تحسين النتروجين القائم على النمذجة لإنتاج قمح الخبز (Triticum aestivum L.) في وسط أوروميا، إثيوبيا باستخدام CERES-wheat

لماذا تهم استخدامات الأسمدة الأذكى للقمح والناس

يُعد قمح الخبز ركيزة للأمن الغذائي في إثيوبيا، ومع ذلك يتلقى كثير من المزارعين نصائح سمادية بمعيار واحد يناسب الجميع تتجاهل اختلافات التربة والطقس من مكان لآخر ومن سنة لأخرى. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكن آثاره كبيرة على المزارعين والمستهلكين والبيئة: كم من سماد النتروجين يجب استخدامه على القمح، ومتى ينبغي تطبيقه، للحصول على محاصيل جيدة، وأرباح عادلة، وتلوث أقل اليوم وفي ظل تغير المناخ في المستقبل؟

من قواعد موحدة إلى قرارات مخصّصة

في وسط أوروميا، تُدار معظم حقول القمح بمعدل نتروجين موحّد، رغم تباين المزارع في الارتفاع وهطول الأمطار وجودة التربة. في المقابل، يجلب تباين المناخ تقلبات متكررة بين مواسم جافة ورطبة، ما قد يجعل النباتات تفقد فرصة الاستفادة من السماد في السنوات الجافة أو يفقد التسميد إلى التربة الأعمق والمياه في السنوات الرطبة. ركز الباحثون على ثلاث مناطق رئيسية لزراعة القمح، ديجم وفِتشِه وبيشفتو، واستخدموا نموذج نمو المحاصيل المُختبر جيداً CERES-Wheat داخل برنامج DSSAT لاستكشاف استجابة القمح لكميات مختلفة من النتروجين وتقسيم التطبيقات في هذه المواقع.

استخدام حقل افتراضي لاختبار العديد من المستقبلات

بدلاً من الاعتماد فقط على تجارب ميدانية قصيرة الأجل، بنى الفريق نسخة افتراضية مفصّلة لكل موقع، شاملة سجلات الطقس المحلية وخصائص التربة وممارسات الإدارة. ثم أجروا تجارب حاسوبية على مدار سنوات عديدة، مختبرين عدة معدلات نتروجين، من دون سماد إلى 115 كيلوجراماً للهكتار، وأوقات تطبيق مختلفة: كلها عند الزراعة، أو مقسمة إلى جرعتين، أو إلى ثلاث جرعات عند مراحل نمو رئيسية. كرروا هذه التجارب في ظل المناخ الحالي وتحت مسارين مستقبليين للمناخ للفترات الخمسينيات والثمانينيات، ممثلين انبعاثات متوسطة وعالية من غازات الدفيئة. وفي كل تكرار تتبعوا محصول الحبوب، ونمو النبات الكلي، والنتروجين الممتص بواسطة المحصول، والنتروجين المفقود من التربة، والدخل المتوقع للمزرعة.

نتروجين أكثر استهدافاً يجلب غلات ودخلاً أعلى

أظهرت المحاكاة أن غلة القمح والنمو الكلي للنبات ارتفعتا بشكل حاد مع زيادة معدلات النتروجين، مع أداء أقوى عموماً عند أعلى معدل مختبر قدره 115 كيلوجراماً للهكتار عندما يُطبَّق مقسوماً إلى جرعتين أو ثلاث جرعات مُوقّتة جيداً. في ديجم وبيشفتو، أعطى تقسيم هذه الكمية إلى ثلاث جرعات أفضل النتائج البيولوجية والاقتصادية، بينما في فيتشه كانت الجرعتان متقاربتين في الإنتاجية وأكثر عملية للمزارعين ذوي اليد العاملة المحدودة. مقارنة بعدم استخدام السماد، ضاعفت هذه الاستراتيجيات المحاصيل وأكثر من ذلك وقدّمت أرباحاً صافية أكبر بكثير. كما أشارت التحليلات إلى أنه في ظل ظروف أكثر دفئاً ومستويات أعلى من ثاني أكسيد الكربون في المستقبل، من المرجح أن يحتاج القمح في هذه المواقع إلى مزيد من النتروجين للوصول إلى نقطة المردود الاقتصادي الأمثل، مع توقع ارتفاع المعدلات المثلى إلى نطاق يقارب 158 إلى 191 كيلوجراماً للهكتار حسب الموقع.

مقايضات بيئية وضغوط مناخية

بعيداً عن الغلة والربح، فحصت الدراسة كيف تتفاعل إدارة النتروجين مع البيئة. اقترح النموذج أن أكسيد النيتروز، وهو غاز دفيئة قوي ينبعث من التربة، يزداد مع ارتفاع معدلات النتروجين وعدد تطبيقات التقسيم، مما يبرز مقايضة بين تعظيم الإنتاج والحد من الانبعاثات. في المقابل، لم تكن ترشيح النترات، الذي يمكن أن يلوّث المياه، حساسة للغاية لمعدل السماد أو التقسيم في المحاكاة؛ بل كان يقوده بشكل أساسي أنماط هطول الأمطار والظروف المناخية المتغيرة. وهذا يعني أن السماد المُدار جيداً يمكن أن يغسل إلى ما تحت منطقة الجذور في سنوات رطبة جداً، وأن تغير المناخ المستقبلي قد يزيد من هذا الخطر، خاصة تحت سيناريوهات الانبعاثات العالية.

ما يعنيه هذا للمزارعين والسياسة

لغير المتخصصين، الرسالة الرئيسية واضحة: القواعد الثابتة والموحّدة للأسمدة من غير المرجح أن تخدم المزارعين أو البيئة جيداً مع تغير المناخ. تُظهر هذه الدراسة أن النماذج الحاسوبية يمكن أن تكون أدوات قوية لتصميم استراتيجيات سمادية موقعية وواعية مناخياً تعزز محاصيل القمح ودخل المزارعين مع مراقبة التلوث وغازات الدفيئة. ومع ذلك، يؤكد المؤلفون أن المعدلات التي يوصون بها هي نقاط انطلاق مبنية على محاكاة، وليست وصفات نهائية. وهم يدعون إلى تجارب ميدانية متعددة السنوات ومتعددة المواقع لتأكيد نتائج النموذج قبل التطبيق الواسع، وإلى برامج تدريب تساعد موظفي الإرشاد والمزارعين على الانتقال من الوصفات الجامدة إلى إدارة مرنة للنتروجين مضبوطة حسب التربة المحلية والأسعار والطقس.

الاستشهاد: Kibebew, S., Dechassa, N., Alemayehu, Y. et al. Model-based nitrogen optimization for bread wheat (Triticum aestivum L.) production in central Oromia, Ethiopia using CERES-wheat. Sci Rep 16, 16336 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45892-5

الكلمات المفتاحية: القمح, سماد النيتروجين, نمذجة المحاصيل, تغير المناخ, إثيوبيا