Investigation of the Effects of Biodegradable Hydrogel on Paddy Crop Growth

الحقل العطشان والإسفنجة الصغيرة

تخيل مزارعاً يقف في حقل من الأرز، يراقب السماء. في أجزاء كثيرة من العالم، يكون المطر غير متوقع؛ فأحياناً يهطل بغزارة شديدة ويجرف كل شيء في طريقه، وأحياناً أخرى لا يظهر ببساطة عندما تكون المحاصيل في أمس الحاجة للماء. هذا هو الصراع اليومي لزراعة الأرز في أماكن مثل أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، حيث المياه نادرة والطقس يتغير. ولحل هذه المشكلة، بحث العلماء عن طرق لمساعدة التربة على الاحتفاظ بالماء بشكل أفضل، تماماً كما تحتفظ الإسفنجة بالماء في يدك.

أحد الأدوات التي يختبرونها تسمى "الهيدروجيل" (hydrogel). فكر في الهيدروجيل كإسفنجة فائقة مصنوعة من مواد كيميائية يمكنها امتصاص كميات هائلة من الماء ثم إطلاقها ببطء لجذور النباتات عندما تجف. عادةً، تُصنع هذه الإسفنجات من البترول (المادة المستخدمة في البلاستيك)، وهو أمر ليس جيداً للبيئة لأنه لا يتحلل. ولكن ماذا لو استطعنا صنع هذه الإسفنجات من أشياء نتخلص منها بالفعل، مثل قشور جذور الكاسافا؟ هذه الفكرة تجمع بين مشكلتين كبيرتين: الكثير من النفايات وعدم كفاية المياه للمحاصيل. إذا تمكنا من تحويل النفايات إلى أداة توفر المياه وتزرع المزيد من الغذاء، فقد يغير ذلك قواعد اللعبة للمزارعين في كل مكان.

تحويل قشور الكاسافا إلى قوة خارقة لتوفير المياه

تأخذ هذه الورقة البحثية تلك الفكرة وتضعها قيد الاختبار في العالم الحقيقي. أراد العلماء، الذين يعملون في نظام "روهيتي" للري في تنزانيا، معرفة ما إذا كان الهيدروجيل القابل للتحلل الحيوي والمصنوع من قشور الكاسافا يمكن أن يساعد نباتات الأرز بالفعل على النمو بشكل أفضل. لم يكتفوا بمجرد خلطه في المختبر؛ بل ذهبوا إلى الحقول وزرعوا الأرز بكميات مختلفة من هذا "الإسفنج الكاسافا" لمعرفة أي كمية هي الأفضل.

لقد أقاموا تجربة مع أربع مجموعات مختلفة من الأرز. حصلت مجموعة واحدة على لا شيء من الهيدروجيل (وهذه هي "مجموعة الضبط"، أو الخط المرجعي للمقارنة). بينما حصلت المجموعات الثلاث الأخرى على كميات مختلفة من هيدروجيل الكاسافا الممزوج في التربة: 10 كجم/هكتار، و20 كجم/هكتار، و30 كجم/هكتار. قاموا بزراعة نوع محدد من الأرز يسمى TXD 306 وراقبوا أداءه طوال موسم النمو.

كانت النتائج مثيرة للحماس حقاً. تشير الورقة إلى أن إضافة الهيدروجيل ساعدت الأرز بالفعل. وكانت المجموعة التي حصلت على أكبر كمية من الهيدروجيل — 30 كجم/هكتار — هي الفائزة بوضوح. أنتجت هذه النباتات أعلى إنتاجية من الحبوب، حيث بلغت 4,850 كجم/هكتار. ولو وضعت ذلك في الاعتبار، فإن المجموعة التي لم تحصل على أي هيدروجيل أنتجت 4,300 كجم/هكتار فقط. هذا يمثل قفزة ملحوظة في إنتاج الغذاء بمجرد إضافة القليل من مسحوق قشر الكاسافا إلى التراب.

لكن الأمر لم يقتصر فقط على كمية الأرز التي حصلوا عليها، بل تعلق أيضاً بكيفية نمو النباتات. فقد امتلك الأرز المعالج بـ 3, ممكن 30 كجم/هكتار من الهيدروجيل عدداً أكبر من "السنبلات" (وهي العناقيد الزهرية التي تتحول إلى حبوب) لكل نبات، بمتوسط 13 سنبلة مقارنة بـ 12 في مجموعة الضبط. كما كان لديهم "مؤشر مساحة الورقة" (LAI) أكبر قدره 2.29. يمكنك التفكير في مؤشر مساحة الورقة كقياس لمقدار السطح الأخضر الورقي الذي يمتلكه النبات لالتقاط ضوء الشمس. المزيد من الأوراق يعني عادةً المزيد من الغذاء للنبات، وقد ساعد الهيدروجل النباتات على بناء المزيد منها.

ولعل أهم نتيجة بالنسبة للمزارعين القلقين بشأن المياه هي "كفاءة استخدام المياه" (WUE). وهذه طريقة منمقة لقول: "كم كمية الأرز التي حصلنا عليها مقابل كل قطرة ماء استخدمناها؟". لقد حسّنت معاملة الـ 30 كجم/هكتار هذا الرقم إلى 0.272 كجم/م³، وهو تحسن بنسبة 16.2% عن مجموعة الضبط التي سجلت 0.234 كجم/م³. وببساطة، عمل الهيدروجيل كخزان صغير في التربة، يحتفظ بالرطوبة ويطلقها ببطء حتى لا تضطر النباتات لشرب الكثير من قنوات الري. في الواقع، احتاجت مجموعة الهيدروجيل العالية إلى مياه أقل إجمالاً (17,771.7 م³/هكتار) مقار بالمجموعة الضابطة (18,387.0 م³/هكتار).

كما نظرت الورقة في "الكتلة الحيوية"، وهي الوزن الإجمالي للنبات (السيقان والأوراق والجذور). سجلت مجموعة الـ 30 كجم/هكتار أعلى كتلة حيوية بواقع 10,777.78 كجم/هكتار، مما يظهر أن النباتات كانت أكثر صحة وضخامة بشكل عام. ومن المثير للاهتمام أن طول النباتات لم يتغير كثيراً بين المجموعات، مما يشير إلى أن الهيدروجل ساعد النباتات على تركيز طاقتها على إنتاج الحبوب والأوراق بدلاً من مجرد النمو طولياً.

لقد لاحظ الباحثون بعناية أنه بينما ساعدت جرعات 10 كجم/هكتار و20 كجم/هكتار قليلاً، إلا أنها لم تكن أفضل بشكل ملحوظ من مجموعة الضبط من حيث إنتاجية الحبوب. لقد كانت جرعة الـ 30 كجم/هكتار هي التي أحدثت الفرق الكبير. وتخلص الدراسة إلى أن هيدروجيل الكاسافا هذا يعد وسيلة واعدة وصديقة للبيئة لمساعدة مزارعي الأرز على التعامل مع نقص المياه. وهي تقترح أنه من خلال تحويل منتج نفايات شائع إلى محسن للتربة، يمكن للمزارعين زراعة المزيد من الأرز باستخدام مياه أقل، مما يجعل محاصيلهم أكثر صموداً عندما لا يتعاون المطر معهم. ويوصي المؤلفون صغار المزارعين بتجربة معدل 30 كجم/هكتار للحصول على أفضل النتائج، رغم أنهم يقولون أيضاً إننا بحاجة إلى مزيد من البحث لمعرفة كيف يؤثر ذلك على التربة على مدى سنوات عديدة وما إذا كان رخيص الثمن بما يكفي للجميع.