

تم تسجيل شدة التبخر اليومي لسطح الماء على أساس يومي في المرحلة المبكرة، في حين تم تسجيل شدة النتح للمحصول في أيام متبادلة.

لتقليل تأثير الأمطار على البيانات، أُجريت قياسات يومية لشدة التبخر في الجناح على سطحه. كما وُضع صندوق تحكم على الشرفة الخارجية للجناح لتسجيل الأحوال الجوية اليومية، ودرجة حرارة الموقع، ومستوى الماء، ودرجة حرارته. بسبب الأمطار، تذبذب مستوى الماء في صندوق التحكم خارج الجناح بشكل غير منتظم. ونظرًا لنقص الخبرة المهنية وعدم اكتمال الكتابة اليدوية، استُخدمت القيمة المتوسطة كأساس للملاحظة (الجدول 1).

الجدول 1 سجل شدة تبخر سطح الماء داخل وخارج الجناح

أظهرت الملاحظات أنه من 30 أبريل 2021 (درجة الحرارة 31 درجة مئوية/16 درجة مئوية، باستخدام صناديق رغوية مفتوحة معزولة مملوءة بالماء) إلى 27 يونيو (درجة الحرارة 34 درجة مئوية/26 درجة مئوية)، أي على مدار 59 يومًا، انخفض منسوب المياه في صناديق الرغوة من 90 ملم إلى 16 ملم، بارتفاع تبخر إجمالي قدره 74 ملم. بلغ متوسط شدة التبخر اليومي المحسوب من سطح الماء حوالي (74/59) ≈ 1.254 ملم/يوم. وهذا يدل على أن التغطية بالغطاء العضوي إجراء فعال لزراعة الشرفات لمكافحة ارتفاع درجات الحرارة والجفاف.

لتقدير الحد الأقصى لاستهلاك المياه للمحاصيل المزروعة في الشرفات، زُرع أرز منتصف الموسم (صنف "يي شيانغ يو لي سي") في صناديق على الشرفة في الفترة من 3 إلى 21 سبتمبر 2021، بجذعتين لكل صندوق وثلاث شتلات لكل جذع. خلال مرحلتي التفتح والإزهار، بلغ ارتفاع نباتات الأرز 80 سم، و100 سم عند قمة ورقة العلم، و70 سم عرضًا. أُضيف الماء وسُجلت شدة النتح خلال هذه الفترة (الجدول 2). عند ملء صندوق الرغوة بـ 7.5 كجم من الماء، لم يتراكم الماء في قاع حجرة تخزين الماء بعد يومين إلى ثلاثة أيام، ولكن التربة ظلت رطبة. (كان القطر الخارجي والطول والعرض والارتفاع لصندوق الرغوة 44.5 و29.5 و24 سم على التوالي؛ وكان القطر الداخلي والطول والعرض والارتفاع 40 و25.5 و21 سم على التوالي.) بناءً على معدل إضافة الماء 3.5 كجم /يوم وطول وعرض سطح الصندوق الداخلي 40 و25.5 سم، كان معدل النتح حوالي 3.5 مم /يوم.

الجدول 2 سجل شدة نتح الأرز

لتحديد كمية المياه اللازمة لتجذير خضراوات الشرفة، أُجري اختبار للتربة باستخدام براميل زيت طهي مستعملة. عندما تكون التربة جافة وبيضاء باهتة، يُنصح بترطيب الطبقة التي يبلغ سمكها 19-20 سم بمعدل هطول أمطار يبلغ 3 مم لكل وحدة مساحة. أما إذا كانت التربة جافة وليست بيضاء، فيكفي ترطيب الطبقة التي يبلغ سمكها 19-20 سم بمعدل هطول أمطار يبلغ 2 مم لكل وحدة مساحة. سيتم فقدان فائض الماء المضاف، الذي يتجاوز نسبة الرطوبة المشبعة في التربة (الشكل 2).

الشكل 2 اختبار ري التربة

بعد ريّ براميل زيت الطهي المستعملة بالكامل وتعريضها لأشعة الشمس لمدة ثلاثة أيام من 2 إلى 5 مايو 2022، في ظلّ أجواء مشمسة باستمرار، استُخدم جهاز إلكتروني لفحص رطوبة التربة على عمق 5 سم. سُجِّل مستوى الرطوبة على أنه طبيعي (NOR). أما عند عمق 10 سم فأقل، فقد أشار الاختبار إلى رطوبة التربة (WET) أو رطوبة عالية جدًا (WET+). وهذا يُشير إلى أن التبخر من سطح الماء أكبر بكثير من التبخر من التربة (الشكل 3).

الشكل 3 اختبار شدة تبخر التربة

في 12 يناير 2022 ، كشفت قياسات كتلة جذر البروكلي، وهو نبات عالي الغلة ينمو في الحقول المفتوحة، عن كرة تربة بنصف قطر 15-20 سم وسمك 10-15 سم (الشكل 4 ). باختصار، يجب أن يكون سمك طبقة التربة لزراعة الشرفة 15-20 سم . يجب أن يكون استهلاك المياه 1.25-3.5 مم /يوم. ومع ذلك، فإن سعة الاحتفاظ بالمياه في التربة التي تقل عن 2 مم لا يمكنها تلبية استهلاك المحصول من المياه إلا لمدة نصف يوم خلال فترة ذروة نموه. لتجنب هدر القوى العاملة والموارد المادية وموارد المياه المرتبطة بالري مرة واحدة أو مرتين فقط في اليوم ، يجب اعتماد تقنية هندسية زراعية جديدة لتحل محل طرق الزراعة في الأصص والإطارات التي تتطلب الري اليومي.

الشكل 4 كتلة التربة عند جذر داتيان هواتانجكاي

يتكون صندوق الزراعة من جزأين: غرفة زراعة (أو غرفة زراعة) وغرفة تخزين مياه داخل الصندوق. تُوضع غرفة تخزين المياه على الجدران السفلية والجانبية لصندوق الزراعة لتشكل صندوق زراعة داخليًا لتخزين المياه (الشكل 5).

بناءً على بيانات الرصد، عندما تُشكّل حجرة تخزين المياه خُمس مساحة أرضية صندوق الزراعة، فإن كل زيادة بمقدار سنتيمتر واحد في ارتفاع الحجرة تكفي لتخزين ما يكفي من مياه المحصول ليوم واحد تقريبًا. عند ترك خط الصرف (فتحة مراقبة حقن المياه) في صندوق الزراعة على ارتفاع 5 سنتيمترات، يُمكن نظريًا تلبية معدل النتح الذي يتراوح بين 3 و5 أيام خلال فترة النمو النشط للخضراوات المعبأة في صناديق. ونظرًا لنقص صناديق الزراعة المُخصصة المُزودة بمساحة تخزين داخلية للمياه، غالبًا ما تُقطع وتُباع صناديق الرغوة المُعاد تدويرها وإطارات البلاستيك المُعاد تدويرها تجاريًا (الجدول 3).

الشكل 5. مقطع من صندوق الزراعة وزراعة الفلفل

الجدول 3 هيكل تكلفة صندوق الزراعة (يوان/صندوق)

يتكون حوض تخزين المياه البلاستيكي المدمج من طبقة عازلة، وأعمدة، وقضبان توصيل، وغشاء بلاستيكي (الشكل 6). وفقًا للقياسات، عند زراعة الأرز، يكفي 7.5 كجم من الماء (ما يعادل 7.5 ملم من هطول الأمطار على السطح الداخلي لحوض الزراعة الرغوي) لزراعة الأرز لمدة يومين فقط خلال فترة امتلاء الحبوب وتكوين الحبوب. لذلك، يضمن حوض تخزين المياه وأحواض الزراعة المدمجان تلبية احتياجات المحاصيل كثيفة الاستهلاك للمياه، مثل الأرز، من المياه. خلال فترات تناوب سطوع الشمس والأمطار، يمكن تقليل الري أو تقليله. أما خلال فترات الطقس المشمس والحار المستمر، فيمكن ضمان توفير المياه لمدة سبعة أيام تقريبًا.

صُنع سرير الماء باستخدام براميل زيت طهي مُعاد تدويرها، ولباد، وأنابيب سلكية، وغشاء بلاستيكي. بأخذ سرير ماء بطول وعرض وارتفاع سياج 3 أمتار × 1.5 متر × 0.15 متر كمثال، يُوضح الجدول 4 هيكل تكلفته.

الشكل 6 دعم سرير تخزين المياه المصنوع من فيلم بلاستيكي وتأثير تخزين المياه

الجدول 4 تكوين تكلفة سرير الماء (4.5 متر مربع ^{) /يوان}

على قاع الماء، يُستخدم ملاط مصنوع من واقيات الطين وألواح البوليستر وغراء أسمنتي سريع الذوبان لحماية الغشاء. بعد أن يتصلب الملاط، تُضاف تربة مغذية لإنشاء حديقة خضراوات صغيرة على السطح. تُلبي هذه الحديقة الصغيرة متطلبات نفاذية التربة بشكل أفضل لنمو جذور المحاصيل. لإدارة رطوبة التربة في حديقة صغيرة: خلال موسم الأمطار، يمكن نشر الغشاء البلاستيكي منخفض الارتفاع لتصريف المياه والحد من تآكل التربة. وفي الطقس الجاف، يمكن طي الغشاء للاحتفاظ بالرطوبة، مما يوفر حلاً بسيطًا وفعالًا لآثار كل من المطر والجفاف (الشكل 7).

لأن واقيات الطين استخدمت شرائح أرضية مركبة بمقاس 80 سم × 13 سم، كان ارتفاع طبقة التربة المغذية 12 سم لحساب حجمها. وكان سعر المصنع للتربة المغذية 25 يوانًا/60 لترًا (الجدول 5).

الشكل 7 حديقة خضراوات صغيرة على الشرفة

الجدول 5 هيكل تكلفة حديقة الخضروات (4.5 متر مربع) /^يوان

التعريشات، والشباك المقاومة للحشرات والطيور، وأغشية العزل مزدوجة الطبقات، والبطانيات الحرارية، وأجهزة التحكم الذكية في درجة الحرارة، كلها عوامل أساسية لنمو محاصيل الأسطح على مدار العام. فمقارنةً بالأرض، تتعرض أسطح المنازل لرياح أقوى، وتقلبات أكبر في درجات الحرارة بين الليل والنهار، وتخزن حرارة أقل في منطقة الزراعة، وتتحمل البرودة بشكل أقل. لذلك، ينبغي تصميم التعريشات بطبقتين خارجية وداخلية. ويجب تجهيز التعريشة الخارجية بشريط لاصق لمنع سقوطها. ويجب ألا يزيد ارتفاع التعريشات المنزلية الصغيرة عن مترين. أما التعريشة الداخلية، فتوفر العزل والدفء في الشتاء، ويمكن بناؤها بدعامات بلاستيكية خفيفة الوزن، يتراوح ارتفاعها بين 1.3 و1.6 متر. ويجب تغطية التعريشة الخارجية بشبكة مقاومة للحشرات على مدار العام لردع الحشرات والطيور، مما يقلل بشكل مباشر من الحاجة إلى المبيدات الحشرية. مع ارتفاع درجات الحرارة، أزل أغشية العزل الداخلية والخارجية تدريجيًا. وفي المقابل، أضف تدريجيًا أغشية العزل الخارجية والداخلية والبطانيات الحرارية، وركّب جهاز تحكم ذكي في درجة الحرارة. تظهر الملاحظات الأولية أنه بعد تغطية دفيئة داخلية (ارتفاع 1.5 متر، 4.5 متر مربع ⁾ ببطانية، فإن التدفئة في ليلة ثلجية بدرجة حرارة محددة تتراوح بين 16 و22 درجة مئوية وكابل بطول 50 مترًا، باستخدام منظم حرارة ذكي بقوة 480 وات، تستغرق 22 دقيقة. بعد حوالي 33 دقيقة، يعاد تشغيل منظم الحرارة، ويمثل استهلاك الكهرباء حوالي 40٪ من الوقت. بناءً على فترة تدفئة ليلية شتوية مدتها 12 ساعة، يبلغ استهلاك الطاقة لكل دفيئة حوالي 3 كيلو وات/ساعة (بما في ذلك الطاقة الاحتياطية). إذا تم الحفاظ على التدفئة طوال اليوم أثناء الظروف الباردة والغائمة والممطرة، فإن استهلاك الطاقة يقدر بنحو 6 كيلو وات/ساعة في اليوم (الشكل 8). يوفر هذا أساسًا لتطبيق الطاقة الشمسية على السطح.

الشكل 8 عزل السقيفة المزدوجة وتدفئة الترموستات

في أغسطس 2021، أُجريت أول تجربة لزراعة الأرز (صنف "يي شيانغ يو") باستخدام مزيج من "صندوق زراعة + حوض مائي". احتوى كل "صندوق زراعة مائي" (الطول × العرض × الارتفاع = 45 سم × 29.5 سم × 24 سم) على كتلتين من الأرز، تحتوي كل منهما على ثلاث شتلات. كان المحصول مرتفعًا، حيث بلغ متوسط محصول الحبوب الرطبة 148 غرامًا، ومتوسط محصول الحبوب الجافة 120 غرامًا لكل كتلة (240 غرامًا لكل صندوق زراعة).

في 15 مارس و15 أبريل 2022، صُممت ست مجموعات لزراعة الأرز لفترتين مختلفتين من البذر المباشر في نفس ^{قطعة الأرض} "الصندوق + الفرشة" بمساحة 4.5 متر مربع . أظهرت عملية إدارة زراعة الأرز في منتصف موسم 2021 وتجارب البذر المباشر المبكر للأرز في ربيع هذا العام أن نظام "الصندوق + الفرشة" البسيط على السطح، مقترنًا بتقنيات الهندسة الزراعية، تفوق بشكل ملحوظ على الزراعة الحقلية من حيث إعداد وتطبيق مجموعة التحكم، والمراقبة والتسجيل على مدار الموسم، والتحكم الدقيق في المياه والأسمدة، ومكافحة الآفات والأمراض، وإنتاجية النبات الواحد، واستغلال الموقع، وتقليل كثافة العمالة (الشكل 9).

الشكل 9: زراعة الأرز في منتصف الموسم (2021) وزراعة الأرز في بداية الموسم (2022)

في الفترة من ٢٦ أبريل إلى ١٥ مايو ٢٠٢٢، أُجريت مقارنة بين زراعة السبانخ المائي بطبقات في حديقة خضراوات صغيرة على السطح وفي الحقل المكشوف. في ظل نفس ظروف الإدارة، ورغم إعادة زراعة الحقل المكشوف، كان نمو السبانخ المائي في حديقة الخضراوات الصغيرة أفضل بكثير من نموه في الحقل المكشوف (الشكل ١٠).

الشكل 10 (مزروعة في نفس اليوم) نمو السبانخ المائي في الحقل المفتوح وعلى الشرفة

وفقًا لسجلات ١١ سبتمبر ٢٠٢١، عندما كانت درجة حرارة سطح الأرضية المكشوفة ٤٠ درجة مئوية، كانت درجة حرارة الماء في حوض الماء أسفل نباتات الأرز ٣١ درجة مئوية. في ٢٦ ديسمبر، تساقط ثلوج خفيفة، وكانت درجة حرارة السطح -١ درجة مئوية. تم ضبط نطاق التحكم الذكي في درجة حرارة حظيرة الزراعة بين ١٦ و٢٢ درجة مئوية، مما يسمح بتدفئة غرفة المعيشة في الطابق العلوي شتاءً وبرودتها صيفًا (الشكل ١١).

الشكل 11 (الشرفة في نفس الوقت) الفرق في درجة الحرارة بين منطقة الزراعة والمنطقة غير المزروعة

يمكن استخدام تقنية زراعة الأسطح في مجالات مثل الخدمات الفنية للزراعة، وتربية الأصناف، ومعالجة ركائز الزراعة، وإعادة تدوير النفايات، وخدمات العمالة، وإعادة استخدام المواقع الصناعية والتعدينية المهجورة. كما يمكنها دمج مجالات ناشئة مثل الطاقة الشمسية، وجمع مياه الأمطار وتخزينها على الأسطح، وتطوير معدات العزل الآلي، والتحكم الذكي في المياه والأسمدة والإضاءة ودرجة الحرارة. يمكن تصغير صناديق الزراعة المزودة بوحدات تخزين مياه مدمجة، أو تخصيصها، أو تصميمها وتصنيعها لتكون قابلة للتحلل الحيوي. يمكن استخدامها في الشرفات والحانات وغرف الدراسة، أو لزراعة شتلات الأعشاب الطبية الصينية الثمينة وزراعتها في الغابات. سيؤدي ذلك إلى توسيع نطاق ريادة الأعمال وفرص العمل، وتعزيز التكامل والتطوير المتعمق للاقتصاد الحقيقي عبر قطاعات متعددة (الشكل 12).

الشكل 12: رفع تربة المغذيات على الشرفة وزراعة الخضروات في صندوق التراس

معلومات الاستشهاد

زو مينغسن. استكشاف حلول تكنولوجية هندسية زراعية منخفضة التكلفة للشرفات [مجلة]. تكنولوجيا الهندسة الزراعية، ٢٠٢٢، ٤٢(٢٥): ٤٤-٤٨.