إطار لتقدير توازن نيتروجين السماد وإمكانات إعادة التدوير في الظروف الحالية والمستقبلية في الولايات المتحدة

تحويل نفايات المزارع إلى مورد مخفي

في جميع أنحاء الولايات المتحدة تُنتَج كميات هائلة من روث الحيوانات سنوياً عند تربية الماشية والخنازير والدواجن لإنتاج اللحوم ومنتجات الألبان. هذا الروث غني بالنيتروجين، وهو عنصر غذائي أساسي تحتاجه المحاصيل للنمو. ومع ذلك يُهدر الكثير منه، بينما يشتري المزارعون كميات كبيرة من الأسمدة الصناعية المصنعة باستخدام الوقود الأحفوري. تبحث هذه الدراسة في سؤال بسيط لكنه مهم: ما مقدار هذا الروث الذي يمكن إعادة تدويره فعلياً إلى الحقول اليوم وفي المستقبل، وماذا سيعني ذلك لإنتاج الغذاء وللتلوث؟

لماذا يعد احتساب المغذيات معقداً للغاية

حاول الباحثون منذ وقت طويل قياس «توازن السماد» في نظم الزراعة — ما إذا كان الروث يوفّر مغذيات أكثر مما تستطيع المحاصيل استغلاله، أو أقل بكثير. لكن الدراسات السابقة استخدمت افتراضات مختلفة بشأن أي جزء من الروث يمكن جمعه، وكم يفقد أثناء التخزين، ومدى كفاءة استهلاك المحاصيل للنيتروجين. ونتيجة لذلك، تراوحت التقديرات للولايات المتحدة بصورة كبيرة، من نقص طفيف إلى عجز هائل. أعاد مؤلفو هذه الورقة بعناية تطبيق ست من هذه الطرق باستخدام نفس البيانات الوطنية، مبيّنين أن الخلافات تنشأ إلى حد كبير من تعاريف غير متسقة أكثر منها من اختلافات في البيانات نفسها. تجعل هذه اللااتساق صانعي السياسات والمزارعين في حيرة حول الأماكن التي يمكن فيها للروث أن يحلّ محل الأسمدة بأمان وحيث لا يمكن ذلك.

إطار أوضح لإعادة تدوير السماد

لتخفيف هذا اللبس، يقترح الفريق إطاراً جديداً يرتكز على مجموعة صغيرة من المقاييس المعرفة بوضوح. على جانب الروث، يميزون بين ثلاثة مستويات: إجمالي النيتروجين الذي تفرزه الحيوانات المحجوزة؛ الجزء الذي يمكن استرداده باستخدام تقنيات الجمع والتخزين الحالية؛ والمقدار الأصغر الذي تظهره الاستطلاعات أنه يُطبق فعلاً على الأراضي الزراعية اليوم. وعلى جانب المحاصيل، يقدرون مقدار النيتروجين الذي تحتاجه المحاصيل فعلاً بعد احتساب المصادر الطبيعية مثل النباتات المثبتة للنيتروجين والمطر ومياه الري. ثم يحسبون طلب المحاصيل بموجب الممارسات الزراعية الحالية وتحت سيناريو مُحسّن حيث تستخدم المحاصيل النيتروجين بكفاءة أكبر.

كم يبلغ الفجوة اليوم؟

تطبيق هذا الإطار على الولايات المتحدة القارية يكشف أن استخدام الروث بعيدٌ كل البعد عن تلبية احتياجات المحاصيل. فقط نحو خُمس النيتروجين الذي تفرزه الحيوانات المحجوزة يُبَذَّر حالياً على الأراضي المحصولية. عند مقارنة ذلك بما تحتاجه المحاصيل، يتضح أن البلاد تواجه عجزاً كبيراً يُسدّ الآن أساساً بالأسمدة الصناعية. حتى عندما يفترض المؤلفون التبني الكامل لأنظمة التعامل مع الروث الأفضل المتاحة اليوم، يتقلص العجز قليلاً فحسب، لأن قدرًا كبيرًا من النيتروجين ما يزال يُفقد أثناء العملية أو لا يُجمَع أصلاً. كما يجدون أنه إذا حاول المزارعون تزويد المزيد من النيتروجين من الروث وحده، فسيفرض ذلك غالباً تطبيق كميات مفرطة من الفسفور، وهو مغذٍّ آخر يمكن أن يسبب تلوث المياه عندما يتراكم في التربة.

ماذا يمكن للتقنية الأفضل والزراعة الأذكى أن تفعل؟

تستكشف الدراسة ما قد يكون ممكناً مع كل من تحسين استرداد الروث وإدارة المحاصيل بشكل أفضل. قد تجعل تقنيات جديدة أو اعتماد أوسع للتقنيات الحالية من الممكن التقاط واستخدام ما يقرب من كل الروث من الحيوانات المحجوزة، ما يزيد بشكل كبير من إمداد المغذيات من هذا المصدر. وفي الوقت نفسه، فإن رفع كفاءة استخدام المحاصيل للنيتروجين — إلى مستويات أقرب لتلك المحققة بالفعل في بعض النظم المدارة جيداً — سيقلل من إجمالي حاجتها إلى النيتروجين. عند دمج هاتين الاستراتيجيتين، يمكن تقليل استخدام الأسمدة النيتروجينية الصناعية على المستوى الوطني بأكثر من النصف. ومع ذلك، لأن الروث غالباً ما يحتوي على فسفور أكثر مما تحتاجه المحاصيل، فسيتطلب بعض الفائض معالجات خاصة لإزالة الفسفور أو نقله إلى مناطق أخرى.

احتياجات مختلفة في أماكن مختلفة

من خلال النظر إلى كل مقاطعة في البلاد، يظهر المؤلفون أن تحديات الروث محلية للغاية. عدد قليل من المقاطعات ذات العمليات الحيوانية الكثيفة لديها بالفعل نيتروجين روث أكثر مما تستطيع محاصيلها استخدامه بأمان وتحتاج إلى نقل المغذّيات أو تقليص أحجام المراعي. ويمكن لمئات المقاطعات الأخرى، مع تحسين جمع الروث أو نقله أو كفاءة المحاصيل، تلبية كل احتياجاتها من النيتروجين محلياً. لكن معظم البلاد سيستمر في الاعتماد على بعض الأسمدة الصناعية لأن إنتاج المحاصيل يفوق عدد الحيوانات المجاورة بكثير. إن مطابقة هذه الأنماط مع خيارات الإدارة المحددة — مثل تحسين أنظمة التخزين أو الاستثمار في النقل أو إعادة تصميم أماكن تربية الحيوانات — يمكن أن يساعد المخططين والمزارعين على تحديد أولويات الإجراءات.

طريق نحو زراعة أنظف وأكثر كفاءة

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن الروث يمثل مشكلة وفرصة ضائعة في آن واحد. عند استخدامه بإهمال، يتسرب النيتروجين والفسفور إلى الهواء والمياه، مساهمًا في تغير المناخ والضبخة والمناطق الميتة في البحيرات والسواحل. وعند استخدامه بحكمة، يمكن أن يحل محل جزء كبير من الأسمدة المصنّعة ويدعم صحة التربة. تقدّم هذه الدراسة طريقة شفافة لقياس موقعنا الحالي وإلى أي مدى يمكننا التقدم في ظل الظروف الحالية والمستقبلية. ويخلص المؤلفون إلى أنه مع بيانات وتقنيات وسياسات أفضل، يمكن للولايات المتحدة تحويل جزء أكبر من نفايات الحيوانات إلى مورد قيم مع تقليل فاتورة الأسمدة والتلوث — لكن الروث وحده لن يحل تماماً محل الأسمدة الصناعية، لذا يجب المضي قدمًا في كل من إعادة تدوير المغذيات والاستخدام الأذكى للأسمدة معاً.

الاستشهاد: Wang, Y., Zhang, X., Spiegal, S. et al. A framework for estimating manure nitrogen balance and recycling potential for current and future conditions in the USA. Nat Food 7, 260–271 (2026). https://doi.org/10.1038/s43016-026-01312-5

الكلمات المفتاحية: إعادة تدوير السماد, توازن النيتروجين, الأسمدة الصناعية, الزراعة المستدامة, تلوث المغذيات