تنخفض التكاليف البيئية والمجتمعية لإنتاج الذرة بتناول عدم اليقين في توصيات معدلات النيتروجين

لماذا يهم الإفراط في استخدام الأسمدة الجميع

تعتمد زراعة الذرة الحديثة بشكل كبير على أسمدة النيتروجين لإنتاج الحبوب التي تغذي الناس والثروة الحيوانية وتزود الوقود الحيوي. لكن جزءًا كبيرًا من هذا النيتروجين لا يصل أصلاً إلى المحصول. بل يفلت إلى الهواء والمياه، مما يعزز تغيّر المناخ، ويلوث مياه الشرب، ويضر بالأنظمة البيئية. تطرح هذه الدراسة سؤالًا يبدو بسيطًا لكنه ذو عواقب كبيرة: كم من النيتروجين يمكن لمزارعي الذرة في الولايات المتحدة تخفيضه بأمان، إذا أخذنا في الاعتبار بصراحة عدم اليقين في توصيات الأسمدة؟

مشكلة النيتروجين المهدور

الذرة في الواقع ضعيفة الاستخدام للنيتروجين بكفاءة. في حزام الذرة بالولايات المتحدة، يضع المزارعون كميات كبيرة من السماد، ومع ذلك يفقد 50–70 بالمئة من ذلك النيتروجين من الحقل. يغسل جزء منه كنترات إلى الأنهار والمياه الجوفية، مما يغذي تفتّح الطحالب ومناطق النفوق وتلوث مياه الشرب المرتبط بسرطانات وعيوب ولادية. وهرب آخر يتبدد كأكسيد النيتروجين، وهو غاز دفيئة قوي يضر أيضًا بطبقة الأوزون، أو كغازات نيتروجينية أخرى تزيد من الضباب الدخاني وتلوث الجسيمات الدقيقة. صنع السماد نفسه يتطلب طاقة كبيرة وغالبًا ما يعتمد على الوقود الأحفوري. في الوقت نفسه، لا تحصل العديد من الحقول دائمًا على كمية النيتروجين الصحيحة في الوقت المناسب، لذا قد تكون المحاصيل مفرطة التسميد أو ناقصة التغذية في آن واحد.

إعادة التفكير في نصيحة السماد «المثلى»

تقدّم إرشادات التسميد عادة معدل نيتروجين واحد «أفضل» إما لتعظيم الغلة (المثالي الزراعي) أو لتعظيم الربح (المثالي الاقتصادي). في الواقع، هذه الأرقام غير مؤكدة لأن خصائص التربة والطقس ونمو المحاصيل تختلف من سنة لأخرى ومن مكان لآخر. يعرف المزارعون هذا وغالبًا ما يضيفون نيتروجينًا إضافيًا كنوع من التأمين ضد الحظ السيئ، ما يدفع معدلات التطبيق إلى ما وراء التوصيات الرسمية. استخدم الباحثون تجارب ميدانية مفصلة في 49 موقعًا عبر ثماني ولايات في حزام الذرة لبناء نماذج إحصائية لكيفية استجابة غلات الذرة لجرعات متزايدة من النيتروجين. بدلًا من اعتبار المعدل الأمثل قيمة ثابتة، اعتبروه توزيعًا احتماليًا يلتقط مدى احتمال أن تكون معدلات «الأفضل» مختلفة في كل موقع.

خطوتان لاستخدام أنسب للنيتروجين

مع وجود هذه التوزيعات الاحتمالية، استكشف الفريق ما سيحدث إذا خفّض المزارعون الأسمدة على مرحلتين. في المرحلة الأولى، تنخفض معدلات النيتروجين من مستوى تعظيم الغلة المتوسط إلى مستوى تعظيم الربح المتوسط. هذا التغيير وحده يوفر نقودًا للمزارعين ويقلل استخدام السماد بنحو 8 بالمئة، بينما يكون فقدان الغلة المتوقع أقل من نصف بالمئة — ضئيل جدًا اقتصاديًا. في المرحلة الثانية، يضغطون قليلًا أكثر، خافضين المعدلات إلى نقطة محافظة على منحنى الربح حيث تبقى فرصة فقدان الغلة منخفضة وحجم أي خسارة أقل من نحو 1 بالمئة. عبر جميع المواقع، يؤدي دمج المرحلتين إلى خفض إجمالي للأسمدة بنحو 12–16 بالمئة، مع انخفاض في الغلة بمقدار 0.48–1.43 بالمئة فقط، وحتى هذا الانخفاض الصغير غير مضمون في أي سنة معينة.

هواء أنظف، مياه أكثر أمانًا، وفوائد مادية حقيقية

لربط هذه التخفيضات المتواضعة في المعدلات بالنتائج الواقعية، ترجمت الدراسة انخفاض استخدام النيتروجين إلى تغييرات في غسيل النترات، وانبعاثات أكسيد النيتروجين، وثاني أكسيد الكربون الناتج عن تصنيع ونقل السماد. في المتوسط، أدى خفض الأسمدة بنسبة 12–16 بالمئة إلى تقليل انبعاثات أكسيد النيتروجين بنحو 10 بالمئة، وخسائر النترات بنحو 13 بالمئة، وثاني أكسيد الكربون المرتبط بالسماد حتى 16 بالمئة في سيناريوهات الدراسة. عند تعميم هذه التغييرات على حزام الذرة، وباستخدام تقديرات منشورة للتكاليف الاجتماعية للتلوث، قدّر الباحثون فوائد مجتمعية بنحو 230 إلى 530 مليون دولار سنويًا من الهواء والمياه الأنظف وحدهما. هذه الأرقام على الأرجح تقلل من قيمة الفوائد الكاملة لأنها لا تشمل كل الملوثات أو تأثيرات النيتروجين على النظم البيئية.

تقاسم المخاطر والمكافآت عبر سلسلة الغذاء

بينما ستجلب تخفيضات نيتروجين إضافية تتجاوز نطاق 12–16 بالمئة مكاسب بيئية أكبر، يرتفع خطر فقدان الغلة الملحوظ بسرعة، مما يجعل مثل هذه التخفيضات غير جذابة للمزارعين الذين يتحملون بالفعل معظم مخاطر الإنتاج. يجادل المؤلفون بأن سياسات مناخية وجودة المياه الواقعية يجب أن تعترف بهذا الخلل. يمكن لأدوات مثل أسواق ائتمان النيتروجين، والحوافز الجماعية، أو تأمين النيتروجين أن تستخدم جزءًا من المنافع العامة الكبيرة لتعويض المزارعين عندما تحدث خسائر غلة نادرة. بمعاملة توصيات السماد كمدى غير مؤكد بدلًا من أرقام سحرية، ومشاركة كل من المخاطر والمكافآت عبر منظومة الغذاء، يمكن للمجتمع تقليل تلوث النيتروجين بشكل كبير دون التفريط في الأمن الغذائي.

الاستشهاد: Palmero, F., Davidson, E.A., Guan, K. et al. Environmental and societal costs of maize production decrease by addressing the uncertainty in nitrogen rate recommendations. Nat Commun 17, 2375 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68988-y

الكلمات المفتاحية: سماد نيتروجين, إنتاج الذرة, حزام الذرة, جودة المياه, غازات الاحتباس الحراري