Cd, Cr, and Pb concentrations increase in maturing compost while the metal inventory does not: implications for compliance sampling and digestion protocols
تُظهر هذه الدراسة أن الزيادات الظاهرية في تركيزات الكادميوم والكروم والرصاص أثناء نضج السماد هي ناتجة عن تحسن استرداد التحليل من مصفوفة متحوّلة إلى دبال وليس عن تراكم فعلي للمعادن، مما يستوجب ربط أخذ عينات الامتثال بمعايير نضج مستقلة واستخدام بروتوكولات هضم شبه كلي لتجنب التجاوزات الوهمية.
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 يُطلق على السماد العضوي (الكومبوست) اسم "الذهب الأسود"، وهو مُحسن تربة غني وداكن مصنوع من المواد النباتية المتحللة والفضلات الحيوانية التي تساعد الحدائق والمزارع على النمو. ولكن قبل أن يمكن نشر هذه المادة بأمان في الحقول لتغذية المحاصيل، يجب فحصها بحثًا عن الأخطار الخفية. وتحديدًا، يبحث المنظمون عن كميات ضئيلة من المعادن الثقيلة مثل الكادميوم والرصاص والكروم. هذه المعادن لا تتحلل أو تختفي؛ بل تبقى في التربة إلى الأبد. وإذا تراكمت بمستويات عالية جدًا، يمكن أن تسمم الغذاء الذي نأكله. الطريقة القياسية للتحقق من هذه المعادن هي أخذ عينة من السماد النهائي، وإذابتها في حمض قوي، ثم قياس ما تبقى منها. ولعقود من الزمن، عمل العلماء والمنظمون بناءً على افتراض بسيط: وهو أن كمية المعدن في كومة السماد هي رقم ثابت. لقد اعتقدوا أنه بينما تتقلص الكومة وتجف أثناء أسابيع التحلل، فإن المعادن ببساطة تصبح أكثر ازدحامًا معًا، مثل الناس في غرفة تتقلص، ولكن لا يظهر معدن جديد ولا يختفي معدن قديم.
هذا الافتراض هو حجر الزاوية في كيفية قرارنا ما إذا كان السماد آمنًا للاستخدام. يقوم المزارعون بخلط مخلفات الدواجن، وهي غنية بالعناصر الغذائية ولكنها تحتوي أيضًا على معادن من أعلاف الدجاج، مع بقايا الخضروات لتخفيف الخطر. وهم يعتمدون على فكرة أنه إذا خلطوا الكمية المناسبة من النفايات النباتية مع روث الدجاج، فإن المنتج النهائي سيظل تحت حدود السلامة القانونية. لكن دراسة جديدة تتحدى هذه الطريقة برمتها في التفكير. فقد تتبع الباحثون كومة سماد لمدة تسعين يومًا، حيث أخذوا عينات كل بضعة أسباع لمعرفة كيف تتغير مستويات المعادن. ووجدوا أنه بينما تصرفت بعض المعادن تمامًا كما هو متوقع، حيث أصبحت أكثر تركيزًا قليلاً مع تقلص حجم الكومة، إلا أن معادن أخرى تصرفت بطريقة مختلفة بشكل مذهل. فلم ترتفع مستويات الكادميوم والكروم والرصاص قليلاً فحسب، بل قفزت بشكل هائل، حيث زادت أحيانًا بأكثر من عشرين ضعفًا عن مقدارها الأصلي.
لقد سعى الباحثون لفهم سبب حدوث ذلك. كانوا يعلمون أنه في كومة مغلقة، لا يمكن لأي معدن جديد أن يدخل من الخارج، ولا يمكن لأي معدن أن يهرب إلى الهواء. لذا، إذا ارتفع تركيز معدن ما، فلا بد أن يكون ذلك بسبب فقدان الكومة لوزنها أو لأن طريقة قياس المعدن قد تغيرت. تحقق الفريق أولاً مما إذا كانت الكومة قد فقدت ببسا Is من الماء والمواد العضوية لدرجة تجعل المعادن أكثر ازدحامًا بشكل طبيعي. وقد حسبوا أنه حتى لو فقدت الكومة نصف وزنها، وهو قدر كبير بالنسبة لكومة سماد، فإن ذلك لن يفسر سوى مضاعفة تركيز المعدن فقط. لكن بالنسبة للكادميوم والكروم والرصاص، كان الارتفاع أكبر بكثير من ذلك. لم تفقد الكومة ما يكفي من الوزن ليسبب مثل هذه القفزة الهائلة في الأرقام. كما تحققوا أيضًا مما إذا كان التراب من الأرض قد اختلط بالكومة أثناء تقليبها، مما قد يضيف معدنًا إضافيًا. واستخدموا الحديد كمتتبع لهذا التراب، لأن الحديد متوفر بكثرة في التربة ولكنه ليس موجودًا في المواد الأولية. ولم تتحرك مستويات الحديد إلا بشكل طفيف، مما أثبت عدم دخول كمية كبيرة من الأتربة الخارجية إلى الكومة لزيادة حسابات المعادن.
لم يتبق سوى تفسير واحد: المعدن كان موجودًا دائمًا، لكنه كان مختبئًا. في الأيام الأولى من عملية التسميد، لا تزال مخلفات الدواجن وبقايا الخضروات مليئة بالألياف النباتية القوية والهياكل المعدنية الصلبة. وعندما يستخدم العلماء اختبار الحمض القياسي لقياس المعادن، لا يستطيع الحمض الوصول إلى المعدن المحبوس داخل هذه الهياكل القوية. الأمر يشبه محاولة تذوق توابل محبوسة داخل قشرة صلبة؛ فالقشرة تبقي النكهة مخفية. ومع نضوج السماد على مدار تسعين يومًا، تقوم البكتيريا والفطريات في الكومة بتفكيك تلك الألياف القوية وتحويلها إلى مادة عضوية ناعمة وإسفنجية. هذه العملية، التي تسمى "التدجين" أو تكوين الدبال (humification)، تفتح الهياكل التي كانت تخفي المعادن سابقًا. وبحلول الوقت الذي يصبح فيه السماد ناضجًا تمامًا، يمكن لاختبار الحمض نفسه أن يصل إلى المعدن الذي كان غير مرئي من قبل. لم يظهر المعدن من العدم؛ بل أصبح الاختبار ببساطة أفضل في العثور عليه.
وجد الباحثون أن هذا التغيير في مدى فعالية الاختبار يتبع نمطًا يمكن التنبؤ به، حيث يستغرق حوالي تسعة وأربعين يومًا للوصول إلى تأثيره الكامل. وهذا التوقيت أمر بالغ الأهمية لأنه يعني أن نتيجة اختبار السلامة تعتمد كليًا على موعد أخذ العينة. فقد تبدو كومة من سماد روث الدجاج النقي آمنة تمامًا إذا تم اختبارها بعد خمسة عشر يومًا فقط، حيث تظهر مستويات منخفضة من الكادميوم. ولكن إذا تم اختبار نفس الكومة بعد تسعين يومًا، بعد أن ينضج السماد تمامًا، فسيظهر الاختبار مستويات كادميوم تزيد عن الحد القانوني بأكثر من الضعف. لم تتغير الكومة؛ ولم يتغير مخزون المعدن. فقط القدرة على العثور على المعدن هي التي تغيرت. وهذا يخلق ثغرة خطيرة حيث يمكن للمنتج أن يختبر منتجه مبكرًا، ويحصل على درجة نجاح، ويبيعه على أنه آمن، ليتم الكشف عن المعدن لاحقًا عند استخدامه فعليًا في المزارع.
كما بحثت الدراسة في كمية روث الدجاج التي يمكن خلطها بأمان مع النفايات النباتية. ووجدوا أنه نظرًا لأن الكادميوم هو المعدن الأكثر خطورة في هذا الخليط، فإنه هو الذي يحدد حدود السلامة. فإذا خلط المزارعون أكثر من حوالي سبعة وثلاثين بالمائة من روث الدجاج مع بقايا الخضروات، فهناك خطر كبير من أن يتجاوز السماد النهائي حد السلامة للكادميوم، حتى لو تم إجراء الاختبار بشكل صحيح على السماد الناضج. وإذا استخدموا كمية أقل من روث الدجاج، فإن الخطر ينخفض بشكل حاد. ومع ذلك، هناك عقبة: فالخلطات التي تحتوي على كمية أقل من روث الدجاج تكون أكثر ملوحة وحموضة، مما قد يضر بالنباتات الحساسة. وهذا يعني أن المزارعين لا يمكنهم ببساطة إلغاء روث الدجاج لضمان السلامة؛ بل يجب عليهم إيجاد توازن دقيق لتجنب كل من التسمم بالمعادن الثقيلة وأضرار الملوحة لمحاصيلهم.
ولعل أهم ما توصلت إليه الدراسة هو أن الطريقة الحالية لاختبار السماد معيبة. فاختبار الحمض القياسي المستخدم من قبل المنظمين ليس عدًا حقيقيًا شاملًا لكل المعدن في العينة؛ بل هو عد "شبه كلي" يعتمد على مدى نعومة أو صلابة السماد. ولأن السماد يصبح أكثر نعومة مع تقدم عمره، فإن الاختبار يجد المزيد من المعدن مع مرور الوقت. ويجادل الباحثون بأن قواعد السلامة بحاجة إلى تغيير. إذ يجب عدم اختبار السماد إلا بعد أن ينضج تمامًا، ويجب تحديث طريقة الاختبار لاستخدام حمض أقوى يمكنه إذابة الهياكل الصعبة والمخفية منذ البداية. وحتى تحدث هذه التغييرات، تظل سلامة السماد هدفًا متحركًا، حيث يمكن للقرار بشأن ما إذا كانت الكومة آمنة أو خطيرة أن ينقلب ببساطة بسبب اليوم الذي تم فيه أخذ العينة. هذا الاكتشاف لا يعني أن السماد غير آمن، ولكنه يعني أننا كنا نقيسه بمسطرة يتغير طولها مع تقدم عمر السماد، ونحن بحاجة إلى أداة أفضل لضمان بقاء إمداداتنا الغذائية نظيفة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.