باحثون يطورون تربة تمتص الماء من الغلاف الجوي تلقائيا

طور فريق من الباحثين من جامعة تكساس في أوستن (The University of Texas at Austin) نوعا جديدا من التربة يمكنه امتصاص المياه من الغلاف الجوي وتوزيعها على النباتات، مما قد يؤدي إلى توسيع مساحات الأراضي القابلة للزراعة حول العالم لتشمل أماكن قاحلة وخفض استخدام المياه في الزراعة في وقت يتزايد فيه الجفاف.

مواد هلامية

يستخدم نظام الري الجديد مواد هلامية فائقة الامتصاص للرطوبة “إس إم إيه جي” (SMAG) لالتقاط الماء من الهواء، وعندما يتم تسخين التربة إلى درجة حرارة معينة تطلق المواد الهلامية الماء لتستفيد منه النباتات، في الوقت الذي يعود جزء منه إلى الهواء، مما يزيد الرطوبة ويسهل مواصلة دورة الحصاد، وفقا لبيان للجامعة.

ونشر الفريق نتائج الدراسة في دورية “إيه سي إس ماتيريالز ليترز” (ACS Materials Letters) العلمية في الثاني من نوفمبر/تشرين الثاني الجاري.

ويقول جويوا يو الأستاذ المساعد لعلوم المواد في جامعة تكساس بأوستن “إن جعل الزراعة القائمة بذاتها ممكنة في المناطق التي يصعب فيها بناء أنظمة الري والطاقة هو أمر بالغ الأهمية لتحرير زراعة المحاصيل من سلسلة إمدادات المياه المعقدة في الوقت الذي أصبحت فيه الموارد شحيحة بشكل متزايد”.

وبحسب الباحثين، فإنه يمكن لكل غرام من التربة تخزين ما بين 3 و4 غرامات من الماء، كما يمكن لكمية من التربة يتراوح وزنها بين 0.1 وكيلوغرام واحد -حسب نوع المحصول- توفير ما يكفي من المياه لري حوالي متر مربع من الأراضي الزراعية.

وتقوم المواد الهلامية الموجودة في التربة بسحب الماء من الهواء خلال الفترات الأكثر برودة ورطوبة في الليل، فيما تعمل حرارة الشمس أثناء النهار على تنشيط المواد الهلامية المحتوية على الماء لإطلاق محتوياتها في التربة.

ويوضح الفيديو التالي من قناة “كوكريل سكول” (CockrellSchool) على يوتيوب تجربة لامتصاص الماء من الجو بواسطة المادة الهلامية المستخدمة في تربة الهيدروجيل.

تجارب مقارنة مع التربة الرملية

أجرى أعضاء الفريق تجارب على سطح مبنى مركز تعليم الهندسة في الجامعة لاختبار التربة، ووجدوا أن تربة الهيدروجيل كانت قادرة على الاحتفاظ بالمياه بشكل أفضل من التربة الرملية الموجودة في المناطق الجافة، وتحتاج إلى كمية أقل بكثير من المياه لزراعة النباتات.

ووجد الباحثون خلال تجربة استمرت 4 أسابيع أن تربة الهيدروجيل احتفظت بحوالي 40% من كمية المياه التي تم سقيها بها في البداية.

في المقابل، لم يتبق سوى 20% من المياه في التربة الرملية بعد أسبوع واحد فقط من التجربة.

وفي تجربة ثانية، زرع الفريق نبتة الفجل في هذين النوعين من التربة، وفي الوقت الذي نجت فيه جميع النباتات في تربة الهيدروجيل لمدة 14 يوما دون أي ري بعد مرحلة أولية للتأكد من تماسك النباتات لم ينج أي من نباتات الفجل المزروعة في التربة الرملية خلال اليومين الأولين رغم ريها عدة مرات خلال المرحلة الأولية من التجربة.

بدوره، يقول فاي تشاو باحث ما بعد الدكتوراه والذي قاد الدراسة “إن معظم أنواع التربة جيدة بما يكفي لدعم نمو النباتات، لكن المياه هي العائق الرئيسي، ولهذا أردنا تطوير تربة يمكنها حصاد المياه من الهواء المحيط.”

وبحسب البيان، فإن تربة حصاد المياه هي أول تطبيق كبير للتكنولوجيا التي يعمل على تطويرها فريق البحث منذ عامين.

وقد طور الفريق خلال العام الماضي القدرة على استخدام مواد هجينة مكونة من بوليمر ومواد هلامية تعمل مثل “الإسفنج الفائق”، لاستخراج كميات كبيرة من الماء من الهواء المحيط وتنظيفه ثم إطلاقه من جديد باستخدام الطاقة الشمسية.

وإضافة إلى مساهمته المتوقعة في توسيع مساحات الأراضي القابلة للزراعة حول العالم لتشمل أماكن قاحلة وتقلل استخدام المياه في الزراعة يقول الباحثون إن هناك العديد من التطبيقات الأخرى لهذا الابتكار، من بينها إمكانية استخدامه لتبريد الألواح الشمسية ومراكز البيانات، أو لتوفير مياه الشرب للتجمعات السكنية النائية.