تعقيم التربة بالطاقة الشمسية

التعقيم الشمسي للتربة طريقة غير كيميائية وصديقة للبيئة لمكافحة الآفات ، تستخدم الطاقة الشمسية لرفع درجة حرارة التربة إلى مستويات تقضي على العديد من مسببات الأمراض النباتية التي تنتقل عبر التربة أو تُضعفها بشكل كبير. ^{[ 1 ]} يُستخدم التعقيم الشمسي للتربة في المناخات الدافئة على نطاق صغير نسبيًا في الحدائق والمزارع العضوية . ^{[ 2 ]} يُضعف التعقيم الشمسي للتربة ويقضي على الفطريات والبكتيريا والديدان الخيطية والحشرات والعث الضارة ، بالإضافة إلى الأعشاب الضارة في التربة ^{[ 3 ]} عن طريق التغطية بالنشارة وتغطية التربة بغطاء، عادةً ما يكون من البولي إيثيلين الشفاف ، لحبس الطاقة الشمسية . ^{[ 4 ]} تُحدث هذه الطاقة تغييرات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية في مجتمع التربة. ^{[ 5 ]} يعتمد التعقيم الشمسي للتربة على الوقت ودرجة الحرارة ورطوبة التربة. ^{[ 1 ]} ويمكن وصفه أيضًا بأنه طريقة لتطهير التربة أو إنشاء تربة مقاومة للأمراض باستخدام ضوء الشمس. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

التعقيم الشمسي للتربة هو عملية حرارية مائية لتطهير التربة من الآفات، تتم باستخدام الطاقة الشمسية (يُشار إليها في المنشورات المبكرة باسم التسخين الشمسي للتربة)، وهي طريقة حديثة نسبيًا لتطهير التربة، وقد وصفها كاتان لأول مرة بتفصيل علمي شامل عام 1976. ^{[ 8 ]} آلية عمل التعقيم الشمسي للتربة معقدة، وتتضمن استخدام الحرارة كعامل قاتل لآفات التربة من خلال استخدام أغطية بلاستيكية شفافة من البولي إيثيلين. ^{[ 9 ]} لزيادة فعالية التسخين الشمسي، يلزم توفير درجات حرارة موسمية مثالية، وتغطية التربة بالنشارة خلال فترات ارتفاع درجات الحرارة والإشعاع الشمسي ، والحفاظ على رطوبة التربة. ^{[ 10 ]} تنخفض درجة حرارة التربة مع ازدياد عمقها، لذا من الضروري الاستمرار في عملية التغطية بالنشارة للسيطرة على مسببات الأمراض.

تتطلب ممارسات تعقيم التربة بالطاقة الشمسية أن تصل درجة حرارة التربة إلى 35-60 درجة مئوية (95 إلى 140 درجة فهرنهايت)، مما يقضي على مسببات الأمراض في الطبقة السطحية من التربة (30 سنتيمترًا). ^{[ 11 ]} لا يُعقّم التعقيم الشمسي التربة تمامًا، بل يُحسّنها لتعزيز نمو الكائنات الحية الدقيقة المفيدة . ^{[ 1 ]} يُنشئ التعقيم الشمسي مجتمعًا ميكروبيًا مفيدًا من خلال القضاء على ما يصل إلى 90% من مسببات الأمراض. ^{[ 11 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، أفادت دراسة أنه بعد ثمانية أيام من التعقيم الشمسي، تم القضاء على 100% من فطر Verticillium dahliae (وهو فطر يُسبب ذبول المحاصيل الزراعية وموتها) على عمق 25 سنتيمترًا. ^{[ 9 ]} يُسبب التعقيم الشمسي انخفاضًا في أعداد الميكروبات المفيدة، إلا أن البكتيريا المفيدة مثل أنواع بكتيريا Bacillus قادرة على البقاء والنمو في درجات الحرارة العالية في التربة المُعالَجة شمسيًا. ^{[ 11 ]} أشارت دراسات أخرى أيضًا إلى زيادة في فطر التريكوديرما هارزيانوم ، وهو فطر يُستخدم أيضًا كمبيد فطري بيولوجي ، ^{[ 12 ]} بعد التعقيم الشمسي. ^{[ 11 ]} يسمح التعقيم الشمسي للتربة بإعادة استعمار الميكروبات المفيدة المنافسة من خلال تهيئة بيئة ملائمة. ^{[ 3 ]} يزداد عدد الميكروبات المفيدة بمرور الوقت، مما يجعل التربة المُعالَجة شمسيًا أكثر مقاومة لمسببات الأمراض. ^{[ 11 ]}

لا يقتصر نجاح التعقيم الشمسي للتربة على تقليل مسببات الأمراض فيها فحسب، بل يشمل أيضًا زيادة الميكروبات المفيدة مثل بكتيريا العصوية (Bacillus ) والزائفة (Pseudomonas) والخميرة الصفراء (Talaromyces flavus) . ^{[ 1 ]} وقد ثبت أن التعقيم الشمسي للتربة يثبط مسببات الأمراض المنقولة بالتربة ويحفز نمو النبات ، لا سيما بعد إضافة المواد العضوية. ^{[ 13 ] [ 14 ]} كما أن التربة المثبطة للبكتيريا تعزز نمو بكتيريا الجذور ، وقد ثبت أنها تزيد الوزن الجاف الكلي لبنجر السكر بمقدار 3.5 أضعاف. ^{[ 15 ]} وأظهرت الدراسة أيضًا أن بكتيريا الجذور المحفزة لنمو النبات على بنجر السكر المعالج بالتعقيم الشمسي للتربة زادت كثافة الجذور بمقدار 4.7 أضعاف. ^{[ 15 ]} يُعد التعقيم الشمسي للتربة ممارسة زراعية مهمة لكبح مسببات الأمراض في التربة بطريقة صديقة للبيئة ، وتفوق فعاليته حتى فعالية التبخير . ^{[ 16 ]}

استخدمت دراسة أجريت عام 2008 خلية شمسية لتوليد مجال كهربائي لمعالجة التربة الملوثة بالكادميوم باستخدام الطاقة الكهروكيميائية . وقد استطاعت الخلية الشمسية تحفيز الهجرة الكهربائية للكادميوم في التربة الملوثة، وكانت كفاءة الإزالة التي حققتها الخلية الشمسية مماثلة لتلك التي تحققها مصادر الطاقة التقليدية . ^{[ 17 ]}

في كوريا ، جرى تقييم طرق معالجة مختلفة لمخلفات التربة والمياه الجوفية الملوثة بالبنزين في موقع محطة وقود ملوثة، بما في ذلك نظام مفاعل يعمل بالطاقة الشمسية ومحفز ضوئيًا ، بالإضافة إلى عمليات أكسدة متقدمة متنوعة. وقد حققت الطريقة الأكثر فعالية _، والتي جمعت بين استخدام ضوء الشمس مع مخلفات _ثاني أكسيد التيتانيوم ونظام بيروكسيد _{الهيدروجين} ، نسبة تحلل للبنزين بلغت 98%، وهي زيادة كبيرة في إزالة البنزين. ^{[ 18 ]}

يُعدّ تعقيم التربة بالطاقة الشمسية الطريقة الثالثة لتطهيرها من الآفات . أما الطريقتان الرئيسيتان الأخريان، وهما تبخير التربة وتعقيمها بالتبخير ، فقد طُوّرتا في أواخر القرن التاسع عشر. ^{[ 19 ] [ 20 ]} في عام 1939، استخدم غروشيفوي مصطلح "الطاقة الشمسية لتطهير الرمال"، ونجح في مكافحة فطر Thielaviopsis basicola عن طريق تسخين الرمال بتعريضها لأشعة الشمس المباشرة في القوقاز . ^{[ 21 ]} استندت فكرة التعقيم بالطاقة الشمسية إلى ملاحظات المرشدين الزراعيين والمزارعين في وادي الأردن الحار ، الذين لاحظوا التسخين الشديد للتربة المغطاة بالبولي إيثيلين. وقد أشارت أولى الدراسات المنشورة إلى دور آليات المكافحة البيولوجية في مكافحة مسببات الأمراض وآثارها المحتملة، مع ملاحظة التأثير طويل الأمد للمعالجة. ^{[ 8 ]} في عام 1977، أفاد علماء أمريكيون من جامعة كاليفورنيا في ديفيس عن نجاحهم في مكافحة فطر Verticillium في حقل قطن ، استنادًا إلى دراسات بدأت عام 1976، مما دلّ، ولأول مرة، على إمكانية تطبيق هذه الطريقة على نطاق واسع. ^{[ 22 ]} إن استخدام التعقيم الشمسي في البساتين القائمة (مثل مكافحة مرض الذبول الفيرتيسيلي في مزارع الفستق ) هو انحراف مهم عن طريقة ما قبل الزراعة القياسية، وقد تم الإبلاغ عنه في وقت مبكر من عام 1979. ^{[ 23 ]}

يختلف استخدام البولي إيثيلين في تعقيم التربة بالطاقة الشمسية من حيث المبدأ عن استخدامه الزراعي التقليدي. ففي التعقيم الشمسي، تُغطى التربة بالنشارة خلال الأشهر الأكثر حرارة (بدلاً من الأشهر الأبرد، كما هو الحال في الزراعة البلاستيكية التقليدية التي تهدف إلى حماية المحصول) وذلك لزيادة درجات الحرارة القصوى في محاولة للوصول إلى مستويات حرارة قاتلة. ^{[ 24 ]}

في السنوات العشر الأولى التي تلت نشر الدراسة المؤثرة عام 1976، دُرست عملية تعقيم التربة بالطاقة الشمسية في 24 دولة على الأقل ^{[ 25 ]} ، وبعد 30 عامًا من تطبيقها، امتدت لتشمل أكثر من 60 دولة، معظمها في المناطق الحارة، مع وجود بعض الاستثناءات الهامة. ^{[ 26 ]} وقد أثبتت الدراسات فعالية التعقيم بالطاقة الشمسية مع محاصيل متنوعة، بما في ذلك الخضراوات ^{[ 27 ]} والمحاصيل الحقلية ^{[ 28 ]} ونباتات الزينة ^{[ 29 ]} وأشجار الفاكهة ^{[ 30 ]} ، في مكافحة العديد من مسببات الأمراض والأعشاب الضارة وآفات المفصليات والديدان الخيطية. ^{[ 31 ]} ومع ذلك، تم رصد بعض مسببات الأمراض والأعشاب الضارة التي لم تتم السيطرة عليها أو تمت السيطرة عليها بشكل غير كامل بواسطة التعقيم بالطاقة الشمسية. ^{[ 32 ] [ 33 ]} كما لوحظت بعض المخاوف البيئية، لا سيما بسبب المصير غير المنضبط للأغطية البلاستيكية، في حين أثبتت المواد القابلة للتحلل الحيوي أنها أقل فعالية في مكافحة الأعشاب الضارة ، بالإضافة إلى الانخفاض الملحوظ (الملازم لهذه الطريقة) في التنوع الميكروبي. ^{[ 34 ]}

تم تطوير نماذج محاكاة حاسوبية لتوجيه الباحثين والمزارعين لتحديد ما إذا كانت الظروف البيئية في مناطقهم مناسبة للتعقيم الشمسي. ^{[ 35 ] [ 36 ]}

كما أجريت دراسات لتحسين عملية التعقيم الشمسي من خلال دمجها مع طرق أخرى، ^{[ 37 ] [ 38 ]} ومن خلال التعقيم الشمسي في البيوت الزجاجية المغلقة، ^{[ 39 ]} ومن خلال تطوير آلات التغطية. ^{[ 40 ]}

• كاتان، يعقوب؛ ديفاي، جيمس إي. (1991). تشميس التربة . الصحافة اتفاقية حقوق الطفل . رقم ISBN 9780849368684.
• جيمس ج. ستابلتون: التعقيم الشمسي لمكافحة الأعشاب الضارة في الخضراوات . البرنامج المتكامل لإدارة الآفات على مستوى الولاية. مركز كيرني الزراعي، جامعة كاليفورنيا. pdf
• روبرت ماكسورلي وهارسيمران ك. جيل: مقدمة في تعقيم التربة بالطاقة الشمسية . جامعة فلوريدا . ملف PDF