علم التربة الزراعية

علم التربة الزراعية هو فرع من فروع علم التربة يُعنى بدراسة خصائص التربة وعلاقتها بإنتاج الغذاء والألياف . وفي هذا السياق، يُعدّ أيضاً جزءاً من مجال الزراعة، ولذا يُطلق عليه أيضاً علم زراعة التربة .

قبل تطور علم التربة في القرن التاسع عشر، كان علم التربة الزراعية (أو علم التربة ) هو الفرع الوحيد من علم التربة. ولا يزال انحياز علم التربة المبكر نحو النظر إلى التربة من منظور إمكاناتها الزراعية فقط يُهيمن على مهنة علم التربة في الأوساط الأكاديمية والشعبية على حد سواء حتى عام 2006.[ ^{1 ] [ 2 ]​}

يتبع علم التربة الزراعية المنهج الشمولي . ^{[ 3 ]} تُدرس التربة في علاقتها بالنظم البيئية الأرضية وكجزء لا يتجزأ منها، ولكنها تُعتبر أيضًا موردًا طبيعيًا قابلًا للإدارة . ^{[ 4 ]}

يدرس علم التربة الزراعية التركيب الكيميائي والفيزيائي والبيولوجي والمعدني للتربة وعلاقته بالزراعة. ^{[ 5 ]} ويعمل علماء التربة الزراعية على تطوير أساليب لتحسين استخدام التربة وزيادة إنتاج المحاصيل الغذائية والليفية. ^{[ 6 ]} ويتزايد التركيز باستمرار على أهمية استدامة التربة . ^{[ 7 ]} وخلال العقدين الماضيين، ظهرت مفاهيم جديدة (أو مُجددة) مثل خدمات النظام البيئي ، ^{[ 8 ]} وصحة التربة ، ^{[ 9 ]} وتعدد وظائف التربة . ^{[ 10 ]} ولا يزال تدهور التربة ، كالتآكل والانضغاط وانخفاض الخصوبة والتلوث ، يشكل مصدر قلق بالغ. ^{[ 11 ]} ويجري العلماء أبحاثًا في مجالات الري ^{[ 12 ]} والصرف ، ^{[ 13 ]} والحرث ، ^{[ 14 ]} وتصنيف التربة ، [ ^{15 ] وتغذية} النبات ، ^{[ 16 ]} وخصوبة التربة ، ^{[ 17 ]} وغيرها من المجالات، مثل الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري . ^{[ 18 ]}

على الرغم من أن تعظيم الإنتاج الزراعي (النباتي والحيواني) هدفٌ مشروع في سياق النمو السكاني ، ^{[ 19 ]} إلا أنه قد يأتي أحيانًا بتكلفة باهظة، تتجلى بوضوح، مثل الأمراض الزراعية الخطيرة الناجمة عن الزراعة الأحادية ، ^{[ 20 ]} أو التأثير طويل الأمد للأسمدة الكيميائية والمبيدات على تلوث المياه الجوفية وصحة الإنسان . ^{[ 21 ]} قد يضع عالم التربة الزراعية خطةً لتعظيم الإنتاج باستخدام أساليب وحلول مستدامة، ولتحقيق ذلك، عليه أن يدرس عددًا من المجالات العلمية، بما في ذلك العلوم الزراعية ، والفيزياء ، والكيمياء ، والأحياء ، والأرصاد الجوية ، والجيولوجيا . ^{[ 7 ]}

بعض متغيرات التربة ذات الأهمية الخاصة لعلم التربة الزراعية هي:

• نسيج التربة أو تركيبها : تتكون التربة من جزيئات صلبة بأحجام مختلفة. وبترتيب تنازلي، تكون هذه الجزيئات: الصخور الكبيرة ، والحصى ، والرمل ، والطمي ، والطين . ويمكن تصنيف كل تربة زراعية وفقًا للنسبة المئوية النسبية للرمل والطمي والطين التي تحتويها. ^{[ 22 ]}
• التهوية والمسامية : يحتوي الهواء الجوي على عناصر مثل الأكسجين والنيتروجين والكربون وغيرها. هذه العناصر ضرورية للحياة على الأرض. على وجه الخصوص، تحتاج جميع الخلايا ( بما في ذلك خلايا الجذور) إلى الأكسجين للقيام بوظائفها، وإذا أصبحت الظروف لاهوائية، فإنها تعجز عن التنفس والتمثيل الغذائي . تشير التهوية في هذا السياق إلى الآليات التي يتم من خلالها إيصال الهواء إلى التربة. في النظم البيئية الطبيعية، تتم تهوية التربة بشكل رئيسي من خلال تأثير الكائنات الحية الدقيقة في التربة على بنيتها . ^{[ 23 ]} يقوم البشر عادةً بتهوية التربة الزراعية عن طريق الحراثة والتقليب ، إلا أن هذه الممارسة قد تؤدي إلى تدهورها . ^{[ 24 ]} تشير المسامية إلى قدرة التربة على الاحتفاظ بالهواء، وهي ضرورية لحياة التربة وتتعرض للخطر بسبب استخدام الآلات الثقيلة. ^{[ 25 ]} انظر أيضًا: توصيف مسامية التربة .
• الصرف : في التربة ذات الصرف السيئ، قد تتجمع المياه المتدفقة من الأمطار أو الري وتتراكم. ونتيجة لذلك، تسود ظروف لاهوائية وتختنق جذور النباتات. ^{[ 26 ]} كما أن المياه الراكدة تُهيئ بيئة مناسبة لنمو الفطريات المائية الضارة بالنباتات . ^{[ 27 ]} أما في التربة ذات الصرف الجيد، فلا تحصل النباتات على كمية كافية من الماء، وتُغسل العناصر الغذائية من التربة المسامية لتستقر في المياه الجوفية . ^{[ 28 ]}
• محتوى الماء : بدون رطوبة التربة ، أو تحديدًا عندما تنخفض رطوبة التربة إلى ما دون نقطة الذبول ، يتوقف النتح ، ويتوقف النمو ، وتذبل النباتات . من الناحية الفنية، تفقد خلايا النبات ضغطها (انظر الضغط الأسموزي وضغط الامتلاء ). تساهم النباتات بشكل مباشر في رطوبة التربة. على سبيل المثال، تُكوّن غطاءً ورقيًا يقلل من تأثيرات التبخر الناتجة عن الإشعاع الشمسي ، ^{[ 29 ]} وهي خاصية تُستخدم حاليًا في الزراعة الحراجية . ^{[ 30 ]} ولكن حتى عندما تموت النباتات أو أجزاء منها، تُنتج المواد النباتية المتحللة غطاءً عضويًا سميكًا يحمي التربة من التبخر والتعرية والانضغاط ، ويُوفر بيئة مناسبة لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية المفيدة في التربة . ^{[ 31 ]} لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع، انظر النشارة .
• الجهد المائي : يصف الجهد المائي ميل الماء للتدفق من منطقة في التربة إلى أخرى. فبينما يتدفق الماء المتدفق إلى سطح التربة عادةً إلى الأسفل بفعل الجاذبية ، فإنه عند نقطة معينة يواجه ضغطًا متزايدًا، مما يُسبب تدفقًا عكسيًا إلى الأعلى. تُعرف هذه الظاهرة باسم امتصاص الماء . تُعدّ السعة الحقلية ، وهي كمية الماء المحتفظ بها في التربة عند جهد مائي قدره -33 كيلو باسكال (أو -0.33 بار)، عندما يكون الهواء في المسامات الكبيرة والماء في المسامات الدقيقة ، هي الحالة المثلى لنمو النباتات ^{[ 32 ]} والنشاط الميكروبي ^{[ 33 ]} . وتختلف هذه السعة باختلاف نسيج التربة، إذ تزداد مع انخفاض حجم جزيئات التربة (أي من الرمل إلى الطين) ^{[ 34 ]} .
• التطبق الأفقي : يُلاحظ عادةً في التربة المتقدمة والناضجة، ويشير التطبق الأفقي إلى تكوين طبقات التربة ذات الخصائص المختلفة. وهو يؤثر على جميع متغيرات التربة تقريبًا. ^{[ 35 ]}
• الخصوبة : التربة الخصبة هي التربة الغنية بالعناصر الغذائية والمواد العضوية . وقد أدت أساليب الزراعة الحديثة ( الزراعة المكثفة ) إلى جعل مساحات شاسعة من الأراضي الصالحة للزراعة غير خصبة. ^{[ 36 ]} في مثل هذه الحالات، لا تستطيع التربة وحدها دعم النباتات ذات الاحتياجات الغذائية العالية، وبالتالي تحتاج إلى مصدر خارجي للعناصر الغذائية، مثل المُحسّنات العضوية ^{[ 36 ]} أو التسميد الدوري. ^{[ 37 ]} ومع ذلك، توجد حالات يُعتقد فيها أن النشاط البشري مسؤول عن تحويل التربة غير الخصبة إلى تربة خصبة، كما هو الحال في استخدام الفحم في تكوين التربة السوداء في منطقة الأمازون . ^{[ 38 ]}
• الكائنات الحية والكائنات الحية في التربة : تتفاعل الكائنات الحية في التربة مع التربة وتساهم في جودتها بطرق لا حصر لها. قد تكون طبيعة هذا التفاعل غير واضحة أحيانًا، لا سيما في ظل التغيرات المناخية العالمية ، ^{[ 39 ]} إلا أن قاعدةً باتت واضحة: كمية الكائنات الحية وتنوعها "يتناسبان" طرديًا مع جودة التربة. ^{[ 40 ]} تشمل المجموعات التصنيفية ^ذات الأهمية البكتيريا والفطريات والديدان الأسطوانية والديدان الحلقية والمفصليات . [ ^{41 ]}
• حموضة التربة أو درجة حموضة التربة وسعة التبادل الكاتيوني : تعمل خلايا الجذور كمضخات للهيدروجين ، ويؤثر تركيز أيونات الهيدروجين المحيطة بها على قدرتها على امتصاص العناصر الغذائية. ^{[ 42 ]} درجة الحموضة هي مقياس لهذا التركيز. يحقق كل نوع من النباتات أقصى نمو له في نطاق محدد من درجة الحموضة، ومع ذلك، يمكن للغالبية العظمى من النباتات الصالحة للأكل أن تنمو في تربة تتراوح درجة حموضتها بين 6 و8. ^{[ 43 ]}

يستخدم علماء التربة نظام تصنيف التربة لوصف خصائصها . ويعتمد الاتحاد الدولي لعلوم التربة قاعدة البيانات المرجعية العالمية كمعيار دولي. ^{[ 44 ]}

يدرس علماء التربة الزراعية طرقًا لزيادة إنتاجية التربة وضمان استدامة هذا الإنتاج على المدى الطويل. ^{[ 7 ]} يصنفون التربة ويختبرونها لتحديد ما إذا كانت تحتوي على العناصر الغذائية الأساسية لنمو النبات. تشمل هذه العناصر الغذائية مركبات النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم . إذا كانت تربة معينة تفتقر إلى هذه العناصر، يمكن استخدام الأسمدة لتوفيرها. يدرس علماء التربة الزراعية حركة العناصر الغذائية عبر التربة، وكمية العناصر الغذائية التي تمتصها جذور النباتات . ^{[ 45 ]} كما يدرسون نمو الجذور وعلاقتها بالتربة. ^{[ 46 ]} يحاول بعض علماء التربة الزراعية فهم بنية التربة ووظيفتها وعلاقتها بخصوبتها. ^{[ 47 ]} يفهمون بنية التربة على أنها مادة صلبة مسامية. ^{[ 48 ]} تتكون البنية الصلبة للتربة ( مصفوفة التربة ) من معادن مشتقة من الصخور ^{[ 49 ]} ومواد عضوية ناتجة عن أجسام وأعضاء وفضلات الكائنات الحية الدقيقة المختلفة في التربة. ^{[ 50 ]} تُعد مسامية التربة ضرورية لإنتاجيتها. تُعدّ المسامات الصغيرة ( المسامات الدقيقة ) بمثابة خزانات مائية تُزوّد ​​النباتات والكائنات الحية الأخرى في التربة بالماء خلال فترات الجفاف. ^{[ 51 ] [ 52 ]} ولا يُعدّ الماء الموجود في هذه المسامات ماءً نقيًا، بل يُطلق عليه محلول التربة. ويحتوي محلول التربة على عناصر غذائية نباتية متنوعة مُستمدة من المعادن والمواد العضوية الموجودة في التربة. ^{[ 53 ]} ويُقاس ذلك من خلال سعة التبادل الكاتيوني . أما المسامات الكبيرة ( المسامات الماكروية ) فتُعدّ بمثابة أنابيب لتصريف المياه الزائدة من التربة أثناء هطول الأمطار الغزيرة . ^{[ 54 ]} كما تُعدّ بمثابة خزانات هوائية تُزوّد ​​جذور النباتات والكائنات الحية الأخرى في التربة بالأكسجين. ^{[ 55 ]}

بالإضافة إلى ذلك، يعمل علماء التربة الزراعية على تطوير أساليب للحفاظ على إنتاجية التربة الزراعية والحد من آثار التعرية بفعل الرياح والمياه. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام تقنية تُسمى الحراثة الكنتورية لمنع تعرية التربة والحفاظ على المياه من خلال تجنب الجريان السطحي . ^{[ 56 ]} كما يسعى الباحثون في علوم التربة الزراعية إلى إيجاد طرق لاستخدام التربة بشكل أكثر فعالية في مواجهة التحديات المرتبطة بها. وتشمل هذه التحديات إعادة الاستخدام المفيد للمخلفات البشرية والحيوانية في المحاصيل الزراعية، ^{[ 57 ]} وجوانب إدارة التربة الزراعية المتعلقة بمنع تلوث المياه، ^{[ 58 ]} وتراكم المبيدات الكيميائية في التربة الزراعية . ^{[ 59 ]} ويمكن استخدام ممارسات الزراعة المتجددة لمعالجة هذه التحديات وإعادة بناء صحة التربة . ^{[ 60 ]}

معظم علماء التربة الزراعية هم مستشارون أو باحثون أو مدرسون . يعمل الكثير منهم في الدول المتقدمة كمستشارين زراعيين، أو في محطات التجارب الزراعية ، أو في وكالات حكومية اتحادية أو ولائية أو محلية ، أو في شركات صناعية ، أو في جامعات . في الولايات المتحدة الأمريكية، قد يتلقون تدريبهم من خلال مكاتب خدمة الإرشاد التعاوني التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية ، بينما قد تستعين دول أخرى بالجامعات أو معاهد البحوث أو وكالات البحوث. وفي أماكن أخرى، قد يعمل علماء التربة الزراعية في منظمات دولية مثل الوكالة الدولية للتنمية ومنظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة. ^{[ 61 ]}

يتمثل الهدف الرئيسي لعلم التربة في إيجاد سبل لتلبية الاحتياجات البشرية المتزايدة من الغذاء والألياف مع الحفاظ على استقرار البيئة وصون الموارد للأجيال القادمة.

لدى الكثيرين فكرة مبهمة مفادها أن علم التربة مجرد فرع من فروع علم الزراعة ، ويقتصر على الإدارة العملية للتربة في المحاصيل الحقلية. وسواء رغبنا في ذلك أم لا، فهذه هي الصورة التي يحملها الكثيرون عنا.

• العلوم الزراعية
• الجيولوجيا الزراعية
• علم الزراعة
• السماد العضوي
• تربة الزراعة
• علم الأحياء في التربة
• محسن التربة
• علم التربة
• الزراعة المتجددة

• جمعية علوم التربة الأمريكية (SSSA)
• الجمعية البريطانية لعلوم التربة