الزراعة الهيدروجيلية

الزراعة الهيدروجيلية(بالانجليزية:Hydrogel agriculture) تستخدم تقنية الزراعة الهيدروجيلية بوليمرات غير قابلة للذوبان تُشكل هلامًا لتحسين خصائص الاحتفاظ بالماء في أنواع مختلفة من التربة، مثل الطين والطمي الرملي. يمكن أن يزيد هذا من الاحتفاظ بالماء واستخدامه (حتى 85% للرمل)، ويحسن نفاذية التربة، ويقلل الحاجة إلى الري، ويقلل من ضغط التربة وتآكلها وتسربها، ويحسن نمو النباتات.يهدد التصحر ونقص المياه الزراعة في العديد من المناطق القاحلة وشبه القاحلة في العالم؛ ويمكن التخفيف من هذه الآثار باستخدام الهيدروجيل.

الهيدروجيلات هي بوليمرات فائقة الامتصاص قادرة على امتصاص واحتباس كميات هائلة من الماء مئات المرات كتلتها الجافة وتطلقها ببطء في التربة. تُعرف أيضًا باسم خزانات الماء المصغرة في السياق الزراعي.عند مزج حبيبات الهيدروجيل الجافة مع التربة وريها، تمتص الماء وتنتفخ مشكلةً جيوبًا هلامية مليئة بالماء. مع جفاف التربة المحيطة، تقوم هذه الجيوب بإطلاق الماء الذي تمتصه جذور النباتات تدريجيًا عن طريق الضغط الأسموزي والخاصية الشعرية. تعمل هذه الدورة (امتصاص-إطلاق) بشكل متكرر مع كل عملية ري.
 التطبيقات 
 توفير المياه 
 تقلل الهيدروجيلات من فقدان الماء بالتسرب العميق (التصريف) والتبخر من سطح التربة. هذا يسمح بتمديد الفترات بين الري بنسبة 50% أو أكثر، مما يجعله حلًا مثاليًا للمناطق التي تعاني من ندرة المياه والجفاف.
 تحسين نمو النبات 
 الحفاظ على رطوبة التربة بشكل ثابت حول منطقة الجذور (البيئة الجذرية) يقلل من الإجهاد المائي على النبات، مما يعزز نمو الجذور والنبات بشكل عام، ويزيد من معدل امتصاص المغذيات، ويحسن المحصول النهائي.
 تحسين خصائص التربة 

في التربة الرملية سريعة التصريف، تعمل الهيدروجيلات على زيادة قدرة التربة على الاحتفاظ بالماء كما أنها تساعد في تهوية التربة الطينية الثقيلة عن طريق تكوين مسام عند انتفاخها وانكماشها، مما يحسن من تهوية الجذور.

 تقليل فقدان الأسمدة والتلوث 

عندما تذوب الأسمدة في ماء الري، تمتصها حبيبات الهيدروجيل مع الماء عند إطلاق الماء، تطلق المغذيات أيضًا ببطء هذا يمنع تسربها إلى المياه الجوفية (مثل النترات) ويوفر تغذية أكثر كفاءة للنبات، مما يقلل من الحاجة لكميات كبيرة من الأسمدة.

 التطبيقات الخاصة 

 زراعة الأشجار والشتلات:
تُستخدم في نقل وزراعة الأشجار الكبيرة لتقليل صدمة الزرع والحفاظ على رطوبة كرة الجذر.
 الزراعة في الأماكن الجافة والمنحدرات: حيث يصعب الري المتكرر.
 زراعة الأسطح والحدائق المنزلية: لتقليل عدد مرات الري.
 التحديات والاعتبارات 

 التكلفة: يمكن أن تكون التكلفة الأولية للهيدروجيل عالية، لكنها غالبًا ما تكون مجدية اقتصاديًا على المدى الطويل للمحاصيل عالية القيمة أو في مشاريع التشجير.
 التأثير البيئي: يجب اختيار أنواع قابلة للتحلل الحيوي (مشتقة من السليلوز أو النشا) لتجنب تلوث التربة بالبلاستيك الدقيق. الهيدروجيلات التقليدية القائمة على البولي أكريلاميد آمنة بشكل عام ولكن يجب دراسة تحللها.
 إدارة الري: الاستخدام الأمثل يتطلب ضبط جدول الري؛ فالإفراط في الري مع وجود الهيدروجيل قد يؤدي إلى تشبع التربة بالماء.
 أمثلة عملية ودراسات حالة 
 مشروع التشجير في المملكة العربية السعودية: تم استخدام الهيدروجيل بنجاح في زراعة الأشجار في المناطق القاحلة لزيادة فرص بقاء الشتلات.
 زراعة الطماطم في البيوت المحمية: أظهرت الدراسات زيادة في محصول وجودة الطماطم مع توفير كبير في مياه الري عند استخدام الهيدروجيل. الزراعة الهيدروجيلية تمثل تقنية واعدة للزراعة الذكية مناخيًا والزراعة المستدامة، خاصة في ظل تحديات ندرة المياه وتغير المناخ. نجاحها يعتمد على الاختيار المناسب للنوع القابل للتحلل والتطبيق الصحيح وفقًا لنوع التربة والمحصول.

 الهلاميات المائية 
 الهلاميات المائية هي بوليمرات متشابكة محبة للماء تُشكل شبكات جزيئية ثلاثية الأبعاد قادرة على امتصاص كميات كبيرة من الماء والاحتفاظ بها.

قد تكون هناك أنواع مختلفة مناسبة للاستخدام الزراعي. الهيدروجيل النشوي (التطعيمي) قابل للتحلل الحيوي ورخيص الثمن، ويمكن تعديله لضبط قدرته على الاحتفاظ بالماء. الهلاميات المائية البوليمرية المتشابكة لحمض الأكريليك متوفرة تجاريًا؛ وهي غير قابلة للذوبان عمليًا، لكنها تتحلل ببطء مُطلقةً مادة الأكريلاميد السامة.

 الاستخدامات المحتملة في الزراعة 
يمكن أن تكون الهلاميات المائية بأنواعها المختلفة مفيدة في الزراعة، إذ تُخفف من إجهاد الجفاف على النباتات، وتُحسّن استخدام مياه الري والأسمدة.

يمكن لبوليمرات الهلاميات المائية فائقة الامتصاص، من حيث المبدأ، التأثير على نفاذية التربة وكثافتها وبنيتها وملمسها ومعدلات تبخرها وتسرب الماء عبرها.كما أنها تسمح بإطلاق المبيدات الحشرية ببطء على مدى فترة طويلة، مما يزيد من فعاليتها ويُقلل من الآثار الجانبية مثل جريان المبيدات. لذلك، كان هناك اهتمام بحثي كبير بالاستخدام المحتمل للهلاميات المائية في الزراعة. على سبيل المثال، يزيد الهلام المائي المصنوع من صمغ الكراث من محتوى الماء في التربة الطينية بنسبة تصل إلى 5.35% وفي التربة الطميية الرملية بنسبة تصل إلى 5.5%؛ ويمكن استخدامه أيضًا لإطلاق كلوريد الكالسيوم ببطء على مدى فترة طويلة.

 يمكن للهلاميات المائية المُعدّة بشكل مناسب أن تُزوّد التربة بالمبيدات الحشرية (مثل مبيدات الأعشاب) وتُطلقها ببطء في آنٍ واحد، مما يزيد من احتفاظ التربة الرملية بالماء. وتشمل الهلاميات المائية المُطوّرة لهذا الغرض بوليمرات أوليجوأوكسي إيثيلين ميثاكريلات، المرتبطة بروابط أيونية وتساهمية بمبيد أعشاب مثل حمض 4-كلورو-2-ميثيل فينوكسي أسيتيك (CMPA). كما دُرست بوليمرات أخرى مُحبّة للماء، صُنعت من مجموعة متنوعة من مونومرات الأكريلات المختلفة لإطلاق مبيدي 2,4-D وCMPA. وتُوفّر هذه البوليمرات توليفات مختلفة من معدل إطلاق المبيدات الحشرية واحتباس الماء في التربة. كما يُمكن استخدام الهلاميات المائية لتغليف مبيد الحشرات سايبرمثرين ومبيد الفطريات كبريتات النحاس. ويمكن استخدام البوليمرات فائقة الامتصاص لإطلاق سماد الفوسفات ببطء، عن طريق تكوين رابطة إسترية بين كحول البولي فينيل وحمض الفوسفوريك.مادة مركبة فائقة الامتصاص من البوليمر/الطين، مصنوعة عن طريق ربط الأكريلاميد بمسحوق الأتابولجيت الناعم (طين الأرض القصار)، تُظهر نتائج واعدة بفضل قدرتها الممتازة على الاحتفاظ بالماء وتكلفتها المنخفضة مقارنةً بهيدروجيل البولي أكريلاميد.

وقد طرحت أبحاث حديثة هيدروجيلات فائقة الامتصاص، قائمة على السليلوز وقابلة للتحلل الحيوي، تُحسّن بشكل كبير من احتباس الماء في التربة الرملية، مما يُقدم حلاً مستدامًا لإدارة المياه الزراعية.

 التسويق 
في عام 2015، أعلن المعهد الهندي لبحوث الزراعة (IARI) عن تطوير هلام مائي جديد للاستخدام الزراعي. كان الهدف منه مساعدة المزارعين على مواجهة الجفاف، وتحقيق كفاءة استخدام المياه في المناطق القاحلة وشبه القاحلة في الهند. سيتم تسويق المنتج من قِبل المؤسسة الوطنية لتطوير البحوث (NRDC) التابعة لوزارة العلوم والتكنولوجيا، بالتعاون مع شركة ريلاينس إندستريز المحدودة، ومقرها تشيناي.

 انظر أيضًا 

 الزراعة
 النظم البيئية
 البيئة
 مياه المزارع
 الزراعة البعلية
 الحفاظ على المياه

 المراجع 


تصنيف:تقنيات مستدامة
تصنيف:نظام غذائي مستديم