الوصول إلى جذر المسألة
مصر:إيهاب محمد زايد
علماء ARS يحددون محاصيل التغطية التي تحافظ على النيتروجين في التربة
من أليس في بلاد العجائب إلى سيد الخواتم، صورت قصصنا منذ فترة طويلة عوالم سحرية مخبأة تحت الأرض. ومع ذلك، فإن الحساب الأكثر سحرًا على الإطلاق قد يتبين أنه حقيقة، حيث يكشف العلماء عن شبكة معقدة من التفاعلات بين النباتات والفطريات والبكتيريا وغيرها، التي تتفاعل تحت سطح التربة لدعم أسس الحياة. في ARS، يتضمن جزء من البحث في هذا العالم المعقد تحت الأرض تحديد التقنيات التي من شأنها الحفاظ على النيتروجين – وهو عنصر حيوي لنمو النبات – في التربة.
مثل كل القصص الجيدة، تحتوي هذه القصة على أبطال وأشرار يمكن لأفعالهم أن تعيث فسادًا أو تنقذنا. عندما يتم عزلها بشكل صحيح تحت الأرض، فإن بعض أشكال النيتروجين مثل الأمونيوم (NH4) والنترات (NO3) تؤدي أعمالاً بطولية، حيث تقوم بتخصيب النباتات التي نعتمد عليها في غذائنا. ومع ذلك، عندما يهربون من التربة بطرق خاطئة، فإنهم يتحولون إلى أشرار خارقين مرتبطين ارتباطًا وثيقًا – أشكال خبيثة من النيتروجين مثل أكسيد النيتروز (N2O) الذي يكون في الغلاف الجوي أقوى 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون في حبس الحرارة، و باقية لفترة أطول بكثير. في الواقع، يعد أكسيد النيتروز أكبر مصدر للغازات الدفيئة الناتجة عن الزراعة. يمكن أيضًا للنيتروجين المتسرب أن يصل إلى المياه الجوفية أو يتسرب من الحقول إلى المجاري المائية؛ وبمجرد وصولها إلى هناك، يمكن أن تغذي ازدهار الطحالب في المياه الساحلية التي تستهلك الأكسجين، مما يضر الأسماك والكائنات المائية الأخرى.
للحفاظ على النيتروجين حيث يمكن أن يفيدنا أكثر، يقوم فريق من علماء ARS بتطوير تقنيات جديدة لمربي محاصيل التغطية. هدفهم: مساعدة المربين على تحديد النباتات التي تكون أنظمة جذرها الممتدة تحت الأرض (المعروفة باسم الجذور) أكثر فعالية في الحفاظ على النيتروجين في التربة. تعمل أنظمة الجذر، التي تشمل الميكروبات التي تتفاعل مع النباتات، على تأمين النيتروجين من خلال عملية تسمى تثبيط النترجة البيولوجية (BNI). النترجة هي عملية يتم فيها تحويل النيتروجين من شكل واحد، الأمونيوم، إلى أشكال أخرى، مثل النترات. عندما تمنع أنظمة جذور النباتات هذه العملية، يبقى النيتروجين بأمان داخل التربة، مما يفيد النباتات وأولئك الذين يأكلونها.
حقل من محاصيل الذرة، مثل تلك التي تظهر هنا في حقل بالقرب من روجرز، تكساس، توفر لميكروبات التربة الغذاء والمأوى من درجات الحرارة القصوى. (تصوير رون نيكولز، NRCS).
يعد المشروع واحدًا من ثلاثة مشاريع فائزة في ARSX2021، وهي مسابقة مصممة لتعزيز التعاون بين العلماء ذوي مجالات الخبرة المتنوعة، الذين يعملون على أفكار عالية المخاطر وعالية المكافأة تؤدي إلى ابتكارات مذهلة.
قال رئيس المشروع الدكتور بريان إيميت: “لقد كان البحث عن BNI موجودًا منذ عدة عقود، لكنه ركز على الأعشاب الاستوائية في الموسم الدافئ، ومع تطور هذه المجموعة من الأبحاث، أدركوا أن هناك العديد من الأعشاب”. “الأعشاب المختلفة التي لديها نوع من نشاط BNI، وتنوع كبير داخل النوع. لذا، فإن الأمر يتعلق بالبحث عن سمة [BNI] في النباتات التي تناسب أنظمتنا الزراعية.”
جنبا إلى جنب مع معاونيه الدكاترة. فلورنس سيسومز، ورايان هايز، ورود فينتريا، وكلير فيليبس، يقوم إيميت باختبار الأصول الوراثية من مخزن البذور التابع لوزارة الزراعة الأمريكية من جميع أنحاء العالم للعثور على تلك التي تتمتع بسمة BNI التي لا تقدر بثمن. إذا نجح الفريق، فيمكنهم تحويل محاصيل التغطية الموجودة، مما يجعلها أكثر فائدة إلى حد كبير. تؤدي محاصيل التغطية المستخدمة الآن العديد من الخدمات القيمة، لكنها لا تمنع النترجة – حتى الآن.
وأوضح إيميت أنه “إذا تمكنا من تطوير [BNI] في نبات ليس محصولًا نقديًا، فلدينا الكثير من المرونة في كيفية ملاءمته مع أنظمة المحاصيل لدينا.”
ويبدو أن هذا الجهد ناجح، على الأقل في البداية. أظهرت النتائج الأولية لنبات الريجراس الذي قامت شركة Sessoms بتنميته وتقييمه قدرة BNI جيدة. ويقترب الفريق الآن من بدء الفحص الأولي للنبات الثاني، وهو حبوب الجاودار. ومع ذلك، فإن العثور على السمة ليس سوى الخطوة الأولى. لكي تكون نباتات BNI متاحة للمزارعين، يجب أن يكون مربي النباتات قادرين على تحديد واختيار السمة على نطاق أوسع بكثير.
شخصان ينظران إلى حفنة من التربة باتريك بيتنر (يسار)، وهو مزارع في إيفانسفيل إنديانا، يفحص التربة في حقله مع كيث ويليامز، قائد فريق التخطيط في إنديانا NRCS، قبل زراعة الذرة في 13 مايو 2021. بيتنر هو يقوم المزارع بدون حراثة بزراعة بذور الذرة مباشرة في محاصيل الغطاء الخاصة به. تتكون محاصيل التغطية من مزيج متنوع من 12 بذرة تشمل حبوب الجاودار، وحبوب الجاودار، والشيلم، والشوفان الأسود، والبرسيم Balansa Fixation، وKentucky Pride Crimson، وHairy Vetch، والبازلاء الشتوية الأسترالية، والبرسيم الأحمر، واللفت، والشعير الشتوي. (تصوير براندون أوكونور، إنديانا NRCS).
وأوضح إيميت: “هناك الكثير من خطوات المعالجة… قبل أن تتمكن من [اختبار قدرة النباتات على BNI]، ومن الصعب التعامل مع الكائنات الحية [في منطقة الجذور]”. “سيكون من الصعب حقًا على المربين أن يكونوا قادرين على القول، إننا سنحتفظ بمزارع هذه الكائنات وسنجري هذه الاختبارات على النطاق الذي نحتاجه”.
وبدلاً من ذلك، يمكن للعلماء العاملين في المختبر القيام بهذا العمل تحسين تقنياتهم لجعل تقييم قدرة BNI أسهل. في النهاية، قال إيميت، سؤالهم هو: “كيف نجعل هذا النظام أسهل في الاستخدام بالنسبة لغير علماء الأحياء الدقيقة؟”
وقال: “إذا كانت هناك شبكة من المربين يستخدمون أساليبنا، ويبحثون عن هذه السمة ويدمجونها في النباتات التي يمكن للمزارعين استخدامها – فهذا هو الحلم”. “لقد فكرنا كثيرًا في أنواع نباتات المحاصيل التي نزرعها. ويمكننا الحصول على فائدة متساوية من النظر إلى أنواع محاصيل التغطية التي نزرعها في المناظر الطبيعية.”
وقد تمتد هذه الفوائد على نطاق أوسع، إلى ما هو أبعد من الزراعة وحدها. وصف سيسومز، المتخصص في العشب، الآثار الأوسع نطاقًا:
وأشارت إلى أنه “يمكننا إنشاء أصناف تتمتع بقدرة عالية على BNI والتي يمكن أن تستخدمها شركات البذور لبيعها لعامة الناس وغيرهم من أصحاب المصلحة في العشب – للحدائق ومديري الملاعب الرياضية وملاعب الجولف”. “إنها مختلفة تمامًا عن محاصيل التغطية، لكن لها تأثيرًا اقتصاديًا وبيئيًا كبيرًا أيضًا.”
وبينما لا تزال الفصول الأولى قيد الكتابة، تبدو قصة BNI في تربتنا مهيأة لتطورات مثيرة.
