تأثيرات متباينة للفحم الحيوي والسماد على انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وإمكانات الاحترار العالمي في نظم الزراعة الشبه الجافة

لماذا تهم المزارع الجافة للمناخ

تمت زراعة مساحات شاسعة من غرب الولايات المتحدة في ظروف حارة وجافة حيث تتضرر التربة بسهولة وتعتمد المحاصيل على كل قطرة ماء. هذه الحقول الشبه الجافة تفرز بهدوء أيضاً غازات دفيئة، مما يضاف إلى الاحترار العالمي. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكنه عاجل: إذا أضفنا أنواعاً مختلفة من المادة العضوية إلى التربة المجهدة — وتحديداً السماد أو الفحم الحيوي — هل يمكننا إعادة بناء التربة وتقليل تأثيرها المناخي في الوقت نفسه؟

طريقتان مختلفتان لتغذية التربة

عمل الباحثون في حقل سورغم بشرق نيو مكسيكو، حيث هطول الأمطار منخفض والتقلبات الحرارية كبيرة على مدار السنة. قارنوا أربعة قطاعات: واحدة تُركت دون معالجة، وواحدة أضيف إليها سماد أبقار، وواحدة أضيف إليها فحم حيوي من الخشب (مادة شبيهة بالفحم تنتج بتسخين المواد النباتية مع قليل من الأكسجين)، وواحدة تلقت كل من السماد والفحم الحيوي معاً. جميع القطاعات خضعت للتسميد والري بنفس الطريقة. الغازات الرئيسة التي رُصدت كانت ثاني أكسيد الكربون (من تنفس التربة والجذور)، وأكسيد النيتروز (غاز دفيئة قوي مرتبط بأسمدة النيتروجين)، والميثان (الذي يمكن للتربة أن تمتصه أو تطلقه).

مراقبة تنفس التربة على مدار الساعة

بدلاً من القياسات العرضية فقط، استخدم الفريق حجيرات آلية أخذت عينات غازات كل ساعتين من أبريل حتى أكتوبر. رصد المراقبة عالية التردد دورات يومية، ونفثات قصيرة بعد العواصف أو الري، وتحولات موسمية أطول. ارتفعت وتضاءلت الانبعاثات مع رطوبة التربة وحرارتها: قفزت مستويات أكسيد النيتروز بعد أحداث الترطيب عندما توفرت للمكروبات كل من النيتروجين والماء، بينما ارتفع ثاني أكسيد الكربون في بعد الظهرات الدافئة مع زيادة نشاط الحياة الميكروبية وجذور النباتات. تصرف الميثان بشكل مختلف — فهذه الترب الشبه الجافة كانت في الأغلب مصرفاً صافياً للميثان، تمتصه من الجو بدلاً من إطلاقه.

الفحم الحيوي يقلل غازات الاحتباس الرئيسية

أنتجت مُحسّنات التربة المتباينة بصمات مناخية مختلفة بوضوح. أظهرت القطاعات المعالجة بالسماد موجات قوية من أكسيد النيتروز، خاصة في أوائل الصيف، عندما سمحت الظروف الدافئة والرطبة للمكروبات بالاستفادة من النيتروجين والكربون المتاحين بسهولة. بالمقابل، أطلقت الترب المعالجة بالفحم الحيوي 52% أقل من أكسيد النيتروز و16% أقل من الميثان مقارنة بالضابط، وفي الوقت نفسه ظلت مصارف قوية للميثان. البنية المسامية للفحم الحيوي تمتص النترات وتحسن التهوية، مما يبدو أنه يبطئ المسارات الميكروبية التي تولد أكسيد النيتروز ويعزز الكائنات التي تستهلك الميثان. أطلقت قطاعات الفحم الحيوي مقداراً أكبر قليلاً من ثاني أكسيد الكربون إجمالاً، ربما لأن تربتها كانت أكثر دفئاً وتهوية مما حفز التنفس الميكروبي، لكن هذه الزيادة المتواضعة طغت عليها التخفيضات الكبيرة في أكسيد النيتروز والميثان.

الفصول، الجذور، ونبضات الماء تعيد تشكيل الانبعاثات

غيّرت المحاصيل السرد مع مرور الوقت. خلال موسم نمو السورغم، كانت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في المتوسط أعلى بحوالي ثلاثة أرباع، وكان أكسيد النيتروز أكبر بنحو نصف مقارنة بفترة التربة العارية، ما يعكس نمو الجذور النشط، وإفرازات الجذور، وتسريع دوران المواد المغذية. ومع ذلك، تعزز امتصاص الميثان أيضاً في شهور الزراعة. عبر المعالجات، تلت أكبر نبضات أكسيد النيتروز الري والمطر، عندما تحولت الترب لفترات وجيزة من جافة وغنية بالأكسجين إلى أكثر رطوبة وظروف صديقة للمكروبات. أظهرت التحليلات الإحصائية أن رطوبة التربة فسرت جزءاً كبيراً من التباين في أكسيد النيتروز، بينما شكلت الحرارة سلوك الميثان بقوة أكبر.

موازنة الاحترار الكلي من الحقل إلى الأسمدة

لتقدير الأثر المناخي الإجمالي، حوّل المؤلفون كل غاز إلى مكافئ ثاني أكسيد الكربون على مدى 100 عام وأضافوا انبعاثات العمليات الزراعية والري وتصنيع الأسمدة وإنتاج المحسّنات نفسها. زاد السماد من إمكانات الاحترار الصافية مقارنة بالضابط غير المعالج، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تحلله السريع وإلى أن إنتاج السماد يطلق كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. قدم الفحم الحيوي، رغم انبعاثات إنتاجه، أدنى احترار صافٍ وكثافة غازات دفيئة لكل كيلوجرام من الحبوب. وجاء مزيج السماد والفحم الحيوي في المنتصف، حيث كسب بعض فوائد الكربون في التربة لكنه فقد الكثير من ميزة الفحم الحيوي في خفض أكسيد النيتروز بسبب زيادة النيتروجين المتاح.

ماذا يعني هذا لمستقبل الزراعة الشبه الجافة

للمزارعين وصانعي السياسات الذين يسعون لممارسات ذكية مناخياً في المناطق الجافة، الرسالة واضحة: طريقة تغذية التربة تهم بقدر كمية ما نضيفه. في هذا الحقل بنيو مكسيكو، برز الفحم الحيوي كوسيلة لإعادة بناء الترب الشبه الجافة مع خفض كبير في انبعاثات أكسيد النيتروز والميثان، حتى بعد احتساب الطاقة المستخدمة في صنعه. يظل السماد ذا قيمة من حيث المغذيات والمادة العضوية لكنه، بمفرده، قد يزيد البصمة الاحترارية للحقل. وتظهر الدراسة أيضاً أن التقاط النبضات الانبعاثية القصيرة الأمد بواسطة المراقبة المستمرة أمر أساسي لحساب مناخي أمين. تدعم هذه النتائج معاً الحوافز المستهدفة ومزيداً من البحث في الفحم الحيوي كاستراتيجية طويلة الأجل لجعل محاصيل المناطق الجافة منتجة وأكثر وداً للمناخ.

الاستشهاد: Madhuwanthi, P., Ghimire, R., Sapkota, S. et al. Contrasting effects of biochar and compost on greenhouse gas emissions and the global warming potential of semi-arid cropping systems. Sci Rep 16, 12380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42554-4

الكلمات المفتاحية: الفحم الحيوي, السماد, الزراعة شبه الجافة, انبعاثات غازات الاحتباس الحراري, مُحسّنات التربة