التربة ليست ميتة: كيف يؤثر استخدام الأرض على التربة الحية

الشكل 1: شبكة الطعام الأرضي تتكون من أنواع كثيرة من كائنات التربة: (1) البكتيريا، (2) الفطريات، (3) الفطريات المايكوريزية الشجيرية، (4) البروتوزوا، (5) النيماتودا التي تتغذى على البكتيريا، (6) النيماتودا التي تتغذى على الفطريات، (7) النيماتودا التي تتغذى على الجذور، (8) الكوليمبولان، (9) النيماتودا الجارية، و (10) الفقاريات البريّة.

الشكل 2: ثلاث طرق شائعة لاستخدام البيئات الطبيعية. الاستخدام الزراعي الواسع لا يشمل الكثير من الحراثة والحصاد أو إضافة الكثير من الأسمدة والمبيدات الحشرية، وينتج خدمات نظام بيئي متنوعة. الاستخدام الزراعي ذو الكثافة المتوسطة يحتاج إلى بعض الحراثة والحصاد ويعطي محاصيل متوسطة. الاستخدام الزراعي ذو الكثافة العالية يتطلب الكثير من العمل في الحراثة والحصاد، بالإضافة إلى استخدام كميات كبيرة من المواد الكيميائية، لإنتاج الكثير من المحاصيل من مساحة أصغر. في الاستخدام الزراعي ذو الكثافة العالية، يتم تقليل بعض خدمات النظام البيئي لصالح إنتاج المحاصيل بكفاءة عالية.

الشكل 3: النيتروجين يتحول عن طريق شبكات طعام التربة لكي يتمكن من التحرك عبر النباتات أو المياه أو الهواء. تتم معدنة المادة العضوية في التربة (النباتات والحيوانات الميتة) إلى النيتروجين اللاعضوي عن طريق نشاط التغذية لكائنات التربة. النيتروجين اللاعضوي في التربة يمكن أن يُمتص من قبل النباتات والفطريات، أو يمكن أن يفقد من التربة عن طريق النشر في المياه الجوفية أو عن طريق تحويله إلى غاز ثاني أكسيد النيتروجين (N2O) عن طريق البكتيريا، في عملية تسمى تنحل النترات.

Hinweis für die Medien: Die von iDiv bereitgestellten Bilder dürfen ausschließlich für die Berichterstattung im Zusammenhang mit dieser Medienmitteilung und unter Angabe des/der Urhebers/in verwendet werden.

Open PDF in new window.

Jes Hines ^1,2*, Franciska de Vries³

¹ German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, Leipzig, Germany
² Institute of Biology, Leipzig University, Leipzig, Germany
³ Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics, University of Ansterdam, Amsterdam, Netherlands

يقوم البشر باستخدام الأراضي لزراعة المحاصيل وذلك بهدف توفير الغذاء، ومن الممكن أن تؤثر أساليب الزراعة المستخدمة على الكائنات الحية التي تتواجد في التربة. وتقوم هذه الكائنات بأداء أدوار مهمة مثل تحلل المواد العضوية وتحرير العناصر الغذائية اللازمة لنمو النباتات. من خلال زيادة استخدام المبيدات والأسمدة في الأراضي الزراعية، يمكن تحقيق إنتاجية أكبر من المحاصيل في مساحة أصغر، ولكن هذه الطرق قد تلحق ضررًا بكائنات التربة وبالعمليات التي تقوم بها. على الجانب الآخر، يمكن استخدام أساليب أكثر لطفًا في زراعة المحاصيل، والتي تعود بالفائدة على حيوانات التربة، ولكن هذه الأساليب تتطلب مساحات أراضٍ أكبر. إن احتياجات البشر للغذاء المُنتج من المحاصيل تعتبر أمرًا حيويًا لاسيما للسكان في جميع أنحاء العالم. ونظرًا لأننا جميعًا نشارك في استخدام سطح الأرض الواحد، فيجب علينا أن نأخذ في عين الاعتبار كيفية تأثير أساليب الزراعة على حيوانات التربة. بالإجمال، هناك 7.8 مليار شخص على وجه الأرض، وجميعهم يعتمدون على تناول طعام يُنتَج في التربة. فعلى سبيل المثال، الخضروات وغيرها من المحاصيل

تشكل جزءًا أساسيًا من النظام الغذائي الصحي. ومع ذلك، ينطوي إنتاج الطعام بكميات كبيرة على تكلفة بيئية. فأولًا، نحتاج إلى مساحات كبيرة من الأراضي الزراعية، وثانيًا نحتاج إلى ممارسات زراعية تهدف إلى الحفاظ على صحة البيئة. يُمكِن للكائنات الحية في التربة أن تُزودنا بمؤشرات حول جودة ممارسات زراعتنا وتأثيرها على البيئة. في التربة، هناك بلايين من الكائنات الحية مثل البكتيريا والفطريات والنيماتودا والقشريات التي تعيش في التربة (شكل 1). جميعها تتغذى وتنمو وتستخدم الأوكسجين وتطلق ثاني أكسيد الكربون، تماماً كما نفعل نحن. عندما تقوم هذه الكائنات الحية في التربة بتنفيذ عمليات الحياة هذه، فإنها تطلق مواد غذائية من طعامها تكون مفيدة لنمو النباتات (شكل 1). كما أنها تمزج المواد العضوية (مثل النباتات والكائنات الميتة) في جميع أنحاء التربة. تحسّن هذه الكائنات بنية التربة، مما يعزز توافر الماء للنباتات. الكائنات الحية في التربة تزوّد الموارد التي تساعد النباتات على إنتاج الغذاء الذي يحبه البشر. توفر التربة خدمات نظام النظم البيئية المهمة، مثل ترشيح المياه وإعادة تدوير العناصر الغذائية، وهذا يساعد في الحفاظ على صحة وسلامة.

الكائنات الحية في التربة تشكل شبكة غذائية تحت أقدامك

الكائنات في التربة لا تعمل بمفردها؛ بل هي متصلة ببعضها البعض في شبكة من التفاعلات تُعرف بشبكة الطعام الأرضي. يمكن أن تؤثر التغيرات في وفرة أحد الأنواع على وفرة مفترسيهم وفرائسهم، في سلسلة من التفاعلات تسمى قناة الطاقة (شكل 1). تحتوي شبكات الطعام الأرضي على ثلاث قنوات طاقة رئيسية: إحداها تُغذى بواسطة البكتيريا، وأخرى تُغذى بواسطة الفطريات، والثالثة تُغذى بواسطة جذور النباتات. تتغذى البكتيريا والفطريات على المواد العضوية مثل الجذور والأوراق الميتة، وفيما بعد يتم أكلهم من قبل كائنات أخرى. هناك أيضًا كائنات تتغذى مباشرة على الجذور الحية مثل النيماتودا التي تأكل الجذور، والتي بدورها تُؤكل أيضًا من قبل حيوانات أخرى.

عندما يستخدم البشر الأرض بطريقة تعكر هذه القنوات الطاقة (مثل الحراثة أو إضافة الأسمدة)، فقد يؤثرون على قدرة شبكات الطعام الأرضي على تقديم الخدمات البيئية المعتادة. ولكن كم عدد الأنواع التي تتأثر بالبشر ومدى تأثيرنا على العمليات التي يقوم بها الكائنات الحية في التربة؟

تجربة لاختبار تأثير استخدام الأراضي على شبكات الطعام الأرضي

افترض العلماء أن أنواع مختلفة من استخدام الأراضي ستؤثر على هيكل شبكات الطعام الأرضي (شكل ٢) [١]. واعتقدوا أن استخدام الأراضي المكثف، مثل الحراثة، سيقلل من عدد الكائنات الحية في التربة ويقيد الخدمات البيئية التي تقدمها التربة [1]. كما اعتقد العلماء أن الكائنات الحية في التربة ستكون أكثر وفرة عندما يعتمد المزارعون على ممارسات استخدام الأراضي الواسعة (مثل المروج والمراعي). في استخدام الأراضي الواسعة، يكون هناك أقل حراثة وأقل إضافة للأسمدة، ولكن يكون هناك مساحة أكبر مطلوبة لإنتاج نفس كمية الطعام. واعتقدوا أن الكائنات الحية في التربة ستزدهر في المروج الطبيعية، حيث لا يستخدم المزارعون الأرض لزراعة المحاصيل [1].

بهدف استخدام مواقع تعرضت لمجموعة واسعة من الظروف البيئية (درجة الحرارة، الهطول، نسيج التربة، إلخ)، ذهب فريق من العلماء إلى أربع دول في أوروبا: السويد، التشيك، المملكة المتحدة، واليونان. في كل دولة، زاروا مواقع بها ثلاثة أنواع من استخدام الأراضي: زراعة ذات كثافة عالية، زراعة ذات كثافة متوسطة، ومروج طبيعية [1] (شكل 2). في كل موقع، قاموا بقياس مجموعة متنوعة من الكائنات الحية في التربة، بما في ذلك الفطريات، والبكتيريا، والبروتوزوا، والنيماتودا، والدود الأرضي، والإنشيترايديات، والعث، والسلامنجيات. ولمعرفة كيف تختلف الخدمات البيئية بين استخدامات الأراضي المختلفة، قاموا أيضًا بقياس بعض العمليات المهمة التي تقوم بها الكائنات الحية في التربة.

زراعة ذات كثافة عالية تقلل من التنوع البيولوجي في التربة

وجد العلماء أن نوع استخدام الأراضي يلعب دوراً هاماً في أعداد وأنواع الكائنات الحية التي يمكن العثور عليها في التربة. وجدوا أن استخدام الأراضي ذات الكثافة العالية يقلل من التنوع البيولوجي لشبكات الطعام الأرضي: هناك أقل عدد من مجموعات الكائنات الحية المتواجدة، وداخل هذه المجموعات أيضاً يكون هناك أقل أعداد الأنواع [٢]. كما وجدوا أن الوزن الكلي لمعظم مجموعات الكائنات الحية في التربة كان أقل حيث كان هناك استخدام أراضي ذات كثافة عالية ومتوسطة. كانت الكائنات التي تعتمد على جذور النباتات هي الأكثر تقليلاً، بينما كانت الكائنات التي تتغذى على البكتيريا والفطريات تتأثر بشكل أقل. ربما يكون ذلك بسبب أن الحراثة لها تأثيرات قوية على جذور النباتات في استخدامات الأراضي ذات الكثافة المتوسطة والعالية، مما يؤثر بشكل موسع على الكائنات التي تعتمد على جذور النباتات. ولكن إلى أي مدى كان التغيير ناتجاً عن التأثيرات المباشرة للحراثة على التربة، وإلى أي مدى كان ناتجاً عن التغييرات في شبكات الطعام الأرضي؟

العمليات التي يقوم بها الكائنات الحية في التربة

لتقييم السؤال أعلاه، نظر العلماء إلى العلاقات بين مجموعات الكائنات الحية في التربة والعمليات التي تقوم بها هذه الكائنات. ركز العلماء على عمليتين: التنفس ودورة النيتروجين. عندما نتحدث عن الكائنات الصغيرة، فإن التنفس هو اسم العملية التي تستخدم الأكسجين وتطلق ثاني أكسيد الكربون، لإنتاج الطاقة التي تحتاجها الكائنات للنمو وأداء وظائفها. النيتروجين هو عنصر أساسي لجميع الكائنات الحية، بما في ذلك النباتات. يتم دورته في البيئة عبر عدة خطوات. التمثيل المعدني هو العملية التي يتم فيها إطلاق النيتروجين من الكائنات إلى التربة (شكل 2)، عادةً عندما يتحللون. يمكن فقدان النيتروجين في التربة من خلال التسرب، وهو ما يعني طرد من التربة بالماء، أو بواسطة الخثرة، حيث يتم تحويل النيتروجين إلى غاز يسمى ثنائي أكسيد النيتروجين (NO2)، الذي ينتجه البكتيريا ويهرب من التربة إلى الغلاف الجوي.

تعزيز التنفس في المروج الطبيعية

أولاً، وجد العلماء أن تنفس الكائنات الحية في التربة كان أعلى في المروج الطبيعية وفي المناطق التي يوجد فيها المزيد من الدود الأرض. يقوم الدود الأرضي بخلط التربة، ومن خلال ذلك، يحفز نشاط الكائنات الحية الأخرى في التربة. تماماً مثلنا، عندما تصبح الكائنات الحية في التربة أكثر نشاطاً، فإنها تحتاج إلى تناول المزيد من الطعام وتتنفس أكثر. عندما يكون هناك المزيد من المواد العضوية المتاحة كغذاء، ستكون هناك أعداد أكبر من الكائنات الحية النشطة. نظراً لأن المروج الطبيعية تحتوي على مزيد من المواد العضوية مقارنة بالحقول المستخدمة لزراعة المحاصيل ذات الكثافة المتوسطة والعالية، فإن التنفس كان أعلى في هذه المواقع.

تدفقات أكبر من النيتروجين إلى المزارع التي تدار بشكل فعال

عندما نظر العلماء إلى دورة النيتروجين، وجدوا أن التمثيل المعدني للنيتروجين كان أعلى في شبكات الطعام التي تمتاز بقناة طاقة بكتيرية أقوى (انظر شبكة الطعام الأرضي في المصطلحات). غالباً ما تكون البكتيريا غزيرة في المناطق ذات استخدام الأراضي الشديدة، حيث تنمو بسرعة وتموت بسرعة، مما يؤدي إلى إطلاق النيتروجين من أنسجتها إلى التربة. بعد قياس النيتروجين المعدني الذي تم إطلاقه في التربة، أراد العلماء أن يعرفوا كيف أثر استخدام الأراضي على مكانة النيتروجين بعد ذلك. وجدوا أنه في المناطق ذات استخدام أراضي أقل كثافة حيث كان هناك الكثير من الفطريات المايكوريزا الأربوسكلارية،

المصطلحات

كائنات التربة: جميع
أنواع الكائنات الحية التي تعيش تحت سطح الأرض. تشمل هذه الكائنات الكائنات الحية الأحادية الخلية مثل البكتيريا، والكائنات الحية متعددة الخلايا مثل الدود الأرض، والبروتوزوا، والنيماتودا، والعث.

شبكة الطعام الأرضي
شبكة التفاعلات الغذائية بين كائنات التربة. تبدأ هذه التفاعلات من ثلاث مصادر رئيسية للطاقة (الجذور، الفطريات، البكتيريا) التي تشكل قنوات طاقة

خدمات النظام البيئي الأشياء المهمة التي تقوم بها البيئات لصالح البشر. في نظم النظام البيئي للتربة، أمثلة على ذلك تشمل إعادة تدوير العناصر الغذائية، واحتجاز وتصريف المياه، وخلط المادة العضوية.

الحراثة
تحضير التربة للزراعة عن طريق الحراثة أو الحفر. تقوم الحراثة بدفن الأعشاب الضارة وتسهل دخول جذور المحاصيل إلى التربة.

استخدام الأراضي
كيفية إدارة وتعديل البيئة الطبيعية. أمثلة على ذلك في النص تشمل الاستخدام الزراعي المكثف، والاستخدام الزراعي الواسع، والمناطق الطبيعية..

البحث الاصلي

de Vries, F. T., Thébault, E., Liiri, M., Birkhofer, K., Tsiafouli, M. A., Bjørnlund, L., et al. 2013. Soil food web properties explain ecosystem services across European land use systems. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110:14296–301. doi: 10.1073/pnas.1305198110

المراجع

[1] de Vries, F. T., Thébault, E., Liiri, M., Birkhofer, K., Tsiafouli, M. A., Bjørnlund, L., et al. 2013. Soil food web properties explain ecosystem services across European land use systems. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110:14296–301. doi: 10.1073/pnas.1305198110

[2] Tsiafouli, M. A., Thébault, E., Sgardelis, S. P., de Ruiter, P. C., van der Putten, W. H., Birkhofer, K., et al. 2015. Intensive agriculture reduces soil biodiversity across Europe. Glob. Change Biol. 21:973–85. doi: 10.1111/gcb.12752

تحرير: مالت يوخوم، المركز الألماني لأبحاث التنوع البيولوجي التكاملي (iDiv)، ألمانيا
الاستشهاد: هاينز ج، ودي فريس ف (2020) "التربة ليست ميتة: كيف يؤثر استخدام الأراضي على التربة الحية". مجلة "العقول الشابة". 8:549486. doi: 10.3389/frym.2020.549486
 

تضارب المصالح: يعلن المؤلفان أن البحث أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية قد تُفسر على أنها تضارب محتمل في المصالح.

حقوق النشر © 2020 هاينز ودي فريس. هذه المقالة مفتوحة الوصول، تُوزع بموجب شروط رخصة المشاع الإبداعي النسبة (CC BY). يُسمح باستخدام المقالة أو توزيعها أو إعادة إنتاجها في منتديات أخرى، بشرط الإشارة إلى المؤلف/المؤلفين الأصليين ومالك حقوق النشر، وأن يتم الاستشهاد بالنشر الأصلي في هذه المجلة، وفقًا للممارسة الأكاديمية المقبولة. لا يُسمح باستخدام أو توزيع أو إعادة إنتاج المقالة بما لا يتوافق مع هذه الشروط.

المراجع الصغير

 كونستانتين ، العمر 14.
مرحبًا، أنا كونستانتين، عقلك الشاب القريب! أنا من روسه، بلغاريا، ومنذ أن كنت صغيرًا كانت لدي أسئلة مثل: ما الفائدة من إعادة التدوير وما إلى ذلك. الآن، كشاب، أصبحت مهتمًا حقًا بعلم البيئة وقررت المساعدة في نشر الوعي ببعض المشاكل التي يواجهها عالمنا مثل تلوث الهواء، وانقراض الأنواع، وإزالة الغابات. إذا كنت أنا، كطالب عادي، يمكنني أن أُحدث فرقًا، فأنت تستطيع ذلك أيضًا - فما الذي تنتظره يا قارئي الشاب!

الباحثين

 جيس هاينز
جيس هي عالمة بيئة تعمل في المركز الألماني لأبحاث التنوع البيولوجي التكاملي (iDiv). يركز بحثها على كيفية استجابة التنوع البيولوجي للتغيرات في البيئة. تهتم بكيفية نمو الأنظمة المعقدة وكيف تؤثر الأنواع على تدفق العناصر الغذائية والطاقة والمعلومات عبر النظم البيئية. *jessica.hines@idiv.de.

فرانسيسكا دي فريس
فرانسيسكا دي فريس أستاذة في جامعة أمستردام. يركز بحثها على فهم كيفية استجابة التفاعلات بين النباتات وكائنات التربة المجهرية للتغير المناخي، وكيف يؤثر ذلك على وظائف النظام البيئي.

الدعم

فريق ترجمة تنوع التربة يشكر دعم مركز البحوث المتكاملة لتنوع الحياة في ألمانيا (iDiv) هاله-يينا-لايبزيغ، الذي يموله المؤسسة الألمانية للبحوث (DFG FZT 118, 202548816).