כיצד ניתן לדשן צמחים באמצעות אבק ולהציל את האנושות ממחסור תזונתי באטמוספירה של המחר?
ד"ר יואב בן דור
חלק ניכר מהחיים בכדור הארץ תלויים בצמחים, יצורים מופלאים שרכשו במהלך האבולוציה את היכולת לייצר מזון ממים, אוויר וקרינת השמש בתהליך הפוטוסינתזה. צמחים מהווים בסיס למערכות אקולוגיות שונות ומורכבות באזורי אקלים שונים ומגוונים, ואף תומכים בחברה האנושית, שהתפתחה לבלי היכר מאז למדו בני אדם כיצד לגדל ולטפח צמחים המיועדים למאכל במהלך המהפכה החקלאית לפני כ-11 אלף שנים. יחד עם זאת, בנוסף לאוויר, למים ולקרינת השמש, זקוקים הצמחים גם לדשן לחומרי הזנה המאפשרים להם לקיים את פעולות החיים הנדרשות כדי לייצר חומרים שונים ולצמוח, ומקובל לחשוב כי הם מקבלים חומרים אלו מהקרקע בה הם צומחים.
תהליכי הזנה של צמחים והאופן בו הם מקבלים חומרים חיוניים הם נושאים חשובים ומרכזיים במחקרי חקלאות וסביבה. תכנון מיטבי של השקיה ודישון שיביא לצמיחה יעילה וליבול מירבי תוך צמצום הבזבוז – מהווים נושאים חשובים הנדרשים להבנה מעמיקה. הצורך להבין סוגיות אלו אף מתחדד בעולם הולך ומצטופף תחת שינויי אקלים, הכרוכים בשינוי מאזן המים וחומרי ההזנה הזמינים לצמחים. אחד מגורמי המפתח שמשפיעים על היכולת של צמחים לגדול באופן מיטבי ולהביא ליבול הנחוץ לצורך תמיכה באוכלוסייה האנושית הגדלה הוא הזמינות של חומרים הנדרשים לצמח בריכוזים קטנים לצורך תפקודו התקין, ובהם יסודות כגון אשלגן, זרחן, מגנזיום, ברזל ואחרים (המכונים בשפת היומיום בשם מינרלים). יסודות אלה חיוניים גם לתפקוד תקין של גוף האדם והאוכלוסייה הצורכת את הצמחים. לפיכך, ניתן לראות במינרלים אלו כמי שמווסתים את התפוצה של החיים על פני כדור הארץ.
מקור המינרלים בקרקעות (בהם הצמחים גדלים) נובע מתהליכי פירוק של סלעים, וכפי שמספר מאמרים מדעיים הראו לאחרונה, גם מחלקיקי אבק (אשר בעצמם מורכבים מתוצרי פירוק של סלעים), השוקעים על הקרקע ועל צמחייה. האטמוספירה של כדור הארץ מכילה בתוכה כמות גדולה מאוד של חלקיקים מרחפים ממקורות טבעיים שונים כגון אבק, אפר געשי ואפר שריפות. חלקיקים אלו עשירים במינרלים, ומזינים מערכות אקולוגיות טבעיות עם שקיעתם על פני הקרקע. צמחים מצליחים לספוח את המינרלים הנחוצים למחייתם, ולהעביר אותם הלאה במעלה שרשרת המזון. מכיוון שצמחים, בניגוד לבעלי חיים, אינם יכולים לנוע ולחפש אחר המינרלים הנחוצים להם, הם פיתחו במהלך האבולוציה אסטרטגיות מגוונות לאיסוף חומרי ההזנה הנדרשים להם זו תחת תנאים סביבתיים שונים. אחת מאסטרטגיות אלו היא היכולת לספוח מינרלים ישירות מאבק השוקע על העלים, וזאת בניגוד להנחה הרווחת שהעלים משמשים את הצמחים לקליטה של פחמן דו חמצני (פד"ח) בלבד בתהליך הפוטוסנתיזה, ואילו את חומרי ההזנה הם קולטים באמצעות מערכת השורשים שלהם.
מקורות טבעיים נפוצים של חומר חלקיקי באטמוספירה (משמאל לימין): אבק מינרלי שמקורו בסופות אבק, אפר געשי שמקורו בהתפרצויות געשיות ואפר שריפה שמקורו בשריפות צמחייה.
במסגרת סדרת מחקרים, שאחד מהם פורסם לאחרונה בעיתון המדעי science of the total environment תחת הכותרת Rare earth elements as a tool to study the foliar nutrient uptake phenomenon under ambient and elevated atmospheric CO2 concentration, בחנו חוקרים את ההשפעות של דישון באמצעות אבק על גבי עלים על ההרכב הכימי של הצמח ועל הגדילה שלו. את הפרסום הנוכחי הוביל אנטון לוקשין, תלמיד מחקר באוניברסיטת בן גוריון בנגב, יחד עם ד"ר אבנר גרוס מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, ד"ר דניאל פלחן מאוניברסיטת אריאל וד"ר יואב בן דור מהמכון הגיאולוגי לישראל.
בדרך כלל, תכנון של דישון כולל התייחסות לחומרים המסופקים לצמח דרך הקרקע, ולעתים קרובות באמצעות מערכת ההשקיה, המשלבת דישון, בתהליך המוכר באנגלית בשם fertigation, שנוצר משילוב המילים דישון fertilization, והשקיה irrigation. בנוסף לשינויים במשטר המים והמינרלים, מדענים וחקלאים מוטרדים מדילול הערך התזונתי של צמחים המשמשים למזון בשל גדילה מוגברת שאינה הולמת את חומרי ההזנה הזמינים לצמח כתוצאה מעלייה בריכוז הפחמן הדו חמצני באטמוספירה. לפיכך, קיים סיכון שההרכב התזונתי של המזונות שאנו רוכשים בחנות ישתנה, והם יכילו פחות חומרי הזנה שאמורים להגיע לצרכנים, בשל העלייה הצפויה בריכוז הפחמן הדו-חמצני.
במסגרת המחקר, גידלו החוקרים צמחי חימצה (חומוס) בעציצים מכוסים בחממה סגורה בה הותקנה מערכת המאפשרת שליטה בריכוז הפחמן הדו חמצני. בהמשך, הכינו החוקרים שלוש אבקות המייצגות סוגים שונים של אבק. אבק מדברי, האופייני לאזורים בהם מדבריות ערב והסהרה שכיח מאד בישראל. אבק וולקני, שכיח באזורים המושפעים מפעילות געשית, כגון מרכז אמריקה, איסלנד, אזורים שונים ברחבי האוקיאנוס השקט ובאפריקה, וכן אפר שריפה, שהוא תוצר שכיח של שריפות ופעילות אנושית לייצור אנרגיה ובמפעלים. החוקרים הנביטו את הצמחים בעציצים קטנים בהם כיסו את הקרקע שבעציצים בניילון, ופיזרו על כל צמח מאחת האבקות פעמיים במשך תקופת הניסוי, שנמשכה כחודשיים. הניסוי בוצע על מספר צמחים מכל קבוצה, וכן על קבוצת ביקורת שלא קיבלה טיפול אבק כלשהו, אלא נותרה לגדול ללא כל התערבות. בנוסף, הניסוי בוצע בתנאים של ריכוז פחמן דו חמצני מודרני, וכן בתרחיש ייחוס של ריכוז פחמן דו חמצני כפול מזה הקיים כיום. במהלך הניסוי בוצעו גם מדידות להעריך את קצב קיבוע הפחמן, המייצג את היקף הפוטוסינתזה שמבצעים הצמחים. לאחר תום הניסוי, שנמשך במשך כחודשיים כאשר הצמחים גדלו לגודל משמעותי, החוקרים קצרו את הצמחים, שטפו וייבשו אותם בתנור ולאחר מכן מדדו את ריכוזי המתכות השונות בצמחים. תוצאות המדידות הצביעו על ספיגה של מתכות דרך העלים בצמחים שטופלו באבק וולקני וכן באבק מדברי ביחס לקבוצת הביקורת, אך קבוצת הצמחים שטופלו באפר שריפה לא הראתה הבדלים משמעותיים ביחס לקבוצת הביקורת. תשומת לב רבה הוקדשה ליסודות הקורט וביניהם קבוצת העפרות הנדירות (rare earth elements) אשר מאפשרות לעקוב אחר תהליכים שונים בטבע, והצביעו על דפוסי הצריכה של חומרי ההזנה מהעלים.
"המחקר שפורסם כעת הוא חלק ממחקר רחב שנערך במעבדה לחקר שינוי האקלים באוניברסיטת בן גוריון. הנושא הזה חיוני כי זו תגלית חשובה מאוד אודות יכולות הצמחים להזין את עצמם, במיוחד במערכות אקולוגיות המושפעות מאוד מאבק, כגון צמחים במדבר וביערות האמזונס. לאורך השנים גילינו שתרומת המאבק להזנה עלוותית היא תופעה חשובה מאוד למחזור היסודות במערכות אקולוגיות, וגם יכולה להוות דרך דישון חשובה לאור השפעות שינויי האקלים ועליית ריכוז הפחמן האטמוספרי", מספר ד"ר אבנר גרוס, המהמחלקה למדעי הסביבה, גאואינפורמטיקה ותכנון ערים באוניברסיטת בן גוריון. "אנחנו מנסים לאפיין ולכמת את תרומת האבק לצמחים במערכות אקולוגיות מגוונות, ולהבין את ההשלכות של הממצאים שלנו גם בסקאלה הגלובלית".
באמצעות השוואה של דפוסי העפרות הנדירות הצלחנו להראות שהרכב העפרות הנדירות בצמחים אכן תואם את ההרכב שבחומר האבק אותו פיזרנו עליהם", מספר לוקשין. "בנוסף, נראה שיש ליסודות האלו השפעה על הפעילות הביולוגית בצמח, וייתכן שהם מסייעים לצמח בפעילות פוטוסינתטית יעילה יותר, תוך ניצול טווח רחב יותר של הספקטרום", הוא מוסיף.
עבודת המעבדה במחקר נערכה בהובלתו ובהנחייתו של ד״ר דניאל פלחן במעבדת יסודות הקורט באוניברסיטת אריאל. ״יסודות הקורט הם חלק כה זעיר עם זאת כה משמעותי בחיי היום היום. הבדלים שונים בין צמחים, כגון צבע, משקל, והרכב תזונתי באים לידי ביטוי גם בהרכב יסודות הקורט, אשר מאפשרים לנו לעקוב אחרי תהליכים נסתרים״. מסביר ד"ר פלחן. "לפיכך, העובדה שהניסויים שנערכו בסביבה אטמוספירית מבוקרת בה ריכוז הפחמן הדו חמצני כפול מזה הקיים כיום הצביעו על ספיגה מוגברת של יסודות שונים דרך העלים, יכולה להצביע על פתרון אפשרי לדילול המינרלים בצמחים שגדלים בתנאים אלו. יש לממצאים אלו חשיבות רבה להבנה של מנגנון ספיגת החומרים שנופלים על העלה, ואולי יש בכך גם משום תועלת נוכח העלייה הצפויה בריכוז הפחמן הדו חמצני באטמוספירה, שנגרם כתוצאה מפעילות אנושית", הוא מוסיף. "ייתכן ששימוש במנגנון זה יאפשר לנו לייצר סוג חדש של דשן כדי להתגבר על מגבלות ואתגרים שדישון רגיל מתקשה לטפל בהם, ויכולה להיות בכך תועלת מהותית לתזונת האנושות״. תוצאות מקדמיות נוספות אף מלמדות שיש לצמחים אכילים יכולת לקלוט ברזל בעודף – מה שיכול לעזור להתמודד עם מגיפה עולמית של אנמיה מסוג iron deficiency anemia, אנמיה של מחסור בברזל שפוגעת בילדים זקנים והריוניות. ״אמנם יש עוד עובדה לפנינו, אך מסתמן שאם אנשים יאכלו יותר חומוס מצמחים מאובקים יש סיכוי אמיתי להגדיל את צריכת הברזל שלהם", ד"ר פלחן מסכם.
לקריאת המאמר המלא בעיתון Science of the Total Environment
עוד בנושא באתר הידען:
