Biochar-based restoration of coal mine waste: effects of rice husk and poplar wood-shard biochars on plant growth and physiological performance
تُظهر هذه الدراسة أن تطبيق الفحم الحيوي الناتج من قشور الأرز بنسبة 2-4% يعزز بشكل كبير النمو والأداء الفسيولوجي لنباتي *Artemisia absinthium* و*Silybum marianum* في نفايات مناجم الفحم، حيث أثبت نبات *A. absinthium* ملاءمة خاصة للركائز شديدة التدهور نظرًا لاستجابته الخطية لتعديلات الفحم الحيوي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
غالبًا ما نعتبر الأرض تحت أقدامنا أمرًا مسلمًا به، فهي أساس مستقر للغابات والمزارع. ومع ذلك، في الأماكن التي ندبتها الصناعة، يمكن لهذا الأساس أن يصبح عدائيًا. فاستخراج الفحم، رغم كونه مصدرًا للطاقة، يترك وراءه أكوامًا هائلة من صخور النفايات والتربة التي غالبًا ما تكون حمضية، وفقيرة في العناصر الغذائية، وملوثة بالمعادن الثقيلة. هذه الظروف تجعل من المستحيل تقريبًا على النباتات أن تضرب جذورها، مما يترك الأرض قاحلة وعرضة للتآكل. ولعلاج مثل هذه المناظر الطبيعية، يبحث العلماء عن طرق لتحسين التربة، تمامًا مثل طبيب يعالج مريضًا. ومن الأدوات الواعدة هو "البيوتشار" (الفحم الحيوي)، وهي مادة تشبه الفحم تُصنع عن طريق تسخين المواد النباتية في بيئة منخفضة الأكسجين. هذه المادة مسامية ومستقرة، وتعمل مثل الإسفنجة التي يمكنها الاحتفاظ بالماء والمغذيات مع المساعدة أيضًا في تحييد المواد الكيميائية الضارة في الأرض. والسؤال الذي يواجهه الباحثون ليس فقط ما إذا كان البيوتشار فعالًا، بل أي نوع هو الأفضل وكم هي الكمية المطلوبة لتحويل أرض قاحلة سامة إلى نظام بيئي حي.
في دراسة محكومة أُجريت في دفيئة زراعية في شمال إيران، وضع فريق من الباحثين هذه الأفكار قيد الاختبار على نوعين محددين من النباتات تنمو طبيعيًا في المنطقة: وهو شجيرة معمرة تسمى الشيح، وعشب سريع النمو يُعرف باسم الخرشف اللبن (milk thistle). أرادوا معرفة ما إذا كان خلط البيوتشار في نفايات الفحم سيساعد هذه النباتات على البقاء والازدهار. قام العلماء بإعداد سلسلة من خلطات التربة، بدءًا من تربة الحديقة النقية واستبدالها تدريجيًا بنفايات الفحم، مما خلق تدرجًا من الأرض الصحية إلى بيئة قاسية تحتوي على 75 بالمائة من نفايات الفحم. وفي هذه الخلطات، أضافوا نوعين مختلفين من البيوتشار: أحدهما مصنوع من قشور الأرز والآخر من شظايا خشب الحور. واختبروا هذه الأنواع بمعدلات مختلفة، حيث أضافوا صفر أو واحد أو اثنين أو أربعة بالمائة من وزن البيوتشار، لمعرفة استجابة النباتات لظروف التربة المتغيرة.
كشفت النتة أن النباتين تفاعلا بشكل مختلف تمامًا مع نفس المعالجات. فقد أثبتت شجيرة الشيح أنها صامدة بشكل ملحوظ؛ فمع زيادة كمية البيوتشار في التربة، نمت شجيرة الشيح بشكل أكبر وأثقل، بغض النظر عن كمية نفايات الفحم الموجودة. بدا وكأنها تتعامل مع البيئة السامة بسهولة، حيث أظهرت نموًا ثابتًا مع تحسن جودة التربة. في المقابل، كان الخرشف اللبن أكثر حساسية؛ فبينما نما بشكل أفضل مع إضافة البيوتشار، إلا أن نجاحه اعتمد بشدة على توازن التربة. فقد حقق أفضل أداء عندما شكلت نفايات الفحم حوالي ربع الخليط، ولكن الكثير من النفايات أو الكثير من البيوتشار بدا وكأنه يعيقه. وهذا يشير إلى أنه بينما يمكن لبعض النباتات تحمل الظروف القاسية، فإن البعض الآخر يحتاج إلى بيئة متوازنة بعناية ليزدهر.
كان أحد الاكتشافات الرئيسية هو أن مصدر البيوتشار كان مهمًا بشكل كبير. فقد تفوق البيوتشار المصنوع من قشور الأرز باستمرار على النوع المصنوع من خشب الحور. كانت النباتات التي نمت باستخدام بيوتشار قشور الأرز أطول، ولديها أوراق أكثر، وأنتجت وزنًا إجماليًا أكبر من النسخة القائمة على الخشب. ويبدو أن هذا الاختلاف ينبع من التركيبة الكيميائية لمادة قشور الأرز، والتي احتوت على مستويات أعلى من العناصر الغذائية مثل النيتروجين والسيليكون. هذه العناصر ساعدت النباتات على بناء هياكل أقوى والتقاط المزيد من ضوء الشمس. كما ساعد بيوتشار قشور الأرز النباتات على إدارة المياه بشكل أفضل وحماها من الإجهاد التأكسدي الناتج عن المعادن الثقيلة، حيث عمل أساسًا كدرع سمح للنباتات بالحفاظ على عمل أنظمتها الداخلية بسلاسة حتى في التربة الصعبة.
كما درست الدراسة العمليات الداخلية للنباتات، حيث قامت بقياس مدى قدرتها على التنفس ومعالجة الضوء. في كلا النوعين، أدت إضافة نفايات الفحم إلى إبطاء قدرتهما على التمثيل الضوئي، أو تحويل ضوء الشمس إلى طاقة. ومع ذلك، ساعد البيوتشار، وخاصة نوع قشور الأرز، في مواجهة هذا التباطؤ. أظهرت النباتات المزروعة ببيوتشار قشور الأرز معدلات أعلى من التمثيل الضوئي وقدرة أفضل على الاحتفاظ بالمياه في أوراقها. كما أنتجت المزيد من الأصباغ الخضراء اللازمة لالتقاط الضوء، وأظهرت خلاياها نشاطًا أعلى للإنزيمات التي تحارب الأضرار الناجمة عن السموم. ترجمت هذه التحسينات الفسيولوجية مباشرة إلى النمو المرئي في الأصص، مما أكد أن البيوتشار لم يكن يضيف مجرد حجم للتربة، بل كان يدعم بنشاط الوظائف البيولوجية للنبات.
في النهاية، تشير الأبحاث إلى أن استعادة الأراضي المتضررة من تعدين الفحم ليست مهمة تناسب الجميع بنفس الطريقة. يجب مطابقة اختيار النبات ونوع مادة تحسين التربة مع الظروف المحددة للموقع. تبدو شجيرة الشيح مرشحًا قويًا للمناطق الأكثر تدهورًا حيث تكون التربة ملوثة بشدة، حيث يمكنها النمو جيدًا حتى مع المستويات العالية من النفايات. أما الخرشف اللبن، فقد يكون الأنسب للمواقع التي تم تحسينها جزئيًا أو حيث يمكن ضبط خليط التربة بعناية. تسلط النتائج الضوء على أن استخدام البيوتشار المصنوع من قشور الأرز بمعدلات معتدلة يوفر وسيلة قوية لإعادة إطلاق عملية التعافي لهذه المناظر الطبيعية المتضررة، وتحويل النفايات القاحلة إلى أساس لحياة جديدة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.