سماد قابل للذوبان في الماء بعامل ميكروبي: امتصاص معزز

ما هو السماد الميكروبي القابل للذوبان في الماء وكيف يعمل؟

تعريف وتركيب السماد الميكروبي القابل للذوبان في الماء

تُعدّ أسمدة الكائنات الحية الدقيقة القابلة للذوبان في الماء مزيجًا من البكتيريا الجيدة مثل الباسيلس السوبتيليس (Bacillus subtilis) والبكتيريا الزوّالة الفلورية (Pseudomonas fluorescens) مع العناصر الغذائية القابلة للذوبان في الماء بشكل تقليدي (النيتروجين، الفوسفور، البوتاسيوم) إضافةً إلى بعض المعادن المخلّبة مثل الحديد والزنك. تحتوي معظم المنتجات المتاحة في السوق اليوم على ما بين 100 مليون إلى مليار وحدة تشكيل مستعمرة لكل غرام من هذه الكائنات الدقيقة المفيدة. ما يُميّزها عن الأسمدة التقليدية هو أنها لا تطلق العناصر الغذائية فحسب، بل إن الكائنات الحية الموجودة فيها تساعد فعليًا في تحلل هذه العناصر بحيث يُصبح بمقدور النباتات امتصاصها بشكل أفضل من خلال جذورها. وهذا يُنشئ نظامًا غذائيًا يعمل بشكل أسرع ويستمر لفترة أطول مع تقليل الأثر البيئي بشكل عام.

كيف تُحسّن العوامل الميكروبية امتصاص العناصر الغذائية في النباتات

إن الكائنات الدقيقة الجيدة في التربة تنتج في الواقع أشياء مثل حمض الغلوكونيك وحمض الستريك، والتي تساعد في تكسير الفوسفور والبوتاسيوم اللذين يظلان عديمي الفعالية في حال بقائهما دون معالجة. ووجدت دراسة حديثة نُشرت في مجلة علم الأحياء الدقيقة الزراعية لعام 2023 أيضًا شيئًا مثيرًا للاهتمام. فقد تمكن النبات الذي تلقى معاملات تحتوي على هذه الكائنات الدقيقة من امتصاص حوالي 92٪ من الفوسفور خلال أسبوعين فقط. وهذا يعادل تقريبًا ضعف سرعة الامتصاص مقارنة باستخدام الأسمدة الاصطناعية التقليدية. ومن الشياء الأخرى التي تقوم بها هذه الكائنات المفيدة هو تعزيز ما يُعرف بإفرازات الجذور، مما يؤدي إلى زيادة النشاط في منطقة الجذور بنسبة تتراوح بين 30 إلى 60 في المئة، وفي الوقت نفسه تحسين قدرة التربة على تبادل الأيونات بشكل أكثر فعالية بثلاث مرات تقريبًا. وكل هذا يعني أن النباتات تستطيع نقل العناصر الغذائية وامتصاصها بسهولة أكبر.

المقارنة مع الأسمدة الاصطناعية التقليدية

تُفقد الأسمدة الاصطناعية العادية حوالي نصف إلى ثلثي محتواها من النيتروجين خلال ثلاثة أسابيع فقط بسبب أشياء مثل الترشيح والتطاير. من ناحية أخرى، تقلل تلك البدائل الميكروبية من فقدان العناصر الغذائية بنسبة تصل إلى 63٪، وذلك بفضل آليات الإطلاق البطيء التي توفرها الكائنات الدقيقة المفيدة. كما أفاد المزارعون الذين اختبروا هذه المنتجات بأنهم لاحظوا نتائج ملموسة. أظهرت محاصيل الطماطم المعالجة بتركيبات ميكروبية زيادة في المحصول بنسبة 22٪ تقريبًا مقارنة بالطرق التقليدية، بالإضافة إلى كونها أكثر كفاءة في امتصاص العناصر الغذائية بنسبة 18٪ بشكل عام. ميزة أخرى كبيرة للبدائل الميكروبية هي قدرتها على الحفاظ على استقرار مستويات الرقم الهيدروجيني للتربة بشكل أكبر، حيث لا يتجاوز التغير ±0.3 وحدة مقارنة بالتغيرات التي تصل إلى ±1.2 التي تُلاحظ مع الأسمدة الاصطناعية. يمنع هذا النوع من الاستقرار التربة من أن تصبح حمضية بشكل مفرط مع مرور الوقت، مما يُحدث فرقًا كبيرًا في الحفاظ على الأراضي الزراعية منتجة عامًا بعد عام.

آليات امتصاص العناصر الغذائية المحسنة بواسطة الكائنات الدقيقة في التربة

الذوبان المعدني المُحفَّز بواسطة الكائنات الدقيقة والتحسُّن في توافر العناصر الغذائية حيويًا

تذيب الكائنات الدقيقة المفيدة المعادن الثابتة في التربة من خلال التأثير الإنزيمي والإفراز الحمضي. على سبيل المثال، باسيلوس تُحوِّل الأنواع فوسفات الصخور إلى أيونات أورثوفوسفات متاحة للنبات، مما يزيد من توافر العناصر الغذائية حيويًا بنسبة تصل إلى 40٪ في التربة المعالجة (بحث الأبحاث البيئية، 2022). تعالج هذه العملية بشكل مباشر نقص العناصر الغذائية الدقيقة الشائع وتقلل الاعتماد على المدخلات الكيميائية بجرعات عالية.

تحلُّل الفوسفات من خلال إفراز الأحماض العضوية بواسطة الكائنات الدقيقة

عندما تفرز الكائنات الدقيقة أحماضًا عضوية مثل حمض الغلوكونيك وحمض الستريك، فإن هذه المركبات تلتصق بالكالسيوم وعناصر معدنية أخرى تحبس الفوسفور في التربة، مما يحرر الفوسفات ليتمكن النبات من استخدامه فعليًا. تشير الدراسات إلى أن الكائنات الدقيقة يمكن أن تحرر كمية فوسفور تزيد من مرتين إلى ثلاث مرات مقارنة بالأسمدة التقليدية عندما تعمل مع التربة القلوية التي نسميها تربة كلسية (اطلع على مجلة Soil Biology & Biochemistry من العام الماضي). هذا يعني أن كمية الفوسفور التي تبقى عالقة تقل، وأن المحاصيل تمتص ما بين 15 إلى 30 بالمائة أكثر من حاجتها خلال فترات النمو الأكثر أهمية. إنه أمر مثير للإعجاب حقًا إذا أخذنا في الاعتبار مدى عناد الفوسفور في هذه الظروف.

تحويل العناصر الغذائية الدقيقة إلى أشكال قابلة للاستيعاب الحيوي

عندما تصبح التربة قلوية للغاية أو مؤكسدة، تختفي بشكلٍ أساسي المعادن المغذية مثل الحديد والزنك والمنغنيز عن متناول النباتات. لكن الطبيعة لديها طريقتها الخاصة للتغلب على هذه المشكلة - حيث تقوم بعض الكائنات الدقيقة بإنتاج مركبات خاصة تُسمى siderophores وتساعد في تحويل هذه العناصر الغذائية غير المتوفرة إلى أشكال يمكن للنباتات امتصاصها فعليًا من خلال تفاعلات كيميائية معقدة. تشير الأبحاث إلى أنه عندما يُطبّق المزارعون هذه الحلول الميكروبية على حقولهم، يلاحظون تحسنًا بنسبة ربع تقريبًا في معدلات امتصاص الحديد، وخاصةً في التربة ذات المستويات العالية من الرقم الهيدروجيني (pH). وهذا يُحدث فرقًا حقيقيًا للمحاصيل مثل فول الصويا، التي تعاني غالبًا من اصفرار الأوراق (الكلوروز) بسبب نقص العناصر الغذائية. الأفضل من ذلك؟ لم يعد يتعين على المزارعين الاعتماد على إضافات صناعية مكلفة، حيث تعمل هذه العمليات الطبيعية بكفاءة من تلقاء نفسها.

ربط المعادن في التربة عبر إفراز الأحماض العضوية الميكروبية

تربط الأحماض العضوية الميكروبية أيونات تعيق مثل الكالسيوم والألومنيوم والمغنيسيوم، ومنعها من حجز العناصر الغذائية. تُحسّن هذه العملية الكيليتية توافر المغنيسيوم بنسبة 18–22% في التربة الحمضية، وتدعم الوظائف النباتية الأساسية مثل عملية التمثيل الضوئي وتفعيل الإنزيمات.

تعزيز نظام الجذور وتحفيز نمو النبات بواسطة العوامل الميكروبية

تحسّن الأسمدة القابلة للذوبان في الماء والتي تحتوي على عوامل ميكروبية من تطور الجذور من خلال التحفيز البيولوجي وتحسين ديناميكية العناصر الغذائية. باستخدام البكتيريا المحفّزة لنمو النبات (PGPB)، تحسّن هذه المنتجات تركيب الجذور وتوسّع قدرة النبات على امتصاص الماء والعناصر الغذائية.

تحفيز تركيب الجذور بواسطة البكتيريا المحفّزة لنمو النبات (PGPB)

إن بعض البكتيريا المفيدة والمعروفة باسم PGPB تقوم فعليًا بتعديل توازن الهرمونات في النباتات، مما يؤدي إلى جذور جانبية أكثر كثافة بنسبة تتراوح بين 40٪ و60٪ أكثر من المعتاد. تميل النباتات التي تحتوي على هذه الفروع الإضافية في أنظمتها الجذرية إلى امتصاص ما يقارب ثلاثة أضعاف كمية العناصر الغذائية مقارنة بالهياكل الجذرية القياسية. تعمل بعض أنواع Bacillus subtilis بشكل أفضل حتى في تحفيز نمو الزغابات الجذرية. تقوم هذه البكتيريا بذلك عن طريق تفعيل بروتينات خاصة تُعرف باسم البروتينات المُوَسِّعة داخل جدران الخلايا. والنتيجة؟ مساحة سطحية أكبر بكثير تُتاح لامتصاص العناصر الغذائية من التربة. غالبًا ما يلاحظ المزارعون الذين يفهمون هذه العملية تحسنًا حقيقيًا في صحة المحاصيل وإنتاجها عندما يدمجون هذه السلالات البكتيرية في routines الزراعة الخاصة بهم.

التفاعلات بين الكائنات الدقيقة والمعادن التي تدعم نمو النباتات بشكل مستدام

تقوم الكائنات الدقيقة باستمرار بتحويل الفوسفور المرتبط بالمعادن إلى حالة قابلة للذوبان من خلال إفراز الأحماض الجليكولية والستريك، مما يزيد تركيزات الفوسفور القابل للذوبان بنسبة 70–80% في التربة الجيرية. وفي الوقت نفسه، تمنع عملية إنتاج السايدروفورات تثبيت الحديد، مما يضمن توفيرًا مستمرًا للمغذيات الدقيقة طوال موسم النمو.

أدلة من دراسات حالة حول زيادة مساحة سطح الجذور وكفاءة الامتصاص

أظهرت تجارب حديثة مع الزراعة المائية نتائج مثيرة للاهتمام حول نمو الخس. عندما قام الباحثون بتطبيق معالجات ميكروبية معينة، وجدوا أن النباتات كانت تمتلك كتلة جذرية تقارب ضعف الكتلة الموجودة في المجموعات الضابطة، وكانت تمتص النيتروجين بشكل أفضل بنسبة تقارب 40٪ وفقًا لدراسة نُشرت في مجلة Frontiers in Plant Science. وذهبت الاختبارات الميدانية إلى أبعد من ذلك. حيث شهد المزارعون الذين جمعوا بين أنواع معينة من الفطريات التربة و البكتيريا المُعزِّزة لنمو النبات زيادة في الكتلة الحيوية لمحاصيلهم بنسبة 75٪ بعد ثماني أسابيع فقط من التطبيق، كما ورد في مجلة Nature السنة الماضية. الشيء الأكثر إثارة هو مدى زيادة مساحة الأسطح الجذرية، والتي انتقالت بشكل مباشر إلى تحقيق محصول أفضل عبر مواسم الزراعة المتعددة.

كبت الأمراض والصمود أمام الإجهاد باستخدام المُحْفِّزات الميكروبية

المناعة النظامية المُحفَّزة (ISR) الناتجة عن العوامل الميكروبية

تساعد بعض البكتيريا الجيدة مثل Trichoderma harzianum QT20045 في تفعيل ما يُعرف من قبل العلماء بمقاومة النباتات المكتسبة (ISR)، والتي تُعدّ ببساطة إعداد النباتات لمقاومة الأمراض بشكل أفضل. أظهرت أبحاث نُشرت في عام 2025 أن هذه السلالات المحددة تزيد مستويات إنزيم ACC deaminase بنسبة تصل إلى 32 بالمئة كما ترفع إنتاج مادة IAA بنسبة تصل إلى 28 بالمئة تقريبًا. تؤدي هذه التغييرات إلى تقوية الاتصال بين الجذور والسيقان، مما يساعد النباتات على مقاومة مختلف الأمراض، على الرغم من عدم قيام هذه الكائنات الدقيقة بقتل مسببات الأمراض نفسها فعليًا. والميزة الإضافية هنا هي أنه عندما يمتلك النبات هذا النوع من نظام الحماية المدمج، يمكن للمزارعين تقليل استخدام المبيدات الفطرية الصناعية بشكل كبير، مما يوفّر المال ويقلل من الأثر البيئي في الوقت نفسه.

المنافسة ضد مسببات الأمراض الموجودة في التربة من خلال سلالات ميكروبية مفيدة

تتفوق السلالات الميكروبية المفيدة على مسببات الأمراض من حيث المنافسة على المساحة والمواد الغذائية. على سبيل المثال، باسيلوس سوبتيليس تنتج بروتينات دهنية تمنع فوساريوم أوكسيسبوروم النمو الهيفي بنسبة 40%. هذه الكائنات الدقيقة أيضًا تُعدّل الرقم الهيدروجيني والتغيرات الكهروكيميائية للتربة، مما تخلق بيئة غير مواتية للطفيليات مع الحفاظ على تنوع الكائنات الدقيقة الأصلية.

تحسين الاستجابات الفسيولوجية للنبات تحت ظروف الجفاف والملوحة

تحسّن المحفزات الحيوية الدقيقة من تحمل الإجهاد من خلال تعزيز تنظيم التوتر ونشاط مضادات الأكسدة. تحت ظروف الجفاف، تتراكم النباتات المعالجة ببكتيريا المُحَفِّزَة للنمو الجذري (PGPR) على 25% أكثر من البرولين وتحتفظ بـ 18% أكثر من الماء. في الظروف المالحة، تُقلل الكائنات الحية الدقيقة مثل Halomonas spp. امتصاص الصوديوم بنسبة 30% من خلال استبعاد الاختياري للأيونات، مما يسمح باستمرار امتصاص العناصر الغذائية حتى في التربة ذات التوصيل الكهربائي العالي (EC).

تحسين طرق التطبيق وكفاءة استخدام العناصر الغذائية لتحقيق نتائج مستدامة

الطرق الفعّالة للتطبيق: تجهيز البذور، الرش الورقي، والري الجذري

الطريقة التي نطبّق بها هذه الأساليب تؤثر حقًا في مدى جودة ترسخ الكائنات الدقيقة وتأثيرها الإيجابي. عندما نقوم أولًا بتقنية التلقيح المسبق للبذور، أي تغليفها ب Organisms مفيدة قبل أن تلامس الأرض، يمكن لهذه الكائنات الدقيقة أن تبدأ على الفور في استعمار الجذور بمجرد بدء نموها. ثم هناك الرش الورقي الذي يُعطي نتائج جيدة جدًا خلال فترات النمو المكثف عندما تكون النباتات بحاجة كبيرة إلى العناصر الغذائية. تقوم الأوراق بامتصاص كل من العناصر الغذائية والكائنات الدقيقة المفيدة في الأماكن التي تحتاجها فيها النباتات أكثر. أما الترطيب الجذري فهو منهج آخر نقوم فيه بخلط الكائنات الدقيقة مع الماء والسماح لها بالاختراق عبر أنظمة الري. أظهرت هذه التقنية نتائج جيدة إلى حد ما في التربة الحمضية حيث يميل الفوسفور إلى الارتباط وعدم التاحق. يجد المزارعون الذين يختبرون تربتهم بانتظام أن هذه الطريقة فعّالة جدًا لتحسين امتصاص العناصر الغذائية في ظروف التربة المشكلة.

استراتيجيات التوقيت والجرعات لتعظيم استعمار الكائنات الدقيقة

يتماشى توقيت الدقة بين نشاط الكائنات الدقيقة واحتياج المحصول من العناصر الغذائية. أظهرت دراسة عام 2023 أن تطبيق البكتيريا المحللة للفوسفات قبل الإزهار بـ 14 يومًا زاد من امتصاص الفوسفور بنسبة 26%. تتراوح الجرعات المثلى بين 5–15 كجم/هكتار، مما يضمن تكاثرًا فعالًا دون تعطيل الكائنات الدقيقة الأصلية في التربة.

تعزيز كفاءة استخدام العناصر الغذائية (NUE) وتقليل الأثر البيئي

تحسّن الأسمدة الميكروبية كفاءة استخدام العناصر الغذائية بنسبة 18–40% من خلال تقليل الترشيح والتطاير. وجدت دراسة في خصوبة التربة أن هذه التركيبات قللت من جريان النترات بنسبة 33% في حقول القمح مع الحفاظ على المحصول. كما أن إنتاجها يستهلك طاقة أقل مقارنة بالأسمدة القائمة على الأمونيوم، مما يقلل البصمة الكربونية لكل وحدة غذائية بنسبة 12–19%.

تحقيق التوازن بين التكاليف الأولية ومكاسب صحة التربة على المدى الطويل

قد تؤدي الأسمدة الميكروبية إلى تكبد المزارعين تكاليف أولية أعلى بنسبة 20-30% مقارنة بالخيارات التقليدية، لكن هذه التكاليف تُعوّض مع مرور الوقت نظرًا لتقليلها النفقات السنوية بنسبة تقارب 15%. يحدث ذلك لأن العناصر الغذائية تبقى متوفرة في التربة لفترة أطول بعد التطبيق. كما أظهرت بعض الاختبارات التي أُجريت في البرازيل نتائج ملحوظة. فعند استخدامها مع المحاصيل المغطية، استطاع المزارعون مضاعفة أرباحهم تقريبًا أربع مرات خلال ثلاث مواسم زراعية فقط. والسبب في ذلك هو أن الكائنات الدقيقة تحسّن صحة التربة بإضافة ما يقارب 1.2% أكثر من المادة العضوية سنويًا. وهذا يتحول إلى وفورات فعلية تقدر بحوالي 740 دولارًا لكل هيكتار تقل تكاليف المياه والأسمدة وفقًا للبحث المنشور من قبل بونيمون في عام 2023.

الأسئلة الشائعة

ما هي الأسمدة القابلة للذوبان في الماء والتي تحتوي على عوامل ميكروبية؟

أعلاف الميكروبات القابلة للذوبان في الماء هي مزيج من الكائنات الدقيقة المفيدة مثل Bacillus subtilis وPseudomonas fluorescens ممزوجة مع عناصر غذائية تقليدية قابلة للذوبان في الماء، وتعزز امتصاص العناصر الغذائية من خلال الأنظمة الجذرية.

كيف تختلف الأعلاف الميكروبية عن الأعلاف الاصطناعية؟

تستخدم الأعلاف الميكروبية كائنات مفيدة لتحليل العناصر الغذائية لتحسين امتصاص النباتات، مما تقلل من فقدان العناصر الغذائية وتساعد في تثبيت درجة الحموضة في التربة بشكل أكثر فعالية مقارنة بالأعلاف الاصطناعية.

ما الفوائد التي تقدمها الكائنات الميكروبية لصحة التربة والنباتات؟

تعزز كفاءة امتصاص العناصر الغذائية، وتحسن تركيب الجذور، وتدعم القدرة على التحمل ضد الإجهاد، وتحفيز مقاومة الأمراض، وتحافظ على صحة التربة واستقرارها على المدى الطويل.

كيف يجب أن أطبق الكائنات الميكروبية للحصول على أفضل النتائج؟

تشمل طرق التطبيق المثلى معالجة البذور، الرش الورقي، والري الجذري، مع مراعاة التوقيت والجرعة المناسبة لتعزيز استعمار الكائنات الميكروبية وامتصاص العناصر الغذائية.