عندما يفكر الناس في التلوث الزراعي، فإنهم غالبا ما يتصورون ما يسهل رؤيته: آلات رش الأسمدة وهي تعبر الحقول أو الجريان السطحي الموحل بعد عاصفة شديدة. ومع ذلك، فإن التهديد الأكثر أهمية هو البناء بهدوء وغير مرئي في الأرض.
في بعض الأراضي الزراعية الأكثر إنتاجية في الولايات المتحدة، تراكمت مادة مغذية تسمى الفوسفور في التربة لعقود من الزمن، بمستويات تتجاوز بكثير ما تحتاجه المحاصيل فعليًا. في حين أن هذا العنصر ضروري لنمو الجذور الداعمة للحياة والكيمياء الخلوية لزراعة الغذاء، فإن وجود الكثير منه في الأماكن الخاطئة أصبح مسؤولية بيئية متزايدة.
أنا جزء من جهد بحثي لمعرفة كمية الفوسفور الموجودة بالفعل في التربة، ومن ثم تحديد الكمية الإضافية، إن وجدت، التي يجب إضافتها إلى حقول معينة.
لماذا يضيف المزارعون الفوسفور في المقام الأول
يعد الفوسفور أحد العناصر الغذائية الأساسية الثلاثة التي يحتاجها النبات للنمو، إلى جانب النيتروجين والبوتاسيوم. وبدون ما يكفي من الفوسفور، تكافح المحاصيل ويعاني الإنتاج.
لعقود من الزمن، كان استخدام الأسمدة الفوسفورية بمثابة نوع من بوليصة التأمين في الزراعة الأمريكية. إذا لم يكن المزارعون متأكدين من الكمية الموجودة بالفعل في التربة، فإن إضافة القليل الإضافي يبدو أكثر أمانًا من المخاطرة بالنقص. وكانت الأسمدة غير مكلفة نسبيا، ولم تكن العواقب على المدى الطويل مفهومة جيدا.
وعلى عكس النيتروجين، الذي يتسرب بسهولة من التربة إلى الهواء أو المياه الجوفية، يلتصق الفوسفور بجزيئات التربة. بمجرد إضافته، فإنه يميل إلى البقاء في مكانه. هذه السمة جعلت الفوسفور يبدو حميدا بيئيا.
ومع ذلك، لا يزال من الممكن نقل الفوسفور من الحقول عندما تؤدي الأمطار أو مياه الري إلى تآكل التربة الغنية بالفوسفور، أو يذوب بعض الفسفور المتراكم في الجريان السطحي.
لقد أدت سنوات من التطبيق إلى شيء لم يخطط له أحد في البداية: التراكم.
ما هي كمية الفوسفور التي تراكمت؟
منذ منتصف القرن العشرين، استخدم المزارعون في جميع أنحاء الولايات المتحدة مئات الملايين من الأطنان من الأسمدة الفوسفورية. وفي الفترة من 1960 إلى 2007، زاد استهلاك الأسمدة الفوسفاتية في الولايات المتحدة من حوالي 5.8 مليون طن متري سنويا إلى أكثر من 8.5 مليون طن متري سنويا.
وفي العقود الأخيرة، استمر استخدام الأسمدة في الارتفاع. وفي إنتاج الذرة وحده، زادت استخدامات الفوسفور بنسبة 30% تقريبًا بين عامي 2000 و2018. وتمتص المحاصيل بعضًا من هذا الفوسفور أثناء نموها، ولكن ليس كله. وبمرور الوقت، تراكم الفائض في التربة.
في العديد من المناطق في جميع أنحاء الولايات المتحدة، أصبحت مستويات الفوسفور في التربة الآن أعلى بكثير مما تحتاجه المحاصيل فعليًا. في أجزاء من ولاية فلوريدا، على سبيل المثال، تحتوي بعض التربة الزراعية على تركيزات من الفوسفور تزيد بأكثر من 10 مرات عن المستويات التي تعتبر كافية لنمو صحي للنبات.
يطلق العلماء على هذا التراكم اسم “الفوسفور القديم”. إنه تذكير بأن التحديات البيئية التي نواجهها اليوم غالبًا ما تكون نتيجة لقرارات الأمس حسنة النية.
عندما يصبح فوسفور التربة مشكلة مائية
فإذا ظل الفوسفور محبوسًا في التربة، فإن المزارعين سيهدرون أموالهم على الأسمدة التي لا يحتاجون إليها. ويمكن للفوسفور الزائد في التربة أن يعيق امتصاص المغذيات الدقيقة الأساسية للنبات ويغير مجتمع ميكروبات التربة، مما يقلل من التنوع المهم لصحة التربة الجيدة.
لسوء الحظ، لا يبقى الفوسفور دائمًا في مكانه. يمكن أن يؤدي هطول الأمطار والري والصرف إلى نقل الفوسفور – إما المذاب في الماء أو الملتصق بجزيئات التربة المتآكلة – إلى القنوات والجداول والأنهار والبحيرات القريبة. وبمجرد وصولها إلى هناك، تصبح غذاءً للطحالب.
ويمكن أن تكون النتيجة نموًا هائلاً للطحالب، يُعرف باسم التخثث، والذي يحول المياه الصافية إلى اللون الأخضر الغائم. عندما تموت هذه الطحالب، فإن تحللها يستهلك الأكسجين، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى إنشاء “مناطق ميتة” منخفضة الأكسجين حيث تكافح الأسماك والحياة المائية الأخرى من أجل البقاء. تتم هذه العملية في المقام الأول عن طريق ترشيح الفوسفور، كما رأينا في فلوريدا إيفرجليدز.
مثال رئيسي آخر هو أكبر منطقة ميتة في الولايات المتحدة، تغطي حوالي 6500 ميل مربع (16835 كيلومتر مربع)، والتي تتشكل كل صيف في خليج المكسيك. إن تقليل النيتروجين دون خفض الفوسفور يمكن أن يؤدي إلى تفاقم التخثث.
وتنتج بعض أزهار الطحالب أيضًا سمومًا تهدد إمدادات مياه الشرب. وقد يُطلب من المجتمعات الواقعة على مصب النهر ألا تشرب الماء أو تلمسه، وتواجه تكاليف علاج مرتفعة وتضيع فرص الترفيه. توثق التقييمات الوطنية السموم المرتبطة بتكاثر الطحالب في العديد من الولايات، خاصة عندما تتداخل درجات الحرارة الدافئة مع تلوث المغذيات.
ويؤدي ارتفاع درجات الحرارة العالمية إلى تفاقم المشكلة. تحتوي المياه الدافئة على كمية أقل من الأكسجين مقارنة بالمياه الباردة، مما يزيد من احتمالية أن يؤدي التلوث بالفوسفور إلى التخثث والمناطق الميتة.
أدى الاختبار المعيب إلى إخفاء المشكلة
ونظراً للمخاطر، يبرز سؤال طبيعي: لماذا لا يتوقف المزارعون ببساطة عن إضافة الفوسفور إلى الأماكن التي لا تكون هناك حاجة إليه؟
يكمن جزء من الإجابة في كيفية قياس كمية الفوسفور في التربة. تم تطوير معظم اختبارات التربة المستخدمة اليوم منذ عقود مضت، وقد تم تصميمها للعمل بشكل جيد إلى حد معقول عبر العديد من أنواع التربة. لكن التربة متنوعة بشكل لا يصدق. بعضها رملي. والبعض الآخر غني بالمواد العضوية التي تكونت من قرون من النباتات المتحللة.
وتستخدم اختبارات التربة التقليدية تلك الأحماض لاستخراج الفسفور من التربة، مما يؤدي إلى نتائج غير دقيقة حول كمية الفسفور التي يمكن أن تصل إليها نباتات الفسفور فعليًا. على سبيل المثال، في التربة التي تحتوي على أكثر من 20% من المواد العضوية، مثل تلك الموجودة في أجزاء من فلوريدا والمناطق الزراعية الأخرى، قد يتم تحييد أحماض الاختبارات جزئيًا بواسطة مركبات أخرى في التربة. وهذا يعني أنهم لا يجمعون قدرًا كبيرًا من الفوسفور كما هو موجود بالفعل.
بالإضافة إلى ذلك، تحدد الاختبارات الكمية الإجمالية للفوسفور في التربة، ولكن ليس كل ذلك في الشكل الذي يمكن للنباتات أن تمتصه من خلال جذورها. لذا فإن التربة التي وجدت فيها الاختبارات مستويات عالية من الفوسفور قد لا يتوفر بها إلا القليل جدًا للنباتات. ويمكن العثور على مستويات منخفضة في التربة التي تحتوي على ما يكفي من الفوسفور لنمو النبات.
وعندما يتبع المزارعون التوصيات الناتجة عن هذه الاختبارات غير الدقيقة، فقد يستخدمون الأسمدة التي لا توفر سوى فائدة قليلة للمحاصيل بينما تزيد من خطر التلوث. هذا ليس فشل المزارعين. إنه عدم تطابق بين الأدوات القديمة والتربة المعقدة.
طريقة أكثر ذكاءً للمضي قدمًا
الحل ليس في التخلص من التسميد الفوسفوري. ولا تزال المحاصيل في حاجة إليها، والعديد من أنواع التربة تحتاج بالفعل إلى عناصر مغذية إضافية. التحدي هو معرفة متى يكون الكيل كافيًا حقًا.
ويعمل الباحثون، وأنا منهم، على تطوير أساليب اختبار محسنة تعكس بشكل أفضل كيفية تفاعل النباتات فعليًا مع التربة. تحاكي بعض الأساليب سلوك جذور النباتات بشكل مباشر، حيث تقدر كمية الفوسفور التي يمكن أن تمتصها محاصيل الفسفور بشكل واقعي من أي حقل أو نوع معين من التربة – بدلا من قياس الكمية الموجودة كيميائيا فقط.
وتبحث اختبارات أخرى في كمية الفوسفور التي يمكن أن تحتويها تربة الحقل قبل إطلاق العناصر الغذائية الزائدة في المجاري المائية. يمكن أن تساعد هذه الأساليب في تحديد الحقول التي يمكن للمزارعين فيها استخدام كميات أقل من الفوسفور أو إيقافه مؤقتًا تمامًا، مما يسمح للمحاصيل بسحب الفوسفور القديم الموجود بالفعل.
إن مشكلة الفوسفور هي مشكلة بطيئة الحركة، وقد نشأت على مدى عقود ومختبئة تحت الأرض. ومع ذلك، فإن آثاره تظهر بشكل متزايد في شكل تكاثر الطحالب ونفوق الأسماك وتلوث إمدادات مياه الشرب. ويمكن للمزارعين قياس وإدارة مغذيات التربة بشكل مختلف والحد من التلوث وتوفير المال وحماية موارد المياه دون التضحية بالإنتاجية الزراعية.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: دينيش فويال، جامعة فلوريدا
اقرأ المزيد:
لا يعمل Dinesh Phuyal لدى أي شركة أو مؤسسة أو يقدم الاستشارة أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.