علوم التربة وفروعها وعلماءها من منظور بيئي بالتفصيل

باعتبار التربة واحدة من أهم المكونات الطبيعية في كوكبنا فإنه من المحتم دراستها بالتفصيل ومن هنا ظهرت الفروع المختلفة المنبثقة من علوم التربة والتي تسعى إلى فهم أدق وأكبر عن مكونات التربة وخصائصها والتحولات التي تحدث فيها عبر العوامل الطبيعية أو التدخلات البشرية والاستغلال الأمثل للتربة في الزراعة واستخراج العناصر المفيدة الموجودة فيها، وبسبب الأحوال المختلفة التي تكون عليها التربة والدقة التي تتطلبها الدراسة فإن هناك الكثير من العلوم المرتبطة بها والتي يجب أن يكون عالم التربة على دراية بها مثل الجيولوجيا وهذا ما سنذكره بالتفصيل بالإضافة إلى علم كيمياء التربة ودراسة التربة ومجموعة من أهم المفاهيم المتعلقة مثل التعرية وأطوارها وسنضع قائمة بأهم علمائها منذ القرن السادس عشر وحتى الجيل الحالي.

ما هي علوم التربة والموارد المائية؟

التربة هي واحدة من مكونات الأغلفة الأرضية، وفروع علوم التربة المختلفة تسعى إلى الدراسة الشاملة للتربة ومكوناتها وحالتها تبعًا للمناطق الجيولوجية المختلفة والتأثيرات المتعاقبة عليها سواء كانت طبيعية أو بشرية، وتبعًا لكل فرع فإن علوم التربة بمجموعها توصلنا إلى رسم خرائط تفصيلية لوحدات وخصائص التربة وإنتاجيتها وبطبيعة الحال يتدخل العمل المختبري وتتداخل فروع علمية أخرى مثل الكيمياء والفيزياء.

أساسيات علم التربة وفروعها الرئيسية

من خلال التقسيم العام فهناك فرعان لعلوم التربة وهما:

علم دراسة التربة (البيدولوجي)

يختص الأول بدراسة التربة ومكوناتها في بيئتها الطبيعية الخاصة وهو مقسم إلى فروع كثيرة ويتداخل مع فروع علمية أخرى، فبسبب كون التربة موجودة في الغلاف الحيوي والغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري فإن علم دراسة التربة يتطلب معرفة بعلوم أخرى مثل علم المناخ وعلم البيئة وعلم الأرصاد الجوية وعلم الأحياء وعلم المياه وعلم شكل الأرض والجيولوجيا وبعض العلوم الطبيعية الأخرى وعلوم دراسة الأرض.

علم تأثير التربة (الإيدافولوجي)

يختص بعمليات تشكل التربة والطبوغرافية أي التحول الذي يحدث للأنواع المختلفة من الصخور سواء كانت نارية أو رسوبية أو متحولة إلى المواد الدقيقة عبر العوامل الفيزيائية والحيوية والكيميائية خلال فترات زمنية طويلة، أي أن هذا يشمل دراسة تأثير المناخ والمواد الأصلية التي تكونت منها الصخور وكذلك غطاء النباتات التي تنمو على أسطح التربة، ومن الجوانب الأخرى الهامة التي يختص بها جانب تصنيف التربة أي تقسيم أنواع التربة المختلفة وفق خواصها المتماثلة وهناك آليات مختلفة لعمليات التصنيف وأشهرها تصنيف وكالة أوشا (إدارة السلامة والصحة المهنية) الأمريكية والذي يقسم التربة إلى 3 أنواع رئيسية.

الجيل الأول من علماء التربة

جورج نلسون كوفي (1875 – 1967)

هو عالم تربة أمريكي ومتخصص في فرع دراسة التربة، درس الجيولوجيا والكيمياء في جامعة كارولينا الشمالية وعمل كمساعد في معمل الجامعة وفي سن الخامسة والعشرين حصل على درجة الدكتوراه التي أتاحت له وظيفة حكومية في وزارة الزراعة الأمريكية وتم تعيينه كمساعد ميداني لمكتب دراسة التربة واستمر في الوظيفة لأربع سنين، وخلال تلك الفترة بدأ إنتاجه العلمي يظهر للعلماء المتخصصين حيث كتب وشارك في كتابة 13 بحث وتقرير حول مكونات وحالة التربة في ولايات إلينيوي وكانساس وكارولينا الشمالية وأوهايو، وبعد سنوات تم تعيينه رئيس الجمعية الأمريكية لعلم الزراعة وهي جمعية تم تأسيسها حديثًا وقتذاك حيث أنه لم يسبقه سوى رئيس واحد فقط، ومن هنا لمع اسمه كواحد من أهم علماء التربة في الولايات المتحدة وبدأ بتقديم نظريات الجيولوجي الروسي فاسيلي دوكوتشاييفسك، ويجب ألا نغفل عن أهم إنجازاته حيث أنه العالم الأول الذي نشر خريطة علمية لحالة التربة في الولايات المتحدة الأمريكية كلها، وبالرغم من عدم حصوله على الموافقة الرسمية لاعتماد الخريطة إلا أنها كانت النواة الأولية التي ساعدت علماء التربة فيما بعد على التقدم في أبحاثهم، وفي أواخر حياته بدأ بالاهتمام بدرجة أكبر بتصحر التربة في ولاية أوهايو ونشر دراسات متخصصة عديدة ومن ثم ترك الولاية ليعمل في جامعة إلينيوي ومن ثم نشر رسالته الأكاديمية الأخيرة في جريدة الدراسات الأمريكية لعلم الزراعة وتقاعد عن العمل الأكاديمي وتفرغ لحياته الخاصة وعائلته وأعماله الحرة.

فريدريك ألبيرت فالو (1794 – 1877)

هو عالم تربة ألماني ويعتبر مؤسس علم التربة الحديث وهو الذي قدم مصطلح علم دراسة التربة (البيدولوجي) وللمرة الأولى استطاع إقناع العلماء بأن علوم التربة يجب أن تكون منفصلة عن علم الجيولوجيا، ومع أنه عمل في المحاماة وحسابات الضرائب إلا أنه خلق لنفسه حياة علمية موازية واستطاع أن يعمل كعالم مستقل وبدأ بدراسة متفحصة لتربة المزارع والأرض المحيطة به، وفي سنة 1853 نشر كتابه “الأرض الصالحة للزراعة في مقاطعة ساكسونيا” ومن ثم نشر نسخة أخرى بعد سنتين، لكن أهم كتبه هما كتاب “المبادئ الأولى لعلوم التربة” وكتاب “علم دراسة التربة أو علوم التربة العامة والخاصة” وقدم فيهما تقارير وصفية للتربة والخصائص الكيميائية والفيزيائية لها وعرض تصنيف مقترح للأنواع المختلفة من التربة بالاعتماد على الخصائص المعدنية.

يوجين والديمار هيلجارد (1833 – 1916)

هو عالم تربة ألماني-أمريكي وخبير في علم دراسة التربة، وتركزت أبحاثه على تأثير المناخ على التربة وكيمياء التربة وتأثير استصلاح الأراضي البحرية على التربة القلوية، وفي الولايات المتحدة يتم اعتباره أب علوم التربة الحديثة ونجد تكريم بارز له بين العلماء وحتى في الثقافة العامة، فعلى سبيل المثال لا الحصر نجده قد حصل على عضوية الأكاديمية القومية للعلوم في أمريكا وهناك قاعة باسمه في الحرم الجامعي لجامعة كاليفورنيا وهناك شوارع باسمه في لوس أنجيليس، وعمل في جامعة مسيسيبي وجامعة ميتشيجن وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، وقبل سفره إلى الولايات المتحدة فقد درس في أفضل الجامعات الألمانية وأشرف على دراسة الدكتوراه الخاصة به الكيميائي الألماني المعروف روبرت بنسن مكتشف عنصري السيزيوم والروبيديوم، ومن أهم مؤلفاته المنشورة “تقرير عن الجيولوجيا والزراعة في ولاية مسيسيبي” و “تقرير عن الخصائص الفيزيائية والزراعية لولاية كاليفورنيا مع نقاش حول الإنتاجية الحالية والمستقبلية لزراعة القطن في الولاية”، وأهم كتبه التي نجد فيها سبر أغوار العناصر المؤثرة على حالة التربة للمرة الأولى في التاريخ هو كتاب “علاقة التربة بالمناخ” الذي نشره قبل مطلع القرن العشرين ببضعة سنوات وأضاف المعلومات الجديدة بعد ذلك في كتاب “التربة، مكوناتها، خصائصها، تكوينها، وعلاقتها بالمناخ ونمو النباتات في المناطق الرطبة والقاحلة”.

الجيل الحديث من علماء التربة

لورينزو أدولف ريتشاردز (1904 – 1993)

هو من أهم علماء القرن العشرين المتخصصين في فيزياء التربة (مع إدجار باكينجهام وجون فيليب)، والإسهام الأكبر له هو تطوير آليات نقل المياه في التربة غير المشبعة (أو المعروفة علميًا باسم منطقة فادوز وهي جزء من الأرض يكون في موضع متوسط بين السطح وفوق المكان الذي تكون فيه مياه جوفية في مستوى الضغط الجوي) وقياس كمية المياه المحتملة في التربة عبر استخدام جهاز التينسيوميتر وفي بداية حياته الأكاديمية قدم في أطروحة الدكتوراه التوضيح العلمي الأول للأعمال الأخيرة لإدجار باكينجهام في توضيح قانون دارسي لوصف حركة المياه في التربة غير المشبعة وقدم معادلة اشتقاق جزئي أصبحت تعرف باسم معادلة ريتشاردز فيما بعد وذلك بالإضافة إلى العديد من الإسهامات الأخرى المتعلقة بفيزياء التربة.

بيدرو سانشيز: (1940)

عالم تربة أمريكي من أصول كوبية وهو حاصل على جائزة الغذاء العالمية التي يطلق عليها في بعض وسائل الإعلام جائزة نوبل الخاصة بمجالات الزراعة والغذاء والتربة، وهو مدير مشروع القرى الألفية في معهد الأرض التابع لجامعة كولومبيا ويعمل أيضًا كباحث أكاديمي فيه، وشغل في السابق منصب مدير المركز العالمي للحراجة الزراعية (ICRAF) والعديد من المناصب المرموقة في كبرى المراكز العلمية في الولايات المتحدة والعالم، وبالرغم من اهتمامه الأساسي بالزراعة ومحاولات القضاء على قلة الغذاء في المناطق الفقيرة إلا أنه أيضًا صاحب إسهامات هامة في علوم التربة وهو حاصل على جائزة من الجمعية الأمريكية لعلوم التربة.

الإسهامات العملية في علوم التربة والموارد المائية : أسمدة المغذيات الصغيرة كمثال

عن طريق الإسهامات في علوم التربة أصبحنا قادرين على صناعة الأسمدة التي تحتوي على العناصر الدقيقة اللازمة لنمو النباتات، وبالتحديد فإن العالم الأمريكي جون مورتفيدت هو رائد أبحاث الأسمدة المحتوية على المغذيات الدقيقة (أو المعروفة أيضًا باسم أسمدة العناصر الصغيرة أو الدقيقة) في الولايات المتحدة والعالم وقد تقلد منصب رئيس جمعية علوم التربة في أمريكا وقبلها كان له تعاون مثمر مع قسم الأبحاث في وزارة الزراعة في أمريكا. المغذيات الدقيقة أو العناصر الدقيقة هي مجموعة من العناصر الكيميائية التي يتم إضافتها للكائنات الحية باختلاف أنواعها للحصول على التغذية لكن بكميات صغيرة، وقد حصلت على التسمية لتفريقها عن المغذيات الكبيرة أو ببساطة تعرف باسم العناصر الغذائية وهي الكميات الكبيرة من العناصر التي نعرفها مثل البوتاسيوم أو الكلور أو الحديد أو الكالسيوم والتي تقدر بآلاف المللي جرامات وقلتها تؤدي إلى مشاكل صحية على عكس المغذيات الدقيقة التي تحتاجها بعض الكائنات الحية بكميات صغيرة تقدر بمتوسط مئة مللي جرام في اليوم الواحد، وطالما أن موضوعنا هو علوم التربة فإننا سنتحدث بصفة خاصة عن المغذيات الدقيقة للنباتات حيث أنها بالغة الأهمية لنموها وبقاءها على قيد الحياة، وهنالك ثمانية عناصر أساسية منها تتغذى عليها النباتات وتأتي إليها عبر التربة وهي النيكل والحديد والبورون والزنك والمنجنيز والموليبدينوم والكلور والنحاس. هناك أنواع مختلفة من تلك الأسمدة مثل المركبات المخلبية والتي عادةً يتم استخدامها عبر أدوات الرش والأسمدة المعدنية (الأملاح غير العضوية) والمعقدات الطبيعية العضوية.

التعرية

التعرية هي من أهم العمليات التي يعكف علماء التربة على دراستها وفيها تنفصل التربة وكذلك الصخور عن السطح الأرضي في مكان معين لتنتقل إلى مكان آخر، وبالرغم من أنها عملية طبيعية تحدث منذ نشأة كوكب الأرض إلا أن التدخل البشري والصناعات الحديثة هو عامل مؤثر بشدة على زيادة وسرعة حدوثها، والعوامل الطبيعية المؤثرة هي المياه والهواء والجاذبية وحركة الأرض والثلج والرياح والتقلبات في درجات الحرارة بالإضافة إلى التأثيرات المحتملة لتدخلات الكائنات الحية بمختلف أنواعها، مع العلم بأنه في بعض الحالات وعن طريق فترات طويلة فقد ظهرت تغيرات جيولوجية مذهلة حول العالم عن طريق عملية التعرية مثل وادي رم في الأردن، وتتألف العملية من ثلاثة أطوار وهي التجوية ومن ثم التآكل ومن ثم النقل.

أطوار التعرية

1. التجوية: هي عمليات التفتيت والتحلل لكل من التربة والصخور والمعادن وهناك نوعان منها، فإما أن تكون التجوية ميكانيكية أي عندما يقوم الحيوان أو الإنسان ببناء مسكنه أو القيام بأية عمليات حيوية ويتسبب في إزاحة التربة أو عن طريق الجذور النباتية عند التمدد لداخل أنواع مختلفة من التربة ومن ثم تغييرها أو عن طريق العناصر الطبيعية مثل المياه والرياح والجاذبية وتجمد الماء، وإما تكون التجوية كيميائية أو حيوية وهنا تحدث تفاعلات المياه أو الهواء مع مكونات الصخور مما ينتج مواد جديدة أو في بعض الحالات صخور جديدة.
2. التآكل: هو الانسلال الذي يحدث للتربة ومن خلاله تفقد المواد الرئيسية فيها خواصها بسبب التفاعلات الكيميائية أو الكيميائية الكهربية مع بيئة المعادن المكونة للتربة.
3. النقل: هو انتقال التربة من مكان لآخر وهناك نتائج كثيرة لعمليات النقل تبعًا للعناصر المؤثرة.

كيمياء التربة

هو العلم الذي يدرس الخصائص الكيميائية للتربة والمؤثرات التي تحدث للتربة واختلافها بسبب المعادن المكونة لها والمواد العضوية بالإضافة إلى العوامل البيئية. حتى أواخر الستينيات من القرن الماضي ركز علم كيمياء التربة بشكل أساسي على التفاعلات الكيميائية التي تعرفنا أكثر على عمليات تكون التربة أو التفاعلات المؤثرة على نمو النباتات، لكن في السنين اللاحقة بدأت حقول العلم بالاتساع بصفة تدريجية وشملت مواضيع أخرى مثل التلوث البيئي والعضوي وغير العضوي وتلوث التربة والآثار الصحية، ومن هنا نجد أن العلم تحول من التركيز على دراسة التربة والعناصر المؤثرة على الزراعة إلى التركيز على الآثار البيئية، ومن أهم المفاهيم المتعلقة بالعلم والتي يركز عليها العلماء المختصون فيه وفي علوم التربة بصفة عامة على الدوام: الأس الهيدروجيني للتربة، التكوين المعدني وعمليات التحول في التربة، الامتصاص والترسيب في التربة، تفاعلات الأكسدة والاختزال.

علوم التربة البيئية وأهدافها

هنا نتحدث عن دراسة التأثيرات التي سببها التدخل البشري في طبقة البيدوسفير أو طبقة الأرض الخارجية (المعروفة أيضًا بغلاف الأرض الترابي) وكذلك مع الغلاف الحيوي (النطاق الذي تتواجد فيه الحياة على كوكبنا) والغلاف الصخري وغلاف الأرض المائي والغلاف الجوي، ويخاطب علم التربة البيئي كل من النواحي الأساسية والتطبيقية في هذا الحقل وهذا يتضمن جودة الحواجز المائية وآليات منطقة فادوز وآليات مرشحات الصرف وآليات التعامل مع مياه الصرف الصحي (أو المياه العادمة) وكذلك تصريف مياه المطر والتحكم في تصحر التربة وتلوث التربة بالمبيدات ويعني العلم أيضًا باستصلاح الأراضي الرطبة والبحرية ودراسة العوامل المؤثرة في تدهور التربة وإدارة المغذيات ودراسة حركة الفيروسات والبكتيريا في التربة والمياه وملوحة التربة، وبشكل خاص يحاول العلماء المتخصصون تطوير آليات المعالجات الحيوية والفطرية والنباتية والتنبؤ بالتعرية ودراسة جريان المياه السطحية وتسيل التربة والانحلال الذي قد يحدث فيها والعوامل المؤثرة في قحولتها ودراسة الانهيارات الأرضية وإنشاء المرشحات الحيوية، ويرتبط العلم بعلوم أخرى مثل علم الأحياء الجزيئي الذي يرتبط بدوره بالكيمياء الحيوية وعلم الوراثة وذلك لمحاولة الاستفادة من الأبحاث التي تساعد في إبعاد الملوثات عن التربة واستغلالها عبر الطرق المثلى والتعامل مع المخاطر التي قد تحدث للتربة مثل الأمراض الحمضية أو مشاكل كبرى مثل الاحتباس الحراري.

طبقات التربة

هناك تقسيمات مختلفة لطبقات التربة ويمكن أن يختلف عدد الطبقات باختلاف نوع التربة، وبشكل عام فإن هناك ثلاث طبقات موجودة في كل أنواع التربة وهي كالتالي:

• طبقة السطح: هي الطبقة المغلفة للأرض وذات عمق قليل وتتميز باحتوائها على مواد عضوية مختلفة وفيها تجد الكثير من الكائنات الحية الموطن المثالي لها مثل أنواع مختلفة من الحشرات.
• طبقة التربة التحتية: هي الطبقة التالية لطبقة السطح ونجد فيها الطين والرمل وكذلك الطمي وهي فقيرة بالدبال (مادة سوداء اللون تظهر بسبب التحلل الحادث في مواد نباتية وحيوانية) والمواد العضوية الأخرى ويكون لونها أكثر شحوبًا من طبقة السطح الغنية بالمواد العضوية ويمكن أن تحتوي على جذور عميقة لبعض النباتات مثل الأشجار، وبسبب وجود الطمي باعتباره المكون الأساسي لها فإنها تستخدم بكثافة في المواد اللازمة لعمليات البناء حيث أنها مصدر غني وأساسي للطوب وما يعرف باسم التربة المدكوكة.
• الطبقة الأساسية أو الصخرية: هي الطبقة التي تشكلت من خلالها التربة وهي الأقل تعرضًا للعوامل المؤثرة مثل درجات الحرارة.