Biochar assisted phytoremediation of Cd contaminated soil: Synergistic effects of Tagetes patula L and pig carcass derived biochar

التربة أكثر من مجرد تراب؛ إنها أساس حي يغذي العالم، ولكن عندما يتسرب إليها معادن ثقيلة مثل الكادميوم، يصبح هذا الأساس تهديداً صامتاً. الكادميوم عنصر سام يمكنه الانزلاق إلى السلسلة الغذائية، منتقلًا من الأرض الملوثة إلى الخضروات التي نأكلها، وصولاً إلى أجسادنا، حيث يسبب ضرراً طويل الأمد. لطالما سعى المزارعون والعلماء لإيجاد طرق لتنظيف هذه السموم من الأرض دون تدمير قدرة التربة على إنتاج الغذاء. يتضمن أحد النهج استخدام النباتات، التي يمكنها أحياناً أن تعمل كإسفنج طبيعي، حيث تسحب المعادن من التربة عبر جذورها. وتستخدم طريقة أخرى "البيوتشار" (الفحم الحيوي)، وهو مادة تشبه الفحم تُصنع عن طريق تسخين مخلفات نباتية أو حيوانية في غياب الأكسجين، والتي يمكنها الارتباط بالسموم وحبسها بعيداً. والسؤال الكبير الذي يواجه الباحثين هو ما إذا كان الجمع بين هاتين الاستراتيجيتين —النبات المناسب ونوع البيوتشار المناسب— يمكن أن يعمل بشكل أفضل معاً مما لو استُخدما بمفردهما، مما يخلق بيئة أكثر أماناً للمحاصيل والبشر.

في دراسة حديثة، وضع العلماء هدفاً لاختبار هذه الفكرة من خلال زراعة زهرة محددة، وهي زهرة الماريجولد (القطيفة)، في تربة ملوثة بشدة بالكادميوم. قاموا بخلط التربة بأنواع مختلفة من البيوتشار المصنوع من الخيزران، وسيقان الذرة، وجثث الخنازير لمعرفة أي مزيج سيعمل بشكل أفضل على منع انتقال السم. ركز الباحثون على كيفية تغير التربة، ومدى صحة نمو النباتات، وكمية الكادميوم التي امتصتها النباتات بالفعل. ووجدوا أن الحل الأكثر فعالية جاء من دمج زهرة الماريجولد مع البيوتشار المصنوع من جثث الخنازير. هذا المزيج المحدد لم يساعد النبات على البقاء فحسب، بل أحدث تحولاً في كيمياء التربة؛ إذ انخفضت كمية الكادميوم التي يمكن أن تذوب بسهء في الماء ويتم امتصاصها من قبل النباتات بأكثر من الربع، بينما ارتف % الجزء من المعدن الذي تم حبسه في شكل مستقر وغير ضار إلى ما يقرب من سبعين بالمائة.

كانت الفوائد لزهرة الماريجولد نفسها مذهلة. ففي التربة المعالجة ببيوتشار جثث الخنازير، نمت النباتات بشكل أكبر بكثير، حيث زادت أحجام جذورها وسيقانها بنسبة تقارب تسعين بالمائة وثمانين بالمائة على التوالي. كانت النباتات أقل إجهاداً، حيث أظهرت مستويات أعلى من الكلوروفيل الأخضر ومستويات أقل بكثير من الضرر الخلوي مقارنة بتلك الموجودة في التربة غير المعالجة. والأهم من ذلك، أن النباتات امتصت كمية أقل من المعدن السام في جذورها، مما حافظ على نظافة أنظمتها الخاصة مع الاستمرار في سحب كمية إجمالية كبيرة من الكادميوم من الأرض. استخدم الباحثون تحليلاً حاسوبياً متقدماً للتأكد من أن حموضة التربة وكمية الفوسفور المتاحة هما العاملان الرئيسيان اللذان يتحكمان في مدى بقاء الكادميوم خطيراً، وقد نجح بيوتشار جثث الخنازير في تحسين هذه الظروف.

ومع ذلك، لم يكن الاختبار الحقيقي لهذه الطريقة في الزهور فحسب، بل في الطعام الذي قد يتبعها. فقد قام الباحثون بزراعة الملفوف الصيني في نفس التربة المعالجة لمعرفة ما إذا كان التنظيف فعالاً بما يكفي للاستهلاك البشري. وفي القطع الزراعية التي استُخدم فيها الماريجولد وبيوتشار جثث الخنازير معاً، احتوت الأجزاء الصالحة للأكل من الملفوف على 0.18 ملليجرام فقط من الكادميوم لكل كيلوغرام. وكان هذا هو العلاج الوحيد الذي خفض مستويات المعدن إلى ما دون الحد الآمن الصارم الذي وضعته المعايير الوطنية الصينية للغذاء. وتثبت الدراسة أن هذا المزيج المحدد من زهرة قوية ونوع معين من البيوتشار يمكنه بفعالية حبس سموم التربة، وتعزيز صحة النبات، ومنع المعادن الخطيرة من الوصول إلى أطباق طعامنا، مما يوفر مساراً عملياً نحو زراعة أكثر أماناً.