كيف يمكننا تسميد النباتات باستخدام الغبار وإنقاذ البشرية من نقص العناصر الغذائية في جو الغد؟
الدكتور يوآف بن دور
يعتمد جزء كبير من الحياة على الأرض على النباتات، وهي مخلوقات رائعة اكتسبت خلال التطور القدرة على إنتاج الغذاء من الماء والهواء وأشعة الشمس في عملية التمثيل الضوئي. تشكل النباتات أساس النظم البيئية المختلفة والمعقدة في المناطق المناخية المختلفة والمتنوعة، بل إنها تدعم المجتمع البشري الذي تطور إلى حد لا يمكن التعرف عليه منذ أن تعلم الإنسان كيفية زراعة وزراعة النباتات المخصصة للغذاء خلال الثورة الزراعية قبل حوالي 11 ألف سنة. وفي الوقت نفسه، بالإضافة إلى الهواء والماء وأشعة الشمس، تحتاج النباتات أيضًا إلى الأسمدة والمواد المغذية التي تسمح لها بالقيام بالأنشطة الحياتية اللازمة لإنتاج المواد المختلفة والنمو، ومن المقبول الاعتقاد بأنها تحصل على هذه المواد من التربة حيث تنمو.
تعتبر العمليات الغذائية للنباتات وطريقة تلقيها للمواد الأساسية من القضايا الهامة والمركزية في الدراسات الزراعية والبيئية. إن التخطيط الأمثل للري والتسميد الذي سيؤدي إلى نمو فعال وأقصى إنتاجية مع تقليل النفايات - هي قضايا مهمة تتطلب فهمًا شاملاً. وتزداد الحاجة إلى فهم هذه القضايا حدة في عالم أصبح أكثر ازدحاما في ظل تغير المناخ، الذي ينطوي على تغيير توازن المياه والمواد المغذية المتاحة للنباتات. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على قدرة النباتات على النمو الأمثل وإنتاج المحصول اللازم لدعم الأعداد المتزايدة من البشر هو توافر المواد التي يحتاجها النبات بتركيزات صغيرة لأداء وظيفته بشكل سليم، بما في ذلك عناصر مثل البوتاسيوم والفوسفور، المغنيسيوم والحديد وغيرها (المعروفة في اللغة اليومية بالمعادن). هذه العناصر ضرورية أيضًا لحسن سير العمل في جسم الإنسان والسكان الذين يستهلكون النباتات. ولذلك، يمكن النظر إلى هذه المعادن على أنها تنظم توزيع الحياة على الأرض.
مصدر المعادن في التربة (حيث تنمو النباتات) يأتي من عمليات تحلل الصخور، وكما أظهرت العديد من المقالات العلمية مؤخرًا، أيضًا من جزيئات الغبار (التي تتكون في حد ذاتها من منتجات تحلل الصخور)، التي تستقر على الأرض والغطاء النباتي. . يحتوي الغلاف الجوي للأرض على كمية كبيرة جداً من الجزيئات العالقة من مختلف المصادر الطبيعية مثل الغبار والرماد البركاني والرماد الناري. وهذه الجسيمات غنية بالمعادن، وتغذي النظم البيئية الطبيعية عندما تستقر على الأرض. تتمكن النباتات من امتصاص المعادن الضرورية لبقائها، ونقلها إلى أعلى السلسلة الغذائية. وبما أن النباتات، على عكس الحيوانات، لا تستطيع التحرك والبحث عن المعادن التي تحتاجها، فقد طورت استراتيجيات متنوعة أثناء التطور لجمع العناصر الغذائية التي تحتاجها في ظل ظروف بيئية مختلفة. ومن هذه الاستراتيجيات القدرة على امتصاص المعادن مباشرة من الغبار الذي يستقر على الأوراق، وهذا يتعارض مع الافتراض الشائع بأن الأوراق تستخدمها النباتات لامتصاص ثاني أكسيد الكربون (CO2) فقط في عملية التمثيل الضوئي، بينما أنها تمتص العناصر الغذائية من خلال نظام الجذر الخاص بهم.
المصادر الطبيعية الشائعة للمواد الجسيمية في الغلاف الجوي (من اليسار إلى اليمين): الغبار المعدني الناتج عن العواصف الترابية، والرماد البركاني الناتج عن الانفجارات البركانية، ورماد حرائق الغابات الناتج عن حرائق النباتات.
ضمن سلسلة دراسات نشرت إحداها مؤخراً في المجلة العلمية Science of the Total Environment تحت عنوان العناصر الأرضية النادرة كأداة لدراسة ظاهرة امتصاص المغذيات الورقية في ظل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي المحيط والمرتفع، قام الباحثون بفحص تأثير التسميد بالغبار على الأوراق على التركيب الكيميائي للنبات ونموه. أشرف على النشر الحالي أنطون لوكشين، طالب أبحاث في جامعة بن غوريون في النقب، بالتعاون مع الدكتور أفنير جروس من جامعة بن غوريون في النقب، والدكتور دانييل فالشان من جامعة أريئيل، والدكتور يوآف بن دور من إسرائيل. المسح الجيولوجي.
بشكل عام، يتضمن تخطيط التسميد الإشارة إلى المواد التي تزود النبات عن طريق التربة، وغالباً من خلال نظام الري الذي يجمع بين التسميد، في عملية تعرف باللغة الإنجليزية باسم التسميد، والتي تتكون من مزيج كلمتي التسميد والري. وبالإضافة إلى التغيرات في نظام المياه والمعادن، يشعر العلماء والمزارعون بالقلق من انخفاض القيمة الغذائية للنباتات المستخدمة للغذاء بسبب زيادة النمو الذي لا يتناسب مع العناصر الغذائية المتاحة للنبات نتيجة زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ولذلك، هناك خطر من أن يتغير التركيب الغذائي للأطعمة التي نشتريها من المتجر، وستحتوي على كميات أقل من العناصر الغذائية التي ينبغي أن تصل إلى المستهلكين، وذلك بسبب الزيادة المتوقعة في تركيز ثاني أكسيد الكربون.
وكجزء من الدراسة، قام الباحثون بزراعة نباتات الحمص في أوعية مغطاة في دفيئة مغلقة حيث تم تركيب نظام يسمح بالتحكم في تركيز ثاني أكسيد الكربون. بعد ذلك، أعد الباحثون ثلاثة مساحيق تمثل أنواعًا مختلفة من الغبار. غبار الصحراء، النموذجي للمناطق ذات الصحاري العربية والصحراء، شائع جدًا في إسرائيل. الغبار البركاني، الشائع في المناطق المتضررة من النشاط البركاني، مثل أمريكا الوسطى، وأيسلندا، ومناطق مختلفة في جميع أنحاء المحيط الهادئ وأفريقيا، وكذلك الرماد الناري، وهو نتاج شائع للحرائق والنشاط البشري لإنتاج الطاقة والمصانع. وقام الباحثون بإنبات النباتات في أواني صغيرة غطوا فيها التربة في الأصص بالبلاستيك، ورشوا كل نبات بأحد المساحيق مرتين خلال الفترة التجريبية التي استمرت نحو شهرين. أجريت التجربة على عدة نباتات من كل مجموعة، وكذلك على مجموعة ضابطة لم تتلقى أي معالجة غبارية، بل تركت لتنمو دون أي تدخل. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء التجربة في ظل ظروف تركيز ثاني أكسيد الكربون الحديثة، وكذلك في سيناريو مرجعي لتركيز ثاني أكسيد الكربون ضعف ما هو موجود اليوم. كما تم خلال التجربة إجراء قياسات لتقييم معدل تثبيت الكربون، والذي يمثل مدى عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات. وبعد انتهاء التجربة التي استمرت حوالي شهرين حيث نمت النباتات إلى حجم كبير، قام الباحثون بحصد النباتات وغسلها وتجفيفها في الفرن ثم قياس تركيزات المعادن المختلفة في النباتات. أشارت نتائج القياسات إلى امتصاص المعادن من خلال الأوراق في النباتات المعاملة بالغبار البركاني وكذلك الغبار الصحراوي مقارنة بمجموعة السيطرة، أما مجموعة النباتات المعاملة بالرماد الناري فلم تظهر فروق معنوية مقارنة بمجموعة السيطرة. تم إيلاء الكثير من الاهتمام للعناصر النزرة، ومن بينها مجموعة العناصر الأرضية النادرة (العناصر الأرضية النادرة) التي تتيح متابعة العمليات المختلفة في الطبيعة، وتشير إلى أنماط استهلاك العناصر الغذائية من الأوراق.
"إن الدراسة التي تم نشرها للتو هي جزء من دراسة واسعة النطاق أجريت في مختبر أبحاث تغير المناخ في جامعة بن غوريون. وهذا الموضوع ضروري لأنه اكتشاف مهم للغاية حول قدرة النباتات على تغذية نفسها، خاصة في النظم البيئية التي تتأثر بشدة بالغبار، مثل النباتات في الصحراء وغابات الأمازون. ومع مرور السنين، اكتشفنا أن مساهمة المكافحة في التغذية الورقية تعتبر ظاهرة مهمة جدًا لدورة العناصر في النظم البيئية، ويمكن أيضًا أن تكون وسيلة مهمة للتخصيب في ظل تأثيرات تغير المناخ وزيادة يقول الدكتور أفنير جروس، من قسم العلوم البيئية والمعلوماتية الجغرافية والتخطيط الحضري في جامعة بن غوريون: "تركيز الكربون في الغلاف الجوي". "نحن نحاول تحديد وقياس مساهمة الغبار في النباتات في النظم البيئية المتنوعة، وفهم الآثار المترتبة على النتائج التي توصلنا إليها على نطاق عالمي أيضًا."
يقول لوكشين: "من خلال مقارنة أنماط الخامات النادرة، تمكنا من إظهار أن تكوين الخامات النادرة في النباتات يتطابق مع تكوين مادة الغبار التي نثرناها عليها". ويضيف: "بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن هذه العناصر لها تأثير على النشاط البيولوجي في النبات، ومن الممكن أن تساعد النبات في نشاط التمثيل الضوئي الأكثر كفاءة، مع الاستفادة من نطاق أوسع من الطيف".
تم إجراء العمل المختبري في البحث تحت قيادة وتوجيه الدكتور دانييل فالشان في مختبر العناصر النادرة في جامعة آرييل. "إن العناصر الدقيقة تمثل جزءًا صغيرًا ولكنه مهم جدًا من حياتي اليومية. تنعكس أيضًا الاختلافات المختلفة بين النباتات، مثل اللون والوزن والتركيب الغذائي، في تكوين العناصر النزرة، مما يسمح لنا بمتابعة العمليات الخفية. يشرح الدكتور فالشان. "لذلك، فإن حقيقة أن التجارب التي أجريت في بيئة جوية خاضعة للرقابة حيث يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون ضعف ما هو موجود اليوم تشير إلى زيادة امتصاص العناصر المختلفة من خلال الأوراق، يمكن أن تشير إلى حل محتمل لتخفيف المعادن في النباتات التي تنمو في ظل هذه الظروف. ولهذه النتائج أهمية كبيرة لفهم آلية امتصاص المواد التي تسقط على الورقة، ولعل هناك فائدة أيضاً في ذلك نظراً للزيادة المتوقعة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، والتي يسببها الإنسان. ويضيف النشاط. "من الممكن أن يسمح لنا استخدام هذه الآلية بإنتاج نوع جديد من الأسمدة للتغلب على القيود والتحديات التي يصعب على الإخصاب الطبيعي معالجتها، وقد يكون لذلك فائدة كبيرة لتغذية البشرية." وتظهر النتائج الأولية الإضافية أن النباتات الصالحة للأكل لديها القدرة على امتصاص الحديد الزائد، وهو ما يمكن أن يساعد في التعامل مع الوباء العالمي لفقر الدم الناجم عن نقص الحديد، وهو فقر الدم الناجم عن نقص الحديد الذي يؤثر على الأطفال المسنين والنساء الحوامل. ويخلص الدكتور فالشان إلى أنه "على الرغم من أن هناك حقيقة أخرى أمامنا، يبدو أنه إذا تناول الناس المزيد من الحمص من النباتات المتربة، فهناك فرصة حقيقية لزيادة تناولهم للحديد".
لقراءة المقال كاملاً في جريدة علم البيئة الشاملة
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
