خصائص وتقليل تسرب النترات بواسطة الكتلة الحيوية المعالجة حراريًا - دراسة حالة للجزر الاستوائية وشبه الاستوائية

تحويل نفايات المزارع إلى حماية للجزر

تعتمد العديد من الجزر الاستوائية وشبه الاستوائية على السياحة والصيد، ومع ذلك كثيرًا ما تتسرب الأسمدة النيتروجينية من تربتها إلى المياه الجوفية والأنهار والشعاب المرجانية. تدرس هذه الورقة ما إذا كانت مخلفات المزارع والأشجار الشائعة — مثل سيقان قصب السكر المتبقية وسيقان التقليم — يمكن خبزها بلطف لتتحول إلى مضافات للتربة تحافظ على العناصر الغذائية في حقول المزارعين وفي الوقت نفسه تحمي المياه المحيطة من التلوث.

لماذا تفقد تربة الجزر الكثير من الأسمدة

في الجزر الحارة والممطرة، تكون التربة عادة قديمة وحامضية وفقيرة بالمواد المغذية. يعوّض المزارعون ذلك بتطبيق كميات كبيرة من سماد النيتروجين. في هذه الظروف الحارة والرطبة، تتحلل المادة العضوية بسرعة ويُغسل النترات، وهي شكل متحرك من النيتروجين، للأسفل بسهولة فتبتعد عن متناول جذور النبات. قد تتراكم هذه النترات في مياه الشرب وتغذي ازدهارات الطحالب التي تهدد الشعاب المرجانية والنظم الساحلية. في الوقت نفسه، كثيرًا ما تُهدر المواد العضوية المحلية مثل السماد ومخلفات قصب السكر وتقليعات الأشجار التي قد تساهم في إعادة بناء صحة التربة.

طهي مخلفات النبات إلى مساعدات جديدة للتربة

ركز الباحثون على مادّتين متوفرتين بكثرة في جزيرة شبه استوائية في اليابان: مخلفات قصب السكر (العصارة) وفروع شجرة ساحلية شائعة تُدعى الغار الإسكندري. سخنوا هذه المواد في ظروف منخفضة الأكسجين عبر نطاق واسع من Temperaturen، بدءًا من ما فوق نقطة غليان الماء بقليل وحتى درجات حرارة حمراء ملتهبة تبلغ 800 °م. عند درجات الحرارة المنخفضة، تحولت المادة إلى ما يعرف بالكتلة الحيوية الموحشة حراريًا — ما يزال غنيًا بالمادة العضوية لكن مع تغييرات طفيفة. عند درجات أعلى، تحولت إلى بيوشار، مادة شبيهة بالفحم ذات هيكل صلب غني بالكربون والعديد من المسام الدقيقة. قيّم الفريق بعناية كيف غيّر التسخين حمضية كل مادة وكيمياء السطح والمساحة السطحية الداخلية.

ماذا يحدث للنترات في الماء

سألت المجموعة الأولى من الاختبارات سؤالًا بسيطًا: إذا هززت هذه المواد المعالجة مع محلول غني بالنترات، هل تلتقط النترات من الماء؟ كانت الإجابة نعم — لكن بشكل محدود، وبالدرجة الأولى للمواد المطبوخة بلطف عند نحو 200–300 °م. أزالت منتجات درجات الحرارة المنخفضة حوالى 3–7% من النترات. كانت حمضية قليلًا وما تزال تحمل مجموعات كيميائية محبة للماء، مما ساعد على جذب النترات. بالمقابل، فإن المواد شديدة السخونة والشبيهة بالفحم أطلقت أحيانًا بعض النترات، ومن المحتمل أن ذلك لأن بعضها احتوى على نترات خاصة به.

ماذا يحدث للنترات في أعمدة التربة

كانت مجموعة التجارب الثانية أقرب إلى ظروف الزراعة الحقيقية. خلط الباحثون كل مادة معالجة مع تربة جزيرية حامضية، وحشوا التربة في أعمدة، ثم صبوا محلول النترات من الأعلى، محاكون هطول المطر والأسمدة. تتبعوا كمية النترات التي خرجت من الأسفل مع مرور الوقت. واللافت أن المادة الوحيدة التي قللت بوضوح فقدان النترات كانت بيوشار بدرجة حرارة 800 °م من أي من المواد الخام — حيث خفضت التسرب بنحو 30%. كانت لهذه المنتجات شديدة الحرارة أكبر مساحة سطحية داخلية وبنية مسامية للغاية تشبه الجرافيت، ما حبس النترات ماديًا أثناء مرور الماء وأبطأ هروبها إلى الطبقات الأعمق والمياه الجوفية.

القيود قصيرة الأمد والوعد طويل الأمد

لم تكن كل المواد المعالجة مفيدة في هذه التجربة القصيرة. تلك المنتجة عند درجات أقل من حوالى 500 °م لم تقلل من تسرب النترات؛ وبعضها جعل الوضع أسوأ، ومن المرجح لأن هذه المواد قد تلتقط النترات لكنها لا تستطيع الاحتفاظ بها بقوة أثناء مرور الماء عبر التربة. ومع ذلك احتفظت نفس منتجات درجات الحرارة المنخفضة بمادة عضوية أبطأ تحللًا مقارنة بمخلفات النبات الخام، مما يشير إلى أنها قد تحسّن خصوبة التربة وبنيتها على مدار سنوات بدلاً من أيام. يشير المؤلفون إلى أنه مع تقدم عمر هذه المواد في التربة سيتغير كيمياؤها وبنيتها المسامية، مما قد يعزز فوائدها.

ماذا يعني هذا لمجتمعات الجزر

حتى الآن تُظهر الدراسة أن بيوشار شديد الحرارة ومسامٍ مصنوع من مخلفات المزارع والأشجار المحلية يمكن أن يبطئ بشدة فقدان النترات من ترب الجزر الحامضية، بينما تقدم منتجات درجات الحرارة المنخفضة أساسًا التقاطًا قصير الأجل للنترات في الماء واحتمال تحسين التربة على المدى الطويل. تحويل سيقان قصب السكر المتبقية وفروع الأشجار إلى مواد كربونية مسخنة بعناية يمكن أن يكون ربحًا مزدوجًا: تقليص تلوث الأسمدة الذي يهدد المياه الجوفية والشعاب المرجانية، وخلق قيمة من موارد كانت تُهدر. ومع ذلك يؤكد المؤلفون أن هناك حاجة لتجارب ميدانية أطول لتحديد أفضل درجات الحرارة وطرق التطبيق للمزارع الحقيقية على الجزر الاستوائية وشبه الاستوائية.

الاستشهاد: Hamada, K., Nakamura, S. & Yoshida, T. Properties and nitrate leaching mitigation effect of thermally treated biomass-a case study of tropical and subtropical islands. Sci Rep 16, 11861 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41496-1

الكلمات المفتاحية: تسرب النترات, البيوشار, الكتلة الحيوية الموحشة حراريًا, تربة الجزر الاستوائية, مخلفات قصب السكر