تأثير درجات حرارة التحلل الحراري لبيوتشار سيقان الطماطم على ديناميكيات الترشّح للأمونيوم والنترات والكربون العضوي المذاب في التربة الرملية

تحويل نفايات المزرعة إلى مساعد للتربة

تعتمد الزراعة الحديثة بدرجة كبيرة على أسمدة النيتروجين لإطعام عدد متزايد من الناس، لكن في الترب الرملية الخفيفة يمكن لمعظم هذا السماد أن يُغسَل بمياه الأمطار أو الري. هذا لا يهدر مال المزارعين فحسب، بل قد يلوث أيضاً المياه الجوفية بالنترات الزائدة، وهو خطر صحي خاص على الرُضّع. في هذه الدراسة طرح الباحثون سؤالاً بسيطاً له آثار كبيرة: هل يمكن تحويل سيقان الطماطم المتبقية إلى مادة شبيهة بالفحم تُسمى بيوتشارج تساعد الترب الرملية على الاحتفاظ بالمغذيات بدل أن تتسرب؟

لماذا الترب المتسربة مشكلة خفية

تتصرف الترب الرملية قليلاً مثل المصفاة. جسيماتها الكبيرة تترك فراغات واسعة يتدفق الماء من خلالها بسرعة، حاملاً المغذيات المذابة مثل الأمونيوم والنترات معه. عندما ينزلق النيتروجين أسفل منطقة الجذور، لا تستطيع المحاصيل استخدامه بعد ذلك، مما يضطر المزارعين إلى إضافة المزيد من السماد. في الوقت نفسه، النترات التي تصل إلى المياه الجوفية قد تسهم في مشكلات بيئية وصحية. إيجاد طريقة لإبطاء هذا الهروب النزولي للمغذيات، خاصة في المناطق الرملية، أمر حاسم لإنتاج الغذاء والحفاظ على المياه النظيفة.

منح سيقان الطماطم حياة ثانية

جمع الباحثون سيقان الطماطم المتبقية من مزارع في جنوب مصر وقاموا بتسخينها في ظروف منخفضة الأكسجين عند ثلاث درجات حرارة مختلفة: منخفضة إلى حد ما، ومتوسطة، وعالية. أنتج ذلك ثلاث أنواع من البيوتشار، كل منها بخصائص مميزة مثل القلوية، ومحتوى الكربون، وعدد المواقع المشحونة التي تجذب المغذيات. ثم مزجوا كل نوع بيوتشارج مع تربة رملية جداً بجرعات ثلاث مختلفة، من رشة خفيفة إلى إضافة كبيرة، وعبّأوا الخلطات في أعمدة بلاستيكية طويلة. على مدى عدة أسابيع أضافوا الماء وكمية معروفة من سماد نترات الأمونيوم، وجمعوا الماء المتصبب من القاع لتتبع مقدار النيتروجين والكربون العضوي المذاب الذي هرب.

كيف غيّر البيوتشار التربة والترشّح

أدى إضافة بيوتشارج سيقان الطماطم إلى تحسين عدة خواص أساسية للتربة الرملية. الترب المعالجة احتفظت بماء أكثر، واحتوت على مادة عضوية أكثر، وكان لها سعة تبادل أيوني أكبر، وهو مقياس لمدى قدرة التربة على الاحتفاظ بالمغذيات الموجبة الشحنة. كان البيوتشار المُنتَج عند درجة الحرارة المتوسطة فعالاً بشكل خاص في تعزيز هذه السعة، بينما جعل البيوتشار عالي الحرارة التربة أكثر قاعدية. جميع أنواع البيوتشار زادت بشكل كبير من توافر البوتاسيوم والفوسفور، وهما مغذيان أساسيان للنباتات. تُظهر هذه التغيرات أن سيقان الطماطم المتفحمة فعلت أكثر من مجرد البقاء في التربة؛ فقد أعادت تشكيل قدرتها على تخزين الماء والمغذيات.

والأهم من ذلك أن البيوتشار قلّل كمية النيتروجين التي غُسلت من التربة الرملية. عبر كل المعالجات، انخفضت كمية الأمونيوم والنترات الكلية التي غادرت الأعمدة مقارنة بالتربة التي لم تُطبّق عليها أي بيوتشار. كان البيوتشار متوسط الحرارة الأفضل في الاحتفاظ بالأمونيوم، بينما كان البيوتشار ذو الحرارة الأعلى الأكثر فعالية في تقليص خسائر النترات، حيث خفّض الترشّح التراكمي للنترات بما يصل إلى نحو ثلث. في الوقت نفسه، ظهر بعض من الكربون المحبوس داخل البيوتشار نفسه في مياه الصرف على شكل كربون عضوي مذاب، خاصة عند استخدام بيوتشار منخفض الحرارة وبجرعات عالية. هذا الكربون الإضافي انخفض في الغالب مع مرور الوقت، مما يشير إلى أن الجزء الأكثر عرضة للترشّح تم غسله بسرعة أو تحلّل.

ماذا يعني هذا للمزارعين والمياه

بنهاية التجربة، لم تفقد الترب التي استُخدم فيها بيوتشارج سيقان الطماطم نيتروجيناً أقل فحسب، بل غالباً كانت تحتوي أيضاً على نيتروجين متاح للنبات أكثر من التربة غير المعالجة، لا سيما عند تطبيق الفحوم المتوسطة والعالية الحرارة بمعدلات أعلى. عملياً، هذا يعني أن المزارعين الذين يستخدمون مثل هذه الترب الرملية المحسّنة قد يحصلون على قيمة أكبر من نفس كمية السماد بينما يرسلون كمية أقل من النترات نحو الطبقة المائية الجوفية أدناه. وتقترح الدراسة أن بيوتشارج المنتج بعناية من مخلفات زراعية شائعة يمكن أن يحوّل الرمال المسربة والفقر بالمغذيات إلى وسط زراعي أكثر كفاءة وصديقاً للبيئة.

خطوة نحو زراعة أنظف وأكثر ذكاءً

للغير متخصصين، الرسالة الرئيسية واضحة: بدلاً من حرق أو التخلص من سيقان الطماطم، يمكن "خبزها" لتحويلها إلى محسن للتربة طويل الأمد يساعد في إبقاء السماد في الحقل بعيداً عن مياه الشرب. تُظهر الدراسة أن درجة الحرارة المستخدمة لصنع البيوتشار مهمة، لأنها تتحكم في مدى قدرة المادة على احتجاز أشكال مختلفة من النيتروجين وكمية الكربون الإضافي الذي تطلقه. ورغم أن هذه الاختبارات أُجريت في أعمدة مخبرية وليست في حقول حقيقية، فإنها تشير إلى مسار عملي نحو زراعة أكثر دائرية—حيث تتحول مخلفات المحاصيل إلى أدوات لتحسين صحة التربة، وزيادة كفاءة الأسمدة، وحماية المياه الجوفية من التلوث.

الاستشهاد: Amer, A.E., El-Desoky, M.A., Amin, A.EE.A.Z. et al. Pyrolysis temperature effects of tomato stems biochar on leaching dynamics of ammonium, nitrate, and dissolved organic carbon in sandy soil. Sci Rep 16, 9228 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41017-0

الكلمات المفتاحية: بيوتشار, تربة رملية, ترشّح النيتروجين, تلوث المياه الجوفية, مخلفات محصول الطماطم