تقترن أسماء العديد من الدول بأسماء منتجاتها الزراعية؛ فعلى سبيل المثال، إن ذكر محافظة نييغاتا اليابانية يذكر الأذهان بالأرز؛ إذ تحتل نييغاتا المرتبة الأولى في البلاد من حيث مساحة زراعة الأرز ومستويات الإنتاج. وقد أثبتت نتائج تحليل البيانات الضخمة أن هذه المنطقة الشمالية الغربية محاطة بالجبال والبحر. وهي توفر ظروف زراعة مناسبة وطقس معتدل وأيام مشمسة وفيرة وذوبان الثلوج التي تجمع المغذيات أثناء انتقالها من الجبل عبر الغابة وأخيرًا إلى حقول الأرز.
ويعد أرز كوشيهيكاري في نييغاتا هو الصنف الأكثر زراعة على نطاق واسع في جميع أنحاء اليابان. وهو يتميز بنكهته الحلوة المتوازنة بالنسب المناسبة.
ويقول ياسونوري إيتشيهاشي، عالم الأحياء المجهرية النباتية في مركز أبحاث الموارد الحيوية في مركز أبحاث الموارد الحيوية في تسوكوبا باليابان: “إنه أرز لذيذ للغاية”. “زراعة الأرز جزء أساسي من ثقافتنا في اليابان. وتمتلك محافظة نييغاتا واحدة من أكبر مساحات حقول الأرز في البلاد”.
ولكن زراعة أرز كوشيهيكاري التي استمرت لعقود من الزمن في المنطقة مهددة الآن. يقول شينيتشي يامازاكي، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر إيتشيهاشي: “هناك العديد والعديد من المشاكل” التي تواجه مزارعي الأرز هنا. وتشمل هذه المشاكل ارتفاع تكاليف الأسمدة وانخفاض أسعار الأرز.
ومع ذلك، فإن أكبر التحديات هي انخفاض عدد المزارعين، وتأثير زراعة الأرز على البيئة. يقول يامازاكي: “نحن بحاجة حقًا إلى أساليب أكثر استدامة لزراعة الأرز”.
لذلك انضم إيتشيهاشي وفريقه إلى مشروع KOME-DOKORO COI-NEXT في عام 2022، ويهدف المشروع الذي يقوده باحثون من جامعة ناغاؤكا للتكنولوجيا، وتموله وكالة العلوم والتكنولوجيا اليابانية. سعيا في ايجاد حلول مستدامة إلى إنشاء اقتصاد حيوي “دائري” في منطقة كومي-دوكورو، أو “المنتجة للأرز” في نييغاتا. ويأمل الباحثون أن يتمكنوا من الحفاظ على ثقافة زراعة الأرز في المنطقة وتنشيطها. كما يقول إيتشيهاشي: “نأمل أن نغير عقلية المزارعين وكذلك الجمهور حتى يدركوا أهمية الثقافة اليابانية حول حقول الأرز وزراعة الأرز”.
امتلاك ثروة من المعلومات
يرأس إيتشيهاشي إحدى الركائز البحثية الخمس للمشروع. يركز عمله على تسخير نظرة متعمقة على أدوار ومسؤوليات حوكمة البياناتقوة البيانات الضخمة والتعلم الآلي لفهم الأنظمة المعقدة المحيطة بالمحاصيل في البيئات الحقلية وتعزيز استدامة الزراعة.
ويوضح قائلًا: “نحن نحاول رقمنة النظام الإيكولوجي الزراعي لزراعة الأرز”. “نأمل من خلال البيانات الرقمية أن نفهم التفاعلات المحددة بين النباتات والميكروبات والتربة. ونعتقد أن هذه المعادلة مهمة حقاً للحفاظ على محصول الأرز، مع الحد من الأثر البيئي لزراعة الأرز”.
ويتمثل أحد الأهداف في إنتاج مجموعة من المبادئ التوجيهية بشأن الممارسات المستدامة التي سيتمكن مزارعو الأرز من استخدامها في عملهم اليومي؛ لذلك يعمل فريق إيتشيهاشي مع معهد نييغاتا للبحوث الزراعية والمنظمة الوطنية للبحوث الزراعية والغذائية. وكذلك المزارعين في نييغاتا، لمقارنة تقنيات الزراعة المختلفة وأساليب إدارة المزارع.
كما يشمل ذلك مقارنة الزراعة العضوية بالزراعة التقليدية باستخدام الأسمدة الكيماوية ومبيدات الأعشاب، وزرع البذور مباشرة في الحقول الجافة مقابل زرع الشتلات في حقول الأرز الرطبة، والتحقيق في التغيرات طويلة الأجل في التربة من تطبيق السماد العضوي الدائري المصنوع من موارد غير مستخدمة محليًا.
وزار الباحثون مواقع الدراسة خلال فترات مختلفة من الزراعة والنمو والحصاد لجمع مجموعة من البيانات الطولية. ومن الحقول، استخرجوا من التربة لتحليل تأثير خواصها الكيميائية، مثل المحتويات المعدنية المختلفة، وخصائصها البيولوجية، مثل المجتمعات الميكروبية، على صحة التربة. بالإضافة إلى مراقبة محتواها المائي والتوصيل الكهربائي ودرجة الحرارة.
ويخططون لمواصلة هذا التحليل لمدة عقد من الزمن، وجمع بيانات طويلة الأجل عن النظام الإيكولوجي الزراعي لزراعة الأرز. ويوضح إيتشيهاشي أن العلماء قاموا أيضًا بتقييم مدى جودة نمو النباتات، كما قاموا بتحليل حبوب الأرز من حيث محتواها من الألياف والأميلوز والبروتين. وهو ما يمثل مذاق الأرز ومحتواه الغذائي.
تطبيق علم الأحياء المتعدد
قام الفريق بدمج بيانات الأرصاد الجوية حول طبيعة الطقس مع البيانات الكيميائية للتربة من الاستخدام طويل الأجل للمواد العضوية التي امتدت على مدى السنوات الثلاثين الماضية.
وأضاف إيتشيهاشي: “أردنا تحليل البيانات الطويلة الأجل والعميقة لحقول الأرز حتى نتمكن من تقييم تأثير تغير المناخ والإدارة على غلة محصول الأرز والتربة”.
وكانت الخطوة التالية هي تحليل كنز البيانات التي جمعوها. ولهذا الغرض، اعتمد Ichihashi نهجاً يسمى علم الجينوميات المتعددة، والذي يدمج البيانات من مجالات مثل علم الجينوم والبروتيوميات، على سبيل المثال. ذلك لتقديم رؤى مفصلة.
ويقول: “بالإضافة إلى الميكروبيوم، نقوم أيضًا بجمع بعض بيانات النسخ لمعرفة التغيرات على مستوى التعبير الجيني في النباتات”.
وقد ازدادت شعبية علم الجينوم المتعدد في السنوات الأخيرة بسبب التقدم في تكنولوجيا التسلسل ولأنه يقدم رؤية أكثر دقة وشمولية للآليات البيولوجية التي تجري دراستها. يقول إيتشيهاشي: “إن رقمنة النظم الإيكولوجية الزراعية باستخدام علم الجيوفيزياء المتعددة أداة قوية للغاية لاستخراج المعلومات الأساسية من أجل تعزيز استدامة الزراعة”.
وقد استخدم هذه الطريقة بنجاح من قبل. ففي عام 2020، أجرى فريقه تجربة لدراسة الآلية الكامنة وراء تشميس التربة – وهي ممارسة وضع صفائح بلاستيكية شفافة فوق حقل ما لحبس حرارة الشمس وتسخين التربة للقضاء على الأعشاب الضارة ومسببات الأمراض – تساعد على تعزيز نمو سبانخ الخردل الياباني. وباستخدام علم الأحياء المتعدد، اكتشفوا كيف أن تشميس التربة يزيد من كمية النيتروجين العضوي. بما في ذلك الحمض الأميني الألانين والمغذيات الأساسية الكولين. والذي بدوره يساعد على تغذية نمو النبات، على الرغم من أن الآلية التفصيلية لا تزال غير واضحة1.
ومن خلال بحثهم الحالي، يهتم الفريق أيضًا بدراسة التفاعلات بين النبات والميكروبات والتربة. ويقول إيتشيهاشي إن جودة التربة الزراعية تتدهور في جميع أنحاء العالم. “ولكن في حقول الأرز، على الأقل فيما يتعلق بالملف الميكروبي، نرى أنها تعود إلى نفس الحالة بعد الحصاد كما كانت قبل الزراعة على الرغم من تغيرها خلال فترة الزراعة. لذا، تساعد الميكروبات بطريقة ما في الحفاظ على استدامة حقل الأرز”.
الميكروبات المفيدة
ويقول إيتشيهاشي إن فريقه قام حتى الآن بتوصيف أكثر من 1000 من الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في تربة الأرز. ولكن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتحديد الميكروبات المفيدة الموجودة بدقة وكيفية عملها لجعل زراعة الأرز أكثر استدامة. والمساعدة أيضًا في تعزيز قدرة المحاصيل على الصمود في مواجهة الضغوط البيئية.
ويلعب الذكاء الاصطناعي دورًا رئيسيًا في عملهم. ويوضح إيتشيهاشي: “نحن نستخدم التعلم الآلي للمساعدة في تحديد خصائص التربة المهمة للمساهمة في إنتاجية المحاصيل وجودتها”.
غالبًا ما يتعامل العلم الزراعي التقليدي مع التربة والمحاصيل والميكروبات ككيانات منفصلة؛ ما يحد من الفهم الشامل لتفاعلاتها. ومع ذلك، يدمج فريق إيتشيهاشي هذه العناصر للحصول على رؤية أكثر شمولية. وقد أبدى المزارعون تعاونًا كبيرًا في جمع البيانات؛ ما يجعلهم شركاء أساسيين في هذا المشروع.
ويقول Ichihashi، الذي يعمل فريقه الآن على فهم دوران الميكروبات في حقول الأرز مع مرور الوقت: “بالنسبة للعديد من المزارعين، لا يتعلق الأمر فقط بتحسين غلة المحاصيل؛ بل أيضًا بتحسين مذاق الأرز وجودته”. “يبحث مشروعنا في جميع جوانب زراعة الأرز.
ومن خلال هذه المعلومات، نعتقد أن بإمكاننا مساعدة المزارعين على تبني أساليب جديدة لإنتاج أرز عالي الجودة بشكل أكثر استدامة ونقل هذه المعرفة إلى الجيل القادم من المزارعين.
المقال الأصلي: ( من هنا)
