في إطار التحول إلى الاقتصاد الحيوي من عالم قائم على الاحتياطي الأحفوري، نواجه الجرأة الحيوية المتمثلة في إغلاق دورات المغذيات والانتقال إلى إدارة أكثر عملية وتوازنًا للموارد، مع الأخذ في الاعتبار ليس فقط المنظور الاقتصادي ولكن أيضًا المنظور البيئي. يعد تصنيع ونقل الأسمدة المعدنية من الأنشطة التي تتطلب كميات كبيرة من الطاقة الأحفورية، ولذلك، فإن اعتماد الزراعة على الأسمدة القائمة على الاحتياطيات المعدنية (بشكل رئيسي P و N وK ) ينبغي اعتباره تهديدًا خطيرًا للغاية للأمن الغذائي البشري وتغير المناخ. ومن ناحية أخرى، فإن التوقعات الحالية لاحتياطيات الفوسفور متشائمة. ووفقاً لأحدث الأرقام المنشورة حول النمو السكاني والطلب التقديري على العناصر الغذائية في المستقبل، فمن المتوقع أن يتم استنفاد هذه المادة خلال 300 عام كحد أقصى.



وفي الوقت نفسه، فإن الطلب الزراعي الموجود على الأسمدة المعدنية يتزايد باستمرار. والسبب الرئيسي هو الزيادة في عدد سكان العالم، إلى جانب زيادة استهلاك اللحوم وشعبية محاصيل الطاقة. وعلى الرغم من وجهات النظر السلبية تلك، فإن معالجة أو التخلص من مجاري النفايات يسبب تشتتًا غير منضبط في البيئة لكمية كبيرة من المعادن.


وبالتالي، هناك حاجة إلى جهد عالمي جديد لرسم سيناريو جديد حيث يوفر تحسين كفاءة استخدام المغذيات، وفي الوقت نفسه، تقليل خسائر المغذيات، الأسس لاقتصاد أكثر دائرية، لإنتاج المزيد من المدخلات الضرورية، مثل الغذاء أو الطاقة، في الوقت نفسه تقليل التأثير البيئي. سنستعرض هنا الخيارات العملية التي يمكنها "إعادة تدوير" واستعادة العناصر الغذائية المتبقية إلى منتجات نهائية عالية الجودة، محددة من خلال الاستخدام الفعال للمغذيات، وسوف نكشف عن المشكلات الرئيسية التي يجب مواجهتها مع منتجات الأسمدة الحيوية الجديدة والسياسات المتغيرة.



من المتوقع أن ينمو الطلب العالمي على إجمالي المغذيات الأسمدة (النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم) بنسبة 1.9% سنوياً، ليصل إلى 202 مليون طن (متوقع) بنهاية عام 2020.



إن استخدام المواد الغذائية ليس موحدة، فمثلا في البلدان النامية، بما في ذلك أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى ومناطق واسعة من أمريكا اللاتينية، تستخدم أقلية فقط من المزارعين الأسمدة الاصطناعية (التجارية)، في حين أن معظمهم ينتجون على مستوى الكفاف على أساس تناوب المحاصيل وإعادة تدوير مخلفات المحاصيل والفضلات الحيوانية والعضوية. على الجانب الأخر، في جميع أنحاء العالم المتقدم، وكذلك في المناطق التي تشهد تطوراً سريعاً مثل شرق وجنوب آسيا، هناك مشكلة الاستخدام غير المتناسب للمغذيات التي تولد عواقب لا يمكن السيطرة عليها.


عند التعامل مع العناصر الغذائية، هناك أربعة جوانب مهمة يجب مراعاتها من أجل إطعام 7 مليارات شخص، حيث تعتمد استدامة هذا العالم على ترشيد إدارة العناصر الغذائية. ففي الوقت التي تضاعف عدد البشر ثلاث مرات تقريبا مقارنة بالتدوير الأرضي العالمي للنيتروجين (N) والفوسفور(P)؛ لذا فقد أصبحت دورات N وP  في العالم الآن غير متوازنة، مما يؤدي إلى مشاكل بيئية واقتصادية وصحية كبيرة.  لا تزال محدودية الوصول إلى العناصر الغذائية تحد من إنتاج الغذاء في بعض أجزاء العالم وتساهم في تدهور الأراضي، في حين تشكل احتياطيات الفوسفور المحدودة خطراً حقيقياً على الأمن الغذائي العالمي في المستقبل، مما يشير إلى الحاجة إلى استخدام خاضع للرقابة؛ وما لم يتم اتخاذ التدابير اللازمة، فإن الزيادة في عدد السكان، وما يترتب على ذلك من زيادة في استهلاك المنتجات الحيوانية والطاقة، وسوف يؤدي ذلك إلى تفاقم فقدان المغذيات. بالإضافة الى ذلك سيؤدي هذا النهج إلى زيادة مستويات التلوث وتدهور الأراضي، مما يؤثر بشكل أكبر على جودة المياه والهواء والتربة، وسيهدد المناخ والتنوع البيولوجي.




إن الحاجة الوشيكة في البلدان المتقدمة لاستبدال المغذيات المعدنية التي تشكل جزءًا من الأسمدة الاصطناعية بالمغذيات المشتقة من النفايات الحيوية واضحة للعيان، ومع ذلك، فإن التقنيات الحالية لمعالجة السماد والنفايات الحيوية باهظة الثمن، وفي كثير من الأحيان، لا يكون استخدامها مخصصًا على وجه التحديد لاستعادة المعادن. على العكس من ذلك، فهي تركز على تخفيف الآثار البيئية، والتي غالبًا ما تنطوي على التخلص من هذه العناصر الغذائية ونقص استخدامها بشكل عام. ومن ناحية أخرى، في البلدان النامية، هناك حاجة إلى تحسين الوصول إلى مصادر المغذيات بأسعار معقولة للحد من الحاجة إلى مزيد من تحويل الأراضي لإنتاج المحاصيل للحفاظ على إمدادات غذائية كافية. ويؤدي هذا إلى الحاجة إلى نماذج مبتكرة وبنية تحتية أفضل لتعزيز الوصول إلى العناصر الغذائية في المناطق المزروعة، البعيدة عمومًا عن مراكز إنتاج وتوزيع الأسمدة. وبالتوازي من ذلك، هناك حاجة إلى بذل جهود لتحسين إدراك مخاطر الاستدامة طويلة المدى ومواجهتها، مع الأخذ في الاعتبار أيضًا أوجه التآزر بين مصادر الأسمدة المعدنية المستوردة، وإعادة تدوير السماد، وتثبيت المغذيات البيولوجية.



إن إعادة تدوير المواد والطاقة من خلال إعادة ربط إنتاج المحاصيل والثروة الحيوانية يصبح أمراً لا غنى عنه لتحقيق الاستدامة الزراعية بجميع جوانبها، وليس فقط على المستوى البيئي. لقد حان الوقت لإعادة ربط تدفقات المغذيات بين قطاعي إنتاج المحاصيل والثروة الحيوانية. وللقيام بذلك، من الضروري تعزيز العمليات الصناعية الزراعية التي تدعم إعادة تدوير المغذيات المعدنية الموجودة في التدفقات العضوية، وتحويلها إلى الأسمدة المعدنية. يتطلب هذا النهج مزيدًا من التطوير لركيزة صناعية زراعية ثالثة: معالجة النفايات الزراعية وإعادة تدويرها. وتكمل هذه الركيزة الركيزتين الرئيسيتين الحاليتين للنشاط الزراعي، مثل الإنتاج المحصولي والحيواني.
الإجراءات الرئيسية لتحسين كفاءة استخدام المغذيات.



هناك العديد من الخيارات لتحسين إدارة المغذيات وتجنب المشاكل النموذجية المرتبطة بعدم كفاية إنتاج واستخدام الأسمدة (الطبيعية أو الكيميائية). يعد العمل على تحسين كفاءة استخدام المغذيات في الإنتاج المحصولي والحيواني نقطة انطلاق جيدة في البحث عن زيادة في الإنتاج الغذائي العالمي، والاستخدام الرشيد والمتناسب للموارد الخارجية وتقليل التلوث البيئي الناجم عن هذه الأنشطة. ترتبط هذه الإستراتيجية، عند تطبيقها على وجه التحديد على إنتاج المحاصيل، بتنفيذ خمسة إجراءات:


تنفيذ استراتيجية " الإعدادات الأربع أو الأطر الأربعة (4Rs)، لرعاية إدارة المغذيات “ التي تتمثل قاعدتها في استخدام الأسمدة المناسبة، بالكمية المناسبة، في الوقت المناسب التطبيق وبشكل مناسب. وقد تم تطوير هذه الإستراتيجية خصيصًا من قبل صناعة الأسمدة وفقًا للظروف المحددة للأرض ومع الأخذ في الاعتبار التوافر العالمي للعناصر الغذائية في التربة ومخلفات المحاصيل والسماد والنفايات.


اختيار المحصول الأنسب حسب الأرض التي سيتم زراعته فيها ومع مراعاة الموسم، كل ذلك ضمن الدورة المحصولية الصحيحة
ري المحصول عند الضرورة، باستخدام التكنولوجيا التي تسمح بالتحكم في كمية المياه المضافة ونقطة الاستخدام الدقيقة، مثل الري بالتنقيط، إلى جانب طرق جمع مياه التربة وممارسات الحفاظ على التربة.


تنفيذ تدابير متكاملة لإدارة الآفات والأعشاب الضارة والأمراض لتقليل خسائر الغلة مع حماية البيئة.
تقليل جريان المغذيات من خلال إجراءات التخفيف المناسبة التي تشمل مبادرات لمكافحة التآكل، وإدارة الحرث، وتغطية المحاصيل، وأفضل الممارسات لتطبيقات السماد والأسمدة.



وتستهدف هذه الإجراءات العاملين بالحقل الزراعي والمزارعين، ولكن يجب أن تحظى بدعم المجتمعات البحثية والصناعة.
فيما يتعلق بالإنتاج الحيواني، فانه وعلى الرغم من التركيز على التربية المنزلية والتي يتم تنفيذها على نطاق صغير. إلا انه مع تزايد الطلب على المنتجات الحيوانية، مثل الحليب أو البيض أو اللحوم، في العالم كله، فقد أصبح الإنتاج الحيواني أكثر كثافة، خاصة في البلدان المتقدمة للغاية. وكانت النتيجة تركز أنظمة الإنتاج الحيواني. وقد أصبحت جميع الأنشطة في سلسلة القيمة، مثل الإنتاج أو المعالجة أو التوزيع أو التسويق، مرتبطة بشكل أوثق، لا سيما في حالة إنتاج الخنازير والدواجن. ونتيجة لذلك، زاد عدد الحيوانات في كل مزرعة، وأصبحت المزارع أكثر احترافية، ونما إنتاج السماد الطبيعي، وهو ما يتجاوز عادة القدرة المحدودة للأراضي الزراعية المجاورة لاستيعاب العناصر الغذائية وإعادة تدويرها بكفاءة. وقد أدى هذا الإفراط في استخدام السماد إلى تفاقم المشاكل في المناطق المعرضة للخطر مع ترشيح النترات إلى المياه الجوفية، والأمونيا، وإطلاق أكسيد النيتروز في الهواء وانهيار التربة مع الفوسفور إلى المدى الذي يعتبر فيه فقدان الفسفور عن طريق الترشيح أو من خلال التدفق السطحي مخاوف خطيرة.


هذا ويمكن تنفيذ استراتيجية تحسين كفاءة استخدام المغذيات في الإنتاج الحيواني باتباع بعض الأساليب:

أتاحت التطورات الوراثية في الماشية للحيوان الاستفادة بشكل أكثر كفاءة من الأعلاف التي يتم تناولها والحصول على استيعاب أفضل للعناصر الغذائية. ونتيجة لذلك، تنتقل العناصر الغذائية إلى اللحوم أو الحليب أو البيض بدلاً من إخراجها، مما يؤدي إلى تحسين إنتاجية الأعلاف الحيوانية بشكل كبير. وفي الوقت نفسه، أدت التحسينات في إسكان الحيوانات وتقدم الطب البيطري الوقائي إلى بيئات أكثر صحة تشجع أيضًا على استخدام أفضل للمغذيات وإنتاج أكثر كفاءة للمنتجات الحيوانية؛



تجنب الإفراط في تغذية المغذيات والإثراء غير الضروري للسماد بمركبات قيمة. يعد استخدام الأعلاف سهلة الهضم، والتخطيط المناسب للنظام الغذائي للحيوانات، وتحديد المتطلبات الغذائية في العلف، واستخدام الإضافات التي تزيد من هضم العناصر الغذائية في العلف، من التدابير الرئيسية لتحسين كفاءة الماشية في استيعاب العناصر الغذائية. العناصر الغذائية؛


تحسين القيمة السمادية للسماد الحيواني. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تعديل النظام الغذائي الحيواني (التحكم في مستويات النيتروجين والفوسفور المضافة)، وتخزين السماد، وممارسات المناولة (تجنب الخسائر التي تلحق بالبيئة) أو تحسين قيمة الأسمدة عن طريق معالجة السماد (التكوير، والخلط مع مغذيات الأسمدة غير العضوية، واستخلاص المغذيات الخ).

وتركز الاستراتيجيات الأخرى على الحد من انبعاثات النيتروجين في شكل أكاسيد النيتروجين وأكسيد النيتروز والأمونيا الناتجة عن أنشطة النقل والصناعة، مما يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في وقت واحد. تتضمن هذه مجموعة من التقنيات التي تقلل أو تلتقط انبعاثات النيتروجين في عمليات الاحتراق، مثل مواقد أكاسيد النيتروجين المنخفضة أو التخفيض الحفزي، واستخدام التقنيات التي تعمل على تحسين عملية الاحتراق من خلال كفاءة استهلاك الوقود، واستخدام التقنيات التي تقلل من متطلبات الطاقة أو استخدام الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية الأرضية.


في مجموعة الإجراءات الرئيسية للنفايات وإعادة التدوير، هناك أيضًا العديد من الفرص لتحسين إدارة العناصر الغذائية. وتتداخل معظمها بالنسبة للنيتروجين والفوسفور، باستثناء العمليات المتعلقة باستخراج الفوسفور ومعالجته ويعد تحسين كفاءة إمدادات الغذاء والحد من هدر الغذاء أحد هذه الإجراءات الرئيسية. وتشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 90٪ من استهلاك العالم من صخور الفوسفات يستخدم لإنتاج الغذاء والأعلاف. وبما أن نسبة كبيرة من الغذاء يتم إهدارها في جميع مراحل السلسلة الغذائية، فإن إحدى طرق تحسين الكفاءة هي تقليل كل من هذه الخسائر في سلسلة الإمدادات الغذائية بشكل عام، مما يؤدي إلى إمكانية إنتاج نفس الكمية من الغذاء باستخدام جرعات أقل من العناصر الغذائية. بهذا المعنى، يؤدي ضعف مرافق التخزين والافتقار إلى البنية التحتية في البلدان النامية إلى خسائر كبيرة بعد الحصاد وأثناء توزيع الأغذية وتجهيزها.

ومع ذلك، في البلدان المتقدمة، تحدث أكبر الخسائر في مرحلة الاستهلاك النهائية. وهذا شيء يجب أخذه في الاعتبار عند تصميم استراتيجية صحيحة لإمدادات الغذاء. تعد إعادة تدوير النيتروجين والفوسفور من مجاري النفايات، مثل أنظمة الصرف الصحي البلدية، أو السماد، أو النفايات السائلة الصناعية إجراءً محتملاً آخر. والتكنولوجيا اللازمة للقيام بذلك موجودة، ولكن لا يتم تنفيذها بالتساوي في جميع أنحاء العالم.


أحد أكبر التحديات هو تنفيذ التقنيات الحالية، مع إيلاء اهتمام خاص للبنية التحتية التي قد تكون مطلوبة، أو إعادة تصميم وتحديث أنظمة المعالجة الحالية. غالبًا ما يكون هذا أمرًا يخص الحكومات نظرًا للتكاليف الكبيرة المرتبطة بهذه الإجراءات. أما بالنسبة للإجراء الخاص بتقليل النفايات الناتجة أثناء استخراج الفوسفور ومعالجته. لابد أن نعلم أن الاسترداد الحالي في تعدين الفوسفور يتراوح بين 41 و95% اعتمادًا على المصدر المرجعي.


من خلال التركيز على زيادة معدل استخلاص الفوسفور في التعدين، فإن الجوانب الرئيسية التي يجب مراعاتها هي معالجة وتثمين المياه المعالجة ومجاري النفايات، إلى جانب استصلاح المناجم. بالإضافة الى ذلك فان أنماط الاستهلاك لها أيضًا علاقة كبيرة باستخدام المغذيات. في البلدان المتقدمة، يميل الناس إلى استهلاك بروتين أكثر بكثير مما هو مطلوب وفقًا للتوصيات الغذائية. ويشير هذا الاستهلاك المفرط إلى أن هناك فرصة لتقليل تناول البروتينات، وخاصة ذات الأصل الحيواني، مثل اللحوم ومنتجات الألبان والأسماك والبيض، التي يؤدي إنتاجها إلى ارتفاع انبعاث العناصر الغذائية. وأخيرا، فإن تنظيم الأنشطة الاقتصادية يولد أيضا العديد من الفرص لتحسين استخدام العناصر الغذائية. مثال على ذلك هو دمج تدفقات العناصر الغذائية ذات الأصول المختلفة لتشجيع استخدامها بشكل أكثر كفاءة. ومن الأمثلة الواضحة على ذلك الممارسة التقليدية للتكامل المكاني بين الثروة الحيوانية والأراضي الصالحة للزراعة، والتي توفر إمكانية توليد التآزر وتحسين كفاءة إعادة تدوير المغذيات من خلال استخدام الأسمدة الحيوانية.

ومن الأمثلة الجيدة الأخرى تنظيم إنتاج المغذيات بحيث يكون قريباً من المستهلك النهائي، وبالتالي تقليل الخسائر المرتبطة بنقص البنية التحتية للنقل.




شكل يوضح عمليات المعالجة التي تسمح بإعادة تدوير النفايات العضوية إلى مواد مغذية ومنتجات عضوية


كما هو مذكور في القسم أعلاه، فإن إعادة تدوير النيتروجين والفوسفور والمواد المغذية الأخرى من النفايات يعد خيارًا جيدًا لتحسين الاستخدام الفعال للعناصر الغذائية. يعتبر السماد بشكل عام والنفايات السائلة الناتجة عن الهضم اللاهوائي مصادر مهمة للعناصر الغذائية، ومع ذلك، فإن الإدارة غير السليمة يمكن أن تؤثر سلبا على جودة البيئة وصحة الإنسان. تعتبر أحد الأسباب الرئيسية لهذه المعالجة هي الاستفادة من النفايات لاستخدامها كسماد وبالتالي يحدث تعظيم لفوائد هذه المنتجات مع تقليل المخاطر البيئية. وقد أولت الدراسات في السنوات الأخيرة اهتماما متزايدا لدراسة التكنولوجيات التي تنطوي على جهود لاستعادة المغذيات وإعادة تدويرها لاحقا من مصادر النفايات المختلفة. يوضح الشكل المرفق خيارات العملية المختلفة، التي يمكن إعادة تدويرها (أي إعادة استخدامها بطريقة تؤدي إلى إنشاء منتج ذي جودة أو قيمة أعلى من المنتج الأصلي)، واستعادة العناصر الغذائية إلى منتجات نهائية ذات جودة أعلى.



ومن المعتاد أن تبدأ عملية تحسين الروث والهضم بالفصل المادي، مما يؤدي إلى توليد مرحلة سائلة (80-90%) ومرحلة صلبة (10-20% ) يميل البوتاسيوم والنيتروجين إلى التركيز في الطور السائل، بينما يحتفظ الجزء الصلب بمعظم الفوسفور والكربون العضوي. الفصل الميكانيكي مع أو بدون إضافة البوليمرات (باستخدام المرشحات الأسطوانية، والمكابس اللولبية، ومكابس حزام المرشح، وأجهزة الطرد المركزي)، أو التجفيف الحراري (عند توفر فائض الحرارة)، أو التبخر لتركيز العناصر الغذائية هي تقنيات المعالجة المسبقة الأكثر استخدامًا. يمكن تحقيق إزالة الأمونيا من الجداول الغنية بالنيتروجين عن طريق الترشيح الغشائي المضغوط.


تم تطوير هذه التكنولوجيا على نطاق واسع، ولكن لم يتم تنفيذها بشكل متكرر حتى الآن. يعد فصل الأمونيا تقنية أخرى تم تطويرها على نطاق واسع لاستعادة العناصر الغذائية من الهضم والسماد، ولكنها غير شائعة الاستخدام.  تتضمن العملية خطوتين.


أولاً، يتم نقل النيتروجين على شكل أمونيا من التيار الخام إلى الهواء، ثم يتم احتجاز هذه الأمونيا مرة أخرى في صورة سائلة باستخدام محلول حمضي قوي. بالنسبة لاقتصاد العملية، غالبًا ما يستخدم H2SO4 كمحلول حمضي.

يمكن استخلاص الفوسفور من مجاري النفايات بمفرده أو مع مكونات أخرى، مثل النيتروجين. يعد الحصول على الفوسفور هو استراتيجية الاسترداد الأكثر شيوعًا لهذا العنصر وقد تم تنفيذها بالفعل على نطاق واسع في العديد من البلدان.  إن إضافة أملاح الحديد أو الألومنيوم القابلة للذوبان إلى محلول يحتوي على الفوسفور القابل للذوبان يزيل هذا المكون من الجزء السائل ولكنه يولد أملاح تتميز بانخفاض ذوبانها وقلة توفرها في النبات، لذا فإن هذا ليس الخيار الأكثر إثارة للاهتمام عندما يكون الاستخدام الزراعي هو الهدف. من ناحية أخرى، فان بلورات الستروفيت (MgNH4PO4.6H2O) هو سماد بطيء الإطلاق يتم إنتاجه عند إضافة مصدر المغنيسيوم إلى محلول النفايات المحتوي على الفوسفور القابل للذوبان. بمقارنة تبلور الستروفيت مقابل فصل الأمونيا كوسيلة لاستعادة المغذيات تشير النتائج الى أن عملية التبلور يمكنها إزالة واستعادة أكثر من 90% من الفوسفور والنيتروجين، في نفس الوقت، بنسبة متكافئة من سوائل النفايات، وبالتالي يمكن اعتبارها تقنية أكثر إثارة للاهتمام. كلتا العمليتين صديقتان للبيئة وفعالة من حيث التكلفة في المنشآت واسعة النطاق، على الرغم من أن الجوانب الاقتصادية تفضل قليلاً تكوين الستروفيت.



أسلوب آخر لاستعادة المغذيات هو باستخدام تقنية إنتاج الكتلة الحيوية. تعد زراعة الطحالب في مجاري النفايات الغنية بالمغذيات عملية واعدة نظرًا لأن الطحالب المحصودة لها العديد من الاستخدامات التجارية المحتملة بما في ذلك الأسمدة والأعلاف الحيوانية والبلاستيك الحيوي والوقود الحيوي. وتركز الأبحاث الآن على تقليل تكاليف الإنتاج لجعل التركيبات مجدية اقتصاديًا. في نفس الخط، تمت أيضًا دراسة النباتات الكبيرة (طحلب البط) كوسيلة لاستعادة العناصر الغذائية من مجاري النفايات. بالإشارة إلى النفايات الصلبة، توجد تقنيات لاستخراج الفوسفور من حمأة الصرف الصحي، أو كعك السماد، أو الرماد الناتج عن عمليات الحرق، أو الانحلال الحراري، أو التغويز على نطاق واسع. وإلى جانب التكنولوجيات الأكثر رسوخا لاستعادة المغذيات، هناك تكنولوجيات واعدة أخرى تشق طريقها إلى تطبيقات واسعة النطاق وتقترب من التسويق التجاري. ومع ذلك، لا يزال هناك وعي منخفض بين الممارسين الزراعيين حول هذه التقنيات "الجاهزة للممارسة" تجاريًا والمستمدة من البرامج العلمية التطبيقية عالية النضج البحثي. وهناك قائمة طويلة تم رصدها وتضم ما يقرب أو يزيد عن 544 نتيجة بحثية مبتكرة ناضجة من مجال استخلاص النيتروجين والفوسفور، بما في ذلك التقنيات والمنتجات.


ومن الجانب الاقتصادي، يرى المختصين في هذا المجال انه عادة ما تركز المنهجيات المستخدمة تقليديا لتحديد جدوى مشاريع استعادة المغذيات فقط على التكاليف الداخلية، دون النظر إلى العوامل الخارجية البيئية. وعادة ما تؤدي هذه المنهجية إلى توازن اقتصادي سلبي. ومع ذلك، فإن تحليل الجدوى الاقتصادية مع الأخذ في الاعتبار الفوائد البيئية يظهر أن استعادة المغذيات أمر ممكن، في معظم الحالات، ليس فقط من التنمية المستدامة ولكن أيضًا من وجهة نظر اقتصادية.

منتجات الأسمدة الحيوية الجديدة (القضايا الرئيسية وإمكانات السوق):

الأسمدة الحيوية الجديدة ذات الأصل المباشر أو غير المباشر في مجاري النفايات تثير الكثير من الاهتمام هذه الأيام. ونتيجة لذلك، قامت المفوضية الأوروبية بمراجعة لائحة الاتحاد الأوروبي الخاصة بالأسمدة، وتوسيع نطاق تركيزها ليشمل منتجات الأسمدة الثانوية القائمة على المواد الخام، مما أدى إلى نشر لائحة جديدة بشأن منتجات الأسمدة.الهدف السياسي الرئيسي لمبادرة مراجعة تنظيم الأسمدة هو تحفيز إنتاج الأسمدة على نطاق واسع في المنطقة من المواد الخام العضوية أو الثانوية المحلية، بما يتماشى مع سياسة الاقتصاد الدائري، من خلال الجمع بين المنتجات الثانوية للأغذية الزراعية أو قطاعات الغابات إلى أسمدة جديدة. تتمتع الأسمدة الجديدة بالقدرة على التخفيف من الآثار البيئية لإنتاج المحاصيل من خلال الاسترداد الفعال للمغذيات.



ومع ذلك، يرى الكثير من المتخصصين في الأسمدة بالاتحاد إن انخفاض معرفة المزارعين وثقتهم وقبولهم للأسمدة الحيوية الجديدة يمكن أن يضر بالأهداف الطموحة للاقتصاد الدائري للاتحاد الأوروبي. ولذلك، من أجل التوسع في استخدام المنتجات الجديدة، هناك حاجة إلى "الثقة" و"المعرفة" على طول سلسلة القيمة: يجب على المزارعين فهم ومعرفة الفوائد الحقيقية للأسمدة الحيوية وكيفية اعتمادها واستخدامها عمليًا في ممارساتهم الزراعية. ومن الضروري أيضًا نشر المعرفة والمعلومات حول ابتكارات استعادة المغذيات والتي يتم تنفيذها واستغلالها بشكل غير كافٍ (التقنيات والمنتجات والممارسات) التي أصبحت بالفعل تجارية وتسويق "جاهزة للممارسة" للممارسين الزراعيين. وهذا هو بالتحديد هدف مشروع الاتحاد الأوروبي الجاريحاليا والذي يهدف إلى تحديد ابتكارات استرداد N/P غير المستغلة بشكل كافٍ (التقنيات والمنتجات والممارسات) ونشرها مباشرة على المزارعين. وهناك مبادرة أخرى بهذا المعنى وهي مشروع يقوم بمقارنة منتجات الأسمدة الجديدة مع سيناريوهات التسميد التقليدية. وكان الاستنتاج هو أن العناصر الغذائية من المصادر المتبقية يمكن أن تتطابق بنجاح مع معايير الأسمدة المعدنية وفقا للإنتاجية الملحوظة، وأرصدة كتلة المغذيات المحسوبة (واستخدام العناصر الغذائية)، فضلا عن بقايا النترات بعد الحصاد (مثل إشارة إلى مخاطر الجريان السطحي). ووفقا لاستنتاجات المشروع هذه، فإن التحدي المستقبلي الذي تواجهه الأسمدة الحيوية يتعلق بشكل أساسي بتحقيق منتجات مستقرة ويمكن التنبؤ بها من حيث التركيب الخاص بكل سماد.


جانب رئيسي آخر للأسمدة الحيوية هو ضمان عدم وجود مكونات غير مرغوب فيها، مثل الأدوية ومسببات الأمراض. ومن ناحية أخرى، يمكن للتركيبة البديلة للمنتجات الجديدة أن توفر أيضًا قيمة مضافة. على سبيل المثال، مع الأخذ في الاعتبار أن المعادن (النحاس والزنك والحديد) هي أيضًا مغذيات نباتية أساسية، فإن هذه المركبات في حد ذاتها لا تقلل من قيمة الأسمدة الحيوية الجديدة. مثال آخر هو وجود الكادميوم والزرنيخ في الأسمدة التقليدية المصنوعة من صخور الفوسفات، ولكن هذه المكونات أقل تواتراً في الأسمدة التي يتم الحصول عليها من السماد الطبيعي، على سبيل المثال يتم التحقيق في هذه الجوانب حاليًا من خلال مشروع يجريحاليا ويركز على ثلاث ركائز: المعالجة المسبقة، وتربية الحيوانات، ومعالجة النباتات، مما يعزز خلق تآزر أفضل بين تربية الحيوانات وإنتاج المحاصيل. تهدف هذه التحسينات إلى تسهيل عودة الكربون إلى التربة وتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة، والتي يمكن دمجها مع إنتاج الطاقة للاستهلاك الذاتي في المزرعة. في الوقت الحاضر، هناك تركيز خاص على ثلاث منتجات رئيسية: الستروفيت، الفحم الحيوي، ورماد الحرق كأسمدة محتملة مشتقة من النفايات الحيوية وغيرها من المواد الخام الثانوية.



ويقوم الاتحاد الأوروبي، من خلال مجموعات عمل مختلفة، باستكشاف الظروف الفنية والسوقية لإطار قانوني محتمل لتصنيعها وتسويقها. ووفقا للدراسات الحديثة التي جرت في هذا الصدد، فإن الكفاءة الزراعية لأملاح الفوسفات (مثل الستروفيت) هي نفس كفاءة فعل الأسمدة الاصطناعية. هذه النتائج متسقة ويمكن تعميمها عبر بيئات مختلفة، بما في ذلك أنواع المحاصيل والتربة ذات الصلة بالقطاع الزراعي في الاتحاد الأوروبي. وفي حالة مواد الأكسدة الحرارية ومشتقاتها، كانت الكفاءة الزراعية بشكل عام أقل من الأسمدة المستخرجة والصناعية ولكنها تعتمد بشكل كبير على المواد الأولية وما بعد المعالجة. على سبيل المثال، تقدم مواد الأكسدة الحرارية المشتقة من مخلفات المحاصيل وفضلات الدواجن خصائص أفضل من تلك الناتجة عن حمأة الصرف الصحي. أضف الى ذلك إن الملاحظات تؤكد أن مواد الأكسدة الحرارية لمخلفات المحاصيل ومخلفات الثروة الحيوانية يمكن أن توفر بديلاً مناسبًا للفوسفات الصخري المستخرج والأسمدة P المعالجة في الزراعة الأوروبية.


وفي حالة مواد الانحلال الحراري والتغويز المشتقة من منتجات الذبح الثانوية، وبقايا المحاصيل، وفضلات الدواجن، وروث الخنازير، فإن الكفاءة الزراعية لا تختلف كثيراً عن كفاءة الأسمدة المشتقة من المواد الخام.



إن الناظر الى سوق الاتحاد الأوروبي الحالي للتكنولوجيات يرى بوضوح أنها تنطوي على إنتاج الستروفيت والفحم الحيوي ورماد الحرق مدفوع بشكل أساسي بالحاجة المتزايدة لإنتاج الطاقة من مصادر بديلة أو لإزالة العناصر الغذائية من مجاري النفايات (على سبيل المثال، السماد، ومياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية، أو النفايات السائلة من صناعة الأغذية) لتقليل ومنع ترشيح النيتروجين والفوسفور إلى المسطحات المائية. وفي معظم الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي، لم يتم الاعتراف قانونيًا بهذه المنتجات كأسمدة، لذا لا يمكن تسويقها تجاريًا، مع بعض الاستثناءات المحلية.



في الوقت ذاته يعتمد السوق المستقبلي للأسمدة المشتقة من مصادر النفايات على التوافر التكنولوجي والقيود المحتملة لعمليات الإنتاج، واستعداد المستهلك والسوق، والتأثيرات طوال دورة حياة المواد الجديدة.


والمتابع لتقديرات السوق لمنتجات الأسمدة "المستعادة" المتوقع طرحها في السوق في عام 2030، سوف يلاحظ أن الأسمدة المتصدرة هي المشتقة من مياه الصرف الصحي البلدية (60٪) والسماد الطبيعي (39٪) على الترتيب. علاوة على ذلك، من المتوقع أن ينمو سوق مواد الأكسدة الحرارية وأملاح الفوسفات المترسبة ومشتقاتها بشكل كبير في السنوات القادمة بسبب ثقة المستهلك العالية في المنتج النهائي والتآزر مع إنتاج الطاقة المتجددة. وفقًا للتقييم الأولي للسوق، من المتوقع وجود طلب مثير للاهتمام في السوق على المواد الغذائية المعاد تدويرها في قطاعات مختلفة من القطاع الزراعي في الاتحاد الأوروبي.


سيتم استخدام الجزء الأكثر أهمية من المواد المستردة كسماد والذي يمكن استخدامه لتوفير العناصر الغذائية، وخاصة الفوسفور، للزراعة في الاتحاد الأوروبي. قد تؤدي بعض المواد أيضًا وظائف زراعية أخرى وتشمل استخدامات مثل وسائط النمو أو محسنات التربة أو وسائط الزراعة. ويمكن تحديد أسعار الأسمدة حسب محتواها من الفسفور. هذا و تُقدر الأسعار القياسية لهذه المواد لكل طن من المواد على النحو التالي: 158 يورو للستروفيت (12.6% فوسفور، 9.9% منجنيز، 5.7% نتروجين)، 58  يورو لرماد حمأة الصرف الصحي (متوسط، 9% فوسفور)؛ 69  يورو لرماد فضلات الدواجن (5.5% فوسفور)؛ 250  يورو لفوسفات ثنائي هيدروجين الكالسيوم المشتق من رماد حمأة الصرف الصحي (20% فوسفور؛ و 94 يورو للرماد الشبيه بفوسفات الكالسيوم رباعي (7.5% فوسفور).
السياسات المتعلقة بالمغذيات



إن السياسات على جميع المستويات، بغض النظر عما إذا كانت وطنية أو دولية، لها دور رئيسي في تعزيز الإدارة الكافية للمغذيات. ومع ذلك، يجب التغلب على الممارسات التقليدية وتطوير نماذج وأدوات جديدة لتحقيق أهداف سياسة المغذيات الجديدة. ونظرًا للسلسلة المعقدة من الأسباب والآثار في إدارة المغذيات، جنبًا إلى جنب مع التنوع الكبير في الأسواق والثقافات والعوامل الاجتماعية والمنظمات، فليس من المستغرب أن تؤدي نفس الأدوات السياسية إلى نتائج مختلفة اعتمادًا على البلد أو المنطقة التي يتم فيها تطبيق استخدام المغذيات. قد تبدو القواعد التنظيمية البسيطة المتعلقة بالمغذيات أكثر فعالية بالنسبة للصناعة (على سبيل المثال، معالجة المياه الناتجة من الصرف وإدارة النفايات) مقارنة بالزراعة. ويرى المختصين في هذا الشأن أن السبب واضح، ويرجعوا هذا الأمر الى حالتين، في الحالة الأولى، هناك عدد محدود من الجهات الفاعلة المعنية، مما يسمح لهم بالتحكم في العملية برمتها، من الإنتاج إلى المبيعات، وبالتالي يمكنهم أن يقرروا تحويل تكلفة أعمالهم المتعلقة باسترداد المغذيات إلى المستهلكين. وفي الحالة الثانية، يكون الوضع أكثر تعقيدا، إذ يتضاعف عدد الأطراف المعنية، كما تتضاعف الحاجة إلى التنسيق عند اتخاذ القرارات. تختلف السياسات الحالية المتعلقة بالعناصر الغذائية، وخاصة النيتروجين والفوسفور، من منطقة إلى أخرى في العالم، ولكن ما هو واضح هو أن هناك حاجة مشتركة لتحسين كفاءة استخدام المغذيات في السلسلة الكاملة للتمكن من إنتاج المزيد من أغذية ذات تلوث أقل، وطاقة أقل، وطلب أقل على المغذيات. ويرى المختصين في شان إنتاج الأسمدة أن كل منطقة في العالم تتمتع بخصائص محددة عند التعامل مع مسألة "استخدام المغذيات". في بعض المناطق التي تعاني من فائض في المغذيات، ركزت الجهود الأخيرة على التنظيم لمنع مشاكل التلوث، وخاصة تلوث المجاري المائية. ومع ذلك، فقد أكدت بلدان أخرى على ضرورة تقديم الدعم لشراء الأسمدة لضمان إنتاج الغذاء.



إن استهلاك الأسمدة يكون منخفض في أجزاء كثيرة من أمريكا اللاتينية وأفريقيا بمنطقة جنوب الصحراء الكبرى، ويرجع ذلك أساسًا إلى ضعف البنية التحتية للسوق والنقل وضعف نسبة التكلفة إلى الفائدة عند استخدام الأسمدة. ويرى المختصين في صناعة الأسمدة أن هناك حاجة إلى استثمارات كبيرة في البنية التحتية والأبحاث لتغيير الوضع. وتتميز كلتا المنطقتين بعدم حصول المزارعين على النيتروجين والفوسفور، مما يحد من إنتاج الغذاء مع زيادة تدهور الأراضي. كما أن هناك استثمارات قليلة في إنتاج الأسمدة في هذه المناطق، حيث تركز المرافق القائمة على التصدير. ونتيجة لذلك، هناك حاجة لاستيراد العناصر الغذائية والاستفادة من مصادر المغذيات الموجودة. تعاني منطقة جنوب الصحراء الكبرى في أفريقيا من ضعف في تنفيذ السياسات اللازمة لضمان إمدادات كافية من المغذيات للمزارع الصغيرة. هذه الحقيقة، إلى جانب عدم وجود بنية تحتية مناسبة لتوفير هذه العناصر الغذائية من مصادر غير قريبة، تساهم أيضًا في زيادة أسعار الأسمدة، مما يجعلها ليست في متناول المزارعين. ويوجد وضع مماثل في أمريكا اللاتينية. إن التحدي الرئيسي في هذا المجال هو تطوير السياسات التي تعالج الاستقطاب القائم بين مصالح صغار المزارعين مقابل مصالح الأعمال التجارية الزراعية الهامة.تتعرض أوروبا وأمريكا الشمالية بشكل كبير للمخاطر المحتملة لنقص الفوسفور في المستقبل.


وفي هذه المناطق، لوحظت أيضًا تأثيرات عالية للتلوث على الصحة والبيئة بسبب فقدان العناصر الغذائية بوسائل مختلفة (الاحتراق أو الزراعة أو الصرف الصحي). وكان للسياسات البيئية تأثير إيجابي، ولكن تم تعويضها إلى حد كبير من خلال ارتفاع استهلاك المنتجات الحيوانية للفرد. في حالة أوروبا، تمت مواءمة شروط استخدام الأسمدة جزئيًا بموجب اللائحة (المفوضية الأوروبية) الصادرة عن البرلمان الأوروبي والتي تغطي، بشكل شبه حصري، الأسمدة القائمة على مواد غير عضوية سواء المستخرجة من المناجم أو يتم إنتاجه كيميائيا. ولكن من أجل الامتثال لمبادئ الاقتصاد الدائري، سيكون من الضروري أيضًا استخدام المواد المعاد تدويرها أو العضوية لأغراض التسميد. ومن الواضح أن لائحة المفوضية الأوروبية الجديدة تسير في هذا الاتجاه حيث تسعى إلى توفير ظروف منسقة لجعل الأسمدة المصنوعة من هذه المواد المعاد تدويرها أو العضوية متاحة في جميع أنحاء السوق الداخلية. سيكون التوفر هو الحافز المهم الأول الذي من شأنه أن يحفز استخدامها.إن تشجيع زيادة استخدام العناصر الغذائية المعاد تدويرها من شأنه أن يساعد بشكل أكبر في تطوير الاقتصاد الدائري ويسمح باستخدام عام أكثر كفاءة للموارد. بالنسبة لبعض النفايات المستردة، مثل الفحم الحيوي، والستروفيت، والمنتجات المعتمدة على الرماد، فقد تم بالفعل تحديد طلب السوق على استخدامها كأسمدة. ولذلك، لا ينبغي اعتبار هذه المنتجات نفايات، وبالتالي، يجب أن يكون من الممكن دخول المنتجات التي تحتوي على هذه المواد المستردة أو تتكون منها إلى السوق.



في شان موازي تعد التأثيرات الكبيرة على صحة الإنسان والبيئة أو تدهور التربة الزراعية من بين الآثار السلبية الموجودة في آسيا بسبب الاستخدام المفرط للأسمدة. والسبب هو ارتفاع نسبة العناصر الغذائية المنطلقة إلى الماء والتربة والهواء والاستخدام غير المتوازن للأرض (الإفراط في الاستخدام وزيادة النيتروجين مقارنة بالعناصر المغذية الأخرى).

على سبيل المثال فان الصين كحالة واضحة قد تجاوزت المستويات المثلى في استخدام الأسمدة سعياً لزيادة إنتاج الغذاء. ويرى المختصين أن التحدي الآن يتمثل في خفض الدعم على إنتاج الأسمدة إلى مستوى يؤدي إلى تحسين استخدام المغذيات عن طريق الحد بشكل كبير من الخسائر والتهديدات بالتلوث مع ضمان الأمن الغذائي. بالإضافة إلى ذلك، ومع الأخذ في الاعتبار هيمنة المزارع الصغيرة في الصين، يجب دمج الزيادة في حجم المزرعة في الإجراءات لتحقيق هدف التحكم في استخدام الأسمدة. بينما في الهند، كان "دعم النيتروجين" على تكاليف الأسمدة بمثابة دعم مباشر للمزارعين المحليين. على الرغم من أنه لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من الإجراءات في هذا البلد، فإن إجراء "دعم المغذيات" يساعد على زيادة الكفاءة في استخدام المغذيات لتحقيق تسميد أكثر توازنا، وفي الوقت نفسه، الحد من التلوث.


عادة ما تواجه المناطق التي تتوافر فيها العناصر الغذائية بشكل كبير مخاوف أكبر من التلوث، خاصة فيما يتعلق بمصادر الاحتراق (انبعاث أكسيد النيتروجين)، والزراعة (الترشيح)، ومعالجة مياه الصرف الصحي، مما يهدد نوعية البيئة بجميع جوانبها: الهواء، المياه والتربة والتنوع البيولوجي. وفى الواقع فان كثيراً ما نفذت البلدان التي يقل فيها توافر العناصر الغذائية الطبيعية والتي تعمل على تحقيق الأهداف الأساسية للأمن الغذائي مبادرات للتحكم في أسعار الأسمدة من أجل جعلها في متناول المزارعين. مع ذلك، فإن النتائج تؤدي في بعض الأحيان إلى نتائج عكسية لأن المزارعين يميلون إلى استخدام فائض من العناصر الغذائية معتقدين خطأً أنه كلما زادت العناصر الغذائية كلما كان ذلك أفضل للمحصول. وهذا يحد من إنتاج الغذاء، ويؤدي إلى تدهور التربة، ويزيد من تفاقم تحويل النظم البيئية الطبيعية إلى أراض زراعية. تكثف المناطق التي تعاني من نقص الموارد الغذائية المحلية جهودها لتحسين البنية التحتية والتحكم في الأسعار لضمان إمدادات كافية من هذه العناصر.

الاتجاهات المستقبلية

هناك بعض الفرص الكبيرة في جميع مناطق العالم فيما يتعلق باستخدام الأسمدة والتي يمكن تحقيقها بشكل واقعي. تخلق استراتيجيات إدارة النفايات الصلبة في الدول المتقدمة فرصًا اقتصادية واجتماعية وبيئية لاستعادة العناصر الغذائية.


تظهر الأسواق طلباً إيجابياً على الأسمدة العضوية، حتى في البلدان الأقل نمواً، وذلك بسبب السياسات المواتية والتغيرات الأيديولوجية وارتفاع الأسعار العالمية للأسمدة غير العضوية. تقوم العديد من الحكومات بتشجيع استخدام "الإعدادات الأربع" كممارسة إدارية للمزارعين. تتضمن 4Rs، النوع/المصدر الصحيح (تكييف نوع الأسمدة مع احتياجات المحصول)، والوقت المناسب (إتاحة العناصر الغذائية عندما يحتاجها المحصول)، والمعدل الصحيح (موازنة كمية الأسمدة المستخدمة مع الاحتياجات الحقيقية للمحصول) نوع المحصول)، والمكان المناسب (تحديد العناصر الغذائية التي يمكن للمحاصيل استخدامها). إن الكفاءة في استخدام العناصر الغذائية قابلة للقياس الكمي: كلما زادت كفاءة امتصاص النبات لها؛ كلما كانت الكمية أقل تصل إلى النفايات في البيئة.


سوف تساعد الأبحاث الحالية والمستقبلية، جنبًا إلى جنب مع تطبيق الأطر الأربعة 4Rs، في هذا الاتجاه وتساهم في حل تحدي المغذيات. هناك حاجة ملحة لتحسين دورات المغذيات في جميع المناطق لتلبية الاحتياجات الغذائية العالمية مع تقليل الآثار السلبية المحتملة على صحة الإنسان والنظم البيئية والمناخ وفى المقابل هناك أيضًا ضغوط عامة متزايدة للحد من الآثار البيئية للإنتاج الزراعي. وكنتيجة مباشرة، هناك حاجة إلى إجماع دولي لتطوير العديد من الإجراءات العاجلة.


يرى المختصين في الأسمدة انه من الضروري إنشاء نظام تقييم للتحليل المتكامل للتفاعلات التي تحدث بين العناصر الغذائية في جميع الوسائط، سواء الهواء أو الأرض أو الماء، وتأثيراتها على المناخ والتنوع البيولوجي. وفي هذا الصدد، ينبغي النظر في القوى الدافعة الرئيسية، مثل التفاعلات مع الأمن الغذائي والطاقة أو التكاليف والفوائد والفرص المتاحة للاقتصاد الدائري. وينبغي النظر أيضاً في وضع أهداف متفق عليها دولياً لتحسين إدارة النيتروجين والفوسفور على المستويين الإقليمي والعالمي. ومن الضروري التوصل إلى توافق في الآراء بشأن المؤشرات التي تسمح بقياس التقدم المحرز في الاستخدام المستدام للعناصر الغذائية وتحليل تحقيق التحسينات والحد من الآثار البيئية الضارة المرتبطة بفقدان العناصر الغذائية.  إن إجراء المزيد من البحوث حول الخيارات الحالية لتحسين كفاءة استخدام المغذيات وتطوير وتنفيذ النهج لرصد تحقيق أهداف المغذيات سيساعد على إظهار الفوائد على جميع المستويات، بما في ذلك صحة الإنسان، والاستدامة، وإمدادات الغذاء والطاقة.


ومن الضروري أيضًا تحديد العوائق الرئيسية التي تحول دون التغيير، حيث يتم تعزيز التعليم والتوعية العامة في هذا المجال. ويتعين على الحكومات أن تقوم بقياس الفوائد المتعددة المترتبة على تحقيق أهداف المغذيات للمياه العذبة، والنظم الإيكولوجية البحرية والبرية، وتخفيف التهديدات المناخية، فضلا عن تحسين صحة الإنسان.

أخيرا، لا بد من التوصل إلى الإجماع على إنشاء تفويض من المجتمع الدولي، استنادا إلى مساهمات كافة الجهات الفاعلة الاجتماعية والسياسية والاقتصادية. وفقًا للتقييم الأولي للسوق، من المتوقع وجود طلب مثير للاهتمام في السوق على المواد الغذائية المعاد تدويرها في قطاعات مختلفة من القطاع الزراعي في الاتحاد الأوروبي.


سيتم استخدام الجزء الأكثر أهمية من المواد المستردة كسماد يمكن استخدامه لتوفير العناصر الغذائية، وخاصة الفوسفور، للزراعة في الاتحاد الأوروبي. قد تؤدي بعض المواد أيضًا وظائف زراعية أخرى وتشمل استخدامات مثل وسائط النمو أو محسنات التربة.

ا. د. فوزي أبو دنيا
المدير الأسبق لمعهد بحوث الإنتاج الحيواني