مهندسي بي‌نهايت: كشاورزي هوشمند و تغذيه پايدار
گرسنگي، سوءتغذيه و كمبود مواد غذايي، زندگي انسان‌ها را در بخش‌هاي مختلفي از جهان، همچون نپال و اوگاندا، با اشكال مواجه كرده‌اند. هرچند اقداماتي همچون ارسال محموله‌هاي غذايي مي‌توانند در كوتاه مدت به كاسته شدن سطح اين معضلات كمك كنند؛ اما راه حل اصليِ مبارزه با كمبود مواد غذايي، توليد مواد غذايي بيشتر، به‌شكل بهينه و با بازدهي بالا است. بر اساس پيش‌بيني‌ها، جمعيت جهان تا سال ۲۰۵۰ به حدود ۱۰ ميليارد نفر خواهد رسيد. براي تامين غذاي مورد نياز اين جمعيت، نمي‌توان به روش‌هاي سنتي كشاورزي وابسته بود.
اگر قرار است صنعت كشاورزي غذاي مورد نياز اين جمعيت را تامين كند، از چه راهي مي‌توان به اين هدف دست يافت؟ بديهي است كه پايبند ماندن به روش‌هاي قديمي در كشاورزي، نمي‌تواند به كاهش اشكال كمبود غذا در جهان كمك كند؛ بلكه بايستي در پي دست‌يابي به روش‌هاي نويني باشيم تا بتوانيم بازده كشاورزي را به ميزان قابل توجهي افزايش دهيم. خبر خوش اين است كه تلاش براي به‌روزرساني و هوشمندسازي صنعت كشاورزي از مدت‌ها پيش صورت گرفته است و برخي كشورها به موفقيت‌هاي قابل توجهي در اين حوزه دست پيدا كرده‌اند. در اين مطلب از مجموعه مقالات مهندسي بي‌نهايت، نگاهي گذرا خواهيم داشت بر اثرات دنياي مهندسي بر صنعت كشاورزي؛ از شما دعوت مي‌كنيم تا انتها با اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران همراه باشيد.
كشاورزي هوشمند
بر اساس برخي يافته‌ها، پيشينه‌ي حرفه‌ي كشاورزي به بيش از ۱۲ هزار سال پيش مي‌رسد؛ با اين وجود، يافته‌هاي ديگري نيز وجود دارند كه نشان مي‌دهند اولين تلاش‌هاي انسان براي كاشت گياهان و برداشت محصول ۲۳٫۰۰۰ سال پيش صورت گرفته‌اند. تصويري كه اكثر ما از كشاورزي در ذهن داريم، شغلي پرزحمت است كه تنها افرادي سخت‌كوش به دنبال آن خواهند رفت. در نگاه بسياري از ما، تراكتورها، كمباين‌ها و برخي ديگر از ماشين‌آلات كشاورزي از جمله‌ي معدود ماشين‌هاي صنعتي هستند كه به اين حرفه‌ي باستاني راه پيدا كرده‌اند.
حقيقت اين است كه حرفه‌ي كشاورزي نيز همچون ديگر جنبه‌هاي زندگي بشر، با رشد فناوري به سمت پيشرفت و بالندگي بيشتر حركت كرده‌است. به لطف پيشرفت‌هاي حاصل شده در زمينه‌هاي مختلف از جمله ماشين‌آلات كشاورزي، روش‌هاي نوين آبياري، فناوري‌هاي نظارتي، مهندسي ژنتيك و... كشاورزي از حرفه‌اي سخت و پرمشقت، به صنعتي پويا و پرسود تبديل شده است. كشورهايي مانند هلند، آلمان و فرانسه به لطف استفاده از فناوري‌هاي مدرن، ضمن آسان ساختن و كاهش قابل توجه زحمات و مشقات حرفه‌ي كشاورزي، سود قابل توجهي نيز از اين صنعت به دست مي‌آورند.
استفاده از فناوري‌هاي مدرن باعث شده است اين كشورهاي نسبتا كوچك اروپايي، از انديشه متخصصين صادرات محصولات كشاورزي با كشورهاي پهناوري همچون ايالات متحده به رقابت بپردازند. در جدول زير، مي‌توانيد ميزان صادرات محصولات كشاورزي دو كشور پهناور جهان را با صادرات محصولات كشاورزي هلند، آلمان و فرانسه مقايسه كنيد.
نام كشور | رتبه در صادرات محصولات كشاورزي | ميزان صادرات (ميليارد دلار) | مساحت (كيلومتر مربع) |
|---|---|---|---|
ايالات متحده | ۱ | ۱۴۹.۱۲۲ | ۹.۸۴۳ ميليون |
هلند | ۲ | ۹۲.۸۴۵ | ۴۱٫۵۴۳ |
آلمان | ۳ | ۸۶.۸۲۶ | ۳۵٫۷۰۲۱ |
برزيل | ۴ | ۷۸.۸۱۹ | ۸.۵۱۶ ميليون |
فرانسه | ۵ | ۷۴.۲۸۷ | ۶۴٫۳۸۰۱ |
هرچند در اين جدول برخي متغيرهاي تاثيرگذار در كشاورزي، از جمله تنوع آب و هوايي، مساحت زمين‌هاي حاصل‌خيز، ميزان مصرف داخلي و... مدانديشه متخصصين قرار نگرفته‌اند؛ اما واضح است كه سه كشور فرانسه، آلمان و هلند، با وجود مساحت كم، صادرات كشاورزي پرسودي دارند. جالب اينجا است كه مساحت برزيل بيش از ۲۰۰ برابر مساحت هلند است؛ اما كشاورزان هلندي در زمينه‌ي صادرات محصولات‌شان، به‌مراتب موفق‌تر از همتايان برزيلي‌شان بوده‌اند.
سوال اصلي اين است كه اين كشورها چگونه توانسته‌اند در زمينه‌ي صادرات محصولات كشاورزي، كشورهاي پهناوري همچون ايالات متحده و برزيل را به چالش بكشند. پاسخ اين سوال ساده است: استفاده از فناوري‌هاي مدرن كشاورزي و بهره‌گيري از كشاورزي هوشمند. واژه‌ي كشاورزي هوشمند به استفاده از روش‌ها و ابزارهاي نوين در صنعت كشاورزي اشاره مي‌كند. به‌طوري كه با استفاده از آنها، بازدهي مزارع به‌طور قابل توجهي افزايش مي‌يابد. در ادامه با برخي از اين روش‌ها و ابزارهاي نوين آشنا مي‌شويم.
استفاده از حسگرها در كشاورزي
در شيوه‌ي سنتي، جهت تحليل وضعيت خاك از تكنيك‌هاي سنتي نمونه‌برداري استفاده مي‌شود. در اين تكنيك‌ها، به‌ازاي هر چند هزار متر مربع، نمونه‌اي از خاك تهيه شده و جهت مطالعهِ مواد موجود در آن به آزمايشگاه ارسال مي‌شود. اما حسگرهاي مدرن كار را براي كشاورزان ساده كرده‌اند و دقت نمونه‌برداري را از چندين هزار متر مربع به چند سانتي‌متر مربع افزايش داده‌اند. حسگرهاي كشاورزي يا درون خاك نصب مي‌شوند يا روي وسائلي همچون ماشين‌آلات كشاورزي، پهپادها و ماهواره‌ها قرار مي‌گيرند.
يكي از رايج‌ترين حسگرها، حسگرهاي چندطيفي (Multispectral) هستند كه مي‌توانند با توجه به طيف نوري بازتاب داده شده توسط گياهان، وضعيت رشد آنها را تعيين كنند. همانگونه كه گفته شد، اين حسگرها روي ابزارهايي نظير پهپادها يا ماهواره‌ها نصب مي‌شوند تا ميزان رشد تك‌تك گياهان تشخيص داده شود. شركت آمريكايي Planet Labs از اطلاعات ماهواره‌اي جمع‌آوري شده استفاده مي‌كند تا مزارع را به‌صورت منظم و در بازه‌هاي زماني مشخص مورد مطالعه قرار دهد. با وجود اين كه ماهواره‌ها به‌طور منظم اطلاعات را جمع‌آوري مي‌كنند؛ اما اين پهپادها هستند كه مي‌توانند از فاصله‌اي نزديك‌تر مزارع را مطالعه كنند و اطلاعات دقيق‌تري را در اختيار كشاورزان قرار دهند.
در يك نوآوري ديگر، شركت Mavrx، قراردادي را با شركت‌هاي مالك هواپيماهاي سبك غيرنظامي به امضا رسانده و حسگرهاي خود را روي اين هواپيماهاي كوچك نصب كرده است. اين شركت، داده‌هاي جمع‌آوري شده از حسگرهاي هوايي را با داده‌هاي ماهواره‌اي جمع‌آوري مي‌كند. اين كار به Mavrx اجازه مي‌دهد مساحت‌هاي گسترده‌اي را با دقت ۲۰ سانتي‌متر مربع تحت مطالعه قرار دهد. داده‌هاي جمع‌آوري شده، علاوه بر وضعيت رشد گياهان، مواردي مانند تراكم گياهان ناخواسته و ميزان خشكي زمين را شامل مي‌شوند.
تصاوير تهيه شده با حسگرهاي ماهواره‌اي توسط شركت Mavrx
ماشين‌آلات كشاورزي هوشمند، از اين داده‌هاي جمع‌آوري شده استفاده مي‌كنند تا فرايندهايي مانند برداشت محصول، سم‌پاشي و چيدن گياهان ناخواسته را با دقت فوق‌العاده‌اي انجام دهند. براي مثال، با كمك نقشه‌هاي تهيه شده از ميزان رشد گياهان در بخش‌هاي مختلف زمين، يك تراكتور هوشمند مي‌تواند تنها گياهان آماده‌ي مصرف را برداشت كند و گياهان نارس تا زمان آماده شدن برداشت نخواهند شد. تراكتورهايي كه به حسگرهاي اختصاصي مجهز هستند، حتي دقت بيشتري دارند؛ كشاورزان هلندي با كمك اين حسگرها محصولاتي مانند سيب‌زميني را به‌صورت تك‌تك مورد مطالعه قرار مي‌دهند و در هر مرحله تنها آن‌هايي كه مناسب برداشت هستند را از دل زمين خارج مي‌كنند.
كشاورزان وظائفي مانند برداشت محصول را از دفتر كار خود به انجام مي‌رسانند
شركت اسپانيايي AGROBOT ماشين برداشت هوشمندي موسوم به SW6010 توليد كرده كه با كمك دوربين توت‌فرنگي‌ها را كنترل مي‌كند و تنها آن‌هايي كه آماده‌ي استفاده هستند را مي‌چيند. چنين ربات‌هايي نه‌تنها دقت در برداشت محصول را افزايش مي‌دهند؛ بلكه اين كار را با سرعت بيشتري نيز انجام مي‌دهند. هم‌اكنون نيز دانشمندان هلندي در حال كار روي ماشين‌هايي هستند كه مي‌توانند چيدن محصولات كشاورزي بزرگ‌تر را با دقت بالاتري به انجام برسانند. طرح مفهومي تراكتور NHDrive محصول شركت New Holland نيز يكي از طرح‌هاي آينده‌نگرانه براي تراكتورهاي هوشمند است. با كمك اين تراكتورها، كشاورزان وظائفي مانند برداشت محصول يا كشت بذر را از دفتر كار خود و با كمترين زحمت به انجام مي‌رسانند.
نرم‌افزار كنترل تراكتور هوشمند NHDrive
آبياري هوشمند نيز يكي ديگر از مزاياي استفاده از حسگرها است. در حال حاضر، عمل آبياري با روش‌هاي مختلف نظير قطره‌اي، باراني و... و بر اساس برنامه‌ي زمان‌بندي مشخص اما با كمك حسگرها، مي‌توان برنامه‌ريزي آبياري را به‌صورت هوشمند درآورد. شركت CropX با استفاده از حسگرهاي خاك، ميزان دما و رطوبت خاك را مورد سنجش قرار مي‌دهد تا مشخص كند كه چه بخش‌هايي از خاك به آبياري بيشتري نياز دارند و كدام بخش‌ها به آبياري كمتري نياز دارند. همچنين، با كنترل مداوم داده‌هاي دريافتي از حسگرها، تنها در زمان نياز و به ميزان لازم عمل آبياري
استفاده از سيستم‌هاي آبياري هوشمند، ميزان مصرف آب را تا ۳۰ درصد كاهش مي‌دهد
شركت آمريكايي CropX نقشه‌هاي تهيه شده شده توسط حسگرهاي خاك را با سيستم‌هاي آبياري قطره‌اي كه در دل خاك قرار دارند تركيب كرده تا ضمن جلوگيري از بخار شدن بي‌رويه‌ي آب، بهره‌وري آبياري را هم به حداكثر برساند. لازم به ذكر است كه حسگرهاي استفاده شده توسط CropX مي‌توانند سطح رطوبت و دما را در عمق‌هاي مختلف مورد مطالعه قرار دهند. استفاده از سيستم‌هاي آبياري هوشمند، ميزان مصرف آب را در برخي مزارع تا ۳۰ درصد كاهش مي‌دهد.
نمونه‌اي از نقشه‌ي آب‌رساني و مقايسه‌ي آن با نتيجه‌ي برداشت محصول
نورافشاني مصنوعي و كنترل محيطي
شكي نيست كه عوامل محيطي از جمله ميزان تابش نور خورشيد، سطح بارش، دماي هوا، ميزان رطوبت و... از جمله عوامل تاثيرگذار در كشاورزي هستند. گلخانه‌ها از جمله رايج‌ترين ابزارهايي هستند كه به كشاورزان كمك مي‌كنند عوامل محيطي را تا حدي كنترل كنند. با توجه به اهميت كنترل عوامل محيطي، كشورهاي پيشرو در عرصه‌ي كشاورزي همچون هلند، بخش زيادي از كشاورزي خود را به‌صورت گلخانه‌اي انجام مي‌دهند.
اما دانشمندان پا را از اين نيز فراتر گذاشته‌اند و در انديشه‌ي تجاري‌سازي ايده‌ي مزارع كاملا كنترل شده هستند. يكي از اين طرح‌ها تحت نظارت دانشگاه كمبريج و در منطقه‌ي كلپ‌هام در جنوب لندن در حال اجرا است. در اين برنامه‌ي تحقيقاتي ۲۰ نوع گياه كه معمولا در تهيه‌ي سالاد مورد استفاده قرار مي‌گيرند، در شرايط كاملا مصنوعي كشت شده‌اند. براي اين پروژه از نام Growing Underground يا همان «پرورش زيرزميني» استفاده شده است.
نور مورد نياز براي گياهان در پروژه‌ي پرورش زيرزميني از طريق چراغ‌هاي LED تامين مي‌شود؛ با كمك اين چراغ‌ها، نه‌تنها ميزان تابش قابل تنظيم است، بلكه مي‌توان طيف نوري تابيده شده به هر گياه را به‌صورت جداگانه تعيين كرد. متغيرهاي ديگر همچون دما و رطوبت نيز به طور دائم كنترل مي‌شوند و داده‌هاي جمع‌آوري شده مستقيما به بخش مهندسي دانشگاه كمبريج ارسال مي‌شوند.
كشت كنترل شده با نور LED
شايان ذكر است كه ايده‌ي مزارع كاملا كنترل شده صرفا ايده‌اي تحقيقاتي نيست؛ بلكه در حال حاضر ساختمان‌هاي قديمي و بلااستفاده از جمله كارخانه‌ها، انبارها و... به مزارع كنترل شده تبديل شده‌اند. هدف اين مزارع اين است كه با كنترل تمام متغيرهاي موثر بر رشد گياهان، شرايط آب و هوايي نقاط مختلف جهان را به صورت مصنوعي بازسازي كنند.
در راستاي تحقق كامل ايده‌ي شبيه‌سازي شرايط آب و هوايي، پروژه‌ي جنبش كشاورزي آزاد (Open Agriculture Initiative) در موسسه‌ي فناوري ماساچوست (MIT) از سال ۲۰۱۵ شروع شده است. هدف اين پروژه تنها ساخت محيط‌هاي كنترل شده نيست، بلكه محققان MIT در انديشه متخصصين دارند بسترهايي موسوم به «رايانه‌هاي غذايي» يا Food Computer توليد كنند. رايانه‌هاي غذايي مجموعه‌اي از بسترهاي هواكِشتي و آبكِشتي (بسترهاي كشت بدون خاك) هستند كه به حسگرهاي مختلفي مجهز شده‌اند. اين بسترها از امكان پايش و تغيير دائمي تمامي متغيرهاي اثرگذار بر رشد گياه برخوردار هست
يكي از اهداف دانشمندان فراهم آوردن امكان پرورش گياهان بيشتر در بسترهاي كنترل شده است
كافي است كشاورزان شرايط آب و هوايي مورد انديشه متخصصين خود را انتخاب كنند و فارغ از محدوديت‌هاي جغرافيايي و اقليمي، به پرورش گياهان مورد انديشه متخصصين خود بپردازند. البته در حال حاضر كشت همه‌ي گياهان با اين شيوه توجيه اقتصادي نداشته و پرورش كاملا كنترل شده براي انواع خاصي از گياهان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در شرايط فعلي دانشمندان دو هدف را در اين زمينه دنبال مي‌كنند؛ اولين هدف، تهيه‌ي فهرستي از شرايط اقليمي قابل شبيه سازي است. اين ليست به كشاورزان اجازه مي‌دهد به سادگي شرايط اقليمي مورد انديشه متخصصين خود را انتخاب كنند و با كمترين دردسر به كشت محصول بپردازند. دومين هدف نيز فراهم آوردن امكان پرورش گياهان بيشتر در بسترهاي كنترل شده است.
رايانه‌ي غذايي در دانشگاه MIT
از جمله مزاياي پرورش كنترل شده‌ي محصولات كشاورزي اين است كه مي‌توان آنها را در نزديكي محل مصرف‌شان پرورش داد تا هزينه‌هاي حمل و نقل به حداقل برسد. اما عده‌اي نگران هستند كه با فراگير شدن اين فناوري مدرن در كشاورزي، كشورهاي ثروتمند تمامي محصولات مورد نيازشان را به‌طور داخلي توليد خواهند كرد و صنعت كشاورزي در كشورهاي ضعيف‌تر، كه به صادرات گونه‌هاي معدودي از مواد غذايي وابسته هستند، رو به افول خواهد گذاشت. در حال حاضر اندكي بيش از ۳۰ رايانه‌ي غذايي در جهان به‌طور فعال مورد استفاده قرار مي‌گيرند و حدودا ۱۰۰ رايانه‌ي ديگر نيز در دست ساخت هستند؛ اما مشخص نيست كه در درازمدت اين روش نوين، كشاورزي در كشورهاي ضعيف‌تر را تحت تاثير قرار خواهد داد يا خير.
مهندسي زيستي و اصلاحات ژنتيك
كشاورزان از هزاران سال پيش، با كشت گزينشي گياهان مختلف، انواعي از تغييرات ژنتيك را در گياهان ايجاد كرده‌اند. براي مثال، آنها همواره تلاش كرده‌اند تا ذرت‌هاي بارورتر را پرورش دهند؛ همچنين، كشاورزان ذرت را در اقليم‌هاي متفاوتي كشت كرده‌اند. تمام اين موارد موجب تغيير در ژن‌هاي ذرت شده است؛ اما نمي‌توان آن را مهندسي ژنتيك قلمداد كرد. در مهندسي ژنتيك، DNA به طور مستقيم دستكاري مي‌شود؛ اما انجام چنين كاري تنها از دهه‌ي ۷۰ امكان‌پذير شده است. عرضه‌ي غذاهاي اصلاح شده با مهندسي ژنتيك در ايالات متحده از سال ۱۹۹۴ شروع شده است.
گياهاني كه با اصلاحات ژنتيك تغيير پيدا كرده‌اند، در برابر آفت‌ها مقاومت بيشتري از خود نشان مي‌دهند. برخي اصلاحات نيز به منظور بهبود طعم، افزايش ميزان رشد و... انجام مي‌شوند. اين موارد به كشاورزان اجازه مي‌دهند از آفت‌كش‌هاي كمتري استفاده كنند و محصولات بيشتري به دست آورند؛ به گفته‌ي رندي كراتز، مديرعامل اتحاديه‌ي كشاورزان و مرتع‌داران ايالات متحده، مهندسي زيستي به بقاي گياهاني همچون پاپاياي رنگين‌كماني هاوائي كه در خطر انقراض بوده كمك كرده است.
نمونه‌اي از ذرت كه تحت اصلاح ژنتيك قرار گرفته است
اما شايد از خود بپرسيد اصلاح ژنتيك چگونه فرض كنيد به دنبال دست‌يابي به نوعي ذرت هستيم كه در مقابل يك ماده‌ي آفت‌كش از خود مقاومت نشان مي‌دهد. مقاومت در مقابل آفت‌كش‌ها باعث مي‌شود كشاورزان بتوانند بدون نگراني از خراب شدنِ محصول، از آفت‌كش‌ها استفاده كنند. اولين قدم اين است كه ساختاري زنده (براي مثال يك باكتري) را پيدا كنيم كه در برابر اين آفت‌كش از خود مقاومت نشان مي‌دهد. سپس، DNA مورد انديشه متخصصين از اين ساختار زنده استخراج مي‌شود.
توجه داشته باشيد كه دانشمندان به تمامي ژنوم باكتري نياز ندارند؛ بلكه به دنبال ژني هستند كه موجب مقاومت در برابر آفت‌كش مورد انديشه متخصصين مي‌شود. براي اين كار، از فرايندي به نام «شبيه‌سازي ژن‌ها» استفاده مي‌شود تا نسخه‌هاي مشابه زيادي از ژن مورد انديشه متخصصين تكثير شوند. پس از آن، اين ژن‌ها با برخي آنزيم‌ها از هم جدا مي‌شوند؛ اين كار به دانشمندان اجازه مي‌دهد تغييراتي را در ژن‌ها ايجاد كنند. با استفاده از اين روش دانشمندان مي‌توانند ويژگي مقاومت در برابر آفت‌ها را به بخش‌هاي مختلفي از گياهان (براي مثال، برگ‌هاي پوشش‌دهنده‌ي ذرت) محدود كنند.
در مرحله‌ي نهايي، ژن تغيير يافته (Transgene) آماده‌ي وارد شدن به DNA گياه است. راه‌هاي مختلفي براي تزريق ژن‌ها به DNA مقصد وجود دارد؛ يكي از اين راه‌ها، استفاده از نوعي باكتري است كه مي‌تواند ژن‌هاي تغيير يافته را به روش‌هاي طبيعي به هسته‌ي سلول‌هاي گياهان تزريق كند. راه حل دوم، استفاده از راهكاري موسوم به «تفنگ ژني» است. در اين روش، ذره‌هاي كوچك طلا كه با نسخه‌هايي از ژن تغيير يافته پوشانده شده‌اند به سلول‌هاي گياهان تزريق مي‌شوند. فرايند تزريق ژني صدها بار تكرار مي‌شود تا در نهايت ژن تغيير يافته با موفقيت به DNA مقصد وارد شود. در اين حالت، به گياه جديدي دست پيدا كرده‌ايم كه داراي خواص ژنتيك متفاوتي از نمونه‌ي اوليه است.
عده‌ي زيادي به طور كامل با ايده‌ي «دستكاري» مواد غذايي مخالف هستند
در ابتداي كار مهندسي ژنتيك در گياهان، اصلاحات ژنتيك توانستند به دو موفقيت بزرگ دست پيدا كنند. يكي از اين موفقيت‌ها انتقال دو ژن به برخي گياهان از جمله ذرت، دانه‌هاي سويا و كتان بود. اين دو ژن از برخي باكتري‌ها استخراج شده بودند و گياهان را از خطر برخي آفت‌ها حفظ مي‌كردند. يكي ديگر از موفقيت‌هاي اصلاحات ژنتيكي اين بود كه ژني را به گياهان منتقل كردند كه مقاومت آنها را در مقابل سموم افزايش مي‌دادند؛ بدين وسيله، سموم تنها گياهان ناخواسته را از بين مي‌بردند و به محصول نهايي صدمه‌اي وارد نمي‌كردند.
اما در كنار اين دو موفقيت، يك شكست بزرگ نيز وجود داشت؛ اصلاحات ژنتيك چندان مورد پذيرش افكار عمومي قرار نگرفت و حتي امروزه نيز عده‌ي زيادي به طور كامل با ايده‌ي «دستكاري» مواد غذايي مخالف هستند. با وجود اين‌كه چندين دهه از انجام اولين اصلاحات ژنتيك مي‌گذرد، اين انديشه متخصصينات‌هاي منفي همچنان پابرجا هستند. در حال ۹۳ درصد از ذرت و سوياي توليد شده در ايالات متحده از انديشه متخصصين ژنتيكي اصلاح شده‌اند؛ اما اغلب آنها به عنوان غذاي حيوانات استفاده مي‌شوند. با اين وجود، ۶۰ تا ۷۰ درصد غذاهاي فرآوري شده حاوي دست كم يك نوع ماده‌ي غذايي هستند كه از انديشه متخصصين ژنتيكي اصلاح شده است.
مطالعات علمي متعدد نشان مي‌دهند ضررهاي مواد غذايي اصلاح شده بيشتر از ضررهاي مواد غذايي عادي نيست. اتحاديه‌ي توسعه‌ي علوم در ايالات متحده (American Association for the Advancement of Science) در اين رابطه مي‌گويد:
انديشه متخصصينات علم در اين رابطه واضح و مشخص است: بهبودهاي گياهي با استفاده از تكنيك‌هاي مولكولي در حوزه‌ي فناوري‌زيستي امن هستند.
در مقابل، برخي از دانشمندان معتقدند كه بايد تحقيقات بيشتري روي اين گياهان صورت گيرد. علاوه بر اين، عده‌اي معتقد هستند كه اين گياهان مي‌توانند آلرژي‌هايي ايجاد كنند كه تا كنون وجود نداشته‌اند و قابل پيش‌بيني نيستند. گروهي ديگر نيز عقيده دارند كه با اطمينان از مقاومت گياهان در مقابل آفت‌كش‌ها، كشاورزان بيش از گذشته از آفت‌كش‌ها استفاده خواهند كرد و استفاده‌ي بي رويه از آفت‌كش‌ها نيز مي‌تواند منجر به برخي اشكالات محيطي شود.
اكنون كه دانشمندان به درك بيشتري از DNA گياهان دست پيدا كرده‌اند؛ دست به تحقيق روي روش جديدي در مهندسي ژنتيك زده‌اند كه «ويرايش ژنوم‌ها» نام دارد. در اين روش، ويرايش ژن‌ها به سطح دقيق‌تري رسيده و دانشمندان مي‌توانند تغييرات ژنتيك را در سطح نوكلئوتيد‌ها، كه از آنها با نام الفباي ژن‌ها نام برده مي‌شود، انجام دهند. ويرايش ژنتيكي، بسيار شبيه به تغييرات ژنتيكي طبيعي است كه در فرايند تكامل گياهان صورت مي‌گيرد. همچنين، اين روش در مقايسه با اصلاحات ژنتيك سنتي از دقت بالاتري برخوردار است.
با توجه به مزاياي ويرايش ژنوم‌ها، دانشمندان و شركت‌هاي تجاري اميدوار هستند كه اين روش مورد پذيرش مردم قرار خواهد گرفت. احتمال مي‌رود سازمان‌هاي بهداشتي نيز انديشه متخصصين مثبتي نسبت به اين روش داشته باشند. در حال حاضر، محققان آكادمي علوم چين در حال استفاده از اين روش براي توسعه‌ي نسخه‌ي اصلاح‌شده‌اي از گندم هستند كه در مقابل بيماري خطرناك «سفيدك سطحي» مقاوم خواهد بود.
آفت‌كش‌ها و بارور كننده‌هاي زيستي
يكي از اشكالات اصلي آفت‌كش‌ها و باروركننده‌هاي شيميايي، حساسيت‌زا بودن آنها است. علاوه بر اين، آفت‌كش‌هاي شيميايي، ضمن از بين بردن آفت‌ها، ممكن است به محصولات نيز صدمه وارد كنند. در مقابل اين اشكالات، برخي از شركت‌ها در حال ارائه‌ي راهكارهاي زيستي براي جايگزيني آفت‌كش‌ها و بارورهاي كننده‌هاي شيميايي هستند.
كشاورزاني كه از روش‌هاي زيستي بهره مي‌برند معمولا ۲۰ تا ۳۰ درصد محصول بيشتري برداشت مي‌كنند
براي مثال، از شفيره‌هاي كفش‌دوزك براي مقابله با شته‌ها (حشرات كوچكي كه شيره‌ي گياه را مي‌مكند) استفاده مي‌شود. شركت آلماني Bayer در برنامه‌اي موسوم به «كشاورزي پيشرفت‌گرا»، به كشاورزان كمك مي‌كند تا لانه‌هايي دائمي براي زنبورها برپا كنند كه «هتل زنبورها» ناميده مي‌شوند. زنبورهايي كه در اين لانه‌ها زندگي مي‌كنند مي‌توانند عمل گرده‌افشاني را بهتر از هرگونه شيوه‌ي صنعتي به انجام برسانند. بر اساس آمار ارائه شده توسط شركت هلندي Koppert، كشاورزاني كه از روش‌هاي زيستي بهره مي‌برند معمولا ۲۰ تا ۳۰ درصد محصول بيشتري برداشت مي‌كنند.
از كفش‌دوزك‌ها به عنوان آفت‌كش استفاده مي‌شود
ميكروب‌ها نيز اگرچه موجودات خوش‌نامي نيستند، اما مي‌توانند در كشاورزي به ياري انسان بشتابند. براي مثال، از ميكروب‌ها براي تبديل نيتروژن موجود در هوا به نيترات‌هاي حل شونده استفاده مي‌شود؛ شايان ذكر است كه نيترات‌هاي حل شونده به عنوان نوعي باروركننده‌ي طبيعي شناخته مي‌شوند. در حال حاضر شركت آمريكايي Monsanto و شركت دانماركي Novozymes مجموعه‌ي مشتركي موسوم به BioAg تشكيل داده‌اند كه تلاش دارد بازار آفت‌كش‌ها و باروركننده‌هاي زيستي را تحت سلطه‌ي خود قرار دهد.
شركت BioAg انواع آفت‌كش‌هاي زيستيِ ساخته شده از ميكروب‌ها را براي مقابله با قارچ‌ها، حشرات و موجودات ذره‌بيني ارائه مي‌كند. علاوه بر اين، اين شركت راهكارهاي زيستي را براي آزادسازي تركيبات نيتروژن، فسفر و پتاسيم ارائه مي‌كند. شركت هلندي DSM و شركت آمريكايي DuPont نيز از جمله شركت‌هايي هستند كه در حال توسعه‌ي راهكارهاي زيستي براي بهبود رشد گياهاني همچون كتان، ذرت، سويا و گندم هستند. اين شركت‌ها به دنبال راهكارهايي زيستي هستند كه به كمك آنها بتوان مقاومت گياهان را در مقابل سيل يا شوري بيش از حد آب افزايش داد.
زنبورها نوعي بارور كننده‌ي طبيعي هستند
نظارت داده‌محور و راهكارهاي مبتني بر رايانش ابري
تا كنون در اين مقاله با انواع مختلفي از فناوري‌هاي مدرن در علم كشاورزي آشنا شده‌ايم. سوالي كه پيش روي كشاورزان قرار مي‌گيرد اين است كه هركدام از اين فناوري‌ها تا چه اندازه بهره‌وري مزارع را افزايش مي‌دهند. شايد ميزان بهره‌وري افزوده شده در نتيجه‌ي استفاده از هركدام از اين فناوري‌ها تا حدي قابل اندازه‌گيري باشد؛ اما سوال بزرگ‌تري كه پيش روي كشاورزان قرار دارد اين است: تمام فناوري‌ها در مجموع چه اندازه بهره‌وري كشاورزي را افزايش مي‌دهند؟
به لطف گسترش استفاده از حسگرها در كشاورزي، داده‌هاي زيادي از مزارع جمع‌آوري مي‌شوند كه مي‌توانند براي پاسخ دادن به سوال فوق مفيد باشند؛ اما وقتي حجم داده‌ها زياد باشد، تجزيه و تحليل آنها با روش‌هاي سنتي امكان‌پذير نخواهد بود. اينجا است كه پاي نظارت داده‌محور به ميدان باز مي‌شود. در اين روش، داده‌هاي جمع‌آوري شده از مزارع در بازه‌هاي زماني مختلف توسط مدل‌هاي رايانه‌اي مورد پردازش قرار مي‌گيرند تا ميزان بهره‌وري حاصل از به‌كارگيري فناوري‌هاي مختلف مورد سنجش قرار گيرد.
علاوه بر استفاده از رايانه براي انجام تحليل‌هاي جامع، در مزارع از اتصال بي‌سيم براي انتقال داده از حسگرهاي مختلف به رايانه‌هاي مركزي بهره گرفته مي‌شود. براي مثال، ميزان رطوبت خاك به‌طور منظم به رايانه‌هاي مركزي اطلاع داده مي‌شود؛ رايانه‌ي مركزي نيز بر اساس ميزان رطوبت گزارش شده، در زمان لازم و به ميزان لازم عمل آب‌رساني را انجام مي‌دهد. دقت چنين روش‌هايي تا حدي بالا است كه مي‌توان تعيين كرد رطوبت به تمامي بخش‌هاي ريشه‌ي يك گياه رسيده است يا خير. همچنين، بر اساس اطلاعات دريافتي از حسگرهاي مختلف، رايانه‌هاي مركزي باروركننده‌ها را نيز به طور خودكار به محلول آبياري اضافه مي‌كنند تا استفاده از باروركننده‌ها نيز تنها در زمان لازم انجام شده و اين مواد شيميايي تنها به ميزان مورد نياز به خاك تزريق شوند.
برخي شركت‌ها دست به ارائه‌ي راهكارهاي ابري براي كمك به كشاورزان زده‌اند
در زمان برداشت نيز حسگرهاي نصب شده روي ماشين‌هاي كشاورزي مي‌توانند ميزان باروري مناطق مختلف زمين و انواع مختلف گياهان را تعيين كنند. با كمك اطلاعات جمع‌آوري شده، رايانه‌ها مشخص مي‌كنند كه چه بخش‌هايي از زمين نياز به اصلاح دارند و چه گياهاني بهترين رشد را داشته‌اند. تحليل چنين اطلاعاتي به ويژه براي سنجش اثربخشي باروركننده‌ها، آفت‌كش‌ها و اصلاحات ژنتيكي حياتي است.
اما برخي شركت‌ها از جمله شركت هلندي SoilCares پا را از اين فراتر گذاشته‌اند و دست به ارائه‌ي راهكارهاي ابري براي كمك به كشاورزان زده‌اند. براي مثال، SoilCares به كشاورزاني كه در كشورهاي فقير زندگي مي‌كنند اجازه مي‌دهد با حسگرهاي قابل حمل از بخش‌هاي مختلف زمين داده‌هايي را جمع‌آوري كنند. اين داده‌ها به سرورهاي اين شركت در هلند ارسال مي‌شوند و مورد تحليل قرار مي‌گيرند. نتايج تحقيق به كشاورزاني كه در مناطق فقير جهان زندگي مي‌كنند اجازه مي‌دهد با كمترين هزينه و بدون نياز به آرايه‌هاي پيچيده‌اي از حسگرها، از مزارع خود نمونه‌برداري كرده و پيشنهادهايي را براي بهبود كارشان دريافت كنند.
كشاورزان در حال استفاده از حسگر قابل حمل SoilCares
شركت‌هايي مانند Mavrx نيز تصاوير و نقشه‌هاي ماهواره‌اي چند‌دهه‌ي اخير و اطلاعات جمع‌آوري شده از مزارع را در بانك اطلاعاتي خود ذخيره مي‌كنند. اين اطلاعات به Mavrx كمك مي‌كنند تا پيشينه‌ي كاملي از مزارع تحت پوشش خود تهيه كند؛ اين پيشينه مي‌تواند تاريخچه‌ي خاك مزارع، ميزان آبياري، گياهان كاشته شده در گذشته و... را به كشاورزان نشان دهد. اطلاعاتي كه در بازه‌هاي زماني طولاني جمع‌آوري شده‌اند به كشاورزان كمك مي‌كنند تا تصميم بگيرند كه چه گياهاني براي كاشت در مزارع آنها مناسب‌تر هستند. هرچند Mavrx در حال حاضر پيشينه‌ي مزارع را به صورت موردي جمع‌آوري مي‌كند؛ اما هدف آنها تهيه‌ي بانك‌هاي اطلاعاتي منطقه‌اي و كشوري است.
امروز شركت‌هايي همچون شركت سوئدي Syngenta و شركت چيني ChemChina تنها به فروش ماشين‌آلات، مواد شيميايي و بذرها بسنده نمي‌كنند. آنها نرم‌افزارها و سرويس‌هاي ابري را به متخصصان خود ارائه مي‌دهند كه امكان تحليل لحظه‌اي و دوره‌اي داده‌هاي دريافت شده از مزارع را فراهم مي‌كنند. نتايج اين تحليل‌ها به كشاورزان كمك مي‌كنند تا تصميمات مناسب‌تري اتخاذ كنند و بهره‌وري كار خود را به حداكثر برسانند.
سخن آخر
همچون ديگر جنبه‌هاي زندگي بشر، فناوري در حوزه‌ي كشاورزي نيز نفوذ فراواني داشته است. مزارع مدرن امروزي با وجود مجموعه‌اي از حسگرها، ماشين‌آلات هوشمند، رايانه‌هاي مركزي و راهكارهاي ابري، بيشتر شبيه به كارخانه‌اي پيشرفته هستند كه با كمترين هزينه بيشترين محصول را توليد مي‌كند. نه‌تنها راهكاري مدرن بهره‌وري مزارع را افزايش مي‌دهند؛ بلكه به لطف فناوري‌هاي مدرن، امكان پرورش گياهان مختلف در نقاط مختلف جهان فراهم شده است. به لطف فناوري‌هاي كنترل محيطي، گياهاني كه در گذشته تنها در نواحي جغرافيايي خاصي پرورش داده مي‌شدند، امروزه در نقاطي پرورش مي‌يابند كه پيش از اين امكان پرورش آنها ميسر نبوده است.
جمعيت جهان تا سال ۲۰۵۰ به چيزي در حدود ۱۰ ميليارد نفر خواهد رسيد. براي ريشه‌كن كردن اشكال گرسنگي و رساندن مواد غذايي لازم به تمام اين ۱۰ ميليارد نفر، ظرفيت فعلي كشاورزي جهان بايد به ميزان ۷۰ درصد افزايش پيدا كند. بديهي است كه بدون تكيه بر نوآوري‌هاي علمي، دست‌يابي به اين هدف غيرممكن خواهد بود.
از سوي ديگر، عده‌اي نگران هستند كه رشد فناوري كشاورزي در كشورهاي ثروتمند، توانايي رقابت در حوزه‌ي كشاورزي را از كشورهاي ضعيف‌تر خواهد گرفت؛ اما اگر همين فناوري‌ها به مناطق فقيرتر جهان، از جمله آفريقا صادر شوند؛ مي‌توانند براي رفع معضلاتي همچون قحطي مورد استفاده قرار گيرند. در مجموع، كشاورزي هوشمند نويد دهنده‌ي آينده‌اي پايدار براي صنعت كشاورزي است؛ آينده‌اي كه در آن خبري از گرسنگي نخواهد بود غذاي كافي در اختيار تك تك مردم جهان قرار خواهد گرفت.
انديشه متخصصين شما متخصصان اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران در رابطه با كشاورزي هوشمند و فناوري‌هاي مدرن كشاورزي چيست؟ آيا با كمك كشاورزي هوشمند مي‌توان سرانجام به اشكال كمبود غذا در جهان پايان داد؟
هم انديشي ها