التنوع البيولوجي للتربة

حموضة التربة (أو قلوية التربة) هي تركيز أيونات الهيدروجين (H ⁺ ) في التربة. تُقاس حموضة التربة على مقياس الرقم الهيدروجيني (pH )، وهي حالة غير مرئية تؤثر بشكل مباشر على خصوبة التربة وسميتها من خلال تحديد العناصر المتاحة لامتصاص النباتات. وتنتج زيادة حموضة التربة عن إزالة المنتجات الزراعية من الحقول، وتسرب النيتروجين على شكل نترات إلى ما دون منطقة الجذور، والاستخدام غير المناسب للأسمدة النيتروجينية ، وتراكم المواد العضوية . ^{[ 5 ]} تتميز العديد من ترب ولاية فيكتوريا الأسترالية بحموضة طبيعية؛ ومع ذلك، تعاني حوالي 30,000 كيلومتر مربع، أي ما يعادل 23% من التربة الزراعية في فيكتوريا، من انخفاض الإنتاجية بسبب زيادة الحموضة. ^{[ 5 ]} وقد لوحظ أن حموضة التربة تُلحق الضرر بجذور النباتات. ^{[ 6 ]} فالنباتات التي تعيش في تربة ذات حموضة عالية تكون جذورها أصغر حجمًا وأقل متانة. ^{[ 6 ]} وقد أظهرت بعض الأدلة أن الحموضة تُلحق الضرر بأطراف الجذور، مما يُعيق نموها. ^{[ 6 ]} كما لوحظ انخفاض ملحوظ في طول النباتات عند زراعتها في التربة الحمضية، كما هو الحال في أصناف القمح الأمريكية والروسية. ^{[ 7 ]} إن عدد البذور القادرة على الإنبات في التربة الحمضية أقل بكثير من عدد البذور التي تنبت في التربة ذات الرقم الهيدروجيني المتعادل. ^{[ 7 ]} هذه القيود على نمو النباتات قد يكون لها تأثير سلبي بالغ على صحتها ، مما يؤدي إلى انخفاض في أعدادها الإجمالية.

تحدث هذه التأثيرات بغض النظر عن المنطقة الأحيائية . فحصت دراسة في هولندا العلاقة بين درجة حموضة التربة والتنوع البيولوجي فيها، لا سيما في التربة ذات درجة حموضة أقل من 5. ^{[ 8 ]} وقد كشفت الدراسة عن وجود علاقة قوية، حيث كلما انخفضت درجة الحموضة انخفض التنوع البيولوجي. ^{[ 8 ]} وكانت النتائج متطابقة في كل من المراعي والأراضي العشبية. ^{[ 8 ]} ومما يثير القلق بشكل خاص الأدلة التي تُظهر أن هذا التحمض مرتبط ارتباطًا مباشرًا بانخفاض أعداد الأنواع النباتية المهددة بالانقراض ، وهو اتجاه معروف منذ عام 1950. ^{[ 8 ]}

يؤدي تحمض التربة إلى انخفاض التنوع البيولوجي فيها، إذ يقلل من أعداد معظم الكائنات الحية الكبيرة، بما في ذلك، على سبيل المثال، أعداد ديدان الأرض (التي تُعدّ مهمة في الحفاظ على جودة بنية الطبقة السطحية للتربة لنمو النباتات). كما يؤثر ذلك على بقاء بكتيريا الريزوبيوم واستمرارها. وقد يقلّ التحلل وتثبيت النيتروجين ، مما يؤثر على بقاء النباتات المحلية . وقد يتراجع التنوع البيولوجي أكثر مع تكاثر بعض الأعشاب الضارة تحت غطاء النباتات المحلية المتدهور. ^{[ 5 ] [ 9 ]}

في التربة شديدة الحموضة، قد تؤدي السمية المصاحبة لها إلى انخفاض الغطاء النباتي ، مما يجعل التربة عرضة للتآكل بفعل الماء والرياح. ^{[ 10 ]} أما التربة ذات الرقم الهيدروجيني المنخفض للغاية فقد تعاني من تدهور بنيوي نتيجة انخفاض الكائنات الحية الدقيقة والمواد العضوية؛ وهذا يجعلها عرضة للتآكل في ظل هطول الأمطار الغزيرة والجفاف والاضطرابات الزراعية . ^{[ 5 ]}

أظهرت بعض النباتات من نفس النوع مقاومة لحموضة التربة التي تنمو فيها. ^{[ 6 ]} ويُعدّ التكاثر الانتقائي للنباتات الأقوى وسيلةً لحماية الإنسان من زيادة حموضة التربة. ^{[ 6 ]}

وقد لوحظ نجاح إضافي في مكافحة حموضة التربة في محاصيل فول الصويا والذرة التي تعاني من سمية الألومنيوم . ^{[ 11 ]} استُعيدت العناصر الغذائية في التربة وانخفضت حموضتها عند إضافة الجير إليها. ^{[ 11 ]} كما تحسنت صحة النباتات وزادت الكتلة الحيوية للجذور استجابةً للمعالجة. ^{[ 11 ]} يُعد هذا حلاً محتملاً لأنواع أخرى من النباتات التي تنمو في التربة الحمضية. ^{[ 11 ]}

بنية التربة هي ترتيب الجزيئات والمسام المرتبطة بها في التربة، والتي يتراوح حجمها من النانومترات إلى السنتيمترات. ويمكن إثبات التأثيرات البيولوجية في تكوين واستقرار تجمعات التربة. ومع ذلك، من الضروري التمييز بوضوح بين القوى أو العوامل التي تُنشئ تجمعات الجزيئات وتلك التي تُثبّت هذه التجمعات أو تُفكّكها. ^{[ 12 ]} تتميز التربة الجيدة بالخصائص التالية: قوة التربة المثلى واستقرار تجمعاتها، مما يوفر مقاومة للتدهور البنيوي (مثل التكوّن السطحي/التقشر، والتفتت ، والتآكل)؛ والكثافة الظاهرية المثلى، التي تُساعد على نمو الجذور وتُساهم في خصائص التربة الفيزيائية الأخرى، مثل حركة الماء والهواء داخلها؛ والقدرة المثلى على الاحتفاظ بالماء ومعدل تسرب الماء. ^{[ 13 ]}

تُعدّ التربة المتطورة والصحية أنظمة معقدة، حيث لا تقل أهمية البنية الفيزيائية للتربة عن محتواها الكيميائي. وتسمح مسام التربة - التي تبلغ أقصى اتساع لها في التربة جيدة البنية - بتغلغل الأكسجين والرطوبة إلى أعماق التربة، كما تسمح لجذور النباتات بالوصول إليها للحصول على الرطوبة والمغذيات. ^{[ 14 ]}

تُسهم الأنشطة البيولوجية في الحفاظ على بنية التربة المفتوحة نسبيًا، فضلًا عن تسهيل التحلل ونقل وتحويل العناصر الغذائية في التربة. وقد ثبت أن تغيير بنية التربة يؤدي إلى انخفاض قدرة النباتات على امتصاص المواد الضرورية. ومن المسلّم به الآن أن الإفرازات الميكروبية تُهيمن على تجميع جزيئات التربة وحماية الكربون من المزيد من التحلل. ^{[ 15 ]} وقد أشير إلى أن الكائنات الدقيقة داخل التربة "تُهيئ" بيئةً مثاليةً وتوفر بنيةً أكثر صلابةً للتربة، مما يؤدي إلى أنظمة تربة أكثر إنتاجية. ^{[ 16 ]}

أدت الممارسات الزراعية التقليدية عمومًا إلى تدهور بنية التربة. ^{[ 17 ]} فعلى سبيل المثال، تتسبب الزراعة في الخلط الميكانيكي للتربة، وضغطها، وتفتيت تجمعاتها، وملء مساماتها، مما يعرض المادة العضوية لمعدل أكبر من التحلل والأكسدة. ^{[ 4 ]} تُعد بنية التربة أساسية لصحة التربة وخصوبتها؛ ويؤثر تدهورها بشكل مباشر على التربة والسلسلة الغذائية السطحية ، وبالتالي على التنوع البيولوجي. وتؤدي زراعة المحاصيل المستمرة في نهاية المطاف إلى تغييرات كبيرة في التربة، مثل حالتها الغذائية، وتوازن درجة الحموضة، ومحتواها من المادة العضوية، وخصائصها الفيزيائية. ^{[ 18 ]} وبينما قد تكون بعض هذه التغييرات مفيدة لإنتاج الغذاء والمحاصيل، إلا أنها قد تكون ضارة أيضًا بالأنظمة الحيوية الأخرى. فعلى سبيل المثال، أظهرت الدراسات أن للحرث آثارًا سلبية على المادة العضوية في التربة ، وهي المكون العضوي للتربة الذي يتكون من تحلل النباتات والحيوانات، والمواد التي تُنتجها الكائنات الحية الدقيقة في التربة . وتلعب المادة العضوية في التربة دورًا أساسيًا في الحفاظ على بنيتها. مع ذلك، أدى حرث المحاصيل المستمر إلى تحول المادة العضوية في التربة وإعادة توزيعها، مما تسبب في تدهور بنية التربة وتغيير تجمعات الكائنات الحية الدقيقة فيها (مثل ديدان الأرض). ^{[ 19 ]} ومع ذلك، في أجزاء كثيرة من العالم، يؤدي التركيز على زيادة إنتاج الغذاء بأي ثمن بسبب الفقر المستشري وانعدام الأمن الغذائي إلى تجاهل العواقب البيئية طويلة الأجل، على الرغم من الأبحاث والاعتراف بها من قبل الأوساط الأكاديمية. ^{[ 18 ]} وقد وجد كل من ماكدانيال وآخرون (2014) ولوري وآخرون (2017) أن تناوب المحاصيل ، وتنويع المحاصيل ، وزراعة البقوليات بين المحاصيل ، والمدخلات العضوية ترتبط بزيادة تنوع التربة. ^{[ 20 ]}

تشير ملوحة التربة إلى نسبة الصوديوم فيها مقارنةً بمحتوى الكاتيونات الأخرى ، مثل الكالسيوم . عند ارتفاع مستويات الصوديوم، تعمل أيونات الصوديوم على تفتيت صفائح الطين ، مما يُسبب انتفاخها وتشتتها في التربة. ^{[ 21 ]} وينتج عن ذلك انخفاض في استدامة التربة. وإذا تكرر هذا التركيز، تصبح التربة أشبه بالأسمنت ، ذات بنية ضعيفة أو معدومة.

يؤدي التعرض المطول لمستويات عالية من الصوديوم إلى انخفاض كمية المياه المحتفظ بها والقادرة على التدفق عبر التربة، وانخفاض معدلات التحلل (مما يجعل التربة غير خصبة ويمنع أي نمو مستقبلي). وتبرز هذه المشكلة في أستراليا، حيث يتأثر ثلث الأراضي بمستويات عالية من الملوحة. ^{[ 22 ]} وهي ظاهرة طبيعية، لكن الممارسات الزراعية مثل الرعي الجائر والزراعة المفرطة ساهمت في تفاقمها. خيارات إدارة التربة الصودية محدودة؛ إذ يجب اختيار نباتات تتحمل الصودية أو تغيير التربة. ويُعدّ الخيار الأخير أكثر صعوبة. في حال تغيير التربة، يجب إضافة الكالسيوم لتعويض فائض الصوديوم القابل للتبادل الذي يُسبب التفكك الذي يعيق تدفق الماء. ^{[ 23 ]}

ملوحة التربة هي تركيز الأملاح داخل قطاع التربة أو على سطحها. يؤثر فرط الملوحة بشكل مباشر على تكوين النباتات والحيوانات نتيجة لاختلاف قدرتها على تحمل الملوحة، بالإضافة إلى إحداث تغيرات فيزيائية وكيميائية متنوعة في التربة، بما في ذلك التدهور البنيوي، وفي الحالات القصوى، التعرية، والتعرض لتآكل التربة، وتسرب الأملاح إلى المجاري المائية. ^{[ 24 ]} عند انخفاض ملوحة التربة، يزداد النشاط الميكروبي، مما يؤدي إلى زيادة تنفس التربة ، وبالتالي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون فيها، مما يخلق بيئة صحية أكثر للنباتات. ^{[ 25 ]} مع ارتفاع ملوحة التربة، يزداد الضغط على الميكروبات نتيجة لانخفاض كمية المياه المتاحة لها، مما يؤدي إلى انخفاض تنفسها. ^{[ 25 ]} لملوحة التربة آثار محلية وإقليمية على التنوع البيولوجي، تتراوح، على سبيل المثال، من تغيرات في تكوين النباتات وبقائها في موقع تصريف محلي إلى تغيرات إقليمية في جودة المياه والحياة المائية .

على الرغم من أن التربة شديدة الملوحة غير مُفضلة لزراعة المحاصيل، إلا أن العديد من المحاصيل يمكنها النمو في تربة أكثر ملوحة من غيرها. ^{[ 26 ]} وهذا أمر بالغ الأهمية في البلدان التي تعاني من ندرة الموارد، مثل المياه العذبة، والتي تُعد ضرورية للشرب. ويمكن استخدام المياه المالحة في الزراعة. ^{[ 26 ]} قد تتفاوت ملوحة التربة بين قيمتين متطرفتين في مساحة صغيرة نسبيًا؛ ^{[ 27 ]} مما يسمح للنباتات بالبحث عن مناطق أقل ملوحة. ويصعب تحديد النباتات التي يمكنها النمو في التربة عالية الملوحة لأن ملوحة التربة غير متجانسة، حتى في المساحات الصغيرة. ^{[ 27 ]} ومع ذلك، تمتص النباتات العناصر الغذائية من المناطق الأقل ملوحة. ^{[ 27 ]}

يُعرَّف تآكل التربة بأنه إزالة الطبقات العليا من التربة بفعل الماء أو الرياح أو الجليد. يحدث تآكل التربة بشكل طبيعي، لكن الأنشطة البشرية قد تزيد من حدته بشكل كبير. ^{[ 28 ]} التربة السليمة خصبة ومنتجة. ^{[ 29 ]} إلا أن تآكل التربة يؤدي إلى فقدان الطبقة السطحية والمواد العضوية والمغذيات؛ كما أنه يُضعف بنية التربة ويقلل من قدرتها على تخزين الماء، مما يُقلل من خصوبتها وتوافر الماء لجذور النباتات. ولذلك، يُعد تآكل التربة تهديدًا كبيرًا للتنوع البيولوجي للتربة. ^{[ 30 ]}

يمكن الحد من آثار تآكل التربة باستخدام تقنيات متنوعة لحفظ التربة . تشمل هذه التقنيات تغييرات في الممارسات الزراعية (مثل التحول إلى محاصيل أقل عرضة للتآكل )، وزراعة أشجار البقوليات المثبتة للنيتروجين ، أو الأشجار المعروفة بقدرتها على تجديد المادة العضوية . ^{[ 29 ] [ 31 ]} كما يمكن استخدام حصائر الجوت وشبكات الجوت الجيوتكستيلية لتحويل مياه الجريان السطحي وتخزينها والتحكم في حركة التربة. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

قد تؤدي الجهود المبذولة في مجال صيانة التربة بشكل خاطئ إلى اختلال توازن المركبات الكيميائية في التربة. ^{[ 31 ] [ 34 ]} على سبيل المثال، أدت محاولات التشجير في هضبة اللوس الشمالية في الصين إلى استنزاف المغذيات من المواد العضوية مثل الكربون والنيتروجين والفوسفور . ^{[ 34 ]}

يُعدّ البوتاسيوم (K) عنصرًا غذائيًا أساسيًا لنمو النبات ^{[ 35 ]} ، ويُمثّل كلوريد البوتاسيوم (KCl) المصدر الأكثر شيوعًا للبوتاسيوم في الزراعة. ^{[ 36 ]} يؤدي استخدام كلوريد البوتاسيوم إلى ارتفاع تركيز الكلوريد (Cl⁻) في التربة، مما يُسبب زيادة في ملوحة التربة، ويؤثر سلبًا على نمو النباتات والكائنات الحية الدقيقة فيها. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

للكلوريد تأثير مبيد حيوي على النظام البيئي للتربة، مما يُسبب آثارًا سلبية على نمو الكائنات الحية وموتها وتكاثرها، ^{[ 38 ] [ 40 ]} الأمر الذي يُهدد بدوره التنوع البيولوجي للتربة. ويمكن أن يؤدي فرط توافر الكلوريد في التربة إلى اضطرابات فسيولوجية في النباتات والكائنات الدقيقة عن طريق خفض الجهد الأسموزي للخلايا وتحفيز إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية. ^{[ 39 ]} إضافةً إلى ذلك، يؤثر هذا الأيون سلبًا على الكائنات الدقيقة المُنتجة للنترجة، مما يؤثر بالتالي على توافر العناصر الغذائية في التربة. ^{[ 38 ]}