الهندسة الزراعية هي فرع من فروع الزراعة يركز على علوم وتكنولوجيا إنتاج واستخدام النباتات للأغذية والوقود والألياف واستصلاح الأراضي. ويشمل العمل في مجالات علم الوراثة النباتية، وعلم وظائف الأعضاء النباتية، والأرصاد الجوية، وعلوم التربة. يعمل المهندسون الزراعيون على تحسين نوعية وكمية المحاصيل الغذائية للإنسان والحيوان.
التربة هي أساس الزراعة وتلعب دورا حاسما في نمو النباتات الصحية. وتتكون من جزيئات معدنية ومواد عضوية وماء وهواء. تعتمد صحة التربة على قدرتها على الحفاظ على الحياة النباتية وتنوعها البيولوجي. يمكن قياس صحة التربة من خلال تركيبها ودرجة الحموضة والخصوبة والنشاط البيولوجي.
وللحفاظ على صحة التربة، يمكن تنفيذ ممارسات مثل تناوب المحاصيل، وتغطية المحاصيل، وتقليل الحرث. يساعد تناوب المحاصيل في منع تراكم الآفات، والحد من تآكل التربة، وتحسين خصوبة التربة. تساعد تغطية المحاصيل مثل البرسيم أو الجاودار، عند زراعتها بين دورات إنتاج المحاصيل المنتظمة، على حماية التربة من التآكل وتحسين بنية التربة. يساعد تقليل الحرث أو الزراعة بدون حرث في الحفاظ على رطوبة التربة والحفاظ على المواد العضوية.
يعد علم الوراثة النباتية وتربيتها أمرًا بالغ الأهمية في الهندسة الزراعية لتطوير أصناف المحاصيل الأكثر إنتاجية وتغذية ومقاومة للأمراض والآفات. ومن خلال تقنيات التربية التقليدية والتعديل الوراثي، يستطيع المهندسون الزراعيون إنشاء نباتات أكثر ملاءمة لمناخات وأنواع تربة محددة، أو التي تتمتع بخصائص أخرى مرغوبة.
على سبيل المثال، يمكن لتطوير أصناف المحاصيل المقاومة للجفاف أن يقلل بشكل كبير من استخدام المياه في الزراعة ويضمن الأمن الغذائي في المناطق القاحلة. وعلى نحو مماثل، يمكن للمحاصيل المعدلة وراثيا لمقاومة الآفات أن تقلل من الحاجة إلى المبيدات الحشرية الكيميائية، مما يقلل من التأثير البيئي.
تعتبر المياه موردا حيويا للإنتاج الزراعي، ولكن ندرة المياه في أجزاء كثيرة من العالم تشكل تحديا كبيرا للزراعة المستدامة. تعد ممارسات إدارة المياه الفعالة ضرورية لتحقيق أقصى قدر من كفاءة استخدام المياه وضمان حصول المحاصيل على الكمية المناسبة من المياه في الوقت المناسب.
يمكن لتقنيات مثل الري بالتنقيط وأنظمة الرش أن تقلل بشكل كبير من هدر المياه مقارنة بطرق الري بالفيضانات التقليدية. تقوم هذه الأنظمة بتوصيل المياه مباشرة إلى جذور النبات، حيث تشتد الحاجة إليها، مما يقلل من التبخر والجريان السطحي.
إدارة المغذيات هي عملية استخدام النوع المناسب وكمية الأسمدة في الوقت المناسب لضمان حصول المحاصيل على العناصر الغذائية الأساسية للنمو. العناصر الغذائية الأساسية التي تحتاجها النباتات هي النيتروجين (N)، والفوسفور (P)، والبوتاسيوم (K)، والتي يشار إليها غالبًا باسم NPK.
لتحديد الاحتياجات الغذائية للمحصول، يعد اختبار التربة ممارسة شائعة. يتضمن ذلك تحليل عينات التربة لقياس مستويات الرقم الهيدروجيني والمواد المغذية المتاحة. وبناء على النتائج، يمكن تصميم برنامج الأسمدة لتلبية الاحتياجات المحددة للمحصول.
يمكن أن يؤدي الاستخدام المفرط للأسمدة إلى رشح العناصر الغذائية، حيث تتسرب العناصر الغذائية إلى المسطحات المائية وتلوثها. ولمنع ذلك، يوصي المهندسون الزراعيون بممارسات متكاملة لإدارة المغذيات تجمع بين استخدام الأسمدة الكيماوية والمواد العضوية مثل السماد العضوي والسماد الأخضر، مما يؤدي إلى تحسين تغذية المحاصيل وتقليل التأثير البيئي.
الإدارة المتكاملة للآفات (IPM) هي نهج مستدام لإدارة الآفات يجمع بين الأدوات البيولوجية والثقافية والفيزيائية والكيميائية بطريقة تقلل من المخاطر الاقتصادية والصحية والبيئية. تركز الإدارة المتكاملة للآفات على الوقاية على المدى الطويل من الآفات أو أضرارها من خلال مجموعة من التقنيات مثل المكافحة البيولوجية، والتلاعب بالموائل، وتعديل الممارسات الثقافية، واستخدام الأصناف المقاومة.
على سبيل المثال، يمكن لزراعة أصناف المحاصيل المقاومة للآفات أن تقلل من الحاجة إلى المبيدات الحشرية الكيميائية. كما يمكن للزراعة البينية، حيث يتم زراعة محاصيل مختلفة على مسافة قريبة، أن تمنع الآفات والأمراض. يمكن لطرق المكافحة البيولوجية، مثل إدخال الحيوانات المفترسة الطبيعية للآفات في النظام البيئي، أن تساعد في السيطرة على أعداد الآفات دون الحاجة إلى المواد الكيميائية.
يفرض تغير المناخ تحديات كبيرة على الإنتاج الزراعي، بما في ذلك التغيرات في أنماط هطول الأمطار، وزيادة حدوث الظواهر الجوية المتطرفة، والتحولات في مواسم زراعة المحاصيل. يلعب المهندسون الزراعيون دورًا رئيسيًا في تطوير استراتيجيات التكيف مع آثار تغير المناخ على الزراعة والتخفيف من آثارها.
وقد تشمل استراتيجيات التكيف تربية المحاصيل الأكثر تحملاً للحرارة أو الجفاف أو الفيضانات؛ وتغيير مواعيد الزراعة لتتناسب مع أنماط المناخ المتغيرة؛ واعتماد تقنيات الري الموفرة للمياه. ويمكن أن تشمل استراتيجيات التخفيف ممارسات تقلل من انبعاثات غازات الدفيئة من الزراعة، مثل تحسين كفاءة استخدام النيتروجين للحد من انبعاثات أكسيد النيتروز واعتماد الحراثة المحافظة على البيئة لزيادة عزل الكربون في التربة.
ومن خلال فهم هذه المبادئ والممارسات الزراعية وتنفيذها، يمكننا العمل نحو أنظمة زراعية أكثر استدامة وإنتاجية قادرة على إطعام العدد المتزايد من سكان العالم مع تقليل التأثير البيئي.
