تأثير استبدال الأسمدة الكيماوية بالأسمدة العضوية على تأمين الكربون العضوي وجينات الوظائف المرتبطة بدورة الكربون في التربة الصفراء

لماذا تهم هذه القصة المتعلقة بالتربة

تعمل التربة بصمت على تنظيم مناخ الكوكب عن طريق تخزين الكربون أو إطلاقه. يعتمد المزارعون كثيراً على الأسمدة الكيماوية لزراعة المحاصيل، لكن هذه المدخلات قد تغير سلوك ميكروبات التربة وكمية الكربون التي تهرب إلى الجو على شكل ثاني أكسيد الكربون. تطرح هذه الدراسة سؤالاً عملياً ذا تبعات عالمية: إذا استبدلنا بعض أو كل السماد الكيماوي بمواد عضوية مثل السماد العضوي أو روث الحيوانات في تربة صفراء شائعة، هل يمكننا مواصلة تغذية المحاصيل مع مساعدة التربة على حبس مزيد من الكربون؟

اختبار طرق مختلفة لتغذية الأرض

أجرى باحثون في جنوب غرب الصين تجربة ميدانية لمدة ثلاث سنوات على تربة صفراء حمضية، وهي نوع أرضي واسع الانتشار لكنه هش ومهم لإنتاج الغذاء الإقليمي. واصلوا مقارنة أربع استراتيجيات تخصيب: عدم إضافة سماد، السماد الكيماوي وحده، واستبدال السماد الكيماوي جزئياً أو كلياً بالسماد العضوي. بعد الحصاد جمعوا عينات للتربة وأجروا اختبارات مخبرية خاضعة للرقابة لمعرفة سرعة تحويل كربون التربة إلى ثاني أكسيد الكربون. في الوقت نفسه، استخدموا أساليب قائمة على الحمض النووي لقراءة الجينات الميكروبية المرتبطة بدورة الكربون، كاشفةً كيف استجابت الجماعة الميكروبية غير المرئية في التربة.

كيف تغيّر "تنفّس" التربة

أطلقت جميع القطع المخصبة كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون من التربة مقارنة بالقطع غير المخصبة، ما يدل على أن المغذيات المضافة نبهت النشاط الميكروبي. ومع ذلك، عندما نظر الفريق إلى حصة الكربون الإجمالية في التربة التي فقدت، ظهر نمط أوضح. فقد كانت الترب التي تلقت السماد الكيماوي فقط تمتلك أعلى نسبة من الكربون المحوّل إلى غاز، بينما فقدت الترب التي تلقت سماداً عضوياً، ولا سيما الاستبدال الكامل، نسبة أصغر. بعبارة بسيطة، جعل السماد الكيماوي التربة "تتنفّس" مزيداً من كربونها المخزون، بينما ساعد السماد العضوي التربة على الاحتفاظ بجزء أكبر منه، رغم أن النشاط الكلي ظل أعلى مقارنة بالتربة غير المخصبة.

حياة التربة والجينات المفيدة

أظهرت تحليلات الحمض النووي أن السماد الكيماوي لم يغير بقوة مجموعة جينات دورة الكربون ككل، لكنه خفض نسبة الكربون إلى النيتروجين في التربة وزاد التنوع الميكروبي. في ظل هذه الظروف بدا أن الميكروبات تستخرج كربوناً إضافياً من المادة العضوية للتربة، سلوكٌ يمكن تسميته "تعويض الكربون" حيث تقوم بتحلل المواد السهلة والصعبة لتلبية احتياجاتها. بالمقابل، أدى إضافة السماد العضوي إلى تغيير عدة ظروف تربوية في وقت واحد: رفع الرقم الهيدروجيني قليلاً، وزاد الفسفور والنترات المتاحة، وأعاد تشكيل أي الميكروبات كانت أكثر شيوعاً.

إمالة الميزان نحو تخزين الكربون

في الترب التي تلقت سماداً عضوياً ازدادت وفرة الجينات المرتبطة ببناء أو تثبيت الكربون، بينما انخفضت الجينات المرتبطة بتكسر المواد النباتية المعقدة. على سبيل المثال، زادت الجينات المشاركة في التقاط الكربون واستخدام أول أكسيد الكربون، بينما انخفضت الجينات المرتبطة بتحلل البكتين والكيتين. أشارت النماذج الإحصائية إلى تسلسل سببي: حسّن كيمياء التربة المجتمعات الميكروبية، والتي بدورها غيّرت أدواتها الجينية ابتعاداً عن التحلل السريع ونحو عمليات تفضّل احتفاظ الكربون. كان هذا النمط أقوى حيث تم استبدال كل السماد الكيماوي بمدخلات عضوية.

ما يعنيه ذلك للمزارع والمناخ

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة واضحة: طريقة تسميدنا للمحاصيل تؤثر في ما إذا كانت التربة تعمل كمصدر للكربون أم كحساب ادخاري له. في هذه التربة الصفراء شجع استخدام السماد الكيماوي وحده الميكروبات على استهلاك المادة العضوية بسرعة أكبر، مطلقةً حصة أكبر من الكربون المخزن. أما استبدال السماد الكيماوي بمواد عضوية فاستمر في دعم نشاط التربة وتوفير المغذيات لكنه دفع الحياة تحت السطح نحو الاحتفاظ بمزيد من الكربون في الأرض. ومع أن الحقول الحقيقية أكثر تعقيداً من أي اختبار مخبري، تدعم هذه الدراسة فكرة أن الاستخدام المدروس للأسمدة العضوية يمكن أن يساعد المزارعين في الحفاظ على المحصول مع إعطاء التربة فرصة أفضل لتخزين الكربون على المدى الطويل.

الاستشهاد: Yang, S., Wang, X., Duan, J. et al. Effects of replacing chemical fertilizer with organic fertilizer on organic carbon mineralization and carbon cycle functional genes in yellow soil. Sci Rep 16, 15734 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47725-x

الكلمات المفتاحية: كربون التربة, سماد عضوي, سماد كيماوي, ميكروبات التربة, احتجاز الكربون