سوبر فوسفات

السوبرفوسفات سماد كيميائي تم تصنيعه لأول مرة في أربعينيات القرن التاسع عشر عن طريق تفاعل العظام مع حمض الكبريتيك . ثم جرى تحسين العملية لاحقًا بتفاعل رواسب الفوسفات المتحجرة مع حمض الكبريتيك. بعد ذلك، تم اكتشاف رواسب أخرى غنية بالفوسفات، مثل الفوسفوريت، واستخدامها. يُعد الفوسفات الذائب عنصرًا غذائيًا أساسيًا لجميع النباتات، وقد أحدث توفر السوبرفوسفات ثورة في الإنتاجية الزراعية.

كانت الأسمدة الغنية بالفوسفات في بداياتها تُصنع من ذرق الطيور ، أو روث الحيوانات، أو العظام المسحوقة. ^{[ 1 ]} وقد بلغت قيمة هذه الموارد حداً جعل المقابر والسراديب في جميع أنحاء أوروبا تُنهب للحصول على عظام بشرية لتلبية الطلب. ^{[ 1 ]}

في عام ١٨٤٢، عثر القس جون ستيفنز هينسلو على روث ديناصورات متحجرة في منحدرات جنوب سوفولك بإنجلترا. وكان على دراية بأبحاث سابقة أجراها ويليام بوكلاند في دورست ، والتي أظهرت أن هذه الروث غنية بالفوسفات الذي يمكن استخدامه من قبل النباتات عن طريق إذابته في حمض الكبريتيك. علم جون بينيت لوز ، وهو مزارع في هيرتفوردشاير ، بهذه الاكتشافات، فأجرى أبحاثه الخاصة في مزرعته في روثامستيد (التي أصبحت فيما بعد محطة أبحاث زراعية)، وأطلق على المنتج الناتج اسم "سوبر فوسفات الجير". ^{[ ٢ ]} حصل لوز على براءة اختراع لاكتشافه، وفي عام ١٨٤٢، بدأ بإنتاج السوبر فوسفات من روث الديناصورات المتحجر على نطاق صناعي؛ وكان هذا أول سماد كيميائي يُنتج في العالم. ^{[ ١ ]}

أدرك إدوارد باكارد أهمية عمل لوز، فحوّل مطحنة في إيبسويتش لإنتاج هذا السماد الجديد من رواسب برازية مستخرجة من قرية كيرتون . ونقل عملياته في خمسينيات القرن التاسع عشر إلى برامفورد بجوار مصنع جديد مماثل يديره جوزيف فيسونز. وكان من المقرر أن تُشكّل هذه العمليات جزءًا من شركة فيسونز للأسمدة. ولا يزال الشارع الذي كانت تقف فيه المطحنة الأصلية يُسمى شارع البراز . ^{[ 3 ]}

تحتاج جميع النباتات والحيوانات إلى مركبات الفوسفور لإتمام عمليات الأيض الطبيعية، حتى وإن كانت نسبتها في النباتات لا تتجاوز 2% من مادتها الجافة. ^{[ 4 ]} يتواجد الفوسفور على شكل فوسفات غير عضوي قابل للذوبان أو مركبات عضوية تحتوي على الفوسفور. في الخلية الحية، تُخزَّن الطاقة أو تُستهلك عبر سلسلة معقدة من العمليات الكيميائية الحيوية، والتي تتضمن تحويل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات إلى الأدينوسين ثنائي الفوسفات عند استهلاك الطاقة، والعكس عند تخزينها، كما في عملية البناء الضوئي . ^{[ 5 ]}

يُعدّ السوبرفوسفات رخيصًا نسبيًا ^{[ 6 ]} مقارنةً بمصادر الفوسفات الأخرى المتاحة. ويساهم انخفاض سعره في انتشاره على نطاق واسع، لا سيما في المناطق النامية حيث تُشكّل تكاليف المدخلات الزراعية عاملًا مهمًا. ^{[ 7 ]}

يُعدّ مصير الفوسفات في التربة معقدًا، إذ يُشكّل بسهولة مركبات مع معادن أخرى كالطين وأملاح الألومنيوم والحديد، ^{[ 4 ]} وقد لا يكون متاحًا للنباتات عمومًا إلا بفعل التجوية ونشاط البكتيريا والميكروبيوم الموجود في التربة . [ ^{4 ] وتكمن} ميزة الأسمدة فائقة الفوسفات في أن نسبة كبيرة من محتواها من الفوسفات قابلة للذوبان ومتاحة للنباتات فورًا، مما يُعطي دفعة سريعة جدًا لنمو النبات. مع ذلك، تميل ديناميكيات التربة المعقدة إلى تثبيت الفوسفات في مركبات معدنية أو روابط عضوية ، مما يُقلل من توافره للنباتات. كما يُفقد الفوسفات إلى التربة والبيئة النباتية عند حصاد المحاصيل أو استهلاكها من قِبل الحيوانات أو فقدانه في النظام البيئي المحلي. ويميل الفوسفات إلى الارتباط بقوة بالرواسب الدقيقة في التربة. ^{[ 8 ]} ويمكن أن يؤدي ترشيح الرواسب من التربة إلى ارتفاع تركيزات الفوسفات في المجرى المائي المُستقبل. ^{[ 9 ]}

تُتيح إضافة الفوسفور على شكل سوبر فوسفات زيادةً كبيرةً في غلة المحاصيل. ^{[ 4 ]} ورغم وجود بعض التجديد للفوسفور في التربة من مصادر معدنية وإطلاقه من مركبات التربة عبر آليات فيزيائية وبيولوجية، إلا أن معدل إعادة الذوبان منخفضٌ للغاية بحيث لا يدعم الإنتاجية الزراعية الحديثة. أما الفوسفور العضوي الموجود في المواد النباتية أو الحيوانية، فيُعاد إذابته بسهولة أكبر بكثير عند تحلل المادة بفعل الكائنات الحية الدقيقة . ^{[ 4 ]}

ومع ذلك، فإن الخاصية الرئيسية التي جعلت السوبرفوسفات جذابًا للغاية - وهي قابلية ذوبان الفوسفات - خلقت أيضًا طلبًا مستمرًا على المنتج حيث يتم غسل أملاح الفوسفور الذائبة والفوسفات المرتبط بالرواسب الدقيقة من الحقول إلى الأنهار والجداول حيث تفقدها الزراعة ^{[ 10 ]} ولكنها تساعد في تشجيع التخثث غير المرغوب فيه . ^{[ 5 ]}

تُصنّع السوبرفوسفات في جميع المراكز الصناعية الرئيسية في العالم، بما في ذلك أوروبا والصين والولايات المتحدة. ^{[ 11 ]} في عام 2021، تم إنتاج حوالي 689,916 طنًا من السوبرفوسفات، أكثر من نصفها من بولندا، وكميات كبيرة من إندونيسيا وبنغلاديش والصين واليابان. ^{[ 12 ]}

تحتوي جميع تركيبات السوبر فوسفات على نسبة كبيرة من أيونات الفوسفات الذائبة والمتاحة، وهي السمة الرئيسية التي جعلتها ضرورية للزراعة الحديثة. ^{[ 7 ]}

قد يؤدي الاستخدام المستمر للسوبر فوسفات إلى تحمض التربة ، لا سيما في التربة ذات القدرة المنخفضة على مقاومة الحموضة، مما يُغير مستويات الرقم الهيدروجيني ويُحتمل أن يُحد من توافر العناصر الغذائية. ^{[ 14 ]} وهذا يستلزم مراقبة دقيقة وإدارة فعّالة لدرجة حموضة التربة لمنع تدهورها على المدى الطويل . ^{[ 15 ]}

تُنتج عمليات الإنتاج والنقل كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون _، تصل في بعض التقديرات إلى 1.2 كجم/كجم لتصنيع السوبر فوسفات و238 جم/كجم للنقل. ^{[ 16 ]} وتشير مصادر أخرى إلى أنه بافتراض استخلاص كل الكبريت اللازم لحمض الكبريتيك من تحلية النفط والغاز ، ^{[ 17 ]} وأن تفاعل إنتاج السوبر فوسفات طارد للحرارة، فإنه بشرط إعادة استخدام الحرارة المتولدة بالكامل، قد تصل البصمة الكربونية للدورة بأكملها إلى -518 جم/كجم للإنتاج وحده. ^{[ 16 ]}

بينما يُخصب السوبر فوسفات التربة بالفوسفور، فإن الإفراط في استخدامه أو عدم توازنه قد يُخل بتوازن العناصر الغذائية، مما يؤدي إلى نقصها أو تسمم النباتات. وتشير الأدلة إلى أن المستويات المرتفعة منه قد تكون مرتبطة بعدوى مميتة بفطر Phytophthora cinnamomi . ^{[ 18 ]} وتُعد ممارسات التسميد المستدامة، بما في ذلك اختبار التربة والتسميد الموجه، ضرورية للحد من هذا الخطر. ^{[ 19 ]}

يُعدّ توفر الصخور الغنية بالفوسفات المناسبة محدودًا، وتتراوح تقديرات " ذروة الفوسفور " بين 30 عامًا بدءًا من عام 2022، ^{[ 20 ]} أو بين عامي 2051 و2092. ^{[ 21 ]} ومع ازدياد عدد السكان وارتفاع الطلب على الغذاء، قد يصبح توفر الأسمدة الفوسفاتية الفائقة في المستقبل أقل استقرارًا، مما يستدعي تطوير مصادر بديلة للفوسفات. ^{[ 10 ]}

تُظهر العديد من النباتات، وخاصة تلك التي نشأت في قارة غوندوانا ، حساسيةً تجاه زيادة الفوسفور، ^{[ 18 ]} حيث تحصل على احتياجاتها منه من خلال ارتباطها بالفطريات الجذرية الشجرية . ومن أمثلة النباتات التي لا تتحمل استخدام السوبر فوسفات: هاكيا بروستراتا وغريفيليا كريثميفوليا . وقد تُظهر العديد من أنواع الأوركيد الأرضية التي تعتمد على الفطريات الجذرية حساسيةً مماثلةً لارتفاع مستويات الفوسفات، ^{[ 22 ]} وقد يؤدي استخدام الأسمدة المحتوية على السوبر فوسفات إلى انخفاض أعدادها. ^{[ 23 ]}

ترتبط ظاهرة التخثث في الأنهار والبحيرات والبحار ارتباطًا وثيقًا بزيادة تركيزات الفوسفات. ومع ذلك، يصعب تحديد مساهمة استخدام السوبرفوسفات في هذه المشكلة نظرًا لتعدد مصادر مركبات الفوسفور الأخرى في مخلفات الإنسان والحيوان. وقد عُزيت المشكلات الأخيرة في نهر واي إلى تربية الدواجن المكثفة، حيث يأتي فائض الفوسفات من سوء إدارة روث الدجاج. ^{[ 24 ] [ 25 ]}