استكشاف الجيولوجيا والتربة في أراضي غراس أمريكا الشمالية

The Geologic Foundations of North American Graslands

وتقع أراضي عشب أمريكا الشمالية، التي تمتد من ملاعب التلال في الغرب الأوسط إلى خطي الأقصر في المرتفعات، على إطار جغرافي معقد يرسم مباشرة خصائصها من التربة وإنتاجيتها الإيكولوجية، وتغطي هذه المناظر الطبيعية حوالي 3.6 ملايين كيلومتر مربع في جميع أنحاء القارة، بما في ذلك الدروع الكبيرة، والأراضي الوسطى المنخفضة، وأجزاء من المناطق الغربية المترابطة.

ويتكون حجر الأساس أساسا من حجر الجير والشال وتشكيلات الحجر الرملي التي تعود إلى فترات الكرتاس والولادة، وهذه الطبقات الرسوبية غنية بكربونات الكالسيوم وغيرها من المعادن التي تؤثر على كيميائي التربة وخصوبتها، مثلا، يسهم تكوين الرمل في بيير شايل، الذي يرتكز على أجزاء كبيرة من البلاستيك الشمالي الكبير، ويتحول إلى تربة عالية الإثراء.

وقد خلف النشاط الجليدي خلال العصر الجليدي الأخير بصمة عميقة على جيولوجيا الأراضي العشبية، وقد تقدمت صحيفة لورانتيد آيس وتراجعت مرات عديدة، وودعت الأنهار الجليدية، وسهول الغسل، وودائع النسيج عبر المناطق الشمالية والوسطى، وهذه المواد الجليدية تخترق الجسيمات الدقيقة، وتخلق التربة العميقة الغنية بالمغذيات التي تعد من بين أكثر المناطق إنتاجية في العالم.

أوامر التربة وتوزيعها

Mollisols: The signature Soil of Graslands

والموصلات هي نظام التربة السائد في جميع أنحاء أمريكا الشمالية، الذي يغطي مناطق شاسعة من جنوب كندا إلى وسط تكساس، وتتميز هذه التربة بأفق سطحي سميك ومظلم يعرف باسم " الإبينبيديون المغلي " ، وهو غني بالمسألة العضوية المتراكمة من عقود من التحلل الجذري العشبي، ويمكن أن يتجاوز محتوى الكربون العضوي في موليسول 3 في المائة بالوزن، مما يجعلها أكثر التربة خصبة.

وترتبط تشكيلة موليسول ارتباطا وثيقا بالنظام الإيكولوجي للأراضي العشبية، وتسهم الأعشاب المتجذرة ذات القاعدة العنكبوتية الكبيرة، مثل البذر الكبير والبرقيات، بكميات كبيرة من المواد العضوية في صورة التربة، وتحافظ الظروف المتواضعة للزراعة الشمالية على التحلل البطيء، مما يسمح بتجميع المادة العضوية في السهول الوسطى والجنوبية، على ارتفاع درجات الحرارة في التربة، ولكن ارتفاع إنتاج الكتلة الأحيائية.

ألفيسول ودورها في المناطق الانتقالية

وتقع المذيبات في المناطق الانتقالية بين المراعي والغابات، ولا سيما في الحواف الشرقية من البلاستيك الكبير ومتنزهات شمال الولايات المتحدة وكندا، وتتمتع هذه التربة بأفق سطحي أقصر من موليسول، مع صومع غني بالقطع يتراكم من خلال النسيج، كما أن أشجار الدفن هي أشجار خصبة متوسطة وتدعم مزيجا من الأشجار.

وقد ارتبط توزيع الألفيسول في مناطق المراعي ارتباطا وثيقا بأنماط التهطال، ففي المناطق التي تتلقى أكثر من 75 سنتيمترا من الأمطار السنوية، أصبح تذبذب كربونات الكالسيوم وتراكم الطين في الأفق باء عمليات بارزة، وكثيرا ما تتطلب هذه التربة تعديلات على الليمون لإنتاج المحاصيل المثلى، ولكنها يمكن أن تكون منتجة للغاية في ظل الإدارة السليمة.

"أريزول" و"الجرّاف المريخ"

وتشغل الأريديسول هوامش غرب وجنوب غربي من أراضي الأعشاب في أمريكا الشمالية، حيث تنخفض الأمطار السنوية إلى أقل من 25 سنتيمتراً، وتتكون هذه التربة في بيئات الصحراء وشبه الصحراء، وتتميز بمحتوى منخفض من المواد العضوية، وتراكمات كربونات الكالسيوم، وقشور الملح في بعض المناطق، وغالباً ما تتضمن خطاً من الركود الشرقية من كولورادو، نيو مكسيكو، ومراعي تكساس

إن طبقات كاليش، أو أفقات حاسبية، شائعة في أريديزولز ويمكن أن تشكل ضربات صلبة تحد من التغلغل الجذري وتسلل المياه، وتتطور هذه الطبقات على مدى آلاف السنين مع تهيؤ كربون الكالسيوم من مياه التربة في البيئة القاحلة، ويطرح وجود كليش تحديات كبيرة أمام الزراعة والبناء، حيث يمكن أن يحد من عمق المحاصيل ويتطلب معدات خاصة للتربة.

Factors Controlling Soil Quality and Productivity

Climate and Precipitation Gradients

والمناخ هو المحرك الرئيسي لتكوين التربة في الأراضي العشبية، حيث يمارس التهطال أقوى تأثير على تراكم المواد العضوية، والتدوير المغذي، والطقس المعدني، ويحدث التدرج بين الشرق والغرب في جميع أنحاء البلاستيك الكبير، من أكثر من 100 سنتيمتر سنويا في الشرق إلى أقل من 30 سنتيمتر في الغرب، تضاؤلاً في خصائص التربة.

كما أن التدرج يؤدي دوراً حاسماً في تنمية التربة، ففي الأراضي العشبية الشمالية، تباطؤ التحلل في الشتاء الباردة وتراكم المواد العضوية الصالحة، بينما تعجل صيفات السهول الجنوبية بالنشاط المجهري وتحول المغذيات، ويخلق تفاعل درجة الحرارة والهيطل مناطق متميزة من التربة، مثل التربة الكرنوزية في البرايس الكندية والتربة البراريية الحمراء في أوكلاهوما.

النباتات ودماغ الروت

ويشكِّل الغطاء النباتي في المراعي مباشرة خصائص التربة من خلال النمو الجذري، ومدخلات الترمل، ودورات المغذيات، والنظم العميقة والجذرية للألياف العشبية الدائمة، التي يمكن أن تمتد مترين أو أكثر إلى ملامح التربة، وتسهم في المادة العضوية في العمق، وتخلق قنوات لتسلل المياه، وتثبِّت هذه الجذور أيضاً في استقرار مجاميع التربة، وتخفضاً من التحات وتحسين هيكل التربة.

وتؤثر تركيبة مجتمعات النبات على كيمياء التربة، وتتأثر النباتات البذيئة، مثل قماش البراري والزراعة، وتصلح النيتروجين الجوي، وتزيد من توافر النيتروجين في التربة، وتسهم الأعشاب المكلورة، بما في ذلك القمح الغربي وإعادة تدوير الأبر والأعشاب الأرضية، في بنية أساسية مختلفة ومطالب مغذية من الأعشاب المحترقة في البحر الأبيض مثل الزهري والصغير.

حركات إطفاء وبيع مواد مغذية

وتشكل الحرائق الدورية عنصرا طبيعيا وجوهريا في الإيكولوجيا الشعبية يؤثر تأثيرا مباشرا على خصوبة التربة وتكوينها، ومن الناحية التاريخية، حرائق البرق التي تشعلها الشعوب الأصلية والتي تحرق عبر الشعاب على فترات تتراوح بين سنة واحدة وخمس سنوات، تبعا لتراكم الوقود والظروف المناخية، وتستهلك هذه الحرائق مواد نباتية ميتة، وتطلق المغذيات في شكل رماد، وتحفز النمو الجديد من الرعاة الدائمة.

وتعاني آثار الحريق على التربة من تعقيدات وتتفاوت مع كثافة حرائقها وتواترها وتوقيتها، وعادة ما تتسبب حرائق منخفضة الحساسية في تسخين التربة، مما يجعل المادة العضوية في التربة سليمة إلى حد كبير، بينما تتطور بسرعة في النيتروجين والفوسفور، ويمكن أن تؤدي الحرائق المتكررة، بمرور الوقت، إلى فقدان النيتروجين من خلال التطاير، رغم أن ذلك كثيرا ما يعوض عن تثبيت النيتروجين البيولوجي من البقاليد وفصل من طبقة المياه وفصل عن التربة.

التضاريس وتنمية كاتينا

ويمارس مركز الإغاثة والمنحدرين سيطرة قوية على ممتلكات التربة من خلال تأثيرها على حركة المياه، والتحات، وترسيب الرواسب، وفي المناظر الطبيعية المتدفقة، تميل التربة على المواقع المرتفعة إلى أن تكون أرق وأكياس تفجر، بينما تتراكم في المناطق المنخفضة الجسيمات الغرامية والمواد العضوية من مصادر متخلفة، وهذا النمط المعروف باسم " الماشية " ، ويخلق نوعا من التربة.

وكثيراً ما تحتوي السواحل ومجاري الصرف في المناظر الطبيعية على التربة بأفق سطحية سميكة ومظلمة ومحتويات عالية من المواد العضوية، مما يعكس تراكم المياه والرواسب، وهذه المناطق منتجة بشكل خاص لكل من الأعشاب المحلية والمحاصيل الزراعية، وعلى النقيض من ذلك، كثيراً ما تفجر التربة وثبات الحواف بالتربة مع التربة المعرضة أو الصخرة، مما يحد من إنتاجيتها ويستلزم إدارة دقيقة لمنع المزيد من التدهور.

الآثار البشرية على التربة في غراسلاند

تحويل إلى الزراعة وفقدان المادة العضوية

وقد كان لتحويل الأراضي الشعبية الأصلية إلى الأراضي الزراعية، الذي بدأ بسخاء في منتصف القرن التاسع عشر، آثار عميقة وسلبية إلى حد كبير على خصائص التربة، حيث يعطل التلال في تجميعات التربة ويعجل بتحلل المواد العضوية ويزيد من معدلات التحات، وقد وثقت الدراسات التي أجريت في جميع أنحاء البلاستيك الكبير خسائر في الكربون العضوي تتراوح بين 30 و 50 في المائة في مواليزولات المزروعة مقارنة بمواقع السكان الأصليين المتاخمة.

كما أن تحويل الأراضي العشبية إلى زراعة المحاصيل العائمة قد أدى إلى تغيير هيكل التربة، مما يقلل من الاستقرار الكلي وزيادة الكثافة السائبة، مما يضعف تسرب المياه، ويقلل من التغلغل الجذري، ويزيد من سرعة سطح الأرض وتآكلها، وتشكل البومة الدافئة في الثلاثينات أكثر الأمثلة دراما على تدهور التربة في الأراضي العشبية، عندما يقترن الجفاف وسوء ممارسات الحراثة من أجل إنتاج تآكل الرياح الكاسة عبر ملايين الهكتات في الجنوب.

إدارة المراعي وصحة التربة

فالصيد من جانب الماشية هو أكثر استخدام الأراضي انتشارا في جميع أنحاء أراضي أمريكا الشمالية المتبقية، مما يؤثر على خصائص التربة من خلال التخريب وإعادة توزيع المغذيات وإزالة النباتات، ويمكن أن يحافظ الرعي التناوبي على التربة أو يحسنها من خلال إدماج الرجولة وتحفيز النمو الجذري، غير أن الإفراط في الرعي في التربة، والحد من الغطاء النباتي، ويؤدي إلى التحات والتناقص المغذي.

وتتوقف درجة تأثير التربة من الرعي على معدل التخزين، وموسم الاستخدام، ونوع التربة، وتتأثر التربة الرملية بشكل خاص بالتضاؤل والتحات في إطار الرعي الثقيل، بينما يمكن للمواليزولين الغنية بالجزر أن يتحملوا الرعي المعتدل دون تدهور كبير، والمناطق الرعوية داخل الأراضي العشبية حساسة بوجه خاص لضغط الرعي، حيث أن الماشية تميل إلى التركيز بالقرب من مصادر المياه ويمكن أن تتسبب في تآكل المجرى النهر وتحميل المغذي.

التحضر وتنمية الهياكل الأساسية

وقد أدى التوسع الحضري في المناطق العشبية، ولا سيما حول دينفر ودالاس فورت ومدينة كانساس، إلى فقدان التربة الزراعية المنتجة بصورة دائمة، كما أن إغلاق أسطح التربة تحت الرصيف والمباني يزيل وظائف التربة بالكامل، بما في ذلك التسلل إلى المياه، وعزل الكربون، والموئل البيولوجي، كما أن التنمية في المناطق البرية في المناطق البرارية تقطع أيضا الموائل العشبية، مما يقلل من الترابط الإيكولوجي اللازم.

كما أن مشاريع البنية التحتية مثل الطرق، وخطوط الأنابيب، ومنشآت الطاقة الريحية تزعج التربة العشبية، وكثيرا ما تتسبب في الارتداد والتحات أثناء البناء، وفي حين يمكن تخفيف بعض هذه الآثار من خلال التخطيط المتأنين وممارسات الإصلاح، فإن الآثار الطويلة الأجل على صحة التربة لا تزال كبيرة، ويمثل توسيع البنية التحتية للطاقة المتجددة على التربة العشبية مبادلا معقدا بشكل خاص بين الأهداف المناخية وحفظ التربة.

حفظ التربة في غراسلاند وإعادة ترميمها

ممارسات حفظ التربة

وقد أصبحت النظم الزراعية غير المكتملة والمخفضة الحجم تعتمد على نطاق واسع في جميع أنحاء البلاستيك الكبير، مما يوفر منافع كبيرة لتخزين المواد العضوية في التربة ومكافحة التحات، وتترك هذه الممارسات مخلفات المحاصيل على سطح التربة، وتحميها من تآكل الرياح والمياه، بينما تعيد تدريجيا بناء مستويات الكربون العضوي، وتوفر المحاصيل المغطّية، مثل الرصيف الشتوي ورش الشعر، غطاء تربة تربة إضافية، وتساهم في المادة العضوية عند إدراجها أو تركها كحوم سطحي.

كما أن الزراعة في المناطق الحضرية والأرض البرية والمجاري المائية المزروعة هي ممارسات راسخة لمكافحة تآكل المياه في الأراضي الزراعية المتخلفة في المناطق العشبية، وهذه النهج الهيكلية تباطؤ في الركض، وزيادة التسلل، والرواسب الشراكية قبل أن تغادر الحقل، وقد أخذ برنامج احتياطي الحفظ، الذي تديره وكالة الزراعة في الولايات المتحدة، ملايين الهكتارات من الأراضي الزراعية الشديدة التآكل من الإنتاج، وأعادها إلى الغطاء العشب العضوي الدائم، مما أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في التربة.

إعادة بناء التربة واستعادة التربة

وقد برزت إعادة زراعة النباتات الزراعية الأصلية على الأراضي الزراعية المتدهورة كإستراتيجية هامة لإعادة تأهيل التربة، ويمكن لإعادة بناء العشب المتأصل من القاعدة إلى الأبد إعادة بناء المادة العضوية من التربة بمعدلات تتراوح بين 0.5 و 1.0 طن متري لكل هكتار سنويا في مساحات تربة تبلغ 30 سنتيمترا من التربة، وهذه المكاسب أسرع في العقد الأول بعد إعادة التربة وتستمر بمعدلات أبطأ لعقود عديدة.

كما أن استعادة هيكل التربة في ظل إعادة البشعة أمر مهم بنفس القدر، إذ أن سكان دودة الأرض، الذين لا يوجدون إلى حد كبير من الأراضي الزراعية المزروعة، يعودون في غضون خمس إلى عشر سنوات ويبدأون في خلق مآسي تحسن تسرب المياه وإزهاقها، وتتحول مجتمعات الفونغال من التجمعات التي تسودها البكتيريا والتي تطبع التربة الزراعية إلى شبكات تسودها الزوايا، مما يعزز المغذيات.

دور عزل الكربون عن التربة

وتملك تربة المراعي إمكانات كبيرة لعزل الكربون، مما يجعلها عنصراً هاماً في استراتيجيات التخفيف من آثار تغير المناخ، حيث تخزن النظم الجذرية العميقة للأعشاب الدائمة الكربون تحت طبقة التلويث، حيث تكون أقل عرضة للخلل من المادة العضوية السطحية، ويمكن أن تعزز ممارسات الإدارة التي تزيد من مدخلات الكربون، مثل تطبيقات المظلات، والرعي التناوبي المنظم، وتحويل الأراضي الزراعية إلى نباتات دائمة.

غير أن عزل الكربون في التربة في الأراضي العشبية يواجه قيوداً عملية، فالتكديس للمواد العضوية يرتبط بقدرة التربة على تثبيت الكربون من خلال التجميع والارتباط بالمعادن، وبمجرد بلوغ نقطة التشبع هذه، لن تؤدي مدخلات الكربون الإضافية إلى مزيد من التخزين، وتشير البحوث إلى أن العديد من التربة المتدهورة لم تصل بعد إلى هذا الحد، مما يتيح فرصاً كبيرة لخفض الكربون على مدى العقود القادمة.

Regional Variations in Grasland Geology and Soils

The Tallgras Prairie

منطقة (الطول غراي) التي تمتد من شرق (كانساس) و(نيبراسكا) عبر (إيوا) و(إيلينوي) إلى شبه جزيرة (إنديانا) و(أوهايو) تحت تأثير أكثر أنواع التربة خصبة في أمريكا الشمالية هذه التربة التي تتطور من الرواسب الجليدية و تربة النسيج فوق حجر الجير و الصخرة

إن تلال (فلينت) في شرق (كانساس) أحد أكبر المساحات المتبقية من البراريات الطويلة، تقدم مثالاً على كيفية تقييد استخدام التربة للأجيولوجيا، وقد قاومت التربة الضحلة، والتربة الصخرية التي نشأت من حجر الجير الكرز، الحفاظ على الغطاء البشع المحلي، مع الحد من الإنتاجية الزراعية، ويعتمد اقتصاد المنطقة على زراعة الأنواع المغذية.

The Mixed-Grass Prairie

وتشغل البرايزرية المختلطة حزاماً واسعاً من وسط كندا عبر داكوتا ونبراسكا، وفي شمال تكساس، حيث يدعم تهيؤ ما بين 35 و65 سنتيمتراً مزيجاً من الصخور الطويلة والأنواع القصيرة من الحبوب، وتشمل التربة في هذه المنطقة كلاً من الموصلات وأريزول، حيث تُدار المكونات العضوية بين القراصنة الرطبة.

وقد شهدت البراييروسات المختلطة تحولاً واسعاً إلى القمح وغيره من الحبوب الصغيرة، ولا سيما في الجزء الشمالي من المنطقة، وقد ساهمت ممارسات السقف الصيفي، التي تترك فيها الأرض في موسم متنام لتخزين الرطوبة، تاريخياً في فقدان وتآكل المواد العضوية الكبيرة في التربة، وتحل نظم السحب المخفضة تدريجياً محل التناوب التقليدي القائم على سطح الأرض في هذه المنطقة.

"الخطبة القصيرة"

وتمتد هذه العضلات من شرق كولورادو وويومنغ إلى غرب كانساس ونبراسكا، وبانهادل أوكلاهوما إلى تكساس ونيو مكسيكو، وهي المنطقة الشعبية القاحلة في القارة، وتهيمن على الأريديزولز وينتيسول، مع محتوى منخفض من المواد العضوية وطبقات من الكهليتشيات المتكررة.

وتوافر المياه هو العائق الرئيسي في هذه المنطقة، وقد ركزت إدارة التربة تاريخيا على زيادة ضبط الرطوبة وتخزينها، وقد دعمت شركة أوغالالا أكويفر، التي تقوم على أساس جزء كبير من خطى التكرير، الزراعة الواسعة للري منذ منتصف القرن العشرين، ولكن انخفاض مستويات المياه يُجبر على الانتقال إلى نظم إنتاج الأراضي الجافة.

"الباروري"

إن منطقة بالوس في شرق واشنطن، وشمالي إيداهو، وشمال شرق أوريغون تمثل نظاماً إيكولوجياً فريداً للأراضي العشبية يوضع على الرواسب العميقة، وقد تراكمت هذه الرواسب المتدفقة على مدى آلاف السنين إلى عمق يتجاوز 50 متراً في بعض المواقع، مما يخلق التربة التي لها قدرة وخصوبة استثنائية على المياه، وتشكل التلال المتطاولة في منطقة بلوز من أكثر المناطق إنتاجية في العالم.

تصنف التربة في منطقة الفالس على أنها موليسول وألفيسولز، حيث يتراوح محتوى المواد العضوية بين 2 و5 في المائة في الأفق السطحي، ويخلق مناخ البحر الأبيض المتوسط، مع الشتاء الرطب والصيف الجاف، نظاما متميزا لرطوبة التربة يتحدى نظم الحراثة التقليدية، وقد اكتسبت النظم المشهدية غير المتطورة والباردة مباشرة شعبية في العقود الأخيرة كوسيلة لمكافحة التحات على طبقة المياه الجوفية.

خاتمة

إن تكوين الجيولوجيا والتربة في أراضي أمريكا الشمالية يعكس تاريخا غنيا من التكتون في الارتفاع، والزلاجة، وتغير المناخ، والإرث الإيكولوجي، وموسيليسول الذي يحدد هذه المناظر الطبيعية من بين أكثر التربة خصبة في العالم، ويدعم التنوع البيولوجي المحلي والإنتاج الزراعي على نطاق واسع، وفهم العوامل التي تتحكم في نوعية التربة في الأراضي العشبية، بما في ذلك المناخ، والنبات، والطف، وإدارة الأراضي، أمر أساسي.

وتمتد الدروس المستفادة من علوم التربة في الأراضي العشبية إلى ما يتجاوز حدود هذه النظم الإيكولوجية، فمبادئ تراكم المواد العضوية، ودورات المغذيات، وتكوين هيكل التربة الذي يعمل في الخضروات والأعشاب تنطبق على النظم الزراعية في جميع أنحاء العالم، وفيما يتعلق بتدهور التربة، وتغير المناخ، وتكثيف الأمن الغذائي، فإن المعارف المكتسبة من دراسة التربة في الأراضي العشبية توفر مسارات عملية نحو إدارة أكثر استدامة للأراضي، ويجب أن تظل المحافظة على التربة الزراعية واستصلاحها أولوية في السنوات المقبلة.