في الآونة الأخيرة، ظهر البيوتشار كوسط جذاب للاستخدام كسماد بطيء الإطلاق. وقد تم اقتراح الأسمدة البطيئة الإطلاق على نطاق واسع في السنوات الأخيرة للتغلب على التحديات التي تواجه الإفراط في استخدام الأسمدة الكيماوية التقليدية. تعمل هذه الأسمدة على تأخير توفر العناصر الغذائية الخاصة بها لامتصاصها من قبل النباتات بعد اضافتها في الارضى. وهذا يطيل من توفر العناصر الغذائية على طول الموسم، مما يجعلها أسمدة أكثر كفاءة، وتجنب فقدان العناصر الغذائية وتسربها إلى طبقات الأرض السفلى و تلوث البيئة المحيطة.
في حين أن البيوتشار غني بالكربون وقد أشارت الأبحاث إلى أن استخدام هذه المادة كتعديل للتربة يمكن أن يحسن من إمدادات العناصر الغذائية ويعزز غلة المحاصيل، ويقلل من تسرب العناصر الغذائية، ويثبت المعادن الثقيلة والمواد الملوثة الأخرى، ويقلل من انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي، فإن البيوتشار يمتلك عناصر غذائية محدودة ضرورية للأسمدة. لذلك، كان تحميل العناصر الغذائية في البيوتشار محورًا بحثيًا حديثًا في مجال أبحاث الأسمدة الزراعية. وقد نما عدد الأوراق البحثية والاستشهادات المنشورة على مدى السنوات القليلة الماضية.
مخطط يوضح تطور الأبحاث المتعلقة بمركبات الكربون العضوية القائمة على البيوتشار
. حقوق الصورة: Wang, C et al., Environmental Science and Ecotechnology
يمكن تحضير الأسمدة البطيئة التحلل عن طريق تحديد خصائص المواد القائمة على الكربون للتحكم في معدل إطلاق العناصر الغذائية. يجب أن تكون حاملات الأسمدة البطيئة التحلل مناسبة تمامًا لخصائص سطح الأسمدة، أي يجب أن تكون محبة للماء. يمكن أن تكون الأسمدة البطيئة التحلل القائمة على الكربون ( البيوتشار) (الشكل 1) خيارًا أفضل بسبب نشاطها البيولوجي المحتمل وفوائدها المتعددة ومن بين المواد القائمة على الكربون، يمكن أن يكون البيوتشار احد أفضل المرشحين لتصنيع الأسمدة البطيئة التحلل القائمة على الكربون لأن هناك عددًا من الجوانب الإيجابية المحتملة المرتبطة بهذه المواد كتعديلات للتربة، بما في ذلك تحسين الخصائص الفيزيائية للتربة (قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه، وتهوية التربة، والكثافة الظاهرية، والمسامية، واستقرار الكتل، والتوصيل الهيدروليكي) وثبات الكربون في الترب. على عكس المواد الكربونية غير المحللة حراريًا، فإن البيوتشار مقاوم للتحلل الميكروبي بسبب بنيتها الحلقية المقاومة للكربون، والتي تزيد من الكربون العضوي في التربة عن طريق الاستمرار في التربة لمدة تصل إلى 100-1000 عام بالإضافة إلى ذلك، فإن مجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية، ومساحات السطح النوعى الشاسعة، والمسامية لامتصاص العناصر الغذائية تجعلها الخيار الأنسب لإعداد الأسمدة البطيئة التحلل القائمة على الكربون يتم إطلاق العناصر الغذائية للأسمدة عن طريق امتصاص العناصر الغذائية من المواد الوظيفية وإذابة أو تحلل موادها الخاصة حيث يمكن تحميل هذه المواد الماصة/الحاملة بالأسمدة الكيماوية والسماد العضوي والمركبات المعدنية وما إلى ذلك لتقليل معدل أضافتها المرتفع بالتربة (10-50 طنًا في الساعة) كمحسنات للتربة ،وتقليل تكاليف الاسمدة وفي حين أجريت معظم الدراسات في هذا السياق على النيتروجين فقد أجريت أبحاث قليلة على المغذيات الكبرى والصغرى
مخطط تخطيطي للأسمدة البطيئة التحلل القائمة على الكربون يوضح، (أ) طحن المواد الماصة القائمة على الكربون (الفحم الحيوي) (ب) تعديل المواد الماصة القائمة على الكربون لتعزيز قدرات امتصاص العناصر الغذائية، (ج) تنشيط المواد الماصة القائمة على الكربون باستخدام أيونات المغذيات المرغوبة لتعزيز قيمتها الغذائية كأسمدة بطيئة الإطلاق، (د) الأسمدة البطيئة الإطلاق عند دمجها في التربة ستمتص الماء لإذابة أيونات المغذيات تدريجيًا، (هـ) سيتم إطلاق أيونات المغذيات في التربة لتلبية احتياجات النبات خلال فترة النمو بأكملها
استخدام البيوتشار في تصنيع الأسمدة بطيئة التحلل
الفحم الحيوي هو مادة كربونية مقاومة تنتج عن التحلل الحراري للكتلة الحيوية العضوية تحت ظروف اختزالية. يمكن لظروف التحلل الحراري وطبيعة المواد الخام وخصائصها الوظيفية أن تغير خصائص الفحم الحيوي يتمتع البيوتشار بالقدرة على استخدامه كحامل فعال للمغذيات لتطوير مواد تحلل كربونية منخفضة التكلفة والتي قد تزيد من غلة المحاصيل ونمو النباتات يتمتع الفحم الحيوي بمحتوى كربوني مرتفع ومساحة سطح كبيرة ومسامية عالية ومجموعة من المجموعات الوظيفية التي تساعد في الاحتفاظ بكمية هائلة من العناصر الغذائية للنبات تصل إلى خمسة أضعاف وزنه وبالتالي، يمكن البيوتشار أن يعمل كمصدر للمغذيات بثلاث طرق مختلفة: (أ) يمكنه توفير العناصر الغذائية من بنيته الخاصة، (ب) يمكنه إطلاق العناصر الغذائية المحملة عليه باستخدام الأسمدة المختلفة (السماد/NPK) أو (ج) إطلاق العناصر الغذائية الممتصة من النفايات، وبالتالي، فإن حقن البيوتشار ببعض العناصر الغذائية للأسمدة يجعله أكثر ملاءمة لتحفيز نمو النباتات وفوائد أخرى كمحسن للتربة والبيئة أفاد العديد من العلماء أيضا أنالاسمدة بطيئة التحلل القائمة على البيوتشار يمكن أن تؤخر إطلاق العناصر الغذائية وتستمر على طول الموسم وتعديل درجة حموضة التربة، وتحسين نفاذية التربة، وتقليل الكثافة الظاهرية للتربة، وحجز الكربون في التربة، وتقليل غازات الاحتباس الحراري بالإضافة إلى زيادة غلة المحاصيل وبالمقارنة مع المواد العضوية الأخرى، فقد ثبت أن البيوتشار المحمل بالعناصر الغذائية أكثر كفاءة في الاحتفاظ بالعناصر الغذائية والحفاظ عليها في التربة لفترة أطول من الزمن بالنسبة الى الأسمدة القائمة على البيوتشار ، فإن آليات الامتزاز للأيونات المغذية على سطح البيوتشار أمر بالغ الأهمية. قد تحتوي جزيئات الفحم الحيوي على أسطحها أيضًا على شحنات موجبة وسالبة. قد تكون هذه الخصائص الشبيهة بالزويتريوم ناتجة عن شحنة البيوتشار المتأصلة، أو قد تحدث على سطحها من خلال امتصاص أيونات الزويتريوم الأخرى مثل الأحماض الأمينية قد أظهرتالابحاث الأخيرة أن البيوتشار يمكن استخدامه بشكل فعال كمبادل أيوني وممتز. ومع ذلك، لا تزال تكلفة إنتاج البيوتشار موضع تساؤل. لذلك من الضروري خفض تكلفة البيوتشار من أجل تحقيق أقصى قدر من الفوائد. اقترح العديد من الباحثين أن تطبيق كمية صغيرة من الفحم الحيوي تبلغ حوالي250-550 كجم/ طن للفدان محملة بالعناصر الغذائية، يحسن من غلة المحاصيل في ظل الزراعة المحافظة في التربة الرملية. وقد اقترح بعض الباحثين الآخرين مؤخرًا أيضًا استخدام البيوتشار كمكون أو ناقل للأسمدة المعدنية أو العضوية كنهج واعد لتقليل الحاجة إلى كميات كبيرة من البيوتشار دون المساس بإنتاج المحاصيل أفادايضا بعض الباحثين أن الأسمدة العضوية القائمة على البيوتشار قللت من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في إنتاج الأرز بمعدل تسميد أقل بكثير من الفحم الحيوي أقل من 1 طن هكتار. وبصرف النظر عن الفوائد المتعددة البيوتشار ، أثارت بعض الدراسات مخاوف بشأن التأثير الإيجابي البيوتشار دون استكماله بمغذيات الأسمدة. وفي حين كانت هناك تجارب معملية محدودة لقياس إمكانات البيوتشار كمصدر للأسمدة العضوية، لا يزال هناك عدد قليل جدًا من التجارب الميدانية التي أجريت لاستكشاف تأثير الأسمدة العضوية القائمة على البيوتشار على كفاءة استخدام المغذيات للمحاصيل. في هذا السياق، تم تطوير الأسمدة التجارية القائمة على البيوتشار مؤخرًا، ولكن لم يتم فحص آثارها على إنتاجية النبات وتوافر العناصر الغذائية في التربة بشكل شامل على كل المحاصيل
Biochar-ammonium phosphate
مميزاتها
(1) توفير استخدام الأسمدة المعدنية بالتربة تصل الى 30-40%
(2) اجراء عملية الإضافة مرة واحدة قبل الزراعة فقط
(3) استمرار بقاء فاعلية السماد مدة تصل من 6 – 8 اشهر بعض الإضافة
(4) امداد النبات على طول الموسم بالمغذيات والعناصر الغذائية اللازمة للنمو
(5) تقليل الفقد في الأسمدة سواء مع مياة الصرف او التطاير
كيفية الاستخدام
• تحت محاصيل الفاكهة:-
يخلط مع الأسمدة العضوي تحت التربة اثناء تطبيق الخدمة الشتوية
• تحت محاصيل الخضر:-
يخلط مع الأسمدة العضوية داخل المصطبة اثناء تحضير الحقل للزراعة
• تحت المحاصيل الحقلية:-
ينثر السماد بعد اجراء عملية الخدمة وقبل الزراعة