كل ما تحتاج معرفته عن الصرف الزراعي: الدليل الشامل للمهندسين والمزارعين

Soil mix for green roofs

مقدمه: لماذا اصبحت زراعه الاسطح ضرورة؟

تعتبر زراعة الأسطح حلاً مبتكرًا يجمع بين الهواية والاستثمار، حيث يلجأ البعض إلى زراعة الخضروات والفواكه للحصول على غذاء نظيف، بينما يتجه آخرون إلى إنشاء مشروعات صغيرة لزراعة نباتات الزينة، العطرية، والطبية. كما أن استخدام تربة غير تقليدية يقلل من احتمالية إصابة النباتات بالأمراض الناتجة عن تلوث التربة، مما يجعل زراعة الأسطح خيارًا صحيًا وفعالًا.

التحديات الهندسية في تنفيذ مشاريع الزراعة على الأسطح.

لاشك أن تولد فكره الزراعه على الاسطح وتنفيذها يمثل تحديا هندسيا ، حيث أصبحت الأسطح الخضراء فكره شائعة الإستخدام من سنوات قريبه. في ظل التوسع العمراني المتسارع والاهتمام المتزايد بالزراعة المستدامة، برزت الأسطح الخضراء كحل مبتكر وواعد للاستفادة المساحات الشاغرة. 

ومع ذلك، فإن تنفيذ مشاريع الزراعة على الأسطح يواجه تحديات هندسية عديدة، بدءًا من عزل الأسطح واختبارها، وصولاً إلى اختيار أنظمة الري المناسبة وتوفير وسط زراعي مثالي. إضافةً إلى ذلك، تلجأ بعض الحكومات والهيئات إلى زراعة الأسطح عند نقص المساحات الزراعية على الأرض، لما لها من دور في تحسين جودة الهواء، تقليل الانبعاثات الضارة، وتجميل المدن. كما تساهم هذه الزراعة في حماية المنازل من التقلبات الحرارية، مما يساعد على ضبط درجات الحرارة الداخلية وتقليل استهلاك الطاقة.

الوسط النامي فى الزراعه فوق الأسطح.

يتكون الوسط النامي من خليط متنوع من المواد التي توفر بيئة مثالية لنمو النباتات على الأسطح الخضراء، مما يساهم في تحقيق الاستدامة. لذا، من الضروري اختيار مكونات تمنح التربة خصائص مناسبة، مثل التهوية الجيدة ونفاذية المياه، لضمان نمو صحي للنباتات.

مكونات الوسط النامي في الزراعة فوق الأسطح.

يعتمد اختيار الوسط النامي في الزراعة فوق الأسطح على نوع النباتات المزروعة ومتطلبات النمو. وتنقسم البيئات المستخدمة إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

أولا البيئات العضوية:

والتى تتكون من مواد طبيعية غنية بالمغذيات وتساهم في تحسين خصوبة التربة وتحسن قدرة التربة على الاحتفاظ بالرطوبة.، ومنها:

1. السماد العضوي أو الكمبوست (Compost):هو مادة عضوية متحللة ناتجة عن تحلل المخلفات النباتية والحيوانية بفعل البكتيريا والفطريات. يُستخدم لتحسين خصوبة التربة وزيادة قدرتها على الاحتفاظ بالماء والمغذيات، مما يعزز من نمو النباتات بشكل صحي ومستدام.
2. الخث (Peat moss:هو مادة عضوية طبيعية تتكون من تحلل الطحالب والنباتات في البيئات الرطبة مثل المستنقعات، وذلك على مدى آلاف السنين. يتميز بقدرته العالية على الاحتفاظ بالمياه وتحسين بنية التربة، مما يجعله عنصرًا أساسيًا في خلطات الزراعة.
3. نشارة الخشب أو اللحاء المفروم: نشارة الخشب (Wood Shavings & Bark Mulch )هما مواد عضوية طبيعية تُستخدم في تحسين التربة والاحتفاظ بالرطوبة وتقليل نمو الأعشاب الضارة، مما يجعلها خيارًا شائعًا في الزراعة التقليدية والزراعة فوق الأسطح.
4. قشر جوز الهند :(Coco Peat) هو منتج طبيعي يُستخرج من الألياف المحيطة بجوز الهند، ويُستخدم كوسط نامٍ فعال في الزراعة التقليدية والزراعة بدون تربة. يتميز بقدرته العالية على الاحتفاظ بالرطوبة وتحسين تهوية الجذور، مما يجعله بديلاً مستدامًا للخث (Peat Moss).

ثانيا البيئات غيرالعضوية:

والتى تتميز بقدرتها على تحسين تصريف المياه وتهوية الجذور، وتشمل:

1. البرليت (Perlite):هو مادة طبيعية بركانية تتكون من سيليكات الألمنيوم، يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية مما يجعلها تتمدد وتصبح خفيفة الوزن وذات هيكل مسامي.
2. الفيرميكيوليت (Vermiculite):هو معدن طبيعي من مجموعة السيليكات يتم معالجته بالحرارة ليتمدد، مما يجعله خفيف الوزن وذو قدرة عالية على الاحتفاظ بالماء والمغذيات، مما يجعله مفيدًا في الزراعة وتحسين التربة.
3. الصوف الصخري (Rockwool):هو وسط زراعي صناعي مصنوع من صخور البازلت الطبيعية، يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية ثم تحويلها إلى ألياف خفيفة الوزن تشبه الصوف. يُستخدم الصوف الصخري في الزراعة بدون تربة، خاصة في أنظمة الهيدروبونيكس.

البيئة المختلطة (الخلطات):

وهي مزيج من البيئات العضوية وغير العضوية، حيث يتم الجمع بين خصائص كل منها للحصول على وسط نامٍ متوازن، يحقق أفضل ظروف لنمو النباتات على الأسطح.

"يتم اختيار نوع الوسط النامي بناءً على احتياجات النباتات، نوع نظام الزراعة المستخدم، ومدى توافر المواد في البيئة المحلية".

خصائص الوسط النامي المطلوبة للزراعة فوق الأسطح.

بكل بساطه لإنشاء أسطح خضراء ناجحة، يجب أن يتمتع الوسط النامي بخصائص مميزة تعزز نمو النباتات بكفاءة، وتشمل:

1. الدعم الهيكلي: يجب أن يوفر الوسط ثباتًا قويًا لجذور النباتات، خاصة خلال مراحل النمو الأولى، كما يجب أن يكون مقاومًا لتآكل التربة الناتج عن العوامل الجوية، مما يجعله ضروريًا عند الزراعة على الأسطح المائلة.
2. الوزن الخفيف: يجب أن يكون الوسط النامي خفيف الوزن قدر الإمكان لتتناسب أحماله مع التصميم الإنشائي للأسطح.
3. الخصوبة العالية: يجب أن يحتوي على العناصر الغذائية الأساسية مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، سواء من خلال التربة نفسها أو من خلال إضافة المحاليل الغذائية المناسبة
4. التوازن الحمضي القاعدي: ينبغي أن يتمتع بدرجة pH مناسبة لضمان امتصاص العناصر الغذائية بكفاءة.
5. إضافة الرمل: يستخدم الرمل لتحقيق التوازن بين المواد العضوية، مما يساعد في تحسين بنية التربة وتعزيز تصريف المياه.
6. خلوه من الأمراض والآفات: يجب أن يكون الوسط نظيفًا، غير سام، وخاليًا من مسببات الأمراض للحفاظ على صحة النباتات.
7. سهولة الصيانة والاستبدال: ينبغي أن يكون من السهل العناية به واستبداله عند الحاجة دون تأثير سلبي على النباتات.
8. الاستدامة البيئية: يجب أن يكون الوسط النامي صديقًا للبيئة، وقابلًا للتحلل البيولوجي لضمان عدم التأثير السلبي على النظام البيئي.

ملاحظة: يجب استخدام جميع هذه المواد وفقًا لنتائج الاختبارات المثبتة لضمان تصنيع وسط نامٍ متوافق مع المواصفات المطلوبة.

كيفيه اختيار الوسط النامي المناسب للزراعة فوق الأسطح.

تعد جودة الوسط الزراعي المستخدم في زراعة الأسطح عاملاً حاسمًا في نجاح المشروع، حيث يتعرض هذا الوسط لظروف بيئية قاسية تتطلب خصائص خاصة منها:

1. نوع النباتات: تختلف احتياجات النباتات من حيث العناصر الغذائية، الرطوبة، وقدرة الجذور على الامتداد، لذلك يجب اختيار وسط يتناسب مع الأنواع المزروعة.
2. المناخ المحلي: يؤثر المناخ بشكل مباشر على معدل تبخر الماء ودرجة الحرارة، مما يستدعي اختيار وسط نامٍ يوفر احتباسًا مناسبًا للمياه ويحافظ على تهوية جيدة للجذور.
3. تصميم السقف ومساحته: يجب أن يكون الوسط متوافقًا مع المواد المستخدمة في بناء السقف، وأن لا يتسبب في أحمال زائدة قد تؤثر على الهيكل الإنشائي.
4. إدارة مياه الأمطار: ينبغي أن يكون الوسط النامي قادرًا على احتباس المياه بمستويات مثالية للنباتات، مع السماح بتصريف المياه الزائدة بكفاءة لمنع التشبع والتعفن.
5. توفير العناصر الغذائية: يجب أن يحتوي الوسط على العناصر الأساسية مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، مع الحفاظ على مستوى جيد من المسامية لضمان نمو صحي للجذور.
6. الوزن المناسب: يجب أن يتكون الوسط من خليط متوازن من المواد العضوية وغير العضوية بحيث يكون خفيف الوزن ولا يشكل عبئًا على هيكل السقف.
7. التكلفة والميزانية: يعتمد اختيار الوسط النامي أيضًا على الميزانية المتاحة، حيث تختلف التكاليف وفقًا لنوع المواد المستخدمة ومدى توفرها محليًا.

استشارة الخبراء في مجالي الزراعة والهندسة المعمارية ضرورية لتحديد أفضل وسط نامٍ لكل مشروع، بما يضمن تحقيق التوازن بين الكفاءة، الوزن، والاستدامة البيئية.

المعايير والمواصفات الفنية المقترحة.

المعايير والمواصفات الفنية المقترحةبالنسبة للنسب المحددة للوسط النامي في مشاريع الزراعة فوق الأسطح، لا يوجد كود عالمي موحد يحدد تلك النسب بدقة، لكن يتم اتباع معايير ASTM وبعض المواصفات الفنية لضمان تحقيق الخصائص المثالية للوسط النامي وفقًا لطبيعة المشروع.

معايير الاختبار وفق ASTM.

1. لتحديد خصائص وسط النمو في الأسطح الخضراء، بما في ذلك الكثافة الظاهرية، قدرة الاحتفاظ بالمياه، وتصريف المياه (ASTM E2399).
2. لاختبار قدرة الوسط النامي على الاحتفاظ بالمياه وإدارته بكفاءة (ASTM E2788).
3. لتحليل توزيع حجم الجسيمات في الوسط النامي (ASTM D422).
4. لتحديد المادة العضوية في التربة أو الوسط النامي (ASTM D2974).

المواصفات الفنية (Specs) للوسط النامي.

1. الكثافة الجافة: يجب أن تكون منخفضة لتقليل الأحمال الهيكلية، وغالبًا تتراوح بين 800-1200 كجم/م³.
2. احتفاظ بالمياه: يجب أن يحتفظ الوسط بحوالي 35-60% من وزنه ماءً لضمان الري الفعال.
3. مستوى الـ pH: يجب أن يكون في النطاق 6.0 - 7.5 لتوفير بيئة مناسبة لامتصاص العناصر الغذائية.
4. المسامية الكلية: لا تقل عن 30-40% لتحسين تصريف المياه والتهوية.
5. المحتوى العضوي: يتراوح بين 3-15% لضمان توفير العناصر المغذية دون زيادة المواد القابلة للتحلل السريع.
6. معدل التصريف: يجب أن يكون 10-15 سم/ساعة لضمان عدم تراكم المياه ومنع التشبع الزائد.

"يتم تصميم خلطة الوسط النامي وفق هذه المعايير بناءً على أوزان التصميم الإنشائي، نوع النباتات، كميات مياه الري المتاحة، وأنظمة العزل والصرف المستخدمة، لضمان نجاح واستدامة المشروع".

نماذج للوسط النامي المناسب للزراعة فوق الأسطح.

لتحقيق بيئة زراعية مناسبة على الأسطح، يتم استخدام خليط متوازن بنسب خلط مناسبة من عدة مكونات تشمل:

1. الرمل (30%): يساعد على تحسين تصريف المياه وتعزيز تهوية التربة، كما يساهم في تحقيق التوازن بين المواد العضوية ودعم بنية التربة.
2. التربة الطينية (50%): توفر دعماً هيكلياً للنباتات وتساعد في الاحتفاظ بالمياه والعناصر الغذائية الضرورية للنمو.
3. المواد العضوية (15%): تشمل السماد العضوي، اللحاء المفروم، وقشور جوز الهند، حيث تعمل على تحسين خصوبة التربة وزيادة قدرتها على الاحتفاظ بالرطوبة. كما تساهم الطحالب في تحسين بنيتها وإثرائها بالعناصر المغذية.
4. المواد الخفيفة الوزن (5%): مثل البيرلايت أو الفيرميكيوليت، والتي تساعد في تقليل وزن الوسط النامي، وتحسين تهويته وتعزيز نمو الجذور بكفاءة.

المواصفات الفنية للتربة المستخدمة في الزراعة فوق الأسطح.

1. الوزن المشبع بالماء: أقل من 1500 كجم/م³
2. درجة الحموضة (pH) باستخدام كلوريد الكالسيوم: 7.5 - 8.0
3. الجزء القابل للتجريف (د < 0.063 مم): أقل من 15 - 20%
4. سعة الاحتفاظ بالمياه / السعة القصوى للمياه: 45 - 65% (حجمًا)
5. محتوى الهواء بجانب السعة القصوى للمياه: أكثر من 10% (حجمًا)
6. محتوى المواد العضوية: أقل من 65 - 90 جم/ل
7. الملح القابل للذوبان في الماء: أقل من 2.5 - 3.5 جم/ل
8. المغذيات (N-P-K): 40 - 200 - 700 مجم/ل

أهمية استخدام الوسط النامي في الزراعة فوق الأسطح.

1. تحكم أفضل في العناصر الغذائية: يتيح الوسط النامي ضبط نوع وكميات العناصر الغذائية اللازمة لنمو النبات بكفاءة.
2. تقليل مخاطر الأمراض والآفات: يساعد في تقليل انتشار الأمراض والآفات التي تنتقل عبر التربة التقليدية.
3. إدارة فعالة للمياه: يسهم في توفير المياه اللازمة للري وفقًا لاحتياجات كل نوع نباتي، مما يعزز كفاءة استخدام المياه.
4. زيادة الإنتاجية: بفضل التحكم الدقيق في الري والتسميد، يسهم الوسط النامي في تحسين الإنتاجية مقارنة بالزراعة التقليدية.

هل يمكن تطبيق أنظمة الزراعة فوق الأسطح بدون التربة التقليدية؟

يسعى الباحثون والمزارعون دائمًا إلى إيجاد بدائل للتربة التقليدية، بهدف تحسين نمو النباتات وتقليل تكاليف الصيانة. لذلك، يمكن الاستغناء عن التربة التقليدية في زراعة الأسطح من خلال استخدام أنظمة الزراعة بدون تربة، والتي تعتمد على وسائط بديلة توفر الدعم المادي والغذائي اللازم لنمو النباتات و من بين هذه الأنظمة:-

1. الهيدروبونيكس، أو الزراعة المائية: هي نظام زراعي حديث يعتمد على زراعة النباتات في محلول مغذي دون الحاجة إلى تربة. في هذا النظام، تحصل الجذور على العناصر الغذائية الضرورية للنمو من خلال الماء مباشرة، مما يحسن امتصاص المغذيات ويعزز الإنتاجية.
2. الأكوابونيكس: نظام يجمع بين تربية الأسماك والزراعة المائية، حيث تستفيد النباتات من مخلفات الأسماك كمصدر غذائي.
3. الزراعة العمودية: تعتمد على زراعة النباتات في طبقات رأسية لتوفير المساحة وزيادة الإنتاجية.
4. الزراعة الإيروبونيك (Aeroponics): الزراعة الإيروبونيك هي إحدى تقنيات الزراعة الحديثة التي تعتمد على زراعة النباتات دون استخدام تربة أو أي وسط زراعي صلب. في هذا النظام، تتدلى جذور النباتات في الهواء داخل بيئة مغلقة، ويتم تزويدها بالمغذيات والمياه على شكل ضباب أو رذاذ دقيق.
5. الزراعة في الألياف: هي إحدى تقنيات الزراعة بدون تربة التي تعتمد على استخدام ألياف طبيعية (ألياف جوز الهند (الكوكوبيت) والطحالب (الخث)) أو صناعية (الصوف الصخري (Rockwool) والإسفنج الزراعي) كوسط زراعي بديل للتربة التقليدية. تعمل هذه الألياف على توفير الدعم الجذري للنباتات، بالإضافة إلى المساعدة في الاحتفاظ بالرطوبة والمغذيات اللازمة للنمو

تعتبر هذه الوسائط بدائل فعالة للتربة التقليدية، حيث تساعد في تحسين كفاءة استخدام الموارد وتحقيق الاستدامة في الزراعة على الأسطح.

نصائح لاختيار الوسط النامي المناسب للزراعة فوق الأسطح.

1. تحديد نوع النباتات أولًا: يجب اختيار النباتات بعناية بناءً على مدى توفرها محليًا، كمية المياه التي تحتاجها، وظروف نموها، مما يساعد في تحديد نظام الري الأمثل.
2. معاينة السطح قبل التنفيذ: يفضل الاستعانة بشركة متخصصة في أنظمة الزراعة فوق الأسطح لفحص حالة السطح، قدرة تحمله، ومتطلبات العزل والصرف.
3. تقييم نوع السقف: من الضروري معرفة نوع مادة السقف، سواء كان خرسانيًا، خشبيًا، أو معدنيًا، لأن ذلك يؤثر على اختيار الوسط النامي والأنظمة المناسبة للعزل والصرف.
4. توفير مصدر مياه موثوق: يجب التأكد من توفر مصدر مياه دائم للري، مع تحديد طريقة التسميد، سواء بإضافة المحاليل المغذية عبر نظام الري أو بالرش المباشر على التربة.
5. اختيار نظام العزل المناسب: لحماية هيكل السقف من تسرب المياه، يجب استخدام مواد عزل ذات جودة عالية تتناسب مع نوع السطح وطبيعة الزراعة المختارة.
6. تصميم أنظمة صرف فعالة: من الضروري اختيار نظام صرف مناسب لا يسمح بتراكم المياه، مع اختبار كفاءته قبل الردم والزراعة للتأكد من تصريف مياه الري والأمطار بكفاءة.
7. التخطيط الجيد لشبكة الصرف: يجب أن تتحمل شبكة الصرف تصريف مياه الري والأمطار دون حدوث انسدادات أو مشكلات تصريف مستقبليًا.

"التخطيط الدقيق لكل هذه العوامل يضمن نجاح الزراعة فوق الأسطح، ويحقق كفاءة عالية في استدامة المشروع".

أهم التحديات وطرق التغلب عليها في الزراعة فوق الأسطح.

تواجه الزراعة فوق الأسطح عدة تحديات يمكن التغلب عليها من خلال استخدام أوساط زراعية ذات طابع خاص.

أولا التحديات:

1. التكلفة المرتفعة: تنتج عن الحاجة إلى تكوين وسط نامٍ غير تقليدي بمواصفات خاصة.
2. الحاجة إلى خبرة متخصصة: تتطلب الزراعة فوق الأسطح معرفة دقيقة بأنظمة الري والصيانة لضمان نجاح المشروع.
3. قيود الوزن على الهيكل الإنشائي: يجب أن يكون الوسط النامي خفيف الوزن ليتناسب مع القدرة الإنشائية للسقف.

ثانيا الحلول المقترحة:

1. استخدام خلطات متنوعة محلية: المزج بين عدة أنواع من الأوساط النامية لتحقيق التوازن بين الوزن والخصوبة.
2. إعادة استخدام الوسط النامي: تقليل التكلفة من خلال تدوير واستخدام الأوساط النامية بعد معالجتها.
3. الاعتماد على مصادر محلية: البحث عن بدائل محلية ذات تكلفة أقل لتقليل النفقات وضمان الاستدامة البيئية.
4. إداره مياه الري: يتطلب ذلك تصميم نظام ري مناسب يعتمد على احتياجات النباتات، مع استخدام تقنيات الري بالتنقيط لتوفير المياه بكفاءة. 
5. كذلك عمليه الصرف: يجب توفير نظام صرف فعال يمنع تجمع المياه الزائدة، مما يحد من مشاكل التربة المشبعة بالرطوبة ويمنع الأضرار الإنشائية للأسطح. يساعد استخدام طبقات تصريف وخامات خفيفة الوزن في تحسين كفاءة الصرف والحفاظ على بيئة زراعية صحية.

معلومات عامة وأسئلة شائع حول الزراعة فوق الأسطح.

• ما هو أقل عمق مطلوب للتربة الزراعية فوق الأسطح؟

الحد الأدنى لعمق التربة الزراعية على الأسطح هو 10 سم، وهو كافٍ لدعم نمو النباتات بشكل مناسب.

• ما هو أفضل نوع من التربة للزراعة فوق الأسطح؟

تعد التربة الرملية الطينية الأفضل، نظرًا لتوازنها بين خصائص التربة الرملية والطينية، مما يوفر تصريفًا جيدًا مع احتفاظ مناسب بالماء والعناصر الغذائية.

• ما هي مواصفات التربة الصالحة للزراعة؟

يمكن تحديد جودة التربة من خلال بعض القياسات الأساسية، مثل:

1. درجة الحموضة (pH): يفضل أن تكون 7 (متعادلة).
2. درجة التوصيل الكهربائي (EC): لا تتجاوز 7.
3. الأملاح الذائبة: يجب أن تكون أقل من 2500 ميكروموز/سم عند درجة حرارة 25°C.

• هل يمكن استخدام الأسمدة لمعالجة ملوحة التربة؟

نعم، يمكن استخدام الجبس الزراعي (كبريتات الكالسيوم المائية)، وهو مخصب طبيعي يساعد في تقليل قلوية التربة والتخلص من الأملاح الزائدة، مما يحسن من جودتها ويجعلها أكثر ملاءمة للزراعة.

• ما تأثير زيادة مياه الري عن الحاجة؟

يؤدي الإفراط في الري إلى ظاهرة تغدق التربة (Water Logging)، حيث تمتلئ الفراغات البينية في التربة، خاصة حول الجذور، مما يقلل من التهوية ويؤدي إلى تعفن الجذور وضعف نمو النباتات.

تعديل المقال