في هذا المقال نستعرض أحدث التطورات فيما يتعلق بتأثير الأسمدة الكيماوية والعضوية على المجتمعات الميكروبية في التربة. يتم تقديم بعض التفاصيل حول كيفية تأثير استخدام أنواع مختلفة من الأسمدة على تكوين ونشاط المجتمعات الميكروبية في التربة.
تابعونا على قناة الفلاح اليوم
تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك
تمتلك ميكروبات التربة استجابات مختلفة للتخصيب بناءً على الاختلافات في محتوى الكربون الكلي (C) والنيتروجين (N) والفوسفور (P) في التربة، جنبا إلى جنب مع رطوبة التربة ووجود الأنواع النباتية. أن استخدام الأسمدة الكيماوية يغير من وفرة التجمعات الميكروبية ويحفز نموها بفضل الإمداد بالمغذيات المضافة. بشكل عام، كشفت البيانات أن الأسمدة الكيماوية ليس لها تأثير كبير على ثراء وتنوع البكتيريا والفطريات.
بدلا من ذلك، كانت وفرة الأنواع البكتيرية أو الفطرية الفردية حساسة للتخصيب وتعزى بشكل أساسي إلى التغيرات في الخواص الكيميائية للتربة الناتجة عن التسميد الكيميائي أو العضوي. من الآثار السلبية للتخصيب الكيميائي، انخفاض النشاط الأنزيمي، خاصة في التربة التي استقبلت أكبر كميات من الأسمدة إلى جانب الاقد في المادة العضوية.
اقرأ المزيد: الأسمدة الكيماوية حليفاً مهماً للزراعة المكثفة
كما نستعرض أهمية ميكروبات التربة للنظام البيئي للتربة، مع التركيز بشكل خاص على تأثير الأسمدة الكيماوية والعضوية على المجتمع الميكروبي في التربة من خلال المواضيع الاتية: المقدمة – تأثير الأسمدة الكيماوية على الكتلة الحيوية ونشاط وتنوع الكائنات الحية الدقيقة في التربة – أنواع الأسمدة المستخدمة وتأثيرها على المجتمع الميكروبي في التربة – الأنواع البكتيرية والفطرية التي تتأثر بالأسمدة الكيماوية أو العضوية – الآثار السلبية للأسمدة الكيماوية على النظام البيئي للتربة – بعض الاعتبارات الخاصة بالتعديلات العضوية المستخدمة كسماد – الاستنتاجات.
1ـ مقدمة
– يتوسع إنتاج المحاصيل حاليا على مستوى العالم بسبب زيادة الطلب على الأغذية والأعلاف الحيوانية والوقود الحيوي؛ وقد تم تحفيز هذا الأخير من خلال الزيادة في أسعار النفط مما جعل محاصيل الطاقة الحيوية أكثر تنافسية وربحية مقارنة بالوقود الأحفوري. حاليا،47.9 مليون كيلومتر مربع مخصصة للزراعة، أي حوالي 50٪ من الأراضي الصالحة للسكن. يمكن تحقيق غلات أعلى وجودة حصاد أفضل من لال الاستخدام الأمثل للأسمدة وتنفيذ ممارسات الإنتاج الاستراتيجية.
اقرأ المزيد: أخي المزارع.. احذر الإسرف في استخدام الأسمدة الكيماوية لتسميد أشجار الفاكهة
– الأسمدة الكيماوية (يطلق عليها أيضا الأسمدة المعدنية أو غير العضوية أو الاصطناعية) تحتوي على تركيز عالٍ من المغذيات الأولية (النيتروجين، N ؛ البوتاسيوم، K ؛ الفوسفور، P) كأملاح غير عضوية. يمكن أيضا إضافة العناصر الثانوية (الكالسيوم والمغنيسيوم والكبريت) إلى التربة بواسطة الأسمدة الكيماوية. المغذيات الدقيقة (البورون، والمنغنيز، والحديد، والزنك، والنحاس، والموليبدينوم، والكوبالت، والكلور) غائبة بشكل عام في الأسمدة الكيماوية NPK ويمكن توفيرها عن طريق مغذيات نباتية تركيبية محددة مع التربة أو التطبيقات الورقية.
– يشار إلى المحتوى الغذائي في الأسمدة الكيماوية على أنه معدل N: P: K، والذي يمثل نسب النيتروجين والفوسفور الكلي (على شكل خامس أكسيد الفوسفور، P2O5) أو إجمالي K (على شكل أكسيد البوتاسيوم، K2O). إذا كانت تحتوي أيضا على عناصر ثانوية ، الأرقام الموجودة بين قوسين تحدد محتوى أكسيد الكالسيوم (CaO) وأكسيد المغنيسيوم (MgO) وأكسيد الصودوم (Na2O) أو ثالث أكسيد الكبريت (SO3).
اقرأ المزيد: فوائد خلط الأسمدة الكيماوية
– يتم استخراج غالبية الأسمدة غير العضوية (باستثناء N) من الصخور باستخدام عمليات فيزيائية أو كيميائية. N الأسمدة (بشكل رئيسي مثل الأمونيوم – NH4 والنترات – NO3: يتم إنتاج اليوريا ونترات الأمونيوم عن طريق الجمع بين N2 في الغلاف الجوي والهيدروجين (بشكل أساسي من الهيدروكربونات مثل الغاز الطبيعي- CH4) للحصول على أمونيا لا مائية (NH3)، والتي يمكن استخدامها مباشرة كمغذيات نباتية أو تحويلها إلى أسمدة N مختلفة أخرى.
اقرأ المزيد: «الكومبوست» وعلاقته بخواص التربة واستخدام المياه وإنتاجية المحاصيل
– يتم استخلاص الأسمدة الفوسفاتية (بشكل أساسي سوبر فوسفات احادى، سوبر فوسفات ثلاثي، فوسفات أحادي الأمونيوم، فوسفات ثنائي الأمونيوم، سائل متعدد فوسفات الأمونيوم) من رواسب صخور الفوسفات الطبيعي.
– أسمدة البوتاسيوم (مورات البوتاس، بوكل. كبريتات البوتاسيوم، K2SO4؛ نترات البوتاسيوم، KNO3؛ المغنيسيوم كبريتات البوتاس، K2SO4 MgSO4؛ يتم إنتاج، KCl + NaCl + MgSO4) بواسطة عمليات كيميائية مختلفة.
– يتم اشتقاق الأسمدة العضوية من موادنباتية أو حيوانية أو المكونات العضوية الأخرى التي تكون إما منتجًا ثانويًا أو منتجا نهائيا لعمليات تحدث بشكل طبيعي، وتحتوي على كل من العناصر الغذائية الأساسية والمغذيات الدقيقة لنمو النبات. كما أنها تشتمل على الأسمدة الحيوية (البكتيريا، الطحالب، الفطريات أو المركبات البيولوجية)، بما في ذلك البكتيريا المعززة لنمو النبات.
– للأسمدة العضوية وغير العضوية دور مهم في زيادة الإنتاج الزراعي، لكن استخدام الأسمدة المعدنية يتزايد باستمرار ، حيث يقدر إجماليها بنحو 186.67 مليون طن في عام 2016. هناك قلق متزايد بشأن الآثار البيئية السلبية للأسمدة الكيماوية.
يمكن أن تسبب انبعاثات خطيرة من غازات الاحتباس الحراري (GHG) وتلوث التربة والنظم البيئية للمياه. على سبيل المثال، تم التعرف على الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية على أنها أهم عامل يساهم في انبعاثات أكسيد النيتروز المباشرة في الغلاف الجوي نتيجة تحللها البيولوجي بواسطة كائنات التربة الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن 50-60٪ فقط من الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية المضافة إلى التربة يتم تناولها عادةً بواسطة المحاصيل ، ويتدفق الباقي إلى المسطحات المائية (الطحية أو) بسبب خصائص الذوبان العالية.
اقرأ المزيد: العوامل التي تؤثر على كفاءة استفادة النباتات من الأسمدة الكيماوية
– من البدائل الممكنة استخدام الأسمدة الخاضعة للرقابة (الأسمدة المطلية وغير المطلية ذات القابلية المنخفضة للذوبان)، لكنها باهظة الثمن، وبالتالي، تُستخدم أساسا للمحاصيل عالية القيمة (على سبيل المثال، الخضروات، الفواكه والزهور ونباتات الزينة).
– يمكن أيضًا استخدام مثبطات عمليات النترجة واليورياز للحفاظ على النيتروجين في شكله المستقر للتربة عن طريق إبطاء تحويله إلى نترات أو تأخير الخطوة الأولى لتحلل اليوريا. بالنسبة لهذه المركبات (مثل dicyandiamide thiosulfates ، 3،4-dimethylpyrazole phosphate).
– يمكن أن يختلف توافر الفوسفور للنباتات بعد الإخصاب الكيميائي اعتمادا على نوع السماد المستخدم، وحتى في أفضل الظروف، يستخدم فقط حوالي 25٪ تمتص الفسفور بواسطة النباتات خلال الموسم الزراعي الأول. اعتمادا على الرقم الهيدروجيني ورطوبة التربة، يمكن أن يترسب الفوسفور (عند درجة حموضة عالية بسبب وجود الكالسيوم والمغنيسيوم وعند انخفاض درجة الحموضة بسبب وجود الحديد والألمنيوم).
– للبوتاسيومعدة أدوار مفيدة في فسيولوجية النبات وعمليات التمثيل الغذائي، بما في ذلك مقاومة الضغوط والامتصاص الأحيائية وغير الحيوية والاستفادة من N وP بواسطة المحاصيل.
– إن الزراعة العضوية باستخدام الأسمدة العضوية الصديقة للبيئة (مثل الأسمدة الميكروبية، السماد الطبيعي) يمكن أن تكون بديلا جيدا ويمكن أن تقلل من عواقب التلوث البيئي الناجم عن التسميد الاصطناعي. في الحقيقة، الأسمدة العضوية على سبيل المثال تطلق تدريجيا المغذيات الأولية والدقيقة في التربة، والحفاظ على توازن العناصر الغذائية لنمو صحي لنباتات المحاصيل. يمكن أن يكونوا كذلك مصدر فعال لميكروبات التربة، مع تحسين بنية التربة.
اقرأ المزيد: بدائل الأسمدة الكيماوية لزيادة الإنتاجية الزراعية
تنظيم الأسمدة والمواد المعدلة:
– في الاتحاد الأوروبي يتم تنظيم الأسمدة والمواد المعدلة بموجب اللائحة 2019/1009.
– في الولايات المتحدة، يتم تنظيمها بشكل مختلف على مستوى الولاية وليس من قبل الحكومة الفيدرالية.
– يتم التحكم في الأسمدة في الصين من خلال العديد من اللوائح والمعايير. استيراد، غير مسموح بإنتاج أو بيع أو استخدام أسمدة غير مسجلة. علاوة على ذلك، الأمدة المباعة في الصين يجب أن تفي أيضا بمعايير ومتطلبات المنتجات الهامة الخاصة بها وضع العلامات، بالمعيار الوطني الإلزامي GB 18382-2021، والذي تم إصداره في عام 2021 ودخل حيز التنفيذ في 1 مايو 2022. “المعيار الوطني الإلزامي GB 38400-2019 الحد من متطلبات المواد السامة والضارة في الأسمدة “التي تدخل حيز التنفيذ 1 يوليو 2020، يحدد حدود المواد الخطرة في الأسمدة (أي المعادن الثقيلة).
– في البرازيل، الوكالات التنظيمية الرئيسية للأسمدة هي MAPA (الوزارة البرازيلية الزراعة والثروة الحيوانية والإمدادات الغذائية) ، ANVISA (وكالة تنظيم الصحة البرازيلية)، MMA (وزارة البيئة البرازيلية) وINMETRO (المعهد الوطني البرازيلي علم القياس والجودة والتكنولوجيا). القانون 6894/80، المعروف أيضا باسم “قانون الأسمدة”، يحتوي على القواعد العامة المتعلقة بتسجيل وتصنيف هذه المنتجات. وهي مكرسة لتفتيش إنتاج وتجارة الأسمدة (بما في ذلك أيضا المصلحات، اللقاحات، المنشطات، الأسمدة الحيوية، إعادة التمعدن والركائز للنباتات). كل هذه الأسمدة يجب أن تكون مسجلة في وزارة الزراعة. قانون الأسمدة تنظمها المراسيم ن. 4954/2004 ون. 8384/201.
– في الهند، وزارة الكيماويات والأسمدة (https://fert.nic.in (تم الوصول إليه في 18 يناير 2022)) لتنظيم الأسمدة. أمر مراقبة الأسمدة ينص على تسجيل مصنعي الأسمدة والمستوردين والتجار؛ إنها على وجه التحديد لجميع الأسمدة المصنعة / المستوردة والمباعة في الدولة، منظم أيضا مخاليط السماد، وصف التعبئة والعلامة التجارية على أكياس السماد إلخ.
اقرأ المزيد: 3 بدائل للمبيدات والأسمدة الكيماوية .. تعرف عليها
زاد استهلاك الأسمدة الكيماوية بشكل عام في الهند خلال 4 سنوات، بحد أقصى 59.88 مليون طن من منتجات الأسمدة المستخدمة (بشكل رئيسي اليوريا، ثنائي فوسفات الأمونيوم، مورات البوتاس، مجمعات وحيدة سوبر فوسفات)، كما ذكرت مؤخرا وزارة الزراعة الهندية ورعاية المزارعين تشمل الكائنات الحية في التربة مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية، بما في ذلك الكائنات الحية الدقيقة (أي البكتيريا والفطريات)، وهي أكبر مجموعة من كائنات التربة من حيث العدد والكتلة الحيوية.
– تلعب المجتمعات الميكروبية في التربة أدوارًا مهمة في النظام البيئي وظائف وتنظيم العمليات الرئيسية، مثل دورات الكربون والنيتروجين؛ على سبيل المثال، تقوم لكائنات الحية الدقيقة بالوظيفة البيئية لتثبيت N2، وأكسدة الأمونيا، نزع النتروجين وammonification.
– المجتمعات الميكروبية هي أيضا لاعبين رئيسيين في تحلل المركبات المختلفة، بما في ذلك الملوثات العضوية مثل مبيدات الآفات، وتعزز نمو النبات ومكافحة الأمراض.
– التنوع والكتلة الحيوية للتربة المجتمعات الميكروبية هي المنظمين الرئيسيين لعمليات النظام البيئي الأساسية، دعم إنتاج المحاصيل. في الواقع، جودة التربة جيدة، مما يعني أنها متنوعة ومجتمع ونشاط ميكروبيين وفير ، شرط أساسي لنمو النبات، وبالتالي، لإنتاج المحاصيل.
على وجه الخصوص، الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة والنشاط والتنوع مؤشر على خصوبة التربة وإنتاجية النظام البيئي. لهذا السبب، يتم استخدامها كمؤشرات على جودة التربة والصحة.
– يتم تعريف جودة التربة على أنها قدرة نوع معين من التربة على العمل داخل النظام البيئي الطبيعي، للحفاظ على الإنتاجية النباتية والحيوانية، والحفاظ على المياه أو تحسينها وجودة الهواء، ودعم صحة الإنسان وسكنه.
– تتفاوت أعداد الميكروبات اعتمادا على العوامل اللاأحيائية المختلفة مثل نوع التربة ووجود / عدم وجود النباتات والناخ؛ وبالتالي يمكن أن تختلف استجاباتهم لعلاجات الإخصاب المماثلة اعتمادا على ذلك على العوامل اللاأحيائية المذكورة أعلاه. خلال عملية التطور طويلة المدى، تطورت التربة والنباتات والميكروبات بشكل مشترك لتشكيل علاقات مستقرة نسبيا داخل النظام البيئي.
اقرأ المزيد: أخي المزارع.. كيف تحكم على صلاحية الأسمدة الكيماوية قبل استخدامها؟
– في المجتمعات الميكروبية في التربة الناجمة عن البيئة يمكن أن تؤثر التغييرات على العلاقات بين الكائنات الحية الدقيقة والنباتات وربما تؤثر سلبا على خصوبة التربة وإنتاجية المحاصيل. وبالتالي، دراسة الآثار من الأسمدة الكيماوية / العضوية على المجتمع الميكروبي الطبيعي له أهمية حاسمة.
على سبيل المثال، فهم كيفية تأثير الأسمدة الكيماوية NPK على الكتلة الحيوية الميكروبية، وهو مؤشر على خصوبة التربة وجودتها، وهو شرط أساسي مسبق للفهم العمليات الميكروبيولوجية، من أجل الحفاظ على وظائف النظام البيئي للتربة.
– تعد موضوعات البحث هذه جزءًا مهمًا من بيئة التربة ، كما أشارت العديد السلطات الدولية (مثل مفوضية الاتحاد الأوروبي ومنظمة الأغذية والزراعة ان الاستخدام الغير مناسب من الممارسا الزراعية (مثل الاستخدام المفرط للأسمدة الكيماوية ومبيدات الآفات) والمتكررة في الأراضي قد تسبب تباينا في المجتمعات الميكروبية في التربة، والتي يمكن أن تحدث تأثيرات كبيرة على خصوبة التربة وإنتاجيتها.
شاهد: مخاطر الإفراط في استخدام الأسمدة الكيماوية على الزراعات والتربة والبيئة
2ـ تأثير الأسمدة الكيماوية على الكتلة الحيوية ونشاط وتنوع الكائنات الحية الدقيقة في التربة
– لقد ثبت بشكل عام أن كل من الأسمدة الكيماوية والعضوية يمكن أن تكون لها تأثير مباشرة تحفيزى على نمو مجموعات ميكروبية معينة من خلال توفير العناصر الغذائية، مما يؤدي إلى زيادة إجمالي عدد الميكروبات، وتحسين النشاط الميكروبي وتحديد التحول في التنوع الميكروبي.
– التنوع الميكروبي في التربة أمر بالغ الأهمية من أجل إنتاجية واستقرار النظم الايكولوجية الزراعية. في العديد من الدراسات المعدنية تم العثور على الإخصاب لتقليل التنوع الميكروبي، بما في ذلك النباتات المفيدة للانواع الميكروبية.
– التحليل للمجتمعات الميكروبية ، استنادا إلى 107 مجموعة بيانات من خلصت 64 تجربة طويلة الأجل من جميع أنحاء العالم إلى أن استخدام الأسمدة المعدنية (ف معالجة خاصة بالأسمدة N) إلى زيادة بنسبة 15.1٪ في الكتلة الحيوية الميكروبية مقارنة لقطع الأراضي غير المخصبة؛ علاوة على ذلك، يمكن استخدام N (أسمدة اليوريا والأمونيا) لها تأثير مؤقت أو ثابت في زيادة الرقم الهيدروجيني.
– التخصيب المعدني طويل الأمد ، وعلى وجه الخصوص إضافة النيتروجين، يزيد الكتلة الحيوية الميكروبية لأن الكائنات الحية الدقيقة في التربة قد تكون محدودة الكربون أو N. تكون الزيادة كبيرة إذا كان الرقم الهيدروجيني للتربة> 5؛ في حالات أخرى، يقلل الإخصاب الميكروبي الكتلة الحيوية.
– يعد الفسفور المتوفر في التربة ومجموع النيتروجين أهم العوامل التي تؤثر على الوفرة من المجتمعات الميكروبية المشاركة في دورة النيتروجين. وجد أن بكتيريا التربة كانت أكثر حساسة من الفطريات لممارسات الإخصاب.
اقرأ المزيد: «الأسمدة الكيماوية» في ميزان التصنيع والتوزيع والسياسة
– تؤثر جودة SOM بشكل كبير على الميكروبات في التربة تكوين المجتمع الميكروبى. تعتمد جودة التربة وإنتاجية المحاصيل أيضًا على محتوى SOM. يؤثر هذا الأخير على توافر المغذيات الدقيقة، مع ارتفاع كميات المغذيات الدقيقة في محتوى SOM. علاوة على ذك، جودة SOM (على سبيل المثال، حمض عضوي، بروتين، حمض الهيوميك ومحتوى اللجنين) وقابليته للتحلل البيولوجي تؤثر بشكل أساسي على الخصائص الميكروبية. بالتالي، أي استنفاد SOM له عواقب سلبية على ثراء المجتمع الميكروبي مع انخفاض صحة النبات والنمو والإنتاجية.
– بشكل عام، تعمل الأسمدة العضوية على تحسين بنية التربة (من حيث حجم الجسيمات)، وهي مسؤولة عن إمداد غذائي أكثر توازنا واستقرارا، والذي يمكن أن يستمر مجتمع ميكروبي أكثر تنوعا إذا ما قورن بالأسمدة المعدنية.
علاوة على ذلك، تم الإبلاغ عن التسميد العضوي لزيادة النشاط الميكروبي ومحتوى SOM وتحسينه الخصائص الكيميائية والفيزيائية للتربة أفضل من التسميد غير العضوي، منع انخفاض درجة حموضة التربة نتيجة استخدام الأسمدة المعدنية.
– ديهيدروجينازات هي إنزيمات تنفسية، تمثل فقط نشاط الخلايا الميكروبية الحية. وبالتالي، نشاط نازعة الهيدروجين تم اعتباره مؤشرا على النشاط الميكروبيولوجي للتربة. تم العثور على نشاط ديهيدروجينيز (DHA) ليكون أقل في التربة التي حصلت على نسبة عالية (N 160، 120 P2O5 ، 160 K2O) من كميات الإخصاب NPK، مما يشير إلى أن هذه الإنزيمات شديدة الساسية للتأثيرات المثبطة المرتبطة بالتخصيب المعدني العالي.
– في بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي الإخصاب طويل الأمد إلى تقليل DHA بشكل كبير مع الكتلة الحيوية الميكروبية في التربة والتنوع البكتيري.
اقرأ المزيد: الأسمدة المُختلطة.. أداة مهمة للزراعة الحديثة والبستنة
– ثبت أن استخدام الأسمدة القائمة على الفوسفور يؤدي إلى اختلافات موسمية في النشاط الجرثومي، وكذلك في وفرة نوع معين من الفوسفوليبيد البكتيري والفطري.
– بشكل عام، على الرغم من أنه من غير الممكن تلخيص جميع الآثار المفيدة لـ الأسمدة العضوية لأنها تختلف اختلافًا كبيرًا في نوع الإنتاج والمحتوى الأساسي العناصر الغذائية (NPK)، ودرجة الحموضة، والبنية، وما إلى ذلك ،انها تعمل دائما على تحسين بنية التربة والمواد العضوية فى التربة، إلى جانب زيادة المجتمعات الميكروبية. علاوة على ذلك، إلى تحسين جودة التربة.
– من ناحية أخرى، على الرغم من أن الأسمدة المعدنية، بصرف النظر عن آثارها الجانبية البيئية (انبعاثات غازات الدفيئة، وتلوث التربة والمياه)، توفر العناصر الغذائية الأساسية في التربة. في الواقع ،عندما تتم معالجة التربة فقط بالأسمدة الكيماويةفأن مدخلات الكربون يعتمد فقط على بقايا الجذور وإفرازات المحاصيل.
3ـ أنواع الأسمدة المستخدمة وتأثيرها على المجتمع الميكروبي في التربة
– تستند التنمية المستدامة للنظم الإيكولوجية الزراعية على فهم أفضل من الاستجابات المعقدة للمجتمعات الميكروبية لمختلف المواد العضوية وغير العضوية فى أنظمة الإخصاب، ويعتبر التسميد غير العضوي أمرا بالغ الأهمية لتحقيق التنمية المستدامة للنظم الإيكولوجية الزراعية.
– وجد أن استخدام الأسمدة الكيماوية مع السماد يزيد بشكل واضح من خصوبة التربة وتم التوصية بها لمزيد من الاستغلال الأمثل لأنماط الإخصاب. أن الأسمدة العضوية وغير العضوية هي السائدة في التشكيل التوزيعات المجتمعية البكتيرية والفطرية في التربة المائية. ان استخدام الأسمدة العضوية مع غير العضوية ، مع ملاحظة أن التربة المعالجة عضويا بها أكبر عدد من الكائنات الحية الدقيقة (الفطريات والبكتيريا) وكربون الكتلة الحيوية الميكروبية.
اقرأ المزيد: الأسمدة وملوثاتها.. وأثرها على البيئة
– عندما يتم تطبيق الأسمدة العضوية على التربة، فإن تحللها يكون بسبب البكتيريا و الفطريات، والتي بدورها تدعم سلسلة الحيوانات في التربة نسبة الكتلة الحيوية الفطرية إلى البكتيرية يمكن اعتباره مؤشرا على نشاط مسارين لشبكة غذاء التربة المتكونة بواسطة آكلات الفطريات أو آكلات الجراثيم ومفترساتها على التوالي.
– بشكل عام، البكتيريا تنتشر تحت الحراثة التقليدية، بينما تسود الفطريات بدون حرث. الاستخدام من الأسمدة النيتروجينية عن طريق تطبيق تعديلات عضوية تقلل نسبة الفطريات / البكتيريا ويمكن أن تقلل من درجة حموضة التربة. لهذا السبب، تشجع العديد من البلدان المزارعين في المناطق المتقدمة اقتصاديا لتقليل معدل إخصابها بالنيتروجين.
– أن الإخصاب المعدني، والذي يعدل N وP المتاح وبالتالي يتغير في خصوبة التربة، يمكن أن تكون قوة انتقائية تسبب تحولات هيكلية ووظيفية في التربة فى المجتمع الميكروبي. ان إضافة النيتروجين هو عامل رئيسي في تكوين المجتمع البكتيرية والفطرية.
4ـ الأنواع البكتيرية والفطرية التي تتأثر بالأسمدة الكيماوية أو العضوية
– أثبت العديد من المؤلفين أن بنية مجتمع التربة من الميكروبات (التركيب والتنوع والوفرة النسبية لأصناف معينة) يتغير بعد اضافة المادة الكيميائية أو التسميد العضوي. في الواقع، هذا الأخير يؤثر على نمو الميكروبات القدرة التنافسية لأن المجموعات البكتيرية والفطريات الدقيقة المختلفة يمكن أن تختلف في قدرتها لاستخدام الأشكال الغذائية المختلفة الموجودة في التربة.
– على سبيل المثال، ان الفطريات Zygomycetes وجدت فقط في التسميد غير العضوي للتربة. بيرتيكولا هو زيجوميسيتات ميكروكلونيالية تتكيف مع البيئات القاسية، وZygomycetes هي كذلك الاستراتيجيون النموذجيون ذوو النمو السريع بمصادر الكربون البسيطة.
اقرأ المزيد: معادلات توصيات الأسمدة لتحقيق العائد الأمثل للمحصول
– علاوة على ذلك، كانت بعض البكتيريا النموذجية (Firmicutes وMyxococcales) تم العثور عليها كمكونات أساسية في التربة التي يتم تداول الأسمدة فيها. مجموعات ميكروبية محددة يتم تحفيز (Firmicutes وProteobacteria و Zygomycota) للنمو في السماد العضوي، لأنها تفضل البيئات الغنية بالمغذيات.
– ركزت العديد من الدراسات على تأثير أنواع وأنظمة الإخصاب المختلفة على المجتمعات الميكروبية في التربة، والنتائج متضاربة في بعض الحالات بالنسبة للاسمدة الكيميائية.
– ان آثار الإخصاب طويل الأمد من NPK أو NPK على جينات بكتيرية محدودة. أن الجينات الخاصة بأكسدة الأمونيا أكث حساسة من مثبتات النيتروجين ومزيلات النيتروجين للتسميد.
– يؤثر التسميد العضوي والكيميائي على المدى الطويل بشكل كبير على النيتروجين في التربة. على سبيل المثال، في التربة الجيرية، يزيد الإخصاب N من معدل النترجة المحتمل ولكنه يقلل من كفاءة استخدام N، مما يقلل من الوفرة النسبية لـ Nitrosospira (البكتيريا المؤكسدة للنتريت) وزيادة الوفرة النسبية للنيتروزوموناس (أكسدة الأمونيا إلى نتريت).
– بشكل عام، للأسمدة العضوية وغير العضوية تأثيرات إيجابية على العديد من بكتيريا التربة، وأكثرها تمثيلا هي Azotobacter. هذا الأخير هو في الواقع حياة حرة ، بكتيريا التربة الهوائية المثبتة للنيتروجين قادرة على توفير جزء كبير للنباتات من نيتروجين التربة. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤثر الإخصاب المكثف بالمعادن N سلبا على أنواع أخرى المجموعات البكتيرية (على سبيل المثال، Diazotrophs ، Beta-Proteobacteria) التي تعتبر مهمة للميكروبات ذات التفاعلات التكافلية المثبتة للنيتروجين مع النباتات البقولية.
– يتم تنفيذ الخطوة الأولى في النترجة (أكسدة الأمونيا إلى نتريت) في التربة بواسطة العتائق المؤكسدة للأمونيا (AOA) وAOB (بكتريا بيتا وغاما). أن التطبيق طويل الأمد للأسمدة الكيميائية NPK أو N يؤثر بشكل كبير المجتمعات الميكروبية في التربة في جميع أنحاء ملف التربة وزيادة الوفرة النسبية من AOA في التربة السطحية (0-40 سم) فقط في وجود تسميد عضوي إضافي (مخلفات المحاصيل المعاد تدويرها أو السماد). هذا يعني أن المهمة الايكولوجية لا يمكن تعزيز وظيفة نترتة التربة إلا باستخدام المواد الكيميائية والعضوية المتزامنة فى التخصيب.
اقرأ المزيد: الأسمدة الحيوية وعلاقتها بخصوبة التربة وإنتاجية المحاصيل
– وجد أن التسميد PK طويل الأمد يعزز ثراء البكتيريا وتنوعها أكثر من NK أو NP أو NPK أو إضافة السماد العضوي.
– يتم إثراء مجموعات بكتيرية معينة عن طريق الإخصاب العضوي، مثل ألفا بروتيوباكتيريا، غاما بروتيوبكتيريا، نيتروسبيراي، بكتريويدات، وبكتيريا شعاعية.
– تلخيصا للدراسات، فإن الأسمدة العضوية تزيد من المادة العضوية للتربة ومحتويات المغذيات الدقيقة، وتحسين بنية التربة وتعزيز التنوع الجرثومي العالي. علاوة على ذلك ، فإن إضافة المواد العضوية يذيد النشاط الميكروبي الذي يمكن قياسه نشاط نازعة الهيدروجين المرتبط بجودة التربة.
أخيرا، علىالرغم من الاعتماد على نوع التربة، مجموعات محددة مرتبطة بدورة المغذيات الأساسية مثل Proteobacteria Firmicutes هي يعززها التسميد العضوي، ربما بسبب تحسين الكربون العضوي وإضافة مجموعات ميكروبية معينة من الأسمدة العضوية.
– على النقيض من ذلك ، فإن إدخال N على المدى الطويل عن طريق الإخصاب الكيميائي لا يقلل فقط من درجة الحموضة في التربة ولكنه يقلل أيضا من الوفرة النسبية في مجموعات ميكروبية معينة المتعلقة بإذابة P.
-علاوة على ذلك، فإن الوفرة في Proteobacteria مثل ألفا بروتيوبكتيريا وبكتيريا جاما بروتيوبكتيريا، جنبا إلى جنب مع بعض البكتيريا الشعاعية التي تحتوي على ترميز الجينات لتمعدن مركبات P العضوية في التربة (على سبيل المثال، الفوسفاتيز القلوي.
– يمكن أن تكون المجموعات الميكروبية المتعلقة بدورة النيتروجين (AOA وAOB) اكثر نشاطا مع التسميد الكيميائي والعضوي المشترك.
اقرأ المزيد: الطريقة المثلى والموعد المناسب لإضافة الأسمدة العضوية لأشجار الفاكهة
5ـ الآثار السلبية للأسمدة الكيماوية على النظام البيئي للتربة
– يؤدي استخدام الأسمدة الكيماوية وحدها بشكل عام إلى تحسين إنتاج المحاصيل؛ ومع ذلك، فد أثيرت مخاوف ليس فقط بشأن المشاكل البيئية الخطيرة التي تطرحها مثل هذه الممارسات ولكن أيضا حول الاستدامة طويلة المدى لهذه الأنظمة. كما تم التأكيد على أن الأسمدة الاصطناعية يمكن أن تزيد من الإصابة بالأمراض. في بعض الحالات، يتم تقليل توافر بعض المغذيات الدقيقة (مثل الزنك) إلى أقل من قيمة الحرجة.
– تؤدي تطبيقات الأسمدة المعدنية طويلة الأجل إلى خسارة كبيرة في SOM، كما هو موجود في الزراعة الأحادية التي تتم لفترات طويلة دون إضافة أي مواد عضوية وبدون تناوب المحاصيل. كما وجد ان الإخصاب المعدني يؤدى الى انخفاض في المسامية وتوافر المغذيات للتربة. علاوة على ذلك، يؤثر الإخصاب بشدة على عدد الكائنات الحية الدقيقة والاختيار النوعي لها في التربة.
اقرأ المزيد: أضرار استخدام الأسمدة الكيميائية
– يشير أن استخدام الأسمدة الاصطناعية ومبيدات الأعشاب يغير التفاعلات داخل وبين المكونات الموجودة تحت الأرض وفوقها لمجتمع الميكروبات في التربة وتزيد في النهاية من الآثار البيئية السلبية للزراعة عن طريق الحد من الأحياء البيولوجية الداخلية دورات ومكافحة الآفات.
– قد يكون الاستخدام طويل الأمد للأسمدة المعدنية ضارا،خاصةً بمعدلات عالية من التسميد بالنيتروجين، حيث يؤدي إلى زيادة فقدان النيتروجين الغازي وتدهوره من خصائص التربة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.
– أن الكيماويات الزراعية خاصة في شكل معدلات عالية قد لا يؤدي استخدام الأسمدة N في التربة الصالحة للزراعة والأراضي العشبية والبستنة إلى المخاطرة فقط فى الإنتاجية البيولوجية والاستقرار الإيكولوجي للنظم الإيكولوجية الزراعية ولكنها تهدد السطح أيضا والمياه الجوفية من خلال تراكم النترات والنتريت والعديد من العناصر العضوية الأخرى من مركبات النيتروجين.
– كما تورطت التركيزات المرتفعة للتربة من P في إثراء P المياه الجوفية الضحلة التي تغذي النظم البيئية الساحلية والبحيرات والأنهار. الفطريات وإنزيماتها أقل حساسية لمفعول الأسمدة الكيماوية.
– استخدام الأسمدة العضوية أو التعديلات العضوية يمكن أن يخفف من الآثار البيئية الضارة للأسمدة غير العضوية في النظم الإيكولوجية الزراعية، ولكنها يمكن أن تؤثر أيضا على الكائنات الحية الدقيقة في التربة التي لم تكن على ما يرام.
– أن تعديل التربة باستخدام biochar أو دمج أخرمن الأسمدة العضوية لحوالي عامين تتأثر الكتلة الحوية الميكروبية للمجتمع، والتكوين وعائد المحاصيل.
– تم العثور على مزيج محتمل من التسميد الكيميائي والعضوي ليكون مفيدا ليس فقط لتحسين خصوبة التربة، ولكن أيضا لتعزيز غلة المحاصيل، على وجه الخصوص التربة ذات المحتوى المنخفض من النيتروجين والفوسفور والكربون العضوي.
6ـ بعض الاعتبارات الخاصة بالتعديلات العضوية المستخدمة كسماد
– يتم تعريف التعديلات العضوية على أنها أي مواد مصدرها النباتات أو الحيوانات ويستخدم لتحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للتربة، مما يجعله أفضل جودة التربة لدعم إنتاجية النبات.
– في الواقع، إضافة كميات كبيرة من المغذيات والميكروبات الخارجية إلى التربة يمكن أن تتداخل مع نمو البكتيريا الأصلية. يحسن التطبيق طويل الأمد للتعديلات العضوية بشكل عام من خصوبة التربة وبنية التربة، وتعزيز تنمية الأحياء المجهرية المفيدة للتربة القادرة على دعمها لغلة نباتية عالية في ظل النظم الزراعية المكثفة.
اقرأ المزيد: أهمية إضافة الأسمدة العضوية خلال عمليات الخدمة للزراعات الشتوية
– أكثر التعديلات العضوية شيوعا في التربة هي روث الحيوانات، المخلفات الصلبة البلدية، مخلفات المحاصيل العلف أو أنواع المحاصيل المختلفة)، السماد العضوي. بعض خيارات التسميد التكميلي بخلاف استخدام الأسمدة الكيماوية تشمل استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوي، والتمعدن الحيوي والأسمدة الحيوية، بما في ذلك المعلق الميكروبي ومركز الأعشاب البحرية.
– استخدام النبات للكائنات الدقيقة المعززة للنمو هي أداة واعدة جدا عن طريق تثبيط مسببات الأمراض من خلال إنتاج المضادات الحيوية أو الإنزيمات المحللة لجدار الخلية، تحفز آليات دفاع النبات. يمكن أن يؤدي استخدام السماد الطبيعي إلى زيادة الوفرة في التربة من الجينات المقاومة للمضادات الحيوية. تم اقتراح الهضم كاستراتيجية محتملة للتخلص من المضادات الحيوية أو تقليلها ومسببات الأمراض في روث الماشية قبل استخدامه كسماد عضوي في النظم الإيكولوجية الزراعية.
– يمكن أن يحتوي الكومبوست على ملوثات أخرى بتركيزات متبقية، مثل المعادن الثقيلة (مثل النيكل والرصاص والنحاس والزنك والزئبق) ، يلزم حدود تشريعية لتطبيق هذه العضوية في النظم الايكولوجية الزراعية.
اقرأ المزيد: أهمية إضافة الأسمدة العضوية في الأراضي الطينية والرملية
7ـ الاستنتاجات
– تعتبر التربة ذات أهمية حامة بفضل دورها في العديد من وظائف النظام البيئي، بما في ذلك إنتاج الغذاء. يلعب المجتمع الميكروبي في التربة دورا حاسما في هذه الوظائف. هو – هي يلعب أيضا دورا رئيسيا في توافر العناصر الغذائية وإمكانية الوصول إليها للنباتات والممارسات الحيوية النباتية.
– كانت الخصائص البيوكيميائية والميكروبيولوجية والبيولوجية للتربة تستخدم لعدة سنوات لتقدير التغيرات في جودة التربة. ومع ذلك، فإن الآثار المترتبة على التربة لم يتم دراسة المجتمع الميكروبي وعواقبه على خصوبة التربة بشكل كافٍ على مستويات مختلفة.
– على مستوى الاتحاد الأوروبي، لا توجد حاليا لائحة تتعلق بالتربة يُنصح بضرورة مراعاة المجتمع الميكروبي والحفاظ عليه.
– الأسمدة الكيماوية هي مصادر المغذيات NPK في أشكالها غير العضوية. ان إضافة غير صحيحة للأسمدة N وP وK يمكن أن يؤثر على امتصاص واستخدام العناصر الغذائية (بما في ذلك المغذيات الدقيقة)، ولسبب ذلك يؤثر سلبًا على البكتيريا الجذرية النباتية المفيدة، ويقلل من غلة المحاصيل وجودتها.
– يمكن أن تؤثر الأسمدة العضوية والاصطناعية على تكوينات المجتمع الميكروبي، ويفضل الأنواع التي تتكيف وظيفيًا مع مدخلاتالمغذيات مع تعزيزها إنتاجية النبات.
– من المعروف أن الأسمدة الكيماوية يمكن أن تسبب مشاكل مختلفة، بما في ذلك فقدان التنوع البيولوجي، على النحو الذي أبرزته استراتيجية التربة الجديدة للاتحاد الأوروبي لعام 2030، تدهور الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة، وخاصة مع التطبيق على المدى الطويل، وانخفاض خصوبة التربة.
– ان الزراعة المستدامة بالتسميد الكيميائي يفضل تناوب المحاصيل وتقليل حرث التربة وتوسيع الأرض يعد الاستخدام للحفاظ على المجتمعات الميكروبية الطبيعية (من حيث وفرة الأنواع وثراء مجموعات الكائنات الحية الدقيقة المفيدة المحددة في التربة)، الحفاظ على وظيفتها البيئية والحفاظ على خصوبة التربة. لأنه من غير المعقول استخدام التعديلات العضوية فقط لدعم إنتاجية النبات لأنها لا توفر كميات عالية من NPK، إضافة مركبة من مادة كيميائية والأسمدة العضوية هي الحل الصحيح، خاصة للتربة ذات النيتروجين والفوسفور و محتويات C العضوية منخفض.
– بالنظر إلى أنه يجب تطبيق كل عنصر أساسي (N ، P ، K) مع تسميد متوازن من الأسمدة العضوية والاصطناعية مراعاة احتياجات التربة؛ دور المغذيات الدقيقة أساسي أيضا لأن استراتيجة الإخصاب متكررة تتعلق بالتقييمات الاقتصادية بدلا من التقييمات الزراعية لذلك لا يزال هناك انتشار واسع فى إخصاب غير متوازن.
– إخصاب مشترك مع الأسمدة الكيماوية والعضوية يمكن أن يكون حلا وسطا جيدا فى توفير العناصر الأساسية مع المغذيات الدقيقة وتحسين الكربون العضوي للتربة وزيادة العديد من خواص التربة الفيزيائية والكيميائية.
– العصر الجديد في استخدام نمو النبات- يمكن أن يؤدي تعزيز الكائنات الحية الدقيقة إلى انخفاض في استخدام الأسمدة الكيماوية، على الرغم من أن هذه الممارسة لا تزال بحاجة إلى دراسة أفضل وتكييفها مع أنواع التربة وزراعة النباتات.
-أخيرا، أي تحسن في جودة النبات (المحاصيل المعدلة وراثيا القادرة على التكون تكافلات تثبيت النيتروجين وتثبيت النيتروجين بدون تكافؤ جرثومي) تجنب ويجب أيضا تعزيز الحد من استخدام الإخصاب المعدني.
المراجع
Byrne, M.P.; Tobin, J.T.; Forrestal, P.J.; Danaher, M.; Nkwonta, C.G.; Richards, K.; Cummins, E.; Hogan, S.A.; O’Callaghan, T.F. Urease and Nitrification Inhibitors—As Mitigation Tools for Greenhouse Gas Emissions in Sustainable Dairy Systems: A Review.Sustainability 2020, 12, 6018.
Chirinda, N.; Olesen, J.E.; Porter, J.R.; Schjønning, P. Soil properties, crop production and greenhouse gas emissions from organic and inorganic fertilizer-based arable cropping systems. Ecosyst. Environ. 2010, 139, 584–594.
Dangi, S.; Gao, S.; Duan, Y.;Wang, D. Soil microbial community structure affected by biochar and fertilizer sources. Soil Ecol. 2020, 150, 103452.
Dasgupta, D.; Kumar, K.; Miglani, R.; Mishra, R.; Panda, A.K.; Bisht, S.S. Microbial biofertilizers: Recent trends and future outlook. In Recent Advancement in Microbial Biotechnology; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2021; pp. 1–26.
Du Preez, C.C.; van Huyssteen, C.W.; Kotzé, E.; van Tol, J.J. Ecosystem services in sustainable food systems: Operational definition, concepts, and applications. In The Role of Ecosystem Services in Sustainable Food Systems; Rusinamhodzi, L., Ed.; Academic Press: Cambridge, MA, USA, 2020; pp. 17–42.
EL Boukhari, M.E.M.; Barakate, M.; Bouhia, Y.; Lyamlouli K. Trends in Seaweed Extract Based Biostimulants: Manufacturing Process and Beneficial Effect on Soil-Plant Systems. Plants 2020, 9, 359.
Gomaa, E.Z. Biosequestration of heavy metals by microbially induced calcite precipitation of ureolytic bacteria. Biotechnol. Lett. 2019, 24, 147–153.
Juriga, M.; Šimanský, V. Effect of biochar on soil structure-review. Acta Fytotech. Zootech. 2018, 21, 11–19.
Karthik, V.; Kumar, P.S.; Vo, D.-V.N.; Sindhu, J.; Sneka, D.; Subhashini, B.; Saravanan, K.; Jeyanthi, J. Hydrothermal production of algal biochar for environmental and fertilizer applications: A review. Chem. Lett. 2021, 19, 1025–1042.
Kavitha, B.; Reddy, P.V.L.; Kim, B.; Lee, S.S.; Pandey, S.K.; Kim, K.-H. Benefits and limitations of biochar amendment in agricultural soils: A review. Environ. Manag. 2018, 227, 146–154.
Kumar, S.; Diksha; Sindhu, S.S.; Kumar, R. Biofertilizers: An ecofriendly technology for nutrient recycling and environmental sustainability. Res. Microb. Sci. 2022, 3, 100094.Lewu, F.B.; Volova, T.; Thomas, S.; Rakhimol, K.R. Controlled Release Fertilizers for Sustainable Agriculture; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2021.
Ma˛cik, M.; Gryta, A.; Fra˛c, M. Biofertilizers in agriculture: An overview on concepts, strategies and effects on soil microorganisms. Agron. 2020, 162, 31–87.
Miskoska-Milevska, E.; Najdenovka, O.; Popovski, Z.; Imovska, D. The influence of the microbiological fertilizer–Slavol on cauliflower growth. Biotechnol. Lett. 2018, 23, 13511–13516.
Nanda, S.; Kumar, G.; Hussain, S. Utilization of seaweed-based biostimulants in improving plant and soil health: Current updates and future prospective. J. Environ. Sci. Technol. 2021.
Onet, A.; Dinca, L.C.; Grenni, P.; Laslo, V.; Teusdea, A.C.; Vasile, D.L.; Enescu, R.E.; Crisan, V.E. Biological indicators for evaluating soil quality improvement in a soil degraded by erosion processes. Soils Sediments 2019, 19, 2393–2404.
Umesha, S.; Manukumar, H.M.G.; Chandrasekhar, B. Sustainable Agriculture nd Food Security. In Biotechnology for Sustainable Agriculture; Singh, R.L., Mondal, S., Eds.;Woodhead Publishing: Cambridge, UK, 2018; pp. 67–92.
Winkler, K.; Fuchs, R.; Rounsevell, M.; Herold, M. Global land use changes are four times greater than previously estimated. Commun. 2021, 12, 2501.
Yang, Y.; Li, G.; Min, K.; Liu, T.; Li, C.; Xu, J.; Hu, F.; Li, H. The potential role of fertilizer-derived exogenous bacteria on soil bacterial community assemblage and network formation. Chemosphere 2022, 287, 132338.
