لماذا كفاءة استخدام النيتروجين مهمة؟

لطالما كان مفهوم كفاءة استخدام النيتروجين شائع الاستخدام في البحوث الزراعية لعقود. ويُعرَّف هذا المفهوم عادةً بأنه نسبة محصول المحاصيل إلى كمية الأسمدة النيتروجينية المضافة أو الممتصة من قِبَل المحصول.

ما هي كفاءة استخدام النيتروجين؟

كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) مصطلح يُستخدم لوصف كفاءة النبات في استخدام النيتروجين المُضاف أو المُثبَّت لإنتاج الكتلة الحيوية. ويُعرَّف أيضاً بأنه النسبة بين محصول النبات وكمية النيتروجين الممتصة من التربة عبر الجذور أو من الغلاف الجوي من خلال تثبيته بواسطة البكتيريا.

تُعدّ كفاءة استخدام النيتروجين سمةً مهمةً في برامج تحسين المحاصيل، والتي تهدف إلى تحسين إنتاجية المحاصيل مع تقليل تكاليف المدخلات، مثل الأسمدة، وفي الوقت نفسه منع تسرب النيتروجين إلى البيئة. وسيؤدي تقليل استخدام الأسمدة إلى انخفاض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتقليل تسرب النترات إلى المياه الجوفية والسطحية.

تساهم زيادة كفاءة استخدام النيتروجين في خفض تكاليف مدخلات المزارعين وزيادة أرباحهم. فارتفاع كفاءة استخدام النيتروجين يعني امتصاص المحصول لكمية أكبر من النيتروجين المضاف، مما يعود بالنفع على البيئة وأرباح المزارعين على حد سواء.

علاوة على ذلك، يُعدّ هذا المقياس مؤشراً لكمية النيتروجين (N) التي يمتصها المحصول مقارنةً بالكمية المُضافة. وهو مؤشر هام على الاستدامة البيئية والكفاءة الاقتصادية في إنتاج المحاصيل، لأنه يُظهر العلاقة بين مدخلات النيتروجين وإنتاجية المحصول.

إن كفاءة استخدام النيتروجين البالغة 50% تعني أن نصف النيتروجين المضاف بقي في المحصول بعد اكتمال النمو.

على سبيل المثال، إذا كان لديك 100 رطل من سماد النيتروجين متاحًا لإنتاج الذرة وقمت بتطبيقه دفعة واحدة قبل الزراعة، ولكن لم يمتص المحصول سوى 70 رطلًا خلال موسم النمو، فإن كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية لديك هي 70%. هذا يعني أن 30 رطلًا قد فُقدت في البيئة بسبب نزع النيتروجين والترشيح.

يمكن التعبير عنها إما كنسبة مئوية (مثلاً، 50%) أو كنسبة (مثلاً، 1:1). في كلتا الحالتين، تكون الوحدات مساوية لوحدات الكتلة مثل الرطل لكل فدان (رطل/فدان)، أو الكيلوغرام لكل هكتار (كجم/هكتار)، أو الغرام لكل متر مربع (جم/م2).

تعني كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية العالية أن المحصول يستفيد من كمية أكبر من النيتروجين المُزوَّد له، وهو وضع مرغوب فيه لتحقيق هوامش ربح أعلى، ومراعاة الاعتبارات البيئية، وضمان الاستدامة. قد يكون من الصعب فهم الفرق بين كفاءة استخدام المغذيات وكفاءة استخدام النيتروجين الزراعية. ببساطة، يمكن تعريف كفاءة استخدام المغذيات بأنها أي مقياس لمدى جودة استفادة النبات من المغذيات.

يُعدّ هذا جزءًا من المنهجية المتعلقة بالزيادة المحتملة في غلة المحاصيل عند إضافة المزارعين لأسمدة نيتروجينية. ويُشكّل التركيز على غلة المحاصيل ما يُميّز كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية عن غيرها من مقاييس امتصاص العناصر الغذائية في النبات.

تعتمد هذه الطريقة على نسبة إنتاج الحبوب (أو الزيادة في إنتاج الحبوب) إلى كمية السماد المستخدم. على سبيل المثال، إذا استخدمت 200 رطل/فدان من النيتروجين وحصلت على زيادة قدرها 50 بوشل في محصول الذرة، فإن كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية ستكون كالتالي: 200 رطل/فدان / 50 بوشل/فدان = 4 أرطال من الحبوب لكل رطل من سماد النيتروجين المستخدم.

يُعدّ هذا المقياس معيارًا أساسيًا لوصف توازن النيتروجين في النظام الزراعي. وبالتالي، يمكن استخدامه لتقييم استدامة نظام المحاصيل وتوجيه ممارسات إدارة النيتروجين.

كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية هي النسبة بين امتصاص المحصول للنيتروجين (CropNUptake) وكمية النيتروجين المضافة إليه (FertilizerN + ManureN + BiologicalNfixation). ويمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية: كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية = امتصاص المحصول للنيتروجين / FertilizerN + ManureN + BiologicalNfixation

على سبيل المثال، إذا قام مزارع بتطبيق 100 كجم/هكتار من سماد النيتروجين على محصول القمح، وعند الحصاد، يتم استرداد 30 كجم/هكتار من النيتروجين في الحبوب، فإن AgronomicNUE = 0.30.

يوفر مقياسًا لفعالية جميع مدخلات النيتروجين المتاحة في إنتاج غلة المحاصيل، بالإضافة إلى توفير وسيلة لمقارنة ومقابلة استراتيجيات إدارة النيتروجين المختلفة.

تم تعريف كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية بأنها نسبة الكتلة الحيوية للمحصول لكل وحدة كمية من النيتروجين المضاف أو المسترد من الأسمدة أو إجمالي كمية النيتروجين المثبتة بواسطة البقوليات.

كفاءة استخدام النيتروجين الزراعية = الكتلة الحيوية للمحصول / إجمالي مدخلات النيتروجين المتاحة للنبات

هي نسبة النيتروجين المُضاف من السماد التي يستعيدها المحصول المستهدف. الكفاءة المثالية، والتي نادراً ما تتحقق، هي 100%، أي أن كل النيتروجين المُضاف يستعيده المحصول.

لا يشير مصطلح "الزراعي" إلى الممارسات الزراعية، بل إلى كمية النيتروجين الفعلية التي يستخدمها المحصول. وقد تكون هذه الكمية أقل مما تم إضافته أو توفيره فعلياً، ويعود ذلك إلى عوامل مختلفة، مثل الفقدان عن طريق الترشيح أو نزع النيتروجين أو تثبيت النيتروجين من الأسمدة بواسطة الكائنات الدقيقة في التربة.

أهمية NUE

هناك عدة أسباب تجعل كفاءة استخدام النيتروجين مهمة في التربة. إليك بعضها:

1. فهو يقلل من الخسائر الاقتصادية الناتجة عن انخفاض المحاصيل وضعف الجودة.
2. فهو يحسن الاستخدام المستدام للموارد الطبيعية.
3. يقلل من التلوث الناتج عن الأسمدة النيتروجينية.
4. ترتبط التكاليف المنخفضة بتطبيق كمية أقل من الأسمدة النيتروجينية التي لا تزال كافية لتحقيق أهداف إنتاج المحاصيل.
5. انخفاض التأثيرات البيئية، وخاصة على جودة المياه، بسبب انخفاض فقدان النيتروجين عن طريق الترشيح والتطاير.
6. زيادة محتوى البروتين في محاصيل الحبوب. وهذا بدوره يزيد من القيمة الاقتصادية للحبوب ويحسن قدرة الحيوان على تحويل العلف إلى لحم أو حليب.

كيفية حساب كفاءة استخدام النيتروجين

يتم حساب NUE باستخدام الصيغة التالية:

يمكن إيجاد معادلة كفاءة استخدام النيتروجين عن طريق قسمة محصول الحبوب على إجمالي كمية النيتروجين المتاحة للمحصول.

محصول الحبوب (غ/هكتار) (المادة الجافة للمحصول) ÷ غ/هكتار من النيتروجين المضاف.

على سبيل المثال، لنفترض محصولًا ينتج 3.5 طن/هكتار من القمح بمحتوى نيتروجين إجمالي قدره 0.24%. وبالتالي، فإن كمية النيتروجين المقاسة في الحبوب هي:

3.5 × 0.24% = 8.4 كجم/هكتار.

إذا تم تزويد المحصول بـ 100 كجم/هكتار من النيتروجين (بما في ذلك تمعدن التربة)، فإن كفاءة استخدام النيتروجين للمحصول هي 8.4%.

كيفية زيادة كفاءة استخدام النيتروجين

إليكم بعض الطرق التي يمكن للمزارعين من خلالها تحسين ذلك:

1. يمكنك تحسين ذلك عن طريق اختيار النوع المناسب من الأسمدة. الأسمدة العضوية إنها رائعة. فعندما يتم وضع هذه الأسمدة العضوية في التربة، فإنها تطلق العناصر الغذائية ببطء بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة، وبالتالي تعزز كفاءة استخدام النيتروجين.

2. باستخدام أساليب الزراعة المناسبة.

3. زراعة الأصناف المناسبة.

4. تطبيق الكمية المناسبة من السماد في الوقت المناسب. ينبغي تطبيق السماد قبل البذر أو أثناء البذر كلما أمكن ذلك لتجنب إهدار المحاصيل قدر الإمكان.

5. ويمكن تحسينه أيضاً عن طريق تناوب المحاصيل و المحاصيل الغطائية. عند استخدامها معًا، يمكن أن تساعد هذه الممارسات في الحد من الآثار البيئية السلبية لممارسات الزراعة التقليدية حيث يقوم المزارعون بتطبيق كميات زائدة من النيتروجين لضمان حصول جميع النباتات على ما يكفي من النيتروجين.

إنّ الطريقة التقليدية لتطبيق كميات كافية من النيتروجين مكلفة وغير فعّالة. يمكن للمحاصيل الغطائية وتناوب المحاصيل أن تساعد في تقليل هذه التكلفة من خلال تحسين كفاءة استخدام النيتروجين في حقولك، مما يعني أنك ستتمكن من إنتاج المزيد باستخدام كميات أقل من الأسمدة النيتروجينية.

عند الحديث عن تناوب المحاصيل، تذكر أن فعالية كل دورة زراعية تختلف عن الأخرى. فبعض الدورات قد تُقلل من كفاءة استخدام النيتروجين مقارنةً بدورة زراعة الذرة وفول الصويا التقليدية. على سبيل المثال، زراعة الذرة بعد فول الصويا تُحسّن كفاءة استخدام النيتروجين عمومًا مقارنةً بزراعة فول الصويا بعد الذرة.

أظهرت الدراسات أن المحاصيل الغطائية تزيد من كفاءة استخدام النيتروجين لأنها تمتص النيتروجين من التربة، وهي عملية تُعرف بالتثبيت. يحدث تثبيت النيتروجين عندما تستخدم الكائنات الدقيقة مصادر النيتروجين العضوية في التربة وتحولها إلى أنسجة حية جديدة (كائنات دقيقة).

تموت الكائنات الدقيقة بعد ذلك، وتطلق هذا النيتروجين العضوي مرة أخرى في التربة لتستفيد منه النباتات. ومع ذلك، تتطلب المحاصيل الغطائية إدارةً، بما في ذلك طرق ومواعيد إنهاء الزراعة المناسبة.

كيف يمكن أن تساعد GeoPard في زيادة كفاءة استخدام النيتروجين؟

GeoPard هو حلول الزراعة الدقيقة يوفر هذا النظام للمزارعين البيانات والمعلومات اللازمة لإنتاج المحاصيل بكفاءة أكبر. يقدم GeoPard معلومات تفصيلية عن إمكانات إنتاجية كل حقل، وحالة النيتروجين والبوتاسيوم والفوسفور في التربة. فيما يلي بعض الطرق التي يساعد بها GeoPard على زيادة هذه الإمكانات:

1. إنهم يوفرون دورة كاملة من الحساب (كمية النيتروجين الموجودة بالفعل في التربة، وكمية النيتروجين التي يجب إضافتها، وكمية النيتروجين المتبقية في نهاية الموسم) ويقومون بالتخطيط للموسم التالي.

يُساهم نظام GeoPard في تحسين كفاءة استخدام النيتروجين من خلال تقديم توصيات دقيقة حول كمية الأسمدة اللازمة وتوقيت استخدامها. كما يُساعد المزارعين على تقليل كمية الأسمدة المستخدمة دون التأثير على إنتاجية المحاصيل. وهذا يعني أن المزارعين سينفقون أموالاً أقل على الأسمدة، ويُقللون في الوقت نفسه من أثرهم البيئي.

يوصي GeoPard بكميات دقيقة من الأسمدة التي يجب تطبيقها بناءً على خصائص التربة، وبيانات الطقس التاريخية (لتقدير كمية المياه التي ستفقد بسبب النتح والتبخر)، وبيانات الطقس الحالية (والتي يمكن استخدامها للتنبؤ بموعد ظهور نافذة مناسبة لتطبيق الكمية الموصى بها).

2. يقومون بإجراء تحليلات بناءً على الرسوم البيانية (البيانات من الآلات (التسميد المطبق، الزراعة، المحصول، البروتين)

أهم ما يميز نظام GeoPard هو قدرته على تحليل المعلومات بطريقة سهلة الاستخدام. يوفر هذا النظام البيانات بشكل واضح ومفهوم، مما يتيح اتخاذ قرارات أفضل في المستقبل. تشمل المعلومات التي يجمعها GeoPard ما يلي: كمية الأسمدة المستخدمة، وكمية المحصول المزروع، والمحصول النهائي، ونسبة البروتين.

تُجمع هذه المعلومات باستخدام الآلات وباتباع عملية بسيطة، مما يوفر للمزارع جميع البيانات المهمة في مكان واحد. ويمكن استخدام هذه البيانات للمساعدة في اتخاذ قرارات مهمة بشأن ما يجب فعله لتحسين كفاءة استخدام النيتروجين في مزرعته.

3. يقدمون تحليلات (معادلات لحساب امتصاص النيتروجين في كل متر مربع)

من أهم مزايا نظام إدارة المحاصيل GeoPard أنه يزود المزارعين بأداة فعالة لفهم وتحليل نمو المحاصيل. يستخدم هذا النظام تحليلات متقدمة لمساعدة المزارعين على تحسين كفاءة استخدام النيتروجين.

يُقدّم النظام تحليلات لكل متر مربع، مما يُمكّن المزارعين من فهم كمية النيتروجين المطلوبة لكل منطقة. وباستخدام هذه المعلومات، يستطيع المزارعون تجنّب الإفراط في التسميد وتوفير المال عن طريق تقليل تكاليف الأسمدة.

يتم تقديم التحليلات بشكل بسيط: معادلات تخبرك بكمية النيتروجين التي تحتاجها لكل متر مربع.

4. يقومون بوضع خطط زراعية للموسم القادم بناءً على بيانات دقيقة ونمذجة GeoPard

يُزوّدك برنامج GeoPard بمعلومات حيوية عن كل جزء من الحقل، ويرسم خرائط للمناطق التي تحتاج إلى النيتروجين بكثرة. وبناءً على هذه المعلومات، يستطيع المزارعون تخطيط كمية الأسمدة اللازمة لكل جزء من الحقل، مما يوفر الوقت والمال والموارد.

هي نسبة امتصاص المحصول للنيتروجين إلى كمية النيتروجين المضافة. وهي عامل رئيسي في تحديد إنتاجية المحاصيل وربحيتها، ومؤشر هام على الممارسات الزراعية المستدامة.

كلما قلّت كمية النيتروجين التي يستخدمها المحصول، زادت كفاءته. علاوة على ذلك، تتأثر كفاءة استخدام النيتروجين بعوامل عديدة، منها خصائص التربة، وممارسات الإدارة الزراعية، والظروف البيئية.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي فوائد زيادة كفاءة استخدام النيتروجين؟

زيادة إنتاجية المحاصيل تقلل من الأثر البيئي وتوفر التكاليف وتعزز الزراعة المستدامة.

يضمن الاستخدام الأمثل للنيتروجين نموًا مثاليًا للنباتات، ويقلل من جريان النيتروجين وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري، ويخفض تكاليف المدخلات، ويدعم خصوبة التربة على المدى الطويل. ومن خلال إعطاء الأولوية لهذا الأمر، يستطيع المزارعون تحقيق غلات أفضل، وحماية البيئة، وتوفير المال، والمساهمة في ممارسات الزراعة المستدامة.

2. ما مقدار السماد لكل متر مربع؟

تختلف كمية السماد لكل متر مربع باختلاف المحصول وظروف التربة واحتياجات النبات من العناصر الغذائية. يُنصح بإجراء تحليل للتربة لتحديد التوصيات الخاصة بالسماد لتحقيق النمو الأمثل للنبات. يوفر تحليل التربة معلومات دقيقة لتحديد الكمية المناسبة من السماد لكل متر مربع، مما يضمن إمداد النباتات بالعناصر الغذائية بكفاءة.

3. ما هما استراتيجيتان لزيادة كفاءة استخدام النيتروجين؟

هناك استراتيجيتان فعالتان لزيادة كفاءة استخدام الطاقة:

• تطبيق مقسميُتيح تقسيم عملية تسميد النيتروجين إلى جرعات متعددة على مدار موسم النمو تزامنًا أفضل بين احتياجات النبات وتوافر العناصر الغذائية. يقلل هذا النهج من فقدان النيتروجين ويضمن حصول النباتات عليه في الوقت الذي تكون فيه بأمس الحاجة إليه.
• إدارة محسّنة للمغذياتيمكن أن يؤدي تطبيق ممارسات الإدارة الدقيقة للمغذيات، مثل استخدام تقنيات التسميد المناسبة لكل موقع وتعديل معدلات التسميد بناءً على احتياجات التربة والنبات، إلى تحسينها بشكل ملحوظ. ومن خلال تخصيص مدخلات المغذيات لمناطق أو أقسام محددة داخل الحقل، يستطيع المزارعون ترشيد استخدام الأسمدة وتقليل هدر المغذيات إلى أدنى حد.

تساهم هذه الاستراتيجيات في زيادة فعالية الأسمدة النيتروجينية إلى أقصى حد، والحد من الآثار البيئية، وتحسين أداء المحاصيل مع الحفاظ على الممارسات الزراعية المستدامة.

4. ما هو المحصول الأكثر كفاءة في استخدام النيتروجين؟

من بين المحاصيل المختلفة، تُعتبر البقوليات الأكثر كفاءة في استخدام النيتروجين. تتمتع المحاصيل البقولية، مثل فول الصويا والبازلاء والعدس، بقدرة فريدة على تكوين علاقة تكافلية مع البكتيريا المثبتة للنيتروجين في عُقد جذورها.

يُمكّن هذا البقوليات من الحصول على النيتروجين مباشرةً من الغلاف الجوي، مما يقلل اعتمادها على مصادر النيتروجين الخارجية كالأسمدة. ونتيجةً لذلك، تتمتع البقوليات بكفاءة أعلى في استخدام النيتروجين، ويمكنها أن تُساهم في تغذية التربة به، مما يُفيد المحاصيل اللاحقة في نظام التناوب الزراعي.

5. ما مقدار النيتروجين الذي يحتاجه القمح لكل فدان؟

تختلف احتياجات القمح من النيتروجين لكل فدان تبعًا لعدة عوامل، منها خصوبة التربة، والظروف البيئية، ومرحلة نمو محصول القمح. في المتوسط، يحتاج القمح عادةً إلى ما يقارب 100 إلى 150 رطلاً من النيتروجين لكل فدان.

6. ما كمية المياه التي يحتاجها القمح لكل فدان؟

تعتمد احتياجات القمح من المياه لكل فدان على عوامل مختلفة، منها المناخ ونوع التربة ومرحلة نمو المحصول. في المتوسط، يحتاج القمح إلى ما يقارب 50 إلى 75 سم من الماء طوال موسم نموه. مع ذلك، من الضروري مراعاة الاحتياجات المائية الخاصة بصنف القمح المزروع ومراقبة مستويات رطوبة التربة بانتظام.

7. ما مقدار السماد اللازم للفدان الواحد للقمح؟

كقاعدة عامة، تحتاج محاصيل القمح عادةً إلى ما بين 100 و150 رطلاً من النيتروجين لكل فدان. وتختلف احتياجات الفوسفور والبوتاسيوم تبعاً لنتائج تحليل التربة، ولكن التوصية الشائعة هي إضافة ما يقارب 50 إلى 80 رطلاً من الفوسفور و40 إلى 60 رطلاً من البوتاسيوم لكل فدان.