مخلفات النخيل كنز للتربة.. إنتاج الفحم الحيوي للزراعة المستدامة.. فحم نخيل التمر يزيد من خصوبة التربة

 الأراضي المقدسة الخضراء / GHLands

نجح الباحثون في تحويل مخلفات النخيل إلى “فحم حيوي” باستخدام عملية التحلل الحراري البطيء عند 500°C، هذه التقنية توفر حلاً مستدامًا، لإدارة المخلفات الزراعية مع تحسين جودة التربة وتعزيز نمو النباتات.

تتوافر مخلفات نخيل التمر بكثرة في العديد من المناطق القاحلة وشبه القاحلة، مما يمثل تحديًا بيئيًا وفرصة لإدارة الموارد المستدامة.

في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Scientific African، تم جمع مخلفات النخيل، بما في ذلك الأوراق، والجريد، وسعف النخيل، وعذوق الثمار، من إحدى الواحات في جنوب شرق المغرب، وتحويلها إلى فحم حيوي عالي الكربون (70.74%)، يتميز ببنية مسامية تساهم في *احتباس الماء والمغذيات داخل التربة.

فوائد الفحم الحيوي المنتج: 

– رفع قلوية التربة (pH = 9.19)، مما يساعد في معادلة التربة الحمضية.
– سعة تبادل كاتيوني عالية (68.05 cmol/kg)، تعزز احتفاظ التربة بالعناصر الغذائية.

-محتوى نيتروجين منخفض (0.74%)، مما يجعله خيارًا مستقرًا لعزل الكربون وتقليل انبعاثات الكربون.

تؤكد هذه النتائج على دور الفحم الحيوي كأداة مستدامة لتحسين التربة وحل بيئي مبتكر لإدارة مخلفات النخيل، مما يفتح المجال نحو زراعة أكثر استدامة وكفاءة في المناطق الجافة وشبه الجافة.

تقيم هذه الدراسة تثمين مخلفات نخيل التمر من خلال التحلل الحراري البطيء عند 500 درجة مئوية لإنتاج الفحم الحيوي المناسب لتحسين التربة الزراعية. تمت معالجة مخلفات نخيل التمر، التي تتكون من 41.95٪ سليلوز، و 28.49٪ هيميسليولوز، و 26.56٪ ليجنين، لإنتاج الفحم الحيوي بكفاءة إنتاجية تبلغ 44.95٪.

تم تحليل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للفحم الحيوي على نطاق واسع، مما أظهر محتوى ثابت من الكربون بنسبة 70.74٪، ودرجة حموضة 9.19، وسعة تبادل الكاتيون (CEC) 68.05 سمول/ كجم. كشف التحليل الأولي عن محتوى عالٍ من الكربون (71.9٪) ومحتوى منخفض من النيتروجين (0.74٪)، مما يشير إلى استقراره وإمكانية عزل الكربون على المدى الطويل.

تحويل مخلفات النخيل إلى فحم حيوي

وقد أشار التحليل الوزني الحراري إلى الاستقرار الحراري، في حين كشف المجهر الإلكتروني الماسح عن بنية مسامية للغاية، مفيدة للاحتفاظ بالمياه واستعمار الميكروبات.

وتوضح هذه النتائج أن عملية التحلل الحراري البطيئة تنتج الفحم الحيوي بخصائص مواتية، مما يجعله تعديلاً واعداً لتخصيب التربة.

وتسلط هذه الدراسة حسب رشيد بوعمري الأستاذ بوحدة الزراعة الإيكولوجية، قسم حماية النبات والبيئة، المدرسة الوطنية للفلاحة بمكناس، بالمغرب المؤلف المشارك، الضوء على إمكانات إنتاج الفحم الحيوي في تحويل نفايات نخيل التمر إلى موارد قيمة مع التخفيف من التأثيرات البيئية والتكاليف المرتبطة بالتخلص منها.

تم الحصول على محصول فحم حيوي بنسبة 44.95 ± 1.0٪، وتحقيق هذا العائد في ظل ظروف التحلل الحراري عند 500 درجة مئوية لمدة 4 ساعات، بمعدل تسخين 10 درجات مئوية/ دقيقة، مما يعني أن DPR كانت أقل مقاومة لدرجات الحرارة الأعلى، ويرجع ذلك على الأرجح إلى ضعف روابط المجموعة الوظيفية وقابلية التحلل الأعلى لمادتها وبنيتها.

يمكن أن يفسر أيضًا معدل إنتاج الفحم الحيوي زيادة فقدان المواد المتطايرة وفقدان الوزن الأكبر من الكتلة الحيوية أثناء التحلل الحراري في ظل ظروف الأكسجين المنخفض.

أفادت الدراسة التي أجراها النور وآخرون بعائد أقل قليلاً بنسبة 35% باستخدام درجة حرارة تحلل حراري مماثلة (500 درجة مئوية) ولكن مع وقت تحلل حراري أقصر يبلغ ساعتين ونفس معدل التسخين (10 درجات مئوية/دقيقة).

وجدت دراسة حديثة أخرى أجراها الغامدي وآخرون عائدًا عند 550 درجة مئوية، و3 ساعات، ومعدل تسخين 10 درجات مئوية/دقيقة، وهو أيضًا أقل من العائد المرصود.

كيفية تجويل مخلفات النخيل إلى فحم حيوي

تشير هذه النتائج المقارنة إلى أن التركيب الأولي للمواد الخام وظروف التحلل الحراري، بما في ذلك درجة الحرارة ووقت الإقامة في المفاعل ومعدل التسخين، يمكن أن تؤثر على إنتاج الفحم الحيوي، حيث تؤدي درجات الحرارة المرتفعة عمومًا إلى إنتاج أقل، ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من التحقيق والتحليل لفهم العوامل التي تؤثر على إنتاج الفحم الحيوي DP في ظل ظروف التحلل الحراري المختلفة.

كشف التحليل التقريبي للفحم الحيوي في هذه الدراسة عن محتوى ثابت من الكربون بنسبة 70.74٪، ومواد متطايرة بنسبة 9.01٪، ومحتوى رماد بنسبة 20.25٪، ومحتوى رطوبة بنسبة 3.52٪، هذه الخصائص لها آثار مباشرة على تطبيقات التربة.

البيوتشار- الفحم الحيوي

خصائص مفيدة للتربة 

يشير محتوى الكربون الثابت العالي إلى أن الفحم الحيوي مستقر للغاية ومقاوم للتحلل، مما يجعله بالوعة كربونية طويلة الأمد في التربة.

يظل الفحم الحيوي ذو المحتوى العالي من الكربون الثابت في التربة لفترات أطول، مما يحسن المادة العضوية في التربة ويساعد في عزل الكربون، وهو أمر بالغ الأهمية للتخفيف من تغير المناخ، بالإضافة إلى ذلك، يزيد الفحم الحيوي المستقر من تهوية التربة ويعزز احتباس الماء، وهو أمر ضروري لتحسين بنية التربة وتعزيز نمو النبات.
يشير محتوى المواد المتطايرة المنخفض (9.01٪) أيضًا إلى استقرار أكبر للفحم الحيوي. تعني المواد المتطايرة المنخفضة إطلاق عدد أقل من المركبات العضوية المتطايرة من الفحم الحيوي عند تطبيقه على التربة، مما يقلل من خطر التأثيرات السلبية على نمو النبات أو الكائنات الحية الدقيقة في التربة.

فوائد الفحم الحيوي في التربة

يحسن قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه

يساهم الفحم الحيوي ذو المواد المتطايرة المنخفضة في تحسين الموائل الميكروبية في التربة، وتعزيز نشاط الكائنات الحية الدقيقة المفيدة، تساعد هذه الميكروبات في دورة المغذيات، مما يجعل العناصر الغذائية الأساسية مثل النيتروجين والفوسفور أكثر توفرًا للنباتات.
محتوى الرطوبة في الفحم الحيوي (3.52%) منخفض، مما يشير إلى أنه يمكنه امتصاص الماء والاحتفاظ به عند وضعه على التربة، مما يحسن قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه، وهذا مفيد بشكل خاص في المناطق القاحلة وشبه القاحلة حيث يشكل ندرة المياه تحديًا. يسمح الهيكل المسامي للفحم الحيوي له بالاحتفاظ بالرطوبة وتوفير إمداد أكثر ثباتًا بالمياه للنباتات، مما يحسن مقاومة الجفاف.

فوائد الفحم الحيوي في التربة

قيمة الفحم الحيوي لنخيل التمر

من حيث محتوى الرماد، كشف التحليل أن الفحم الحيوي لنخيل التمر يحتوي على 20.25٪ رماد، وإن كان أقل قليلاً من القيم التي أبلغ عنها الخاشة وآخرون، والغامدي وآخرون، الذين لاحظوا محتوى رماد بنسبة 25.7٪، يشير محتوى الرماد المرتفع نسبيًا إلى وجود كبير للمعادن الأساسية مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم والفوسفور، والتي تعتبر ضرورية لنمو النبات وخصوبة التربة.

ويتأكد ذلك أيضًا من خلال تحليل تكوين الرماد التفصيلي، والذي أظهر أن أكسيد البوتاسيوم (K2O) كان المكون الأكثر وفرة بنسبة 25.45٪، البوتاسيوم ضروري لنمو الجذور وتنظيم المياه وتعزيز مرونة النبات، مما يجعل الفحم الحيوي مفيدًا بشكل خاص للتربة التي تعاني من نقص البوتاسيوم .