الميكروبات قد تقلل الحاجة للأسمدة الكيميائية وتحد من الانبعاثات الكربونية
تاريخ النشر: 21st, December 2023 GMT
يمثل إنتاج الأسمدة الكيميائية نحو 1.5% من انبعاثات الغازات الدفيئة في العالم. ويأمل الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المساعدة في تقليل البصمة الكربونية عن طريق استبدال بعض الأسمدة الكيميائية ليحل محلها مصادر أكثر استدامة.
والبصمة الكربونية هي إجمالي الغازات الدفيئة الناتجة عن الانبعاثات، وقياسها يكون من أجل الحد من الآثار السلبية للانبعاثات الكربونية.
من المعروف أن البكتيريا هي المسؤولة عن عملية تثبيت النيتروجين في التربة، وذلك عن طريق قيامها بتحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى مركبات النيتروجين (مثل الأمونيا) التي يمكن الاستفادة منها من قبل النباتات في حمايتها من الآفات، بالإضافة إلى توفيرها العناصر الغذائية التي تحتاجها النباتات، والعمل على تجديد التربة.
وتعرف البكتيريا بأنها مخلوقات ذاتية التغذية تستمد طاقتها عن طريق صنع طعامها من خلال عملية الأكسدة بدلاً من التغذية على النباتات أو المخلوقات الحية.
ومع كل ذلك، فإن البكتيريا حساسة للحرارة والرطوبة، لذلك من الصعب توسيع نطاق تصنيعها وشحنها إلى المزارع، وهو ما دفع بالمهندسين الكيميائيين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى ابتكار طبقة معدنية عضوية (metal-organic) تحمي الخلايا البكتيرية من التلف دون إعاقة نموها أو وظيفتها.
وكان الباحثون توصلوا في هذه الدراسة إلى أن البكتيريا المغلّفة حسّنت معدل إنبات مجموعة متنوعة من البذور، بما في ذلك الخضراوات مثل الذرة والبوك تشوي.
وبحسب البيان الصادر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تُصنع الأسمدة الكيميائية باستخدام عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة تُعرف باسم هابر بوش (Haber-Bosch)، والتي تستخدم ضغوطا عالية للغاية لدمج النيتروجين من الهواء مع الهيدروجين لصنع الأمونيا.
وبالإضافة إلى البصمة الكربونية الكبيرة لهذه العملية، هناك عيب آخر للأسمدة الكيميائية، وهو أن الاستخدام طويل المدى يؤدي في النهاية إلى استنفاد العناصر الغذائية الموجودة في التربة.
وللمساعدة في استعادة التربة، لجأ بعض المزارعين إلى "الزراعة المتجددة" التي تستخدم مجموعة متنوعة من الإستراتيجيات، بما في ذلك تناوب المحاصيل والسماد، للحفاظ على صحة التربة، ويمكن للبكتيريا المثبِّتة للنيتروجين -والتي تحول غاز النيتروجين إلى الأمونيا- أن تساعد في هذا النهج.
وعن الغلاف العضوي المعدني الذي طوره الباحثون لحماية البكتيريا، تقول أرييل فورست أستاذ مساعد التطوير المهني في الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمعدة الرئيسية للدراسة: "هذا الطلاء يمكن أن يسهل على المزارعين استخدام الميكروبات كأسمدة، وكذا حمايتها من الجفاف، مما يسمح لنا بتوزيعها بسهولة أكبر وبكلفة أقل لأنها عبارة عن مسحوق مجفف وليس سائلا، كما يمكن للغلاف العضوي المعدني تحمل حرارة تصل إلى 132 درجة فهرنهايت، مما يعني أنك لن تضطر إلى تخزين المايكوبات في ثلاجات".
ولحماية الميكروبات من الحرارة والتجفيف بالتجميد، قرر الباحثون إضافة طبقة أخرى تسمى شبكة الفينول المعدني (metal-phenol network) المعروف اختصارا بـ"إم بي إن" (MPN) والذي طُور سابقا لتغليف الميكروبات لاستخدامات أخرى، مثل حماية البكتيريا العلاجية التي يتم توصيلها إلى الجهاز الهضمي.
بحسب البيان الصحفي الصادر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، فإن الغلاف المعدني الذي طُور لحماية الميكروبات من الحرارة هو عبارة عن طلاء يحتوي على معدن ومركب عضوي يسمى البوليفينول (polyphenol) يمكن أن يتجمعا ذاتيا في غلاف واق لخلايا البكتيريا.
أما المعادن المستخدمة في الطلاء، بما في ذلك الحديد والمنغنيز والألمنيوم والزنك، فهي تعمل كمضافات غذائية، بينما تشتمل البوليفينول -والتي توجد غالبا في النباتات- على جزيئات مثل مضادات الأكسدة، والتي تصنفها إدارة الغذاء والدواء على أنها آمنة بشكل عام.
تقول فورست: "نحن نستخدم هذه المركبات الطبيعية ذات الجودة الغذائية والتي من المعروف أن لها فوائد في تشكيل الدروع الصغيرة التي تحمي الميكروبات".
وفي هذه الدراسة، أنشأ الباحثون 12 نوعا من الطلاء، ووجدوا أن جميع الطلاءات تحمي البكتيريا من درجات حرارة تصل إلى 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت)، وكذلك من الرطوبة النسبية حتى 48%. كما أبقت الطلاءات الميكروبات على قيد الحياة أثناء عملية التجفيف بالتجميد.
ومن ناحية أخرى وضمن فوائد الغلاف العضوي المعدني الجديد في تحسين الإنتاج الزراعي، اختبر الباحثون قدرة الغلاف الجديد على مساعدة البذور على الإنبات في طبق المختبر، وسخنوا الميكروبات المغلفة إلى 50 درجة مئوية قبل وضعها في الطبق، وقارنوها بالميكروبات الطازجة غير المغلفة والميكروبات غير المغلفة المجففة بالتجميد.
ووجد الباحثون أن الميكروبات المغلفة حسّنت معدل إنبات البذور بنسبة 150%، مقارنة بالبذور المعالجة بميكروبات طازجة غير مغلفة. وكانت هذه النتيجة متسقة عبر عدة أنواع مختلفة من البذور، بما في ذلك الشبت والذرة والفجل والبوك تشوي.
——————————————
مصادر:
البيان الصادر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Microbes could help reduce the need for chemical fertilizers https://news.mit.edu/2023/microbes-could-reduce-need-for-chemical-fertilizers-1115 الدراسة المنشورة في دورية الجمعية الكيميائية الأميركية. Self-Assembled Nanocoatings Protect Microbial Fertilizers for Climate-Resilient Agriculture https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.3c00426المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: معهد ماساتشوستس للتکنولوجیا النیتروجین فی بما فی ذلک
إقرأ أيضاً:
أجزاء الأمازون المحمية تعوض الانبعاثات ببقية مناطقه
غالبا ما توصف غابات الأمازون بأنها أحد أكثر أنظمة تنظيم الكربون فعالية على كوكب الأرض. إلا أن البيانات الحديثة تُشير إلى أن قدرتها على امتصاص الكربون تراجعت، كما باتت تتركز بشكل متزايد في أماكن محددة.
ويوضح تقرير، استند إلى بيانات الأقمار الصناعية، أنه بين عامي 2013 و2022 لم يكن امتصاص الكربون الصافي للغابات تقريبا من المنطقة الإحيائية بأكملها، بل من نصفها الخاضع للحماية أو رعاية السكان الأصليين.
اقرأ أيضا list of 4 itemslist 1 of 4دراسة تظهر تراجعا لأعداد الطيور بمنطقة الأمازونlist 2 of 4دعوى ضد مجموعة "كازينو" الفرنسية بتهمة إزالة غابات بالأمازونlist 3 of 4الحرائق والزراعة تسبب خسائر قياسية للغابات الاستوائيةlist 4 of 4إزالة 27 مليون هكتار بالأمازون وشركة لحوم بالواجهةend of listوفقا للتقرير الصادر عن منظمة "أمازون كونسيرفيشن" (Amazon Conservation) استند إلى بيانات الأقمار الصناعية من "بلانيت" (Planet)، فقد امتصت هذه المناطق 257 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون، مما عوض انبعاثات 255 مليون طن من بقية الغابة.
وحللت البيانات في التقرير كيفية تغير مستويات الكربون فوق الأرض في 6 آلاف منطقة محمية وأراضي السكان الأصليين في جميع أنحاء الأمازون بين عامي 2013 و2022. وتغطي المناطق المحمية في الأمازون وأراضي السكان الأصليين حاليا ما يقرب من النصف (49.5%)، في حين تشمل المناطق غير المحمية الباقي، أي 424 مليون هكتار.
وبشكل عام، تُبرز النتائج عدم التناسق الهيكلي في استخدام أراضي الأمازون. فالمناطق المحمية وأراضي السكان الأصليين، التي تغطي أقل من نصف المنطقة الأحيائية، تخزن حوالي 60% من الكربون السطحي.
إعلانوقال مات فينر، المؤلف الرئيسي للتقرير ومدير مشروع مراقبة الأمازون التابع لمنظمة الحفاظ على البيئة، لموقع مونغاباي "إن المناطق المحمية والأراضي الأصلية تمثل تقريبا تعويضا عن الانبعاثات المتزايدة في الخارج".
وحسب التقرير، تتركز بعض أعلى المخزونات في شمال غرب الأمازون، وخاصة في كولومبيا والبرازيل وسورينام وغويانا الفرنسية. ورغم أن العديد من هذه المناطق لا تواجه ضغطا مباشرا من إزالة الغابات، فإنها تعمل بهدوء كمصارف أساسية للكربون.
مع ذلك، نادرا ما يُدرج دور المناطق المحمية في نماذج تمويل المناخ، حسب التقرير، إذ تُركز آليات تعويض الكربون عادة على ما تسمى "الانبعاثات المُتجنبة"، أي الكربون المُوفر من خلال منع التدمير.
وتعدّ هذه الآليات المناطق غير المُهددة غير مؤهلة للتمويل، رغم وظيفتها المستمرة في عزل الكربون، وهذا يترك الغابات السليمة، مهما كانت فعّالة في امتصاص الكربون، خارج نطاق أسواق الكربون الحالية إلى حد كبير.
كما يبرز التقرير أن بعض المناطق المحمية ليست جميعها أحواضا أو مخازن لانبعاثات الكربون، مثل "ألتو بوروس" في بيرو، الذي يُظهر خسائر في الكربون مرتبطة على الأرجح بأسباب طبيعية. في حين شكّلت مناطق أخرى، وخاصة في بوليفيا وفنزويلا، مصادر صافية لانبعاثات الكربون.
وتخسر غابات الأمازون مناطق واسعة سنويا، إذ أظهر تحقيق حديث أن التوسع الزراعي بين عامي 2013 و2023 في ولايتين برازيليتين فقط أدى إلى إزالة 27 مليون هكتار، وهي مساحة بحجم المملكة المتحدة.
وتشير تقارير وتحقيقات إلى أنه يتم إشعال العديد من الحرائق عمدا لإخلاء الأراضي للمزارع والمنتجات الزراعية، خاصة فول الصويا وكذلك تربية الماشية، وذلك خدمة للأعمال التجارية لشركات اللحوم والأغذية المحلية والمتعددة الجنسيات.
إعلانويخلص تقرير "أمازون كونفرسيشن" بناء على تحليلاته إلى أن جهود الحفاظ على البيئة القائمة على الإدارة الرشيدة، لا مجرد تجنب التهديدات، قد تكون من أكثر الطرق موثوقية للحفاظ على مرونة المناخ.
ويؤكد أنه إذا استمرت أطر التمويل الحالية في تجاهل غابات الأمازون المحمية، فقد يُهمل جزءا حيويا من البنية التحتية الطبيعية للكربون على كوكب الأرض، بما يشكله ذلك من مخاطر كبيرة.
استشاري تكنولوجيا إعلام: الحكومة أنهت تريند «شهادات الحلال»