الفصل الثاني: إغلاق الدورة على موارد المياه والأراضي والمغذيات المحدودة

** أليسا جويس، سيمون غودديك، بنز كوتزن، وسفين ويرتز**

** ملخصة** استحدثت الزراعة المائية في البداية في المناطق القاحلة استجابة لنقص المياه العذبة، بينما كان ينظر إليها في المناطق ذات التربة الرديئة على أنها فرصة لزيادة الإنتاجية بمدخلات أقل من الأسمدة. وفي الخمسينات، ظهرت أيضا إعادة تدوير الاستزراع المائي استجابة لقيود المياه المماثلة في المناطق القاحلة من أجل الاستفادة على نحو أفضل من الموارد المائية المتاحة واحتواء النفايات على نحو أفضل. ومع ذلك، ظل التخلص من الحمأة من هذه النظم مشكلة، مما أدى إلى ظهور علم الأحياء المائية، حيث ثبت أن إعادة تدوير المغذيات التي تنتجها الأسماك كسماد للنباتات هو حل مبتكر لتصريف النفايات الذي كان له أيضا مزايا اقتصادية من خلال إنتاج مادة ثانية قابلة للتسويق المنتج. وتبين أيضا أن أكوابونيكش تكنولوجيا قابلة للتكيف وفعالة من حيث التكلفة بالنظر إلى أن المزارع يمكن أن تقع في مناطق غير مناسبة للزراعة، على سبيل المثال، على أسطح المنازل ومواقع المصانع المهجورة غير المستخدمة. ويمكن تحقيق طائفة واسعة من الوفورات في التكاليف من خلال وضع المواقع الاستراتيجية للأحياء المائية للحد من تكاليف حيازة الأراضي، وأيضا من خلال السماح للزراعة بتقريب من الضواحي والمناطق الحضرية، مما يقلل من تكاليف النقل إلى الأسواق، وبالتالي أيضا من الوقود الأحفوري وآثار الإنتاج COSUB2/الفرعية.

الكلمات الأساسية Aquaponics · الزراعة المستدامة · الإغناء بالمغذيات · تدهور التربة · دورة المغذيات

المحتويات

• 2-1 مقدمة
• 2-2 العرض و الطلب على الأغذية
• 2-3 الأراضي الصالحة للزراعة والمغذيات
• 2.4 مكافحة الآفات و الأعشاب الضارة و الأمراض
• 2-5 الموارد المائية
• 2.6 استخدام الأراضي
• 2.7 موارد الطاقة
• 2.8 موجز
• المراجع

—

أ. جويس

قسم العلوم البحرية, جامعة غوتنبرغ, غوتنبرغ, السويد البريد الإلكتروني:

س. غودديك

الأساليب الرياضية والإحصائية (القياسات الحيوية)، جامعة فاغنينغن، فاغينينغن، هولندا

باء - كوتزن

كلية التصميم، جامعة غرينتش، لندن، المملكة المتحدة

س. ويرتز

قسم الفيزياء الإيكولوجية وتربية الأحياء المائية، معهد لايبنيز لبيولوجيا المياه العذبة ومصايد الأسماك الداخلية، برلين، ألمانيا

© المؤلف (المؤلفون) 2019 19

غوديك وآخرون (المحررون), نظم إنتاج الأغذية Aquaponics, https://doi.org/10.1007/978-3-030-15943-6_2

—

المراجع

الكسندراتوس N، بروينسما J (2012) الزراعة العالمية نحو 2030/50: تنقيح عام 2012، عمل وكالة الفضاء الأوروبية. الورقة 12-03 منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة (الفاو)، روما

بارنوسكي AD, هادلي EA, Bascompte J, بيرلو EL, براون JH, فورتيليوس M, جيتز WM, هارتى J, هاستينغز A, ماركيه PA (2012) تقترب من تحول الدولة في المحيط الحيوي الأرض/ل. الطبيعة 486:52-58

Bennett EM، Carpenter SR، Caraco NF (2001) التأثير البشري على الفوسفور القابل للمسح والإغراق بالمغذيات: منظور عالمي: تزايد تراكم الفوسفور في التربة يهدد الأنهار والبحيرات والمحيطات الساحلية بإغراق المياه بالمغذيات. ايه بي اس بول 51:227 -234

Bringezu S، Schütz H، Pengue W، Obrien M، Garcia F، Sims R (2014) تقييم استخدام الأراضي على الصعيد العالمي: موازنة الاستهلاك والإمداد المستدام. فريق الموارد الدولي لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة، نيروبي/باريس

بروينسما ي (2003) الزراعة العالمية: نحو 2015/2030: منظور منظمة الأغذية والزراعة. إيرثسكان (لندن)

Camargo GG، Ryan MR، Richard TL (2013) استخدام الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من إنتاج المحاصيل باستخدام أداة تحليل الطاقة الزراعية. العلوم الحيوية 63:263-273

Conforti P (2011) التطلع إلى المستقبل في الأغذية والزراعة العالمية: وجهات نظر حتى عام 2050. منظمة اﻷمم المتحدة لﻷغذية والزراعة) الفاو (، روما

كونين J، بيندرابان P، شرودر J، جونغشاب R (2018) هل يستطيع نظامنا الغذائي العالمي تلبية الطلب على الغذاء ضمن حدود الكوكب؟ اجريك اكوسيست انفيرون 251:244-256

كونور R، ريناتا A، أورتيجارا C، كونكاغول E، أولنبروك S، لاميزانا ديالو BM، زاده SM، قادر M، كيلين M، سيودين J (2017) تقرير الأمم المتحدة عن تنمية المياه في العالم 2017. في: المياه المستعملة: المورد غير المستغل، تقرير الأمم المتحدة عن تنمية المياه في العالم. اليونسكو، باريس

Cordell D، Rosemarin A، Schröder J، Smit A (2011) نحو أمن الفوسفور العالمي: إطار نظم لاسترداد الفوسفور وخيارات إعادة الاستخدام. الغلاف الكيميائي 84:747 -758

Dalsgaard J، Lund I، Thorarinsdottir R، Drengstig A، Arvonen K، Pedersen PB (2013) زراعة أنواع مختلفة في RAS في بلدان الشمال الأوروبي: الوضع الحالي والآفاق المستقبلية. أكواك المهندس 53:2-13

دنغ Q، هوي D، دينيس S، ريدي كي سي (2017) ردود من النظام البيئي الأرضي ركوب الدراجات الفوسفور إلى النيتروجين إضافة: تحليل التلوي. جلوب إيكول بيوجيوغر 26:713-728

Distefano T، كيلي S (2017) هل نحن في المياه العميقة؟ ندرة المياه وحدودها على النمو الاقتصادي. Ecol Econ 142:130-147

التراجع الاقتصادي (2007) مؤشرات التنمية المستدامة: المبادئ التوجيهية والمنهجيات. منشورات اﻷمم المتحدة، نيويورك

Eggleston H, Buendia L, Miwa K, Ngara T, Tanabe K (2006) المبادئ التوجيهية لل فريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ بشأن قوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة. انست جلوب انفيرون ستريغ، هاياما، اليابان 2:48 -56

إيرليش العلاقات العامة, هارت J (2015a) الأمن الغذائي يتطلب ثورة جديدة. كثافة العمليات J إنفيرون مسمار 72:908-920 إرليش العلاقات العامة، هارت J (2015ب) الرأي: لإطعام العالم في 2050 سوف تتطلب ثورة عالمية. بروك ناتل أكاد سيسي 112:14743-14744

Esch Svd، Brink Bt، Stehfest E، Bakkenes M، Sewell A، Bouwman A، Meijer J، Westhoek H، Berg Mvd، Born GJVD (2017) استكشاف التغيرات المستقبلية في استخدام الأراضي وحالة الأراضي والآثار على الغذاء والمياه وتغير المناخ والتنوع البيولوجي: سيناريوهات لتوقعات الأراضي العالمية لاتفاقية الأمم المتحدة لمكافحة التصحر. الوكالة الهولندية للتقييم البيئي، لاهاي

Ezebuiro NC، Körner I (2017) توصيف ركائز الهضم اللاهوائي فيما يتعلق بالعناصر النزرة وتحديد تأثير العناصر النزرة على مراحل التحلل المائي والتحمض خلال الميثان من المواد الوسيطة القائمة على صيام الذرة. J إنفيرون كيم المهندس 5:341 -351

منظمة الأغذية والزراعة (2011) الغذاء الذكي للطاقة للناس والمناخ. منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، روما

منظمة الأغذية والزراعة (2015 أ) المبادئ التوجيهية للإدارة البيئية والاجتماعية. منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، روما

منظمة الأغذية والزراعة (2015 ب) كتيب الجيب الإحصائي لعام 2015. منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، روما

منظمة الأغذية والزراعة (2016) حالة مصايد الأسماك وتربية الأحياء المائية في العالم 2016 المساهمة في تحقيق الأمن الغذائي والتغذية للجميع. منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، روما، ص 200

Fargione J، Hill J، Tilman D، Polasky S، Hawthorne P (2008) تطهير الأراضي وديون الكربون في الوقود الأحيائي. العلوم 319:1235 —1238

فولي جيه ايه، ديفريز R، أسنر GP، بارفورد C، بونان G، كاربنتر SR، شابين FS، كو MT، ديلي جي سي، غيبس هونغ كونغ (2005) العواقب العالمية لاستخدام الأراضي. العلوم 309:570-574

Goddek S, Keesman KJ (2018) ضرورة تكنولوجيا تحلية المياه لتصميم وتحجيم أنظمة أكوابونيكش متعددة الحلقات. تحلية المياه 428:76-85

Goddek S, ديلايد B, مانكاسينغ U, Ragnarsdottir KV, Jijakli H, Thorarinsdottir R (2015) تحديات الأحياء المائية المستدامة والتجارية. الاستدامة 7:4199 —4224

Goddek S, Delaide BPL, جويس A, Wuertz S, Jijakli MH, إجمالي A, إيدينغ EH, Bläser I, رويتر M, كيزر LCP, Morgenstern R, Körner O, فيريث J, كيسمان KJ (2018) أداء التمعدن المغذية والحد من المواد العضوية الحمأة القائمة على أساس الحمأة في تسلسل UASB-مفاعلات EGSB. أكواك المهندس 83:10-19. https://doi.org/10.1016/J.AQUAENG.2018.07.003

جول DS, بروفكين V, باريدا B, ريك CH, Kattge J, الرايخ PB, فان Bodegom P, Ninemets (2012) الحد من المغذيات يقلل من امتصاص الكربون الأرض في المحاكاة مع نموذج من الكربون مجتمعة, النيتروجين والفوسفور الدراجات. العلوم الجيولوجية الحيوية 9:3547-3569

حمدي ألف (2007) كفاءة استخدام المياه في الزراعة المروية: استعراض تحليلي. كفاءة استخدام المياه وإنتاجية المياه: مشروع WASAMED، الصفحات 9-19

هيريرو M، ثورنتون PK، الطاقة B، بوجارد JR، ريمانز R، فريتز S، جيربر JS، نيلسون G، انظر L، واها K (2017) الزراعة وجغرافيا إنتاج المغذيات للاستخدام البشري: تحليل متعدد التخصصات. لانسيت الصحة الكوكبية 1:e33—e42

Hoekstra AY, ميكونين MM (2012) البصمة المائية للبشرية. بروك ناتل أكاد سيسي 109:3232 -3237

Hoekstra AY, Mekonnen MM, Chapagain AK, Mathews RE, Richter BD (2012) ندرة المياه الشهرية العالمية: آثار أقدام المياه الزرقاء مقابل توافر المياه الزرقاء. بلوس واحد 7: e32688

جونج R, كونيغ B, فيلارويل M, كوميفيس T, Jijakli MH (2017) النقاط الاستراتيجية في أكوابونيكش. المياه 9:182

كيتنغ BA، هيريرو M، كاربيري PS، غاردنر J، كول مب (2014) أسافين الأغذية: تأطير الطلب العالمي على الغذاء والعرض نحو عام 2050. غلوب الغذاء ثانية 3:125-132

Kloas W، Groß R، Baganz D، Graupner J، Monsees H، Shmidt U، Staaks G، Suhl J، Tschirner M، Wittstock B، Wuertz S، Zikova A، Rennert B (2015) مفهوم جديد للأنظمة المائية لتحسين الاستدامة، وزيادة الإنتاجية، والحد من التأثيرات البيئية. أكوا البيئة التفاعل 7:179-192

لينويبر P، باثمان U، بوتشكو U، دوهير C، أيكلر لوبرمان B، فروسارد E، إيكارت F، جارفي H، كرامر I، كابي C (2018) التعامل مع مفارقة الفوسفور في الزراعة والنظم الإيكولوجية الطبيعية: ندرة، ضرورة، وعبء P. أمبيو 47:3-19

McNeill K, ماكدونالد K, سينغ A, بينز AD (2017) الأمن الغذائي والمائي: تحليل منصات النمذجة المتكاملة. المياه الزراعية ماناج 194:100 -112

Mears D, كلاهما A (2001) نظام تهوية الضغط الإيجابي مع فحص الحشرات لمرافق الاحتباس الحراري الاستوائية وشبه الاستوائية. كثافة العمليات سيمب دي إنفيرون السيطرة تروب Subtrop Greenh 578:125 -132

مايكل سي، ديفيد تي (2017) تحليل مقارن للتأثيرات البيئية لنظم الإنتاج الزراعي، وكفاءة المدخلات الزراعية، واختيار الأغذية. إنفيرون ريس ليت 12:064016

Misra AK (2014) تغير المناخ وتحديات الأمن المائي والغذائي. كثافة العمليات J المحافظة بنيت البيئة 3:153 -165

بينهو SM، موليناري D، دي ميلو GL، فيتزسيمونز KM، إميرنسيانو MGC (2017) النفايات السائلة من التكنولوجيا الحيوية (BFT) Tilapia الثقافة على إنتاج أكوابونيكس من أصناف مختلفة من الخس. Ecol المهندس 103:146 -153

كتاب الجيب خ م (2015) الأغذية والزراعة في العالم (2015). منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، روما

Porkka M، Gerten D، Schaphoff S، Siebert S، Kummu M (2016) أسباب واتجاهات ندرة المياه في إنتاج الأغذية. إنفيرون ريس ليت 11:015001

Rask KJ، Rask N (2011) التنمية الاقتصادية وتوازن الإنتاج الغذائي والاستهلاك: تحد عالمي متزايد. السياسة الغذائية 36:186-196

اقرأ P, Fernandes T, Miller K (2001) اشتقاق المبادئ التوجيهية العلمية لأفضل الممارسات البيئية لرصد وتنظيم الاستزراع المائي البحري في أوروبا. J Appl Ichthyol 17:146 -152

Ridout BG, Sanguansri P, نولان M, Marks N (2012) استهلاك اللحوم وندرة المياه: حذار من التعميمات. J نظيفة برود 28:127 e133

صمويل فيتوي B، Wuertz S، شرودر جي بي، شولتز C (2012) أدوات تقييم الاستدامة لدعم تنمية الاستزراع المائي. J نظيفة برود 32:183 -192

شميدهوبر J (2010) توقعات منظمة الأغذية والزراعة على المدى الطويل بشأن الزراعة العالمية - التحديات والاتجاهات والمحركات. المجلس الدولي للسياسات التجارية للأغذية والزراعة

سكوت CA, كوريان M, Wescoat JL الابن (2015) العلاقة بين المياه والطاقة والغذاء: تعزيز القدرة على التكيف مع التحديات العالمية المعقدة, إدارة العلاقة. سبرينجر، شام، ص 15-38

Steen I (1998) إدارة مورد غير متجدد. فوسفور البوتاسيوم 217:25 -31

Sverdrup HU, Ragnarsdottir KV (2011) تحدي الحدود الكوكبية II: تقييم السكان العالمي المستدام وإمدادات الفوسفات, باستخدام نموذج تقييم ديناميات النظم. أب جيوكيم 26: S307-S310

توماس, R., ريد, م., كليفتون, ك., أبادوراي, أ., ميلز, أ., زوكا, C., كودسي, E., سيرسيلي, J., حداد, F., فونهاغن, C., 2017. توسيع نطاق الإدارة المستدامة للأراضي واستصلاح الأراضي المتدهورة

Van Rijn J, Tal Y, Schreier HJ (2006) التشويه في نظم إعادة التدوير: النظرية و التطبيقات. أكواك المهندس 34:364 -376

فان فورين موانئ دبي، بومان AF، بوزن إيه (2010) الطلب على الفوسفور للفترة 1970-2100: تحليل سيناريو لاستنفاد الموارد. جلوب انفيرون تشانغ 20:428-439

Vilbergsson B، Oddsson GV، Unnthorsson R (2016) تصنيف وسائل إنتاج الاستزراع المائي، الجزء الثاني: الحلول التقنية للسيطرة على المواد الصلبة والغازات المذابة ودرجة الحموضة. المياه 8:387

المياه U (2015) المياه من أجل عالم مستدام، تقرير الأمم المتحدة عن تنمية المياه في العالم. منظمة الأمم المتحدة للتربية والعلم والثقافة، باريس

منظمة الصحة العالمية (2015) التقدم المحرز في مجال الصرف الصحي ومياه الشرب: تحديث عام 2015 وتقييم الأهداف الإنمائية للألفية. منظمة الصحة العالمية، جنيف

Xue X, Landis AE (2010) إمكانات الإغناء بالمغذيات لأنماط استهلاك الأغذية. انفيرون سي سي تشنول 44:6450-6456

يوغيف U, بارنز A, إجمالي A (2016) تحليل العناصر الغذائية وتوازن الطاقة لنموذج مفاهيمي من ثلاث حلقات خارج الشبكة, أكوابونيكش. المياه 8:589

Zhu Q، Riley W، Tang J، Koven C (2016) منافسة متعددة لمغذيات التربة بين النباتات والميكروبات والأسطح المعدنية: تطوير النماذج، وتحديد البارامترات، والتطبيقات على سبيل المثال في العديد من الغابات الاستوائية. العلوم الجيولوجية البيولوجية 13:341

وصول مفتوح هذا الفصل مرخص بموجب شروط الترخيص الدولي للمشاع الإبداعي 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)، الذي يسمح بالاستخدام والمشاركة والتكيف والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة أو شكل، كما طالما أنك تعطي الائتمان المناسب للمؤلف الأصلي (المؤلفين) الأصلي والمصدر، وتوفير وصلة لترخيص المشاع الإبداعي والإشارة إلى ما إذا كانت قد أجريت تغييرات.

يتم تضمين الصور أو مواد الطرف الثالث الأخرى في هذا الفصل في ترخيص المشاع الإبداعي الخاص بالفصل، ما لم يذكر خلاف ذلك في خط ائتمان للمادة. إذا لم يتم تضمين المواد في ترخيص المشاع الإبداعي الخاص بالفصل ولم يكن الاستخدام المقصود مسموحًا به بموجب اللوائح القانونية أو يتجاوز الاستخدام المسموح به، فستحتاج إلى الحصول على إذن مباشرة من صاحب حقوق الطبع والنشر.