التخمير (التحويل إلى سماد)

التخمير هو تعفن المواد العضوية بشكل مسيطر عليه. الغرض من التخمير هو تحويل المواد العضوية غير المناسبة للدمج في التربة إلى مواد مناسبة لذلك الهدف. إن العائق الأساسي أمام استعمال المواد العضوية غير المخمرة على الأرض هو النسبة الكبيرة للكربون إلى النيتروجين ( C:N ). حيث إنه من المرجح أن يؤدي إدماج تلك المواد إلى تحفيز شل حركة النيتروجين والمواد الغذائية الأخرى للنبات المتوافرة في التربة. ينتج شل الحركة من استهلاك الكائنات الحية الدقيقة التي تعفن المواد العضوية للمواد الغذائية المتاحة في التربة. يحدث شل الحركة عندما لا تحتوي المواد العضوية المتحللة على مواد غذائية كافية لإطعام الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية التعفن. بالتالي تحصل تلك الكائنات على الغذاء من التربة. والمواد الغذائية الجامدة تكون غير متاحة للنباتات حتى تطلق من خلايا الكائنات الدقيقة التي استهلكتها.

نذكر من بين المواد التي تحتوي نسبة كربون نيتروجين ( C:N ) كبيرة التي ينبغي تخميرها، النشارةُ، ورقائق الخشب، واللحاء، والقش، والورق، وإبر الشجر وأوراقها الميتة، وبقايا الحدائق الميتة، والملابس القطنية، الروث الذي يحتوي على الكثير من المهاد. خلال عملية التخمير يتم التخلص من الكربون بسرعة أكبر من التخلص من النيتروجين. فتكون النتيجة أن نسبة الكربون نيتروجين في المادة الناتجة تصبح مما كانت عليه في المواد العضوية الأصلية.

بالإضافة إلى التقليل من نسبة الكربون نيتروجين، هناك فائدة أخرى محتملة للتخمير وهي تدمير بذور الأعشاب الضارة ومسببات الأمراض النباتية. حيث إن بذور الأعشاب الضارة قد تتعفن أو تصبح غير قادرة على البقاء حية أثناء عملية التخمير والتحويل إلى سماد. أما الأمراض النباتية فقد يتم القضاء عليها بالحرارة المتولدة في عملية التخمير، أو بالمنافسة مع الكائنات الحية الأخرى، أو بالسموم الميكروبية الناتجة بالتخمير. مع ذلك، لا يمكن افتراض تدمير كامل لبذور الأعشاب الضارة والأمراض أثناء التخمير. فالبذور خارج الكومة تتعفن. ويمكن أن تنقل بذور الأعشاب الضارة إلى كومة الروث بالرياح أو العصافير أو بإضافة نباتات ناضجة إلى الكومة بعد أن تكون قد انتهت عملية التخمير تقريباً. ويمكن أن تنتج الأعشاب في محيط الكومة بذوراً تتفشى بداخلها. كما أن المواد التي لم تتخمر تماماً، أي التي لم تتعفن تماماً، قد تحتوي على بذور الأعشاب الضارة الآتية من المواد النباتية التي كانت المواد الأصلية المضافة إلى كومة التخمير. المواد المخمرة المصنوعة من نفايات الزريبة والكلأ وأسمدة المزرعة غالباً ما تحتوي على بذور الأعشاب الضارة القابلة للحياة والتي مصدرها المواد الأصلية. أما المواد المخمرة تماماً فينبغي أن تغطى لحمايتها من دخول بذور الأعشاب الضارة إليها من المناطق المجاورة. تمكن السيطرة على تلك البذور بتغليف الكومة بالبلاستيك الأسود لمنع نضوج ونمو أي من النباتات التي تنشط في الكومة من عملية إنبات البذور الضارة.

إن درجات الحرارة المرتفعة (Fº 130 درجة مئوية وما فوق) في المنطقة الداخلية للكومة قد تقتل بعض الأمراض النباتية التي تسببها الفطريات أو البكتيريا. الكائنات الممرضة للنبات والكائنات غير الممرضة تتنافس على نفس الركائز المغذية أثناء عملية التخمير؛ لذلك قد تغلب الكائنات غير الممرضة الأمراض في المنافسة وتؤدي إلى موت الأخيرة جوعاً. كما أن الأحماض العضوية وغيرها من المركبات التي تتركب أثناء التخمير يمكن أن تكون سامةً للأمراض. مع ذلك، وكإجراء وقائي، ينبغي ألا تضاف المواد الممرضة للكومة مطلقاً.

أما الأمراض التي لم تتعرض لحرارة الكومة الداخلية لن تتأثر بعملية التخمير. كذلك فإن حرارة الكومة قد لا تكون عالية بما يكفي بعد تصليبها أول مرة أو بعد ذلك لقتل أمراض النباتات التي كانت أصلاً خارج الكومة. أضف إلى ذلك أن المنافسة والسموم في الكومة قد لا تكون منتشرة بشكل متساوٍ لقتل الأمراض جميعها إلى ما دون المستويات التي يمكن أن تصيب المحاصيل. ونادراً ما تُقتل الأمراض الفيروسية بدرجات الحرارة غير المرتفعة بشكل كافٍ خلال عملية التخمير داخل الكومة.

أثناء عملية التخمير يتم فقدان نصف حجم الكومة أو أكثر بسبب التحلل، والفضلات، أو الخسارات التي لا يمكن تجنبها. في النهاية، نصف كمية الكربون تفقد أثناء التخمير. وخسارة الكربون أمر إلزامي من أجل عملية تخمير ناجحة، لأن أحد أهداف التخمير هو تقليل نسبة الكربون إلى النيتروجين. تقوم الكائنات الحية الدقيقة باستخدام المواد العضوية كمصدر للطاقة. كما أن ثاني أكسيد الكربون الذي يخرج من الكومة أثناء عملية تنفس [هذه الكائنات] يمثل الجزء الأكبر من خسارة الكربون. أما النيتروجين فيتم فقدانه عبر تطاير الأمونيا، والرشح، وإزالة النيتروجينيات من النترات. من ناحية أخرى يتم فقدان الكربون، وبالتحديد ثاني أكسيد الكربون، بسرعة أكبر من النيتروجين وبالنتيجة تتقلص نسبة الكربون إلى النيتروجين. بالنسبة للبوتاسيوم تتم خسارته بالرشح. أما الفوسفور فيبقى محفوظاً لأنه يوجد غالباً في مركبات قابلة للذوبان بشكل محدود ولا ترشح ولا تضيع على شكل مواد غازية. حصيلة التخمير هي سماد مخفف بتركيبة 1- 1- N- %P2O5- %K2O) 1 %)، ولكن بنسب تختلف قليلاً عن نسبها في المواد الأصلية التي تم دمجها في الكومة، تبعاً لطريقة التعامل مع المواد التي يجري تخميرها، أثناء وبعد التخمير.

كقاعدة عامة، لا يمكن إدراج السماد المخمر الذي يحتوي على أقل من %1 النيتروجين من مجموع المواد فيه في التربة من دون تسميد إضافي مع مصادر أخرى تحتوي على النيتروجين. هذا السماد المخمر قد يحتوي على كمية نيتروجين لا تكفي لتغذية المحاصيل كما قد يقود أيضاً إلى شل حركة النيتروجين. ويمكن استخدام هذه الأسمدة المخمرة التي تحتوي أقل من 1% نيتروجين كطبقات مهاد حماية من دون الاهتمام بشل حركة النيتروجين في التربة. تتغير نسبة الكربون إلى النيتروجين في السماد النهائي من 10:1 إلى 50:1 ، وتتفاوت هذه النسبة بحسب طبيعة المواد التي يجري تخميرها وبحسب درجة نضوج السماد المخمر النهائي. يحتوي السماد المخمر الناضج كلياً على كربون إلى نيتروجين من 15:1 إلى 20:1 بنسبة أقل من النسبة الموجودة في السماد الخام، غير المستقر أو غير الناضج. يكون السماد المخمر الناضج قلوياً إلى درجة ما، بنسبة حموضة pH 7.5 . درجة حموضة السماد المخمر أو قلويته هي مؤشر على مدى نضوجه. حيث إن السماد المخمر بدرجة حموضة 5 إلى 6 يكون غير ناضج، بينما يعتبر السماد المخمر ناضجاً إذا كان قلوياً.

يتوجب اتخاذ القرارات حول تخمير المواد أو إضافتها مباشرة إلى التربة. إذا كانت كتلة المواد العضوية غير المخمرة تحتوي على نسبة كربون إلى نيتروجين 1:50 فهي لا تحتاج إلى التخمير داخل كومة، ويمكن إضافتها مباشرة إلى التربة. لأن هذه النسبة ستتقلص بالتخمر في طبقات التربة، ثم يتم إطلاق النيتروجين. كما يمكن إضافة أسمدة النيتروجين مع المواد العضوية إلى التربة من أجل تخفيف نسبة الكربون إلى النيتروجين أكثر ومن أجل تحفيز التعفن. لتجنب التسمم الناتج من الأسمدة النيتروجينية ينبغي على المزارعين توخي الحذر عند تجربة تقليص نسبة الكربون إلى نيتروجين بنسب أكبر من 50 مع تطبيق واحد للنيتروجين أو من دون الانتظار لمدة أسبوع أو اثنين حتى تستقر هذه المادة بعد تطبيقها على التراب. إذا كانت كميات المواد المتاحة، بنسب كربون إلى نيتروجين قليلة أو معتدلة (أقل من 35:1 )، وصغيرة بالحجم أو الوزن، يمكن استعمال هذه المواد في التخمير لتسريع وتيرة تخمير المواد ذات نسبة كربون إلى نيتروجين مرتفعة (أكثر من 35:1 ).

منافع تطبيق السماد المخمر على الأرض

يضاف السماد المخمر إلى التربة لتحسين خصوبتها بتغييرات في الخصائص الكيميائية، والفيزيائية، والبيولوجية للتربة. السماد هو الأسمدة المخمرة مخففة، وتشمل التحسينات الكيميائية زيادة مخزون احتياط مغذيات النبتة، وخصوصاً النيتروجين، في التربة. تزيد قدرة التربة على الاحتفاظ بالمواد الغذائية الآتية من السماد المخمر أو الأسمدة الأخرى بعد إضافة السماد المخمر بسبب ارتفاع قدرة التربة على تبادل الأيونات الموجبة؛ أي قدرة التربة على الاحتفاظ بالأيونات الموجبة مثل ⁺K⁺, Ca²⁺, and Mg² ,⁺NH₄. إن المواد العضوية في التربة (بما في ذلك الدبال الذي هو الجزء المستقر من المواد العضوية في التربة) لديها قدرة أكبر على تبادل الأيونات الموجبة من قدرة الطين. ويزيد حبس المياه في التربة المحسنة بالسماد المخمر كلما زادت المواد العضوية فيها. وتزيد إمكانية الاحتفاظ بالمواد الغذائية بسبب تقييد رشح المياه في التربة المعدلة بالسماد المخمر.

أما المتغيرات الفيزيائية في التربة فتتضمن انخفاضاً في كثافة الكتلة، وارتفاع القدرة على حبس المياه، وتركيبةً أفضل أو حرث للتربة. تحدث هذه المتغيرات الفيزيائية بسبب ارتفاع كمية المواد العضوية التي يمنحها السماد المخمر للتربة وكذلك من تأثير المواد العضوية في تركيبة التربة الفيزيائية. في المدى القصير، ترتبط منافع استخدام السماد المخمر مباشرة بالقيمة الغذائية للأسمدة المخمرة. أما في المدى البعيد، تنتج هذه المنافع من ارتفاع نسبة الدبال.

إن تأثير الأسمدة المخمرة في الكائنات الحية في التربة معقدة. فهذه الأسمدة المخمرة تشكل قاعدة غذائية للكائنات الحية المجهرية ولدودة الأرض وغيرها من الحشرات الكبيرة، كما تحفز نموها في التربة. لذلك ينبغي أن تكون كل الأسمدة المخمرة المضافة إلى التربة ناضجة بحيث تكون عملية التخمير قد اكتملت في الكومة لا في التربة. فالأسمدة غير المكتملة التخمير غالباً ما تكون غنية بالأمونيوم أو المركبات النيتروجينية غير المستقرة التي سرعان ما تتمعدن. نسبة تركيز الأمونيوم العالية في التربة تكون سامة للنبتة ويمكن أن تؤثر في الحشرات الكبيرة في التربة ( Macrofauna ) فضلاً عن تأثيرها في المحاصيل. إضافة إلى ذلك فإن الأسمدة الخام مع المواد العضوية غير المتحللة وغير المستقرة قد تحفز مسببات الأمراض النباتية كمرض ترطيب البذور وتعفن الشتلات والجذور. في حين أن الأسمدة الناضجة كلياً قد تمتلك قدرة كابحة لمسببات الأمراض النباتية من خلال المنافسة الميكروبية مع تلك المسببات على المواد الغذائية والكربون، أو من خلال سُمية طفيلية معينة أو احتلال مسببات الأمراض من قِبَل كائنات مجهرية مفيدة.

من بين التأثيرات البيولوجية المؤذية للتربة نذكر تزايد بذور الأعشاب الضارة فيها. فالأسمدة المخمرة يمكن أن تحمل بذوراً من هذا النوع تتفشى في التربة. كذلك فإن البذور التي تولدت في التربة تستفيد من خصوبة التربة المحسنة بالسماد المخمر، وقد تتغلب في غدها على المحاصيل في استجابتها للسماد المخمر، وخصوصاً في السنة الأولى من تطبيق السماد المخمر. وكثيراً ما يُستَخدَم السماد المخمر كبديل العتة الخث في مواد زراعة القدور. الأسمدة الناضجة تماماً فقط يمكن استخدامها في مواد هذه الزراعة. مواد السماد الخام قد تعرقل العلاقات الغذائية للنباتات التي تنمو في هذه المواد الوسيطة، وقد تكون سامة وقد تحفز الأمراض حتى السماد المخمر الناضج هو أقل استقراراً في هذه الترب الوسيطة من عتة الخث. كما أن السماد المخمر يتعفن بشكل أسرع من الخث، وقد يلزم استعماله في المكان بنسب أكبر من عتة الخث. كذلك فالترب الوسيطة المرتكزة على السماد المخمر سينخفض حجمها وكتلتها مع تحلل السماد المخمر.

إجراءات التخمير والتحويل إلى سماد

تتضمن إجراءات التخمير تجميع المواد، واختيار الموقع، وتحديد الطريقة الملائمة للتخمير. لكن من أجل إنتاج السماد المخمر في عمليات صغيرة تستخدم في المزارع والحدائق، يمكن للمزارع أن لا يتقيد بدقة بهذه الإجراءات إلا إذا كان إنتاج السماد ملحاً. لكن في العمليات التجارية على نطاق واسع ينبغي الالتزام الصارم بالإجراءات اللازمة للحصول على منتج جيد في الوقت المناسب.

اختيار المواد

يجب جمع كمية كبيرة من المواد لبناء كومة التخمير. الحجم المثالي لهذه الكومة لتخمير النفايات المنزلية يكون بارتفاع 5 أقدام وعرض 5 أقدام وطول 5 أقدام. وفي حال لم تتوافر كمية كافية لبناء الكومة بهذه الأبعاد، ينبغي نيل الجهود لجعل الكومة مرتفعة قدر المستطاع. فالأكوام المسطحة ككعكة المقلاة لن تتعفن جيداً كما أنها تخسر المواد الغذائية بشكل أكبر من الأكوام العميقة. إن طول وعرض الكومة يمكن أن يتجاوز هذه الأبعاد بشكل كبير، بينما يجب أن لا يتخطى الارتفاع الثمانية إلى عشرة أقدام. فالأكوام بارتفاع أعلى قد تصبح عالية الحرارة داخلها بحيث تقتُل الكائنات الحية المخمرة.

الاشتعال بالاحتراق التلقائي يظهر في الأكوام العميقة. لكن الأكوام التي لا يتجاوز عمقها الخمسة أقدام تكون أكثر نشاطاً في الطقس البارد من الأكوام الأكثر ضحالة بسبب تأثير العزل في الأكوام العميقة. استعمال مياه المجاري غير مسموح في الزراعة العضوية.

تنقسم مواد التخمير للتحويل إلى سماد إلى فئتين: المواد الكربونية والمواد النيتروجينية (لاحظ الجدول 1 ). تحتوي المواد الكربونية حيث تكون نسبة كربون إلى نيتروجين كبيرة (كربون إلى نيتروجين أكبر من 100:1 ) أما المواد النيتروجينية ففيها نسبة كربون إلى نيتروجين ضئيلة (كربون إلى نيتروجين أقل من 35:1 ). كثيراً ما يتم استخدام خليط من المواد الكربونية والنيتروجنية في بناء كومة التخمير كما يمكن استخدام المواد الخشبية وغير الخشبية في نفس الوقت لكن يستحسن أن تبقى منفصلةً إذا كان الأمر ممكناً. فالمواد الخشبية تأخذ وقتاً أطول لتتعفن. ووجود مواد خشبية ضمن كومة التخمير يمكن أن يطيل مدة التخمير بشكل لا داعي له. يمكن أيضاً استخدام الورق لكن ينبغي أن لا تتخطى نسبة 10 % من حجم الكومة؛ كما ينبغي تجنب الأوراق المشمعة والأوراق الملونة. لأن الأوراق المشمعة تصبح مقاوِمة للتحلل، والأوراق الملونة يمكن أن تحتوي على معادن ثقيلة.

توفر المواد الكربونية الكتلة الأكبر من المواد العضوية للتخمير، وتسرع المواد النيتروجينية وتيرة التخمير.

جدول 1

أمثلة عن المواد الكربونية والنيتروجينية الشائعة الاستخدام في أكوام التحويل إلى سماد.

عموماً، كلما كانت نسبة المواد الكربونية إلى المواد النيتروجينية أقل انتهت عملية التخمير بشكل أسرع.

يمكن استخدام الأسمدة النيتروجينية بدلاً من المواد العضوية النيتروجينية. وتضاف هذه الأسمدة بالرش على طبقة بعمق قدم واحد من المواد العضوية خلال بناء الكومة. الأسمدة التي أساسها الأمونيوم أفضل من الأسمدة التي أساسها النترات. لأن الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية التخمير تفضل استخدام نيتروجين الأمونيوم على نيتروجين النترات. الأسمدة المناسبة مثل اليوريا، وكبريتات الأمونيوم، ونترات الأمونيوم، والحبوب المجروشة، والدم الجاف وروث الدواب، ومياه الصرف الصحي من مصادر غير صناعية. الممارسة الصارمة في تحديد المواد العضوية يمكن أن يعيق استخدام اليوريا وكبريتات الأمونيوم ونترات الأمونيوم. أما الممارسة الليبرالية فتسمح باستخدامهم هذه المواد لأن هذه الأشكال الكيميائية للنيتروجين ستتحول إلى مواد عضوية عبر عمليات التخمير البيولوجية.

غالباً ما تضاف التربة كمادة نيتروجينية، فالتربة تضيف بعض الوزن إلى الكومة وتساعد على تثبيتها في مكانها. كذلك فإن التربة تشكل مصدراً لمادة تلقيح للكائنات الحية التي تقوم بالتخمير. وينبغي أن تكون التربة أغنى المصادر المتاحة. لذلك فالتربة التي يَتِم استخراجها من أسفل كومة تخمير قديمة أو من تحت الحظيرة أو الفناء حول الحظيرة تكون أغنى بالنيتروجين. يجب أن لا تتعدى كمية التربة المضافة نصف الإنش إلى الإنش الواحد لكل قدم من مواد التخمير في الكومة. فالإكثار من التربة المضافة يجعل الكومة ثقيلة وربما من دون تهوية في الطقس الرطِب. يحمل المُنتَج النهائي خصائص التربة أكثر من المواد العضوية، عند الإفراط بإضافة التربة.

يمكن إضافة الأسمدة الفوسفورية إلى الكومة لتمتين السماد المخمر. ونذكر من الأمثلة المناسبة الفوسفات الصخري، والعظام، والسوبرفوسفات (غير العضوي). تساعد الأحماض التي تتكون أثناء عملية التخمير على ذوبان الفوسفات الصخري، كما تقوم بتحويل بعضها إلى مواد مشابهة للسوبرفوسفات، التي يتم تصنيعها بالمعالجة الحمضية للفوسفات الصخري. إن غبار الغرانيت والتربة الرملية الخضراء التي تضاف لتدعيم الكومة بالبوتاسيوم لن تكون فعالة بسبب طبيعتها محدودة القابلية للذوبان حتى في البيئات الحمضية.

إن بعض إجراءات التخمير تدعو لإضافة الكلس أو رماد الخشب للكومة. ولكن يجب تجنب إضافة هذه المواد لأنها تزيد قلوية الكومة، مما يسرع فقدان الأمونيا عبر التطاير ومما يقلل من قيمة السماد المخمر النهائي. تخضع أكوام التخمير لمتغيرات في درجة الحموضة مع تقدم عملية التخمير. تكون ردة الفعل الأولية للكومة زيادة في درجة الحموضة ولكن هذه الزيادة جزء من عملية طبيعية. حيث تقوم مجموعة معينة من الكائنات المجهرية المحبة للحرارة التي تكيفت مع الظروف الحمضية باستخدام أجزاء المواد العضوية الأكثر سهولة في التحلل (السكريات، والنشاء، والأحماض العضوية والبروتينات) لتولد حموضة في عملية التخمير. تموت هذه الكائنات مع تغير تركيبة البقايا. حينئذٍ تسيطر مجموعة أخرى من الكائنات الصغيرة الحية على عملية التخمير. هذه الكائنات تَستَخدِم ركائز مغذية مختلفة ولها تأثيرات مختلفة عن المجموعة الأولى في درجة الحموضة. ولا حاجة للقيام بأي شيء لتغيير هذا التسلسل من الأحداث. السماد المخمر النهائي يكون قلوياً إلى حد ما، ربما بدرجة حموضة pH 7.3 إلى 7.5 . عندها يضاف الكلس أو رماد الخشب إلى التربة التي يجري عليها التخمير لا على السماد المخمر مباشرة. غالباً ما يتم إضافة الكلس بكثرة لبعض الأسمدة المخمرة التجارية المصنوعة من نفايات البلدية المتصلبة، وبالتحديد المتصلبات البيولوجية (كرواسب مياه المجاري)، من أجل التحكم في الكائنات المَرَضية. تكون درجة حموضة pH هذه الأسمدة المخمرة 8.0 أو أكثر. ويمكن اعتبار هذا السماد المخمر كلساً أكثر منه سماداً. لا يمكن إضافة رماد الفحم أو رماد الفحم النباتي إلى الكومة بسبب التأثير السمي المحتَمَل لمُكونات في الفحم.

كذلك يجب عدم إضافة العظام، واللحوم، والشحوم إلى كومة التخمير. فالعظام لن تتعفن إلا إذا كانت مطحونة. والعظام واللحوم تجذب الحيوانات إلى الكومة. لكن إذا كانت كومة التخمير مغلقة ويصعب وصول الحيوانات الطفيلية إليها، عندئذٍ يمكن اعتبار اللحوم مادة نيتروجينية يمكن تخميرها. أما الشحوم فهي بطيئة التعفن وتُضيف القليل إلى جانب الكربون.

اختيار الموقع

ينبغي أن يكون الموقع سهل الوصول إليه من الأرض التي سيُستخدم عليها السماد المخمر. ويُستحسَن وجود مصدر مياه قريب، لأن مياه الأمطار قد لا توفر الرطوبة الكافية لإطلاق عملية التحويل إلى سماد وللحفاظ على استمراريتها. كما أن موقعاً مظللاً جزئياً يساعد على حماية الكومة من الجفاف. وتساعد مِصدات الرياح أيضاً على منع الجفاف. إذا كانت كومة التخمير مجاورة لمنطقة سكنية فمن الأفضل إقامة سواتر لهذا المَنظَر. ومن المحتمل أن تصدر أكوام التخمير روائح كريهة لذلك يجب أن تكون هذه الأكوام بعيدةً بما يكفي حتى لا تتسرب الرائحة إلى عن المناطق السكنية.

الحفُر ليست ضرورية للتخمير إلا إذا كان المناخ جافاً وبارداً. في مثل هذه الحالات تساعد الحُفر على منع الجفاف وتُجنبُ فقدان الحرارة من كومة التخمير.

اختيار العملية

إن اختيار العملية يمليه الوقت والمواد المتوافرة. فلأجل إنتاج سماد مخمر للموسم الجاري على المزارع اختيار عملية ال «14 يوماً ». وإذا لم يكن الوقت عاملًا لإنتاج السماد المخمر قد يختار المزارع عملية ال « 90 يوماً » أو عمليات أخرى طويلة الأجل. وإذا كانت كمية المواد التي سيجري تخميرها كبيرة والعمالة قليلة قد يلجأ المزارع إلى التخمير بالطبقات.

عملية ال « 14 يوماً »

تستخدم هذه الطريقة عندما يكون الوقت قصيراً، كما في الربيع، وعندما يكون السماد المخمر النهائي غير متوافر من مصدر [آخر]. وتُسمى هذه العملية أحياناً عملية بيركيلي ( Berkeley )، نسبة إلى بيركيلي في كاليفورنيا حيث تم تطوير هذه العملية على يد مهندسين أرادوا عملية تخمير سريعة لنفايات البلدية الصلبة وفضلات الحدائق الخلفية للمنازل وأوراق الشجر.

إن المواد العضوية العالية الجودة ضرورية لضمان عملية تخمير سريعة (لاحظ الجدول 2 ). لذلك فإن خليطاً بنسبة حجم جزأين من المواد الكربونية إلى جزء من المواد النيتروجينية يكون مثالياً لتخمير سريع. وخليطاً من روث الدواب والمهاد (القش، والتبن) مباشرةً من الإسطبلات يعطي النسبة الملائِمة من المواد التي تحتاج إلى عملية ال « 14يوماً ». من أجل تخمير سريع ينبغي تجنب استعمال النشارة ورقائق الخشب لأنها مقاوِمة للتحلل.

مع معظم المواد تكون عملية ال « 14يوماً » كثيفة العمالة. فهذه المواد يجب أن تُمزق وتبلل مع بناء الكومة. لأن تمزيقها يزيد المساحة السطحية ويسرع عملية التعفن. لكن يصعب هذا التمزيق من دون معدات تستخدم الطاقة. إلا أن العمل بهذه المعدات يمكن أن يكون خطيراً. كما أن هذه المعدات قد تكون غالية الثمن. مما زيادة نسبة المواد النيتروجينية واستعمال المواد الكربونية الطرية أو التي سبق وتجزأت إلى أجزاء صغيرة (إبر الأشجار، والأوراق الخضراء، وبقايا الحديقة الرفيعة، والنباتات التالفة، وروث الدواب مع مهاد التبن والقش) قد تُمكن من تجنب مرحلة التمزيق.

جدول 2

اختيار المواد لمختلف طرائق التخمير

إن الكومة التي تم بناؤها بعملية ال « 14يوماً » يجب أن ترتفع حرارتها خلال يومين. هذا الارتفاع في الحرارة يشير إلى بداية حدوث حركة ميكروبية. وفي حال لم تَسخن الكومة قد يكون هناك خلل في كمية المياه والنيتروجين المتاحة لعملية التخمير السريع، مما يَستوجِب إضافة هذه المواد لتسريع وتيرة التخمير. هنا ينبغي تقليب الكومة كل 3 إلى 4 أيام لمدة 10 أيام. وتحريك الكومة يؤدي إلى تهويتها. عادة لا تكون هناك حاجة لتقليب إضافي بعد ثالث مرة. لكن الفشل بتوفير كمية كافية من المياه أو النيتروجين أو الفشل بتقليب الكومة في الوقت المناسب يؤدي إلى تأخير عملية التخمير.

بعد نحو ال « 14يوماً » -أو أحياناً 21 يوماً أو أكثر بحسب نجاح بناء الكومة، وبحسب الطقس وتكرار التقليب - يجب أن تتحلل المواد العضوية. في هذا الوقت، قد تبقى بعض من المواد الأصلية موجودة لكن ينبغي أن تظهر خارجة بسهولة أثناء التعامل مع الكومة. والمواد الزلقة والناعمة لن تتعفن بشكل كاف. إذا كان يبدو أن بعض كومة التخمير قد اكتمل والبعض الآخر لم يكتمل بعد؛ يمكن بناء عازل لفصل المنتَج الجاهز عن المواد التي لم تكتمل بعد. ويُمكِن استخدام أسلاك الدجاج أو أدوات قماش ذات فتحات بنحو بوصة واحدة في بناء الساتر. المواد التي تمر عبر الساتر تكون جاهزة للاستعمال. لكن لا بد من فحص هذه المواد للتأكد من أنها تخمرت فعلاً ولم تتفتت فقط، وما زالت تحتاج لمزيد من التعفن. المنتج النهائي يجب أن يكون أسود اللون، متفتتاً ويحمل رائحة التراب. أما المواد التي لم تعبر الساتر فيجب إضافتها إلى كومات تخمير أخرى.

عملية ال 90« يوماً »

في بعض الأحيان يشار إلى هذه العملية بعملية إندور ( Indore ) نسبة إلى منطقة من مناطق الهند التي جرى فيها الكثير من البحوث حول هذه العملية. في هذه العملية يمكن استخدام مواد ذات جودة أقل من المواد التي تستخدم في عملية ال « 14يوماً » (لاحظ الجدول 2 ).

يساعد التمزيق على تسريع وتيرة التخمير ولكنه ليس ضرورياً. وتُمثل نسبة 3 أجزاء من المواد الكربونية إلى جزء واحد من المواد النيتروجينية من حيث الحجم، خليطاً نموذجياً من المواد العضوية. كما يمكن استخدام مواد ذات نسب أكبر لكنها ستُطيل مدة التخمير. وقد يتخطى وقت التخمير، عادة، ال «120يوماً»، حتى لو كانت العملية تحمل اسم عملية ال « 90يوماً ». السماد الذي ينتج من هذه العملية لا يكون عادةً متاحاً للاستخدام في نفس السنة التي تم فيها إنشاء كومة التخمير في مناخ معتدل. إذا لم يتم استخدام المنتج النهائي في نفس الموسم فإن التخزين والحماية للمنتج يكونان ضروريين.

قد يبدأ تشييد الكومة بأساس من الجذوع السميكة والأغصان (لاحظ الجدول 1 ). ينبغي أن لا يتخطى قطر هذه المواد البوصة الواحدة، وتكون سماكة الطبقة نحو الست بوصات. تراكم المواد العضوية والتربة والأسمدة، غير الإلزامية، طبقة فوق طبقة على الأساس مما يساعد على قياس كمية المواد والمحافظة على نسب المواد الكربونية، والمواد النيتروجينية، والتربة. تكون الطبقات التالية بعد القاعدة ومراكمة المواد في طبقات ليس ضرورياً، لكن ذلك يساعد في قياس المواد والحفاظ على النسب الصحيحة للمواد المركبة والنيتروجينية والتربة. بسماكة بنحو 12 بوصة. ويُمكن إضافة الطبقات التالية فوق الأساس (التي تسمى مخزون التغذية في بعض الأحيان)، عندما تصبح متاحةً. إن إضافة مواد بعد فترة متقطعة من الوقت عادة يطيل مدة التخمير. وإذا تمت إضافة المواد الخام بشكل مستمر إلى الكومة يمكن للسماد أن لا ينضج أبداً.

الشكل 1 كومة تخمير مبنية بعملية ال «90 يوماً ». الهدف من بناء الطبقات هو قياس حجم المواد، لكنها تختلط عند أول تحريك للكومة.

الشكل 2 يمثل مراحل تسخين وتبريد السماد خلال عملية ال « 90يوماً ».

يمكن رش الكومة بالماء أثناء بنائها ولكن هذا الأمر ليس ضروريا في عملية ال « 90يوماً »، كما هو ضروري لعملية ال « 14يوماً ». فمعظم العمال يعتمدون على مياه الأمطار التي توفر المياه للكومة ال « 90يوماً ».

بعد قرابة أسبوع من بناء الكومة، ترتفع حرارتها إلى درجة 130 إلى 150 درجة فهرنهايت. أما الكومات الصغيرة بارتفاع 3 أقدام أو في حاويات التخمير الصغيرة فلا تسخن إلى هذا الحد بسبب التبريد بواسطة الإشعاعات المنبعثة من المواد ذات الكتل الصغيرة. بعد 5 أو 6 أسابيع ستبرد حرارة الكومة إلى درجة الحرارة المحيطة، وهنا يجب تقليب الكومة لتهويتها. وتتكرر عملية التقليب في كل مرة تعود فيها الكومة إلى درجة حرارة الهواء المحيط. أحياناً لا يتم تقليب الكومة، ولكن هذا يؤدي إلى إطالة مدة التخمير. وبدلاً من تقليب الكومة، يمكن أن تقام فتحات في الكومة بالعصي أو القضبان المعدنية لتشكيل قنوات يدخل منها الهواء بسهولة. أحياناً تُوضَع أوتاد أو ألواح بشكل عمودي في الكومة مما يتيح أيضاً قنوات تسمح بمرور الهواء لينتشر عبر الكومة. في العمليات الكبيرة يتم ضخ الهواء أو شفطه عبر أنابيب مثقوبة ومدفونة أسفل الأكوام. هذا الأمر يمنح تهويةً جيدةً، ويؤدي عموماً إلى تقصير المدة المطلوبة للتخمير ويوفر التقليب والجهد المطلوب.

إن الأكوام التي لا يتم تقليبها أو تهويتها الآلية تأخذ أكثر من سنة لتكتمل فيها عملية التخمير. يتم توفير الجهود بشكل جدي عندما لا يتم تقليب الكومة. كما تحفظ أيضاً فيها نسبة النيتروجين. ففي كل مرة يتم تقليب الكومة تضيع نسبة من الأمونيا في الهواء، والسماد العضوي الناتج من أكوام لا تقلب يكون لديه نسبة نيتروجين من 10 إلى 20 % أكبر من النسبة في الأكوام التي تقلب والتي هي %1.1 إلى 1.2 % مقارنة مع 1.0 % نيتروجين.

قد لا ترتفع درجة حرارة الكومة فوق حرارة الهواء المحيط بعد التقليب الثالث تقريباً، مما قد يعني أن الكومة قد تم تخميرها. هنا يجب فحص السماد للتأكد من نضوجه. ويجب ألا يتم التعرف على المواد العضوية الأصلية في المنتج النهائي. كما يجب أن يكون المنتج العضوي النهائي أسود اللون ومتفتتاً ولديه رائحة التراب. إذا لم يحمل المنتج النهائي هذه المواصفات فقد يعني أن ذلك السماد لم يختمر بعد. ونقص المياه في الكومة يمكن أن يكون سبباً لفشل ارتفاع درجة حرارة الكومة عند تقليبها.

الشكل 3 وحدة تسميد مؤلفة من ثلاثة صناديق. الصندوقين 1 و 2 حتماً لاستقبال وتقليب السماد. أما الصندوق الثالث فهو لحفظ السماد النهائي.

يمكن إدماج السماد النهائي مباشرةً في التربة. وإذا لم يكن الموسم مناسباً لاستعمال السماد يتم حفظ السماد بتغطيته بالتربة، والقش، والتبن، والبلاستيك الأسود. تساعد هذه الأغطية على حماية المنتج النهائي من الرشح بالمطر، ويمكن أن تمنع الأعشاب الضارة من النمو داخل الكومة. كما يمكن تخزين كميات قليلة من السماد في صناديق محكمة الإغلاق. ويمكن بناء صناديق واسعة لتخزين السماد وأيضاً لتشغيله بواسطة التسييج بالثلج، والخشب المنشور، أو الكتل الصلبة.

التخمير الصفائحي

تتضمن هذه العملية التخمير المباشر في التربة في المكان الذي ستنمو المحاصيل فيه. غالباً ما يستخدم تسميد الصفائح في عمليات واسعة النطاق تتضمن مساحات بالفدادين أو كميات كبيرة من المواد. إنها عملية قيمة عندما تكون العمالة نادرة. حيث يستعان بأدوات كبيرة لاستبدال العمالة. إن تقليب الكومة تحت مواد عضوية خضراء أو بقايا من المحصول السابق في الحدائق أو الحقول يعتبر شكلاً من أشكال التخمير الصفائحي.

يتم إدخال المواد العضوية في التربة قبل 6 إلى 8 أسابيع من تاريخ زراعة المحصول. تساعد هذه المهلة الزمنية المواد العضوية على التحلل بشكل كافٍ حيث لا تكون هناك مشكلة تجمد نيتروجين حادة كما لو تم إدماج المواد العضوية قبيل زراعة المحاصيل. إن مشكلة نقص النيتروجين في المحصول يمكن أن تكون مشكلةً حادةً تنتج من التخمير الصفائحي، وغالباً تتم إضافة أسمدة نيتروجينية لتعويض هذا النقص. يستحسن أن يضاف رطل واحد من النيتروجين لكل مئة رطل من المواد العضوية المضافة.

قد تكون التربة التي تم التخمير الصفائحي فيها جافةً. فالمواد العضوية الخشنة تفسح المجال لكثير من القنوات المفتوحة التي تتبخر المياه عبرها من التربة إلى الجو. إذا لم تتحلل المواد العضوية بشكل كافٍ قبل زراعة المحاصيل، فقد تشكل التربة فراشاً فقيراً إذا كان التخمير صفائحياً. من هنا، كلما كان الفاصل الزمني أطول بين تطبيق المواد العضوية للتخمير الصفائحي وزراعة المحاصيل أطول كانت ظروف الإنبات أفضل.

الأسمدة المخمرة التجارية

إن كثيراً من أنواع الأسمدة المخمرة يتم تسويقها أو تعطى مجاناً. أسمدة المزارع المسمدة (المتعفنة) هي الأكثر عرضاً للبيع. فأسمدة المزارع التجارية المخمرة تشكل منتجات ممتازة يمكن إضافتها إلى التربة بحرية. أحياناً يتم تخمير روث المزارع في نفس الوقت مع فضلات زراعية أخرى بحسب النشاط الزراعي في المنطقة؛ على سبيل المثال قد تتشكل الأسمدة المخمرة من روث الدجاج وثفل الفاكهة، وتوفر هذه الأسمدة غذاءً ممتازاً للمحاصيل.

في المساحات البلدية يتم تخمير وبيع نفايات الحدائق، (قصاصات الأعشاب، والغصون المقطعة، وأوراق الشجر وغيرها من هذه الأشياء) أو هي تُعطى مجاناً. هذه الأسمدة المخمرة تكون جيدة عموماً للإدماج في التربة. كما أنها تحتوي غالباً على نسب نيتروجين أقل من الأسمدة الزراعية المخمرة. والأسمدة المخمرة المصنوعة من أوراق الخريف هي منتج معروف وعليه الكثير من الطلب. هذه الأسمدة المخمرة تكون فقيرة بالنيتروجين بنسبة 0.7 % في الأسمدة الطازجة، بالتالي فهي غير كافية كأسمدة. بالحقيقة، تظهر الحاجة إلى تسميد مكمل لتعويض قيمة السماد الغذائية المتدينة ولتشجيع نمو النبتة في التربة المعدلة بالورق المخمر. يعتبر سماد الأوراق الناضِج جيداً خلال سنة أو أكثر من التحلل، أفضل من السماد الأقل نضوجاً، مع ذلك يوصى بتسميد إضافي بالنيتروجين.

في بعض المناطق، تصنع الأسمدة المخمرة من المتصلبات البيولوجية (متصلبات مياه الصرف الصحي) التي يتم تخميرها في نفس الوقت مع رقائق الخشب وغيرها من النفايات البلدية الصلبة (كالورق مثلاً). هذه الأسمدة المخمرة غنية بالنيتروجين غالباً بنسبة 3% نيتروجين في السماد الحديث النضوج المستخدم خلال مدة أقل من سنة. إن النيتروجين المركز في هذه المواد يجعلها أسمدة قيمة. وكثيراً كما تحتوي مثل هذه الأسمدة الحديثة النضج بأقل من سنة على نسبة أمونيوم عالية. قد تتأذى البذور أو الغرسات المنقولة إلى التربة المعالجة حديثاً بهذا السماد المخمر، من الأمونيوم. بعد تطبيق السماد على التربة، يتبدد الأمونيوم والسم بسرعة عبر النترجة والتطاير في غضون بضعة أيام أو أسبوع. لذا يوصى بفاصل زمني لمدة أسبوع بين تطبيق مثل هذا السماد وزراعة النباتات لتجنب منع إنبات البذور أو أذية الغرسات المنقولة.

يتركز الاهتمام بمحتويات الكادميوم ( Cadmium )، والزنك، والنحاس، والرصاص، والمعادن الأخرى في السماد المصنوع من النفايات البلدية الصلبة. كما يتركز الكثير من الحرص لتجنب استعمال هذه المواد التي تضيف مثل هذه المعادن للسماد المخمر. الأسمدة المخمرة المعروضة للبيع أو الموهوبة من البلديات تكون محكومة بصرامة بأنظمة الولاية وبالأنظمة الفدرالية. لذا ينبغي أن تستخدم الأسمدة المخمرة الآمنة التطبيق فقط على التربة من دون قيود حكومية للأهداف الزراعية. من هنا يتوجب على كل مزارع يستعمل السماد العضوي المخمر المصنوع من المتصلبات البيولوجية أن يحصل على تقرير بالتحليل الكيميائي للسماد المخمر ويقارنه مع المعايير المسموح بها فدرالياً. ختاماً تحظر المنظمات المصدرة لشهادات المعايرة للمواد العضوية استخدام الأسمدة المخمرة المصنوعة من المتصلبات البيولوجية لأن هذه الأسمدة قد تحتوي على معادن غير مرغوب فيها.