المعادن الزراعية

المعادن الزراعية (المعروفة أيضًا باسم سماد الحجر أو سماد البترول ) هي معادن ذات أهمية بالغة للقطاعين الزراعي والبستاني ، إذ تُوفر العناصر الغذائية الأساسية للنباتات . ^{[ 1 ]} توجد بعض المعادن الزراعية بشكل طبيعي، بينما يُمكن معالجتها لاستخدامها كأسمدة بديلة أو كمُحسّنات للتربة . ^{[ 1 ]} ظهر مصطلح "المعادن الزراعية" في القرن التاسع عشر، وهو الآن من أبرز مواضيع البحث في مجال الزراعة المستدامة . تُستخدم هذه المواد الجيولوجية لتجديد العناصر الغذائية وتحسين التربة. بدأت استخدامات المعادن الزراعية محدودة، وغالبًا ما كانت تقتصر على هواة البستنة، لكنها تتوسع الآن لتشمل عمليات زراعية تجارية تمتد على مئات الأفدنة. في هذا التحول، ازداد التركيز على العناصر الغذائية الأساسية للتربة، وخاصة العناصر الغذائية الثلاثة الرئيسية للنباتات: النيتروجين (N)، والفوسفور (P)، والبوتاسيوم (K). ^{[ 2 ]} يُستخرج اثنان من هذه العناصر الثلاثة فقط من مادة جيولوجية تُسمى البوتاس. ^{[ 2 ]} يجري البحث عن مصادر بديلة، نظراً لمحدودية إمدادات البوتاس وتكلفته. ^{[ 3 ]}

تبدأ عملية استخدام المعادن الزراعية بسحق الصخور إلى مسحوق، ثم استخدام هذا المسحوق لتجديد مغذيات التربة. ^{[ 3 ]} تُسمى عملية تجديد مستويات المعادن في التربة بإعادة تمعدن التربة . أثناء دراسة طرق بديلة لتجديد مغذيات التربة، وُجد أن المعادن الزراعية يمكن أن تساعد أيضًا في التخفيف من حدة مشكلات أخرى مثل تغير المناخ ، والحفاظ على المياه ، وإدارة التربة . ^{[ 1 ]}

يُطلق على دراسة المعادن الزراعية اسم الجيولوجيا الزراعية ، ويهتم الجيولوجيون الزراعيون بقضايا مثل استعادة خصوبة التربة في المناطق التي استُنزفت فيها المعادن الزراعية بسبب أساليب الزراعة غير المستدامة. مع الممارسات الزراعية الحالية، يُتوقع أن يحقق النظام إنتاجية عالية للمحاصيل مع جودة تربة منخفضة . ^{[ 1 ]} بمرور الوقت، ومع هذا النوع من الممارسات، استُنزفت العناصر الغذائية في التربة، مما أدى إلى زيادة استخدام الأسمدة الكيميائية. وقد ثبت أن الأسمدة الكيميائية تُسبب جريانًا سطحيًا، ويمكن أن تُلوث المياه الجوفية، كما أنها غير مجدية اقتصاديًا لدول العالم الثالث. ^{[ 1 ]} يُعد خام البوتاس أحد المصادر الرئيسية للأسمدة الكيميائية . ^{[ 2 ]} ومن المخاوف الأخرى المتعلقة بخام البوتاس أن المعروض منه محدود ويتناقص، ومن هنا تأتي الزيادة في الأسعار. ^{[ 1 ]} يُعد البوتاس أحد المصادر الرئيسية للبوتاسيوم والفوسفور، وأحد المعادن الزراعية الأصلية. ^{[ 2 ]} كان إيجاد مصادر بديلة لهذه المعادن الزراعية مفهومًا تم ابتكاره للتركيز على إصلاح التربة ، لزيادة الإنتاجية بطريقة منخفضة التكلفة. ^{[ 1 ]}

في البداية ، استُخدمت المعادن الزراعية للمساعدة في إعادة تهيئة ظروف التربة لزراعة النباتات الدخيلة. كانت هذه ممارسات بسيطة تُنفذ على نطاق ضيق. تشمل هذه الممارسات استخدام البيرلايت لتحسين تهوية التربة، واستخدام الخفاف للتحكم في التبخر، بينما يمكن استخدام الفيرميكوليت والزيوليت لتخزين الرطوبة. ^{[ 1 ]} كان هذا التعديل للتربة بداية مفهوم المعادن الزراعية، وقد تطور لاحقًا للبحث عن مصادر بديلة للحصول على العناصر الغذائية الرئيسية الثلاثة. ^{[ 1 ]} وقد صِيغ مصطلح "إعادة التمعدن" للإشارة إلى استخدام مساحيق الصخور في التربة كمصدر للعناصر الغذائية. ^{[ 3 ]} وقد طُبقت هذه العملية في مشاريع أكبر وحققت نجاحًا كبيرًا في أماكن مثل البرازيل وألمانيا والنرويج وجنوب إفريقيا وسريلانكا وأوغندا. ^{[ 3 ]}

يُعدّ البوتاس المعدن الزراعي الأصلي، وهو المصدر الرئيسي للبوتاسيوم والفوسفور في الأسمدة الكيميائية حاليًا. ^{[ 2 ]} ونظرًا للطلب المرتفع عليه، فإنّ المعروض منه قليل، مما رفع قيمته السوقية. ^{[ 1 ]} ويُعدّ البوتاسيوم العامل المُحدِّد الأكبر، فعلى الرغم من كونه رابع أكثر العناصر وفرةً في قشرة الأرض، إلا أنّه لا يوجد له سوى مصدر رئيسي واحد هو البوتاس. ^{[ 2 ]} ومن الأفكار البديلة الشائعة للاستغناء عن استخدام الأسمدة الكيميائية، نثر مساحيق الصخور في الحقول كمصدر للعناصر الغذائية. ^{[ 1 ]} ويركّز أحد مجالات البحث الرئيسية على دراسة الفلسبارات والفلسباثويدات لتحديد أيّها أكثر كفاءةً في الاستخدام. ^{[ 2 ]} وقد أظهرت إحدى الدراسات أنّ الفلسباثويد النيفيلين يتمتّع بمعدل ذوبان أعلى بكثير ، مما يجعله مصدرًا أكثر كفاءةً للبوتاسيوم من الصخور الأخرى الغنية بالبوتاسيوم، مثل الصخور الجرانيتية . ^{[ 2 ]}

هناك توجه متزايد نحو التخلي عن الأسمدة الكيميائية لارتباطها بتلوث المياه الجوفية. وقد اتجهت الجهود نحو طحن الصخور إلى مسحوق يُضاف إلى التربة كطريقة جديدة لتغذيتها. ^{[ 3 ]} وتستند فكرة مسحوق الصخور إلى أن الصخور تتآكل بفعل عوامل التعرية، وهي التي كانت تُغذي التربة في الأصل؛ فالتربة في جوهرها صخور متآكلة. ^{[ 1 ]} وبناءً على هذا المفهوم، تبيّن أن مصدر الصخور بالغ الأهمية، إذ قد تحتوي على عناصر غير مرغوب فيها، سامة للنباتات وللإنسان عند تناولها. [3] وقد أُجريت أبحاث على صخور مثل البازلت والدايسيت ^{؛ ولكل نوع} منها مزايا وعيوب . ^{[ 3 ]} ويتأثر نجاح مسحوق الصخور بدورة المحصول. فعلى سبيل المثال، كان البازلت فعالاً مع المحاصيل طويلة الدورة، بينما لم يكن بنفس فعالية الأسمدة الكيميائية مع المحاصيل قصيرة الدورة. ^{[ 3 ]} وقد يستغرق ظهور نتائج بعض أنواع مسحوق الصخور ما بين سنة إلى خمس سنوات. ^{[ 3 ]} يعود العامل الأهم في فعالية مساحيق الصخور إلى تركيبها المعدني والكيميائي. ^{[ 1 ]} بمجرد العثور على مصادر صخرية تحتوي على العناصر المناسبة وتضمن الفعالية المطلوبة، يصبح العامل المحدد لمساحيق الصخور هو طريقة طحنها. يتطلب طحن معدن، مثل الأوليفين ، إلى حجم جسيمات فعال في التربة (1 ميكرومتر)، حوالي 1.5 جيجا جول لكل طن من الصخور. ^{[ 3 ]} ستكون هناك حاجة إلى إجراء بحوث لإيجاد طرق أكثر كفاءة لسحق الصخور حتى تصبح مساحيق الصخور حلاً مستداماً لتجديد العناصر الغذائية للنباتات.

تُتيح المعادن الزراعية إضافة العناصر الغذائية إلى التربة بعد استنزافها على مدى سنوات طويلة بفعل المحاصيل. ^{[ 1 ]} يُعاني القطاع الزراعي من ارتفاع معدل فقدان العناصر الغذائية في الطبقات الصالحة للزراعة في التربة مقارنةً بمعدل التجدد الطبيعي. ^{[ 3 ]} تُعنى إعادة التمعدن بعملية أخذ مساحيق الصخور ودمجها في التربة كوسيلة لتجديد العناصر الغذائية في الأرض. ^{[ 1 ]} مع مسحوق الصخور، يمتص النبات فقط ما يحتاجه، وتبقى أي معادن غير مستخدمة متبلورة حتى يتم استخدامها. ^{[ 3 ]} بينما تستخدم الأسمدة الكيميائية أملاحًا قابلة للذوبان لتوصيل العناصر الغذائية إلى النبات، فإن ما لا يتم امتصاصه يتسرب إلى أقرب مصدر للمياه الجوفية. ^{[ 1 ]}

أصبحت الصخور منتجًا ثانويًا رخيصًا في العديد من الصناعات، مما يُتيح إمكانية الحصول على كميات هائلة من الصخور الصالحة للاستخدام بأسعار زهيدة. ^{[ 3 ]} يُمكن لإعادة تمعدن التربة باستخدام مسحوق الصخور أن تُوفر ما يصل إلى خمس سنوات من العناصر الغذائية. ^{[ 3 ]} عند استخدامه مع الأسمدة العضوية، أثبت مسحوق الصخور فعاليته المُماثلة للأسمدة الكيميائية بتكلفة أقل بكثير. ^{[ 3 ]} بل وقد أظهر زيادة في إنتاجية المحاصيل طويلة الأجل. ^{[ 3 ]} عند استخدام مسحوق الصخور، بدت النباتات أكثر صحة، ووُجد أن المسحوق يُساعد في الحفاظ على رطوبة التربة. ^{[ 3 ]} تعتمد فعالية عملية إعادة التمعدن على التركيب المعدني والكيميائي لمسحوق الصخور، بالإضافة إلى خصائص التربة. ^{[ 1 ]}

يكمن التحدي في دراسة مساحيق الصخور في فهم معدلات ذوبانها. ^{[ 2 ]} وتعتمد هذه المعدلات على عوامل مثل المادة العضوية، ومستويات الرقم الهيدروجيني، وترسيب الطين الثانوي. ^{[ 3 ]} يُعد هذا مجالًا بحثيًا هامًا نظرًا لعدم فهم حركية ذوبانها فهمًا كاملًا. ^{[ 1 ]} يتمثل أحد التحديات الرئيسية في محاكاة الظروف الميدانية في المختبر، حيث تكون معدلات الذوبان في المختبر أعلى في كثير من الأحيان بمقدار 2-5 أضعاف من مثيلاتها في الميدان. ^{[ 1 ]} من المهم فهم التركيب المعدني والمكونات الكيميائية للصخور فهمًا كاملًا. كان يُعتقد أن الصخور البركانية مصدر جيد لمساحيق الصخور، ولكن تبيّن أنها تحتوي أيضًا على عناصر سامة. ^{[ 3 ]} أُجريت أبحاث على صخور الفوسفات، ولكنها تعاني أيضًا من مشكلة احتوائها على عناصر ثقيلة ومشعة. ^{[ 1 ]}

يُمكن أن يُساهم استخدام مسحوق الصخور في إعادة تمعدن التربة في التخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري . ^{[ 1 ]} فعندما تمتص التربة العناصر الغذائية من أنواع معينة من المساحيق، تنطلق الكاتيونات التي تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين معادن الكربونات ، والتي بدورها تُشكل بالوعة للكربون في دورة الكربون . ^{[ 1 ]} وقد أدى هذا الاكتشاف إلى زيادة الاهتمام بدراسة إعادة تمعدن التربة باستخدام مساحيق الصخور، نظرًا لإمكانية تحقيق الاستدامة من خلاله، سواءً من الناحية الزراعية أو من ناحية تغير المناخ العالمي. ^{[ 1 ]}

• الكيمياء الحيوية الجيولوجية
• المعادن الغذائية
• علم التربية
• عنصر غذائي أساسي
• قائمة المعادن
• المغذيات الدقيقة
• كيمياء التربة
• الزراعة المستدامة