Silicate rock remineralizers sustain soil potassium availability and irrigated rice yield in subtropical agroecosystems

ملخص تقني: مُعادات المعادن بالصخور السيليكاتية في نظم زراعة الأرز المروي في المناطق شبه الاستوائية

بيان المشكلة
تواجه إنتاجية الأرز المروي في البرازيل، وهي مكون حيوي للأمن الغذائي الوطني، تحديات كبيرة فيما يتعلق بإدارة البوتاسيوم (K). فالتربة الهيدرومورفية في جنوب البرازيل، ومعظمها من نوع "ألباكوالفس" (Albaqualfs)، تتميز بانخفاض قدرتها على التبادل الكاتيوني (CEC) وعدم كفاية احتياطيات البوتاسيوم الأصلية لدعم المحاصيل عالية الإنتاجية (التي تتجاوز غالباً 8 ميجا جرام للهكتار). وبناءً على ذلك، يعتمد النظام الزراعي بشكل كبير على التسميد المعدني. وحالياً، يتم استيراد حوالي 80% من الأسمدة المستخدمة في البرازيل، ويعد كلوريد البوتاسيوم (KCl) المصدر المهيمن للبوتاسيوم. ويخلق هذا الاعتماد ضعفاً اقتصادياً بسبب ارتفاع التكاليف الدولية والمخاوف البيئية المرتبطة بالأسمدة عالية الذوبان، مثل خسائر الغسل (الترشيح). وبينما توفر مساحيق الصخور السيليكاتية (معادات المعادن) بديلاً محتملاً عبر توفير البوتاسيوم إلى جانب عناصر غذائية أخرى وتحسين كيمياء التربة، إلا أن البيانات الميدانية التي تثبت فعاليتها كبديل مباشر لكلوريد البوتاسيوم في نظم زراعة الأرز المروي في المناطق شبه الاستوائية لا تزال نادرة.

المنهجية
لمعالجة هذه الفجوة المعرفية، أُجريت تجربة ميدانية خلال موسم النمو 2023/24 في أربعة مواقع بجنوب البرازيل (كاباو دو ليون، ريو غراندي، وكاماكوان، ريو غراندي دو سول). استخدمت الدراسة تصميم القطاعات الكاملة العشوائية مع أربع مكررات لتقييم ستة علاجات لتسميد البوتاسيوم:

1. T1: بدون تسميد بوتاسيوم (المجموعة الضابطة).
2. T2: كلوريد البوتاسيوم (KCl) (الإدارة التقليدية).
3. T3: الفونوليت (Phonolite).
4. T4: السينيت (Syenite).
5. T5: سينيت النيفيلين (Nepheline syenite).
6. T6: ميكا شيست (Mica schist).

طُبقت علاجات الصخور السيليكاتية (T3–T6) بمعدلات تعادل ثلاثة أضعاف معدل كلوريد البوتاسيوم الموصى به بناءً على محتوى البوتاسيوم الكلي، وذلك لمراعاة انخفاض قابليتها للذوبان في الماء (أقل من 1%) مقارنة بالذوبان الكامل (100%) لكلوريد البوتاسيوم. اختلف توقيت التطبيق: حيث طُبق كلوريد البوتاسيوم في مرحلة النمو V4، بينما دُمجت معادات المعادن الصخرية قبل 15 يوماً من زراعة محصول شتوي غطاء (البرسيم الفارس - Persian clover) لإطالة فترة التفاعل مع التربة ووقت التجوية.

وشملت التقييمات الرئيسية ما يلي:

• تحليل التربة: تحديد كمية البوتاسيوم المتبادل (عبر منهجيتي ميله-1 وأسيتات الأمونيوم) والبوتاسيوم الكلي (عبر الأشعة السينية الفلورية XRF) عند عمق 0–0.20 متر. كما تم تحديد التركيب المعدني للصخور عبر حيود الأشعة السينية (XRD).
• تحليل النبات: قياس تركيزات النيتروجين (N) والبوتاسيوم (K) في الكتلة الحيوية فوق الأرض (AGB)، وطول النبات، ومؤشر الكلوروفيل (SPAD) في مراحل نمو محددة.
• الإنتاجية والتوازن: قيتم قياس إنتاجية حبوب الأرز عند النضج الفسيولوجي. كما حُسب توازن البوتاسيوم في التربة من خلال مقارنة مدخلات البوتاسيوم (السماد) مقابل مخرجات البوتاسيوم (تصدير الحبوب) والتغيرات في مخزونات البوتاسيوم المتبادل في التربة.

النتائج الرئيسية

• توافر البوتاسيوم في التربة: أدى تطبيق معادات المعادن الصخرية إلى زيادة تركيزات البوتاسيوم المتبادل في التربة (ميله-1) بنسبة بلغت في المتوسط 128% مقارنة بكلوريد البوتاسيوم عبر المواقع. وبينما لم يتأثر إجمالي البوتاسيوم في التربة بالمعالجات، نجحت المصادر البديلة في الحفاظ على أو تعزيز جزء البوتاسيوم القابل للتبادل.
• تغذية النبات وفسيولوجيته: لم تتأثر تركيزات النيتروجين في الكتلة الحيوية بمصدر البوتاسيوم. ومع ذلك، كانت تركيزات البوتاسيوم في الكتلة الحيوية فوق الأرض أعلى بكثير في علاجي كلوريد البوتاسيوم (T2) والميكا شيست (T6) (حوالي 34 جم كجم⁻¹)، مما يمثل زيادة بنسبة 55% عن العلاجات الأخرى. أظهر طول النبات ومؤشر الكلوروفيل استجابات مرتبطة بالموقع؛ حيث أدى T5 وT6 إلى زيادة طول النبات عند المرحلة L1، بينما سجل T6 أعلى مؤشر كلوروفيل عند المرحلتين L2 وL4.
• إنتاجية الحبوب: تم الحفاظ على إنتاجية حبوب الأرز عند مستويات مماثلة لتسميد كلوريد البوتاسيوم التقليدي (~8.5 ميجا جرام للهكتار) في معظم المواقع. وبينما تباين الأداء حسب الموقع (على سبيل المثال، حقق T5 أعلى إنتاجية في L2 وL3، بينما حقق T6 أعلى إنتاجية في L4)، إلا أن المصادر البديلة لم تضعف الإنتاجية بشكل عام مقارنة بالمجموعة الضابطة أو كلوريد البوتاسيوم.
• توازن البوتاسيوم: أظهر النظام توازناً إيجابياً للبوتاسيوم (19–40 كجم للهكتار) في جميع المواقع. وقد ساهمت معادات المعادن في تحقيق توازن أفضل للبوتاسيوم المتبادل في التربة (تحسن بنسبة >100% مقارنة بكلوريد البوتاسيوم في بعض المقاييس)، مما يشير إلى تراكم فعال للبوتاسيوم المتاح في ملف التربة.

الأهمية والادعاءات
يخلص المؤلفون إلى أن مساحيق الصخور السيليكاتية — وتحديداً الفونوليت، وسينيت النيفيلين، والميكا شيست — تشكل بدائل قابلة للتطبيق لكلوريد البوتاسيوم التقليدي في نظم زراعة الأرز المروي في المناطق شبه الاستوائية. وتثبت الدراسة أن هذه المواد يمكن أن تدعم إنتاجية المحاصيل وحالتها الغذائية مع تقديم مزايا زراعية متميزة:

1. تعزيز توازن البوتاسيوم في التربة: على عكس كلوريد البوتاسيوم عالي الذوبان، المعرض للغسل، يبدو أن التحرر التدريجي للبوتاسيوم من المعادن السيليكاتية يعمل على مزامنة إمداد العناصر الغذائية مع احتياجات المحصول، مما يؤدي إلى تراكم أكبر للبوتاسيوم المتبادل في التربة.
2. الاستدامة والمرونة: يقلل استخدام بقايا الصخور المتوفرة محلياً من الاعتماد على الأسمدة المستوردة، ويخفض تكاليف الإنتاج، ويعزز تثمين المنتجات الثانوية للتعدين.
3. استقرار النظام: تشير النتائج إلى أن هذه المعادتات يمكن أن تدعم خصوبة التربة على المدى الطويل من خلال العمل كمستودع للبوتاسيوم الهيكلي، خاصة في الأنظمة التي قد تسهل فيها ظروف الأكسدة والاختزال (الغمر) عملية تجوية المعادن.

تحافظ الورقة على نبرة متواضعة فيما يتعلق بالآثار طويلة المدى، مشيرة إلى أنه رغم كون نتائج الموسم الواحد واعدة، فإن الفوائد الكاملة لتجوية المعادن وتحسينات خصوبة التربة التراكمية قد تتطلب تقييماً عبر دورات زراعية متتالية. وتسلط النتائج الضوء على إمكانية مساهمة هذه المصادر في بناء نظم زراعية وغذائية أكثر مرونة في المناطق التي تعتمد على المغذيات المستوردة.