الأسمدة العضوية تمنح التربة قدرة أكبر على الاحتفاظ بالكربون وحماية المناخ

نتائج مثيرة من دراسة على تربة زراعية عولجت فقط بأسمدة عضوية
تحت أقدامنا يكمن أحد كنوز الأرض الأكثر إغفالًا: غشاء حي رقيق من التربة يغذينا ويحمينا ويساعد على ضبط المناخ عبر احتجاز الكربون في باطن الأرض.

يؤثر المزارعون في هذا النظام كل موسم من خلال أساليب إدارة حقولهم، والسؤال المطروح هو: أي الممارسات تساعد التربة فعلًا على الاحتفاظ بالكربون لفترات طويلة؟

الكربون لا يبقى في مكانه مصادفة؛ بل يحتاج إلى مساحات يحتجز فيها وأشكال تقاوم التحلل السريع.
لهذا يولي الباحثون اهتمامًا كبيرًا بكيفية تأثير الأسمدة والممارسات الحقلية على خصائص التربة الدقيقة التي يمكن أن تخزن الكربون إلى أجل غير مسمى.

نُشرت الدراسة كاملة في دورية “جمعية علوم التربة الأمريكية“.

التربة العضوية وتخزين الكربون

فحص فريق بحثي تربة حقل ذرة في كانساس لم يُحرث منذ 22 عامًا.
قسمت مساحة الحقل إلى مناطق اتبعت استراتيجيات مختلفة للنيتروجين طوال تلك الفترة: بدون تسميد، أو بأسمدة صناعية (يوريا)، أو بتعديلات عضوية مثل السماد البلدي أو الكومبوست.

هذا السجل الطويل يعطي رؤية أوضح للتغيرات الفعلية بدلًا من التقلبات قصيرة المدى بفعل الطقس أو موسم حصاد واحد.
أجرى الدراسة باحثون من جامعة ولاية كانساس وشركاء استخدموا تقنيات أشعة سينية فائقة السطوع لتحليل جزيئات التربة السليمة.

وقالت د. جانجا هيتّياراتشي، أستاذة الكيمياء البيئية والتربة بالجامعة: «كنا نحاول فهم الآليات التي تزيد تخزين الكربون في التربة باستخدام ممارسات إدارة معينة، ولم نكن نبحث فقط عن الكربون بل عن المعادن الأخرى التي تساعد في تخزينه».

فهم الميكروتجمعات

تتشكل التربة في عناقيد صغيرة تسمى “الميكروتجمعات”، يبلغ عرض كل منها تقريبًا عرض شعرة الإنسان. داخلها مسام صغيرة وأسـطح معدنية يمكنها احتجاز المادة العضوية.

عندما يدخل الكربون هذه المساحات المحمية أو يرتبط بالمعادن، يصبح من الصعب على الميكروبات والأكسجين الوصول إليه، ما يبطئ تحلله.
تتشكل هذه البُنى مع الوقت عبر مخلفات النباتات ونشاط الميكروبات والتفاعلات الكيميائية على الأسطح المعدنية.
وفي أنظمة عدم الحرث، تقل اضطرابات هذه التجمعات، ما يساعدها على الاستمرار وتراكم المواد الغنية بالكربون.

كيف تُدرس حبيبات التربة

استخدم الفريق تصويرًا بالأشعة السينية في مصدر الضوء الكندي في ساسكاتشوان ومصدر الضوء المتقدم في بيركلي، كاليفورنيا.
تكشف هذه الأجهزة كيمياء وبنية حبيبات التربة دون إتلافها، ما يسمح برؤية مكان وجود الكربون بالنسبة للمسام والمعادن.
كما يساعد هذا التصوير في تحديد المعادن المسؤولة عن الاحتفاظ بالكربون.
يمكن لمركبات الحديد أو الألومنيوم أو الكالسيوم أن ترتبط بالجزيئات العضوية وتبطئ دورة الكربون في التربة، فيبقى الكربون أطول تحت سطح الأرض.

مستويات الكربون في التربة

أظهرت قطع التربة التي تلقت سمادًا عضويًا مستويات كربون أعلى مقارنة بالأسمدة الصناعية أو عدم التسميد.
وكشفت الصور عن وجود كربون أكثر في المسام الدقيقة وعلى الأسطح المعدنية في التربة المعالجة عضويًا، وهي مواقع ترتبط بمدة بقاء أطول للكربون.

كما لاحظ الفريق مستويات أعلى من “الكربون الميكروبي” في المعاملات العضوية، وهو يشمل الكربون في الميكروبات الحية وبقاياها المعروفة بـ”الكتلة الميكروبية الميتة”، التي قد تصبح جزءًا من مخزون الكربون المستقر عند ارتباطها بالمعادن أو اندماجها داخل التجمعات.

الأسمدة العضوية تعمل بشكل مختلف

يمكن للنيتروجين الصناعي أن يزيد المحاصيل ويضيف مادة نباتية للحقول، لكن التعديلات العضوية تجلب أكثر من النيتروجين؛ إذ تحمل مزيجًا من الجزيئات العضوية والعناصر الدقيقة والمجتمعات الميكروبية.

هذا التنوع يغذي ميكروبات مختلفة تنتج إفرازات لاصقة تساعد على تماسك الجزيئات وتشكيل تجمعات مستقرة.

ومع مرور المواسم، تخلق هذه الأنشطة مزيدًا من المسام المحمية والروابط بين الكربون والمعادن، وهي سمات ترتبط بالثبات. وفي نظام عدم الحرث طويل الأمد، تتراكم هذه الخصائص بدلًا من تفككها.

آثار على المزارع والمناخ

تدعم النتائج نهجًا عمليًا: يمكن للتعديلات العضوية أن تزيد الكربون في التربة وتضعه في أماكن أكثر صعوبة للوصول.
ذلك يفيد المزارعين الراغبين في تربة تحتفظ بالماء، وتقاوم التعرية، وتدعم إنتاجية مستقرة.

كما يهم المناخ لأن احتجاز الكربون تحت الأرض يقلل ما يعود منه إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون.

ومع ذلك، ليس هذا وصفة واحدة للجميع؛ فتوفر السماد البلدي والكومبوست يختلف حسب المنطقة، كما أن النقل ومعدلات التطبيق والتوقيت لها تكاليف واعتبارات بيئية، وتؤثر طبيعة التربة والطقس المحلي في النتائج.
تُظهر هذه الأدلة كيف وأين يُخزن الكربون تحت التعديلات العضوية، ما يوجه القرارات ويحسن التخطيط الاقتصادي والبيئي.

الوقت والطريقة كانا حاسمين

منح التصوير غير التدميري الفريق وسيلة لربط السبب بالنتيجة؛ فبدلًا من الاستنتاج من قياسات عامة، أمكنهم تحديد موقع الكربون مباشرة في المسام وعلى المعادن.
يساعد هذا المستوى من التفصيل في تحسين النماذج الحاسوبية التي تتنبأ بكيفية تغير الكربون في التربة عبر السنين.
كان الوقت أساسيًا؛ إذ أتاح تاريخ الـ22 عامًا للعملية أن تتضح وتستقر، فالتربة تتغير ببطء.

والإدارة طويلة الأمد – خاصة تجنب الحرث – تسمح للتجمعات بالتشكل والاستمرار وتراكم الكربون غير القابل للفقد بسهولة.

التربة والكربون ومستقبل مناخ الأرض

في حقل عدم الحرث في كانساس، وضعت التعديلات العضوية مزيدًا من الكربون في المسام المحمية وعلى الأسطح المعدنية، ودعمت مزيدًا من الكربون الميكروبي. هذه التغييرات تتماشى مع تخزين أطول للكربون.

يضيف هذا العمل آلية واضحة إلى موضوع غالبًا ما يعتمد على المتوسطات العامة: ليس فقط مقدار الكربون، بل أين يوجد وكيف يُحمى.

واختتمت هيتّياراتشي: «معًا، ستساعدنا دراسات كهذه على التوجه نحو ممارسات زراعية أكثر استدامة وتجددًا، تحمي تربتنا وبيئتنا وتساعد في إطعام السكان المتزايدين.

كما أن فهم دور المعادن والمواد الكيميائية والميكروبات المختلفة سيساعد في تحسين النماذج التي تتنبأ بكيفية تأثير الممارسات الزراعية المختلفة على تخزين الكربون في التربة».