الطلب العالمي على الطاقة للري حسب المحاصيل

لماذا يحتاج ري محاصيلنا إلى طاقة أكثر مما تظن

إطعام عالم ينمو ويزداد رخاءً لا يعتمد فقط على الأرض والمياه، بل أيضاً على الطاقة. تتناول هذه الدراسة سؤالاً يبدو بسيطاً لكنه ذو آثار كبيرة: كم من الطاقة يتطلب نقل المياه إلى محاصيل العالم، وما تكلفة هذا التوسع في الري من حيث الطاقة إذا أُجري بشكل مستدام لتعزيز الإنتاج الغذائي؟ من خلال رسم خرائط لهذه الاحتياجات محصولاً بمحصول في جميع أنحاء العالم، يكشف المؤلفون أين يستهلك الري أكبر قدر من الطاقة حالياً، وأين يمكن للري الجديد أن ينمو بأمان، وكيف أن الوصول المحدود للكهرباء، بدلاً من ندرة المياه نفسها، قد يعيق زيادة المحاصيل والأمن الغذائي.

كيف تشكل المياه والأراضي والطاقة غذاءنا

تزادت الإنتاجات الزراعية أكثر من ثلاثة أضعاف منذ عام 1960، لكن مساحة الأراضي المزروعة ارتفعت بشكل طفيف فقط. جاء الكثير من هذه القفزة في المحصول من تكثيف الزراعة بالأسمدة والآلات وخاصة الري. اليوم، تشغل الحقول المروية نحو خُمس الأراضي الزراعية العالمية فقط لكنها توفر أكثر من 40% من السعرات الحرارية الغذائية في العالم. يسمح الري للمزارعين بتقليل أثر تقلبات الطقس، ما يجعل توافر المياه أكثر موثوقية ويخفف إجهاد الحرارة على النباتات. لكن تحويل الأراضي الجافة إلى خضراء مكلف من ناحية الطاقة: ترفع المضخات الماء من الأنهار والقنوات والمياه الجوفية؛ أنظمة الضغط ترش أو تسرب المياه عبر الحقول؛ كما أن اختيار التكنولوجيا ومصدر المياه والمحصول يؤثرون جميعاً في فاتورة الطاقة.

قياس الطاقة المخفية في الري

بنَى الباحثون نموذجًا عالمياً قائمًا على الفيزياء يعمل على شبكة بطول خلية يقارب 10 كيلومترات، يجمع بين المناخ والتربة والتضاريس وحجم الحقول وطرق الري وخرائط المحاصيل التفصيلية. لكل خلية ومحصول قدَّروا كمية الماء اللازمة للري على مدار سنة نموذجية، ثم حسبوا الطاقة اللازمة لسحب ورفع وتطبيق ذلك الماء باستخدام أنظمة سطحية أو رذاذية أو بالتنقيط المغمورة بالمياه السطحية أو الجوفية. كما أخذوا في الحسبان كفاءة المضخات العاملة بالديزل والكهرباء. النتيجة أطلس لمحطات الطاقة المطلوبة للري لكل محصول تحت ظروف اليوم وتحت سيناريو توسيع الري فقط حيث تتوفر المياه العذبة دون استنزاف الأنهار أو المياه الجوفية بما يتجاوز الحدود المستدامة.

أين يكون استخدام طاقة الري الأعلى اليوم

على مستوى العالم، يستهلك الري الحالي نحو 1.38 × 10⁹ جيجا جول من الطاقة سنوياً — وهي نسبة صغيرة من إجمالي استخدام الإنسان للطاقة، لكنها حصة ملحوظة من طاقة المزارع. يدعم معظم هذه الطاقة أنظمة الري السطحي، التي تغطي الغالبية العظمى من المساحات المروية؛ والباقي يذهب لأنظمة الرش والتنقيط المضغوطة التي عادة ما تستهلك طاقة أكبر للهكتار لأنها تتطلب ضغوط تشغيل عالية. يتركز استخدام طاقة الري بقوة في حزام الهند وباكستان، وحزام الذرة في الولايات المتحدة، والشرق الأوسط وشمال أفريقيا. ستة محاصيل — القمح والأرز والذرة والقطن وقصب السكر والخضراوات — تغطي نحو 60% من الأراضي المروية وتمثل حصة مشابهة من استهلاك طاقة الري. بعض المحاصيل، مثل قصب السكر والفواكه الاستوائية، تطلب طاقة أكبر بكثير لكل هكتار لأنها شرهة في الماء وغالباً ما تُروى بأنظمة مستهلكة للطاقة أو من مياه جوفية عميقة.

ماذا لو وسعنا الري بشكل مستدام

سأل الفريق بعد ذلك أين يمكن إضافة الري على الأراضي الحبوبية الخاضعة للأمطار حالياً دون انتهاك احتياجات الجريان البيئي أو استنزاف المياه الجوفية، وماذا يعني ذلك من حيث استخدام الطاقة والإمداد الغذائي. حددوا نحو 110 مليون هكتار من الأراضي — غالبيتها في أفريقيا وشرق أوروبا وروسيا الآسيوية — حيث تتوفر مياه سطحية (مياه زرقاء) لدعم ري جديد. يتطلب إيصال الماء إلى هذه الحقول نحو 600 كيلومتر مكعب من الماء الإضافي سنوياً وسيزيد استخدام طاقة الري بنحو 17%. تهيمن على هذا التوسع المحتمل محاصيل القمح والذرة والأرز. يمكن أن يكون الغذاء الإضافي الناتج تحوّلًا هامًا في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، حيث قد ترتفع الطاقة الحرارية الناتجة عن الأراضي المروية بنحو 60%، مما يساعد في معالجة نقص التغذية. ومع ذلك، فإن العديد من الأماكن ذات المكاسب المحتملة العالية تواجه حرمانًا من الطاقة: ستقع أجزاء كبيرة من الطلب الإضافي لطاقة الري في مناطق تفتقر إلى وصول موثوق للكهرباء، ما يعني أن بنى تحتية جديدة أو شبكات صغيرة أو أنظمة شمسية خارج الشبكة ستكون مطلوبة لتحقيق هذه الفوائد دون الاعتماد على الديزل.

الوصول إلى الطاقة كعنق زجاجة جديد

بإفلاتهم خرائط طاقة الري مع بيانات شبكات الكهرباء وأضواء الليل، يظهر المؤلفون أن نحو أكثر من نصف استخدام طاقة الري الحالي يحدث في مناطق تظهر عليها دلائل واضحة للكهرباء، وهذه النسبة أقل حتى لمناطق التوسع المحتملة. كما يجدون أن ضخ المياه الجوفية غالباً ما يهيمن على فاتورة الطاقة، خاصة في المناطق القاحلة حيث تكون طبقات المياه عميقة. التكنولوجيا مهمة: التحول من الأنظمة السطحية إلى أنظمة الرش يمكن أن يوفر الماء لكنه يزيد استخدام الطاقة؛ وأنظمة التنقيط يمكن أن تكون فعالة في استهلاك المياه وأقل استهلاكًا للطاقة نسبياً، رغم أنها تغطي حالياً جزءًا ضئيلاً فقط من الأراضي المروية عالمياً وليست مناسبة في كل مكان. تؤكد الدراسة أن جعل المياه والطاقة أرخص أو أكثر توفراً وحده يمكن أن يثير تأثيرات ارتدادية، مما يزيد السحوبات الكلية ما لم تكن هناك ضوابط قوية.

ماذا يعني هذا لمستقبل غذائنا ومناخنا

بعبارات يومية، تُظهر الدراسة أن جزءًا كبيرًا من أمن الغذاء المستقبلي في العالم يعتمد على ما إذا كان بإمكان المزارعين في مناطق غنية بالمياه لكن فقيرة بالطاقة الحصول على طاقة منخفضة الكربون وبأسعار معقولة لتشغيل المضخات. قد يؤدي توسيع الري حيث تتوفر المياه إلى زيادة كبيرة في المحاصيل والمرونة أمام صدمات المناخ، خصوصاً في الجنوب العالمي، لكن القيام بذلك بالديزل سيرفع الانبعاثات والتكاليف. يمكن أن يحوّل التخطيط المشترك لأنظمة الري والطاقة — اختيار المحاصيل وطرق الري ومصادر الطاقة المناسبة لكل مكان — هذا الطلب الخفي على الطاقة من عقبة إلى فرصة. يجادل المؤلفون بأن خرائطهم على مستوى المحصول تقدم دليلاً عملياً للحكومات والجهات المانحة وشركات المرافق لاستهداف الاستثمارات حيث يمكن للري المستدام أن يحقق أكبر مكاسب في الغذاء وسبل العيش ومقاومة المناخ لكل وحدة طاقة مستخدمة.

الاستشهاد: Chiarelli, D.D., D’Odorico, P., Fiori, A. et al. Global crop-specific energy demand for irrigation. Nat Commun 17, 2396 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68902-6

الكلمات المفتاحية: طاقة الري, زراعة مستدامة, ندرة المياه, حلقة الغذاء–الطاقة–المياه, الزراعة المقاومة للمناخ