[عمود جونغ سون-وو] مصنع النباتات ومصنع السيارات

[عمود جونغ سون-وو] أستاذ في قسم البستنة والتكنولوجيا الحيوية الحياتية بكلية الزراعة وعلوم الحياة في جامعة تشونام الوطنية

تنطوي كلمة مصنع على توقع إنتاج منتجات ذات مواصفات محددة بكميات كبيرة. وكما تخرج السيارات من الطراز نفسه تباعًا من مصنع السيارات، يُعتقد أيضًا أن مصنع النباتات سينتج محاصيل زراعية بجودة موحدة في وقت محدد. فبما أنه يمكن تقليل تأثير الطقس والتحكم في الضوء والحرارة، والماء والمغذيات، فهناك توقع بأن نتائج الإنتاج ستصبح ثابتة إذا ضُبطت ظروف الزراعة جيدًا.
 

التحكم في البيئة يختلف عن التحكم في النمو

لكن ما يتعامل معه المصنعان مختلف. فالسيارة تُجمَّع أجزاؤها وفق التصميم، أما النبات فيستجيب للبيئة ويبني جسمه بنفسه. فالضوء والحرارة لا يؤثران في سرعة النمو فحسب، بل في حجم الأوراق واتجاهها، وفي طول الساق أيضًا. وهذا الشكل المتغير يغير بدوره ظروف تلقي النبات للضوء. فالنبات هو في الوقت نفسه موضوع يمر عبر عملية الإنتاج، وكائن حي يتغير باستمرار خلال تلك العملية.

لنتخيل الخس. حتى لو كانت شدة الإضاءة متساوية، فإن توزيع الضوء الذي يتلقاه الخس الصغير والخس القريب من الحصاد يختلف. فعندما تنمو الأوراق وتتداخل مع بعضها، تحجب الأوراق العلوية الأوراق السفلية، ويتأثر حتى ورق النباتات المجاورة. كما أن النباتات المزروعة في الوقت نفسه تختلف في كمية الضوء التي تتلقاها إذا اختلف حجم الأوراق وتوزيعها. أي إن إعدادات الإضاءة في المنشأة تبقى كما هي، لكن البيئة التي يختبرها النبات تتغير. فالتحكم بالبيئة على نحو ثابت ليس هو نفسه جعل نمو النبات ثابتًا.

لذلك، من أجل إنتاج مستقر، لا بد من امتلاك القدرة على ضبط البيئة عند القيم المطلوبة، إضافة إلى، القدرة على التنبؤ بكيفية نمو النبات في تلك الظروف. ولا يكفي التحقق من الحالة الحالية فقط. بل ينبغي معرفة النتائج التي سيتركها خيار تقليل الإضاءة اليوم أو تغيير مسافات الزراعة بعد بضعة أيام على النمو والحصاد. وهكذا ينتقل السؤال من ‘هل نستطيع التحكم في البيئة؟’إلى ‘أي بيئة ينبغي أن نصنع؟’.

أوثق طريقة للتحقق هي الزراعة الفعلية. لكن الظروف المراد اختبارها تزداد بسرعة. فإذا قُسمت شدة الضوء، والحرارة، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، ومسافات الزراعة كلٌّ منها إلى ثلاثة مستويات وقورنت جميع التركيبات، فسنحصل على 81حالة. وإذا أُخذت الأصناف، ومراحل النمو، والتجارب المكررة في الاعتبار، فإن عدد الاحتمالات يزداد أكثر. ويجب توفير مساحة لكل شرط والانتظار حتى الحصاد، كما ينبغي في المنشآت العاملة تحمل الخسائر الناجمة عن الفشل. ومن الصعب اختبار كل خيار أولًا بمحصول حقيقي.
 

ما يمكن تعلمه من المصنع الافتراضي لمصانع السيارات

مصانع السيارات أيضًا لا تتحقق من جميع المشكلات في خط الإنتاج الفعلي فقط. BMWأوضحت في حالة عرضتها عام 2025أنها تستخدم مصنعًا افتراضيًا لمراجعة ما إذا كان هيكل سيارة جديد سيصطدم بالمعدات المحيطة أثناء مروره عبر خط الإنتاج. أي إنها تبحث عن المشكلات على الكمبيوتر قبل تغيير المعدات الفعلية. وما ينبغي أن يتعلمه مصنع النباتات من مصنع السيارات ليس أجهزة الإنتاج المؤتمتة وحدها. بل إن طريقة اختبار نتائج الخيارات قبل الإنتاج الفعلي جديرة بالتعلم أيضًا.

وفي الزراعة، ما يشكل أساس هذا النوع من الاختبارات الافتراضية هو نموذج المحاصيل. فنموذج المحاصيل القائم على العمليات الفسيولوجية يعبّر بالمعادلات عن التمثيل الضوئي والتنفس تبعًا للبيئة، وعن النمو وتوزيع المواد. وهو يحسب كيف سيستجيب المحصول عند إدخال ظروف مختلفة للضوء أو الحرارة. ويمكن أولًا فحص الظروف المرشحة التي يصعب اختبارها كلها في المنشأة الفعلية داخل الكمبيوتر، ثم اختيار الظروف المهمة منها لإجراء التجارب.
 

نموذج المحاصيل·FSPM، حساب النمو قبل التجربة

وخاصة عند تحديد موضع الإضاءة والمسافة بين المحاصيل، يكون من المفيد النظر حتى في الشكل المكاني للنبات. فحتى لو كانت المساحة الكلية للأوراق متساوية، فإن توزيع الضوء يختلف بحسب ارتفاع الأوراق وزاويتها، ودرجة تداخلها مع بعضها. والأداة التي يمكن استخدامها هنا هي النموذج النباتي الوظيفي-البنيوي، أو ما يُسمى FSPM(Functional-Structural Plant Model). إنه نموذج يربط البنية ثلاثية الأبعاد للأوراق والسيقان بالعمليات الفسيولوجية مثل التمثيل الضوئي.

لا يكمن الجوهر في رسم النبات بصورة تبدو واقعية. بل في حساب مقدار الضوء الذي يصل إلى كل ورقة، ومقدار ما يُستخدم من ذلك الضوء في التمثيل الضوئي. وفي النماذج التي تجسد النمو أيضًا، يُعاد حساب توزيع الضوء المتغير مع ظهور أوراق جديدة وكبر الأوراق القائمة. وهذا يعني التعامل مع العلاقة التي تغير فيها البيئة الفسيولوجيا والشكل، ثم يؤثر الشكل المتغير بدوره في النشاط الفسيولوجي.

وإذا وُسعت هذه الحسابات إلى محاكي، يمكن دراسة أسئلة مثل متى ينبغي الري أثناء الزراعة، وفي أي مرحلة ينبغي تعديل الإضاءة. وإذا رُبط ذلك بحساب استهلاك الطاقة في المعدات وتكاليف التشغيل، فإن معايير الحكم تتغير أيضًا. فالمطلوب ليس العثور على الظروف التي ينمو فيها النبات بأسرع ما يمكن، بل على الظروف التي تقلل التكاليف مع الحفاظ على الحجم وموعد الحصاد المستهدفين. وهذا اتجاه يربط التنبؤ بالنمو بتخطيط الإنتاج.

امتلاك محاكٍ لا يعني إلغاء تجارب الزراعة الفعلية. بل يعني تحديد التجارب التي ينبغي البدء بها، وجعل المعرفة المكتسبة من التجارب تُستخدم مرة أخرى في الحكم التالي. وكما أن تسجيل البيئة مهم، فإن الأبحاث التي تقيس تغيرات الأوراق والجذور، والاستجابات الفسيولوجية والحصاد النهائي مهمة أيضًا. وهناك حاجة إلى علاقة تتحقق فيها الزراعة الفعلية من النموذج، ويرشد فيها النموذج تجربة الزراعة التالية.

يتشابه مصنع النباتات ومصنع السيارات في أنهما يسعيان إلى إنتاج موحد ومستقر. لكن امتلاك الهدف نفسه لا يعني إمكانية الوصول إليه بالطريقة نفسها. ولكي يمتلك مصنع النباتات إنتاجية تليق باسم المصنع، ينبغي أن يفهم استجابات النبات بوصفه كائنًا حيًا بصورة أفضل، بدلًا من التعامل معه كقطعة غيار. وعندما تُضاف إلى المنشآت التي تضبط البيئة أدوات تتنبأ بتغيرات النبات، يمكن لأتمتة الزراعة أن تقود إلى استقرار الإنتاج.