أشجار الجاتروفا “ Jatropha curcas ” مستقبل الوقود الحيوي

Jatropha curcas trees are the future of biodiesel 

الدكتور مجد جرعتلي      Agriculture consultant

 دكتوراة في العلوم الزراعية (Ph.D)” إختصاص التقانة الحيوية Biotechnology   “

مقدمة :

أدى تفاقم التأثيرات السلبية والخطيرة الناتجة عن إستخدام ” الوقود الإحفوري  fossil fuels ” من” الفحم ـ النفط ـ الغاز ”  على صحة الإنسان و البيئة إلى  الحاجة الماسة إلى اللجوء إلى الطاقات المتجددة ” Renewable energy ” والوقود الحيوي”  Biodiesel”  فلقد تتعدد صور التأثير السلبي للوقود الأحفوري على الإنسان والبيئة ومنها تلوث الهواء، تلوث الماء،  وبالتالي تلوث الغذاء ومن ثم التغير المناخي المخيف والذي نشهده حاليا ، وتآكل طبقة الآوزون وإلى العديد جدا من الأضرار المباشرة والغير مباشرة . ولذلك  فإن إنتاج  وإستخدام ” الوقود الحيوي ” هو أحد العوامل  الهامة والمساعده في التخفيف من أضرار إستخدام الوقود الأحفوري ومنذ عام 2010 يلزم القانون الأوروبي  ومنظمات حماية البيئة الدولية كل الدول المستهلكة  للوقود  الأحفوري وبأية طريقة كانت على استهلاك ما مقداره 5,75 % وقودا حيويا  من مجموع الاستهلاك لتلك الدول وعلى ان تتصاعد هذه النسبة من نسبة الوقود الحيوي المستهلك الى      20 %  في عام 2020  ,  ومن خلال مئات البحوث التي تمت في العالم على إختيار أفضل مصادر الوقود الحيوي كانت النتيجة  هي الزيوت المستخرجة من أشجار ” الجاتروفا ” Jatropha curcas ” والتي أجريت بحثي هذا عن أهميتها وإكثارها وإنتاجها .

أشجار  “الجاتروفا” Jatropha curcas “

تعد أشجار  “الجاتروفا” Jatropha curcas ” أو كما يطلق عليها ” اليَطْروفَة أو جوز بربادوس ” من المحاصيل الغير الغذائية والتي تزرع في الأراضي شبه القاحلة، ” ويوجد ما يقارب ” 476 ” نوع للجاتروفا وأفضل الأنواع هي جاتروفا كاركس   ” Jatropha curcas ” والتي تعتبر من الأشجار ذات المتطلبات المنخفضة جدا فهي لاتحتاج إلا القليل من مياه الري  وتتحمل فترات الجفاف والأتربة الفقيرة والرملية و الملوحة بالإضافة إلى أنها تعطي بذورا غنية بالزيوت والتي تعتبر من أفضل الزيوت النباتية المستخدمة كوقود حيوي والتي لا تستخدم كزيت غذائي وبالتالي لا تؤثر سلبا كباقي الزيوت النباتية الغذائية التي تستخدم في صناعة الوقود الحيوي وتنافس الإنسان في إستهلاكه لها في غذاؤه بدلا من تحويلها إلى وقود , ولقد لقبت تلك الأشجار  بأشجار الذهب الأخضر والطاقة الخضراء ” Green energy ” لأنها تعتبر مصدر نظيفاً لإنتاج ” وقود البيوديزل ” Biodiesel ” ، والذي يستخدم في ادارة المحركات والآليات والسيارت التى تعمل بالديزل والذي تهدف إلى خفض التلوث البيئي من غازات العوادم وبالتالي خفض البصمة الكربونية ” Carbon footprint ” .

يعتبر الموطن الأصلي “لأشجار الجاتروفا ” هو أمريكا الجنوبية  و الوسطى والمكسيك، ومنها انتشرت تلك الأشجار إلى العديد من المناطق الجافة وشبه الجافة والاستوائية في العالم، و”الجاتروفا” Jatropha curcas ” تعتبر كشجيرة أو شجرة صغيرة تتبع العائلة “  اللبنية أو الحلابية ”  Euphorbiaceae  ”  وتعتبر من الأشجار المعمرة حيث تعيش في الأرض لمدة تزيد عن ” 50 ” عاما ويصل ارتفاعها 5 – 8 أمتار، والقلف ورقي والأفرع غليظة، الأوراق بيضية خماسية التفصيص غير مسننه طولها 8.5 سم وعريضة ولا يوجد عليها أهداب، عنق الورقة طوله حوالي 11 سم، أما الأزهار فهي صفراء مخضرة والأسدية ملتحمة وعددها ثمانية، والثمار كبسولة طولها 2.5سم تقريبا وتحتوي على ثلاثة بذور لونها أسود وبشكل عام يتم الإزهار مرتين في العام. ولقد بلغت نسبة الزيت في البذور ” 35- 40 %” وتصل نسبة الدهون المشبعة إلى 20% والغير مشبعة 79% , وينتج الهكتار الواحد بين 2 و4 أطنان من الزيت الحيوي وقد يصل إنتاج الهكتار الواحد في الظروف المثالية للزراعة إلى أكثر من 20 طناً من البذور، تعطي نحو 8 أطنان من الزيت..ولا تستخدم هذه الزيوت في الإستخدام الآدمي بل تستخدم كوقود حيوي ممتاز حيث  يطلق عند إحتراقه ما يعادل نسبة الخمس من ثاني أوكسيد الكربون بالمقارنة من نسبة ما يطلقه الوقود المستخرج من البترول .أي أنه يوفر من هذه الناحية أربعة أخماس أضرارثاني وأول أكسيد الكربون وباقي الإنبعاثات الأخرى , إضافة إلى فوائدها المتعددة في محاربة التصحر وتثبيت التربة….بالإضافة إلى تفوقها على كافة المحاصيل الزراعية التي إستخدمت وتستخدم في إنتاج الوقود الحيوي حيث تعطي نبتة الجاتروفا  زيتاً بمقدار عشرة أضعاف ما تعطيه الذرة ولا تؤثر على اسعار الغذاء، هذا وتشير الدراسات والتقارير إلى أن الهكتار من فول الصويا يمكن أن يعطي 375 كيلو جرام من الوقود الحيوي في الولايات المتحدة الأمريكية، على حين يعطي الهتكار من محصول بذور اللفت 1000 كيلو جرام، أما الهكتار من الجاتروفا فيعطي 3000 كغ من الوقود الحيوي ، وهذه الكمية تعادل 300 % مما تنتجه بذور اللفت، ونحو 800 % مما يعطيه هكتار فول الصويا.

إكثار وزراعة ” الجاتروفا ” في دولة الإمارات العربية المتحدة :

 تمت عملية إكثار وإنتاج نباتات الجاتروفا بنجاح في المشتل الزراعي التابع  لشركة ” مشتل للزراعات النسيجية  - MASHTAL TISSUE CULTURE ”  في دبي – دولة الإمارات العربية المتحدة من قبلي كما تمت التجارب الخاصة ” بالزراعة النسيجية لأشجار الجاتروفا ” كذلك من قبلي ومن قبل الكادر المخبري في ” مختبر زراعة الخلايا والأنسجة النباتية ” التابع للشركة ذاتها .

ولقد تمت عملية الإكثار والتربية بنجاح كبير بعد العديد من التجارب الحقلية والمخبرية  وحصلنا على معطيات كثيرة ومفيدة عن ذلك النبات الهام ولكن لا يتسع إدراجها وذكرها في مقالتي المختصرة هذه  ولذلك أذكر بعضها فيما يلي .

 لقد قمت بإكثار وإنتاج نباتات الجاتروفا من خلال نوعين من طريقة التكاثر وهما : 

1- التكاثر بالبذور Seed cultivation

لقد إستخدمت ثلاثة طرق في عمليات الإكثار البذري وهي :

1-    إنبات بذور الجاتروفا ضمن صواني الإنبات  trays Germination

تمت التجارب في البيت المحمي التابع لشركة مشتل للزراعات النسيجية في دبي.

2-    إنبات بذور الجاتروفا في غرف الإستنبات Germination Chambers

تمت التجارب من خلال حاوية إستنبات تابعة لشركة ” جرين فودير  GREEN FODDER ”  لإنتاج حاويات وغرف الإستنبات في أبو ظبي .

3-    إنبات بذور الجاتروفا في الحاضنات النباتية Plant incubator

تمت التجارب في المختبر التابع لشركة مشتل للزراعات النسيجية في دبي. 

في الطريقة الأولى وهي إنبات بذور الجاتروفا ضمن صواني الإنبات إستخدمت خليط من الرمل والتربة العضوية المعقمة , أما الطريقة الثانية وهي إنبات بذور الجاتروفا في غرف الإستنبات فكانت بدون تربة  حيث إستخدمت فيها إسلوب الزراعة المائية “   Hydroponic “  أما الثالثة وهي إنبات بذور الجاتروفا في الحاضنات النباتية فكانت عملية إنبات البذور على أنسجة معقمة ورطبة , ولقد تم نجاح كل من الأساليب الثلاثة المختلفة ” بشكل عام ” في إنبات البذور ونمو البادرات البذرية , ولكن كان هنالك بعض الفروقات وهي :

لقد أعطت تلك التجارب نتائج مختلفة فيما بينها فلقد تفوقت كل من الطريقة الثانية والثالثة على الطريقة الأولى من حيث :

-         زيادة في  ” سرعة الإنبات Speed of germination.

-         زيادة في ” معدل نسبة الإنبات Rate of germination “.

-         عدم وجود إصابات حشرية أو فطرية “ no insect or fungal infections“

وكما سبقت وذكرت  فإن أشجار الجاتروفا ” Jatropha curcas ” تنمو بشكل جيد في المناخ الإستوائي والمداري وهي من الأشجار التي تتحمل الحرارة ولكن لا تتحمل البرودة العالية والصقيع  وهذا مناسب لنمو وزراعة تلك الأشجار ” كما لاحظنا في بيئة دولة الإمارات العربية المتحدة ” .. ولكن يجب أن تخضع ظروف الزراعة والتربية  إلى معاملة خاصة من حيث العناية من مرحلة ” زراعة البذور وإلى مرحلة وصولها إلى نبات ناضج قابل للزراعة في الأرض الدائمة ” .. ومن ثم إلى نبات كامل  يمكن نقله إلى أماكن زراعته في الأرض الخارجية والطبيعية والتي كانت من” تربة رملية مرتفعة الملوحة ” ومن خلال الملاحظات المأخوذه عن تلك النباتات  هو أن زراعتها لا تحتاج إلا إلى قليل من الماء حيث متطلباتها المائية قليلة ” ولقد تم ري كافة نباتات التجارب ” التي تم إنتاجها ” بمياه الصرف الصحي المعالج ” وتستطيع تحمل فترات طويلة من الجفاف عن طريق التخلص من أوراقها لتقليل النتح  كما لم نستخدم أي أسمدة  بعد زراعتها بالأرض الدائمة . . كما يمكن استخدام الجاتروفا أيضاً لمنع انجراف التربة وتثبيت الكثبان الرملية. وهذا يعني أن التوسع في إنتاجها على أوسع نطاق لن يتم على حساب المصادر الزراعية المستخدمة في إنتاج المحاصيل الغذائية التقليدية بل يمكن زراعتها في أماكن لا تستخدم لزراعة المحاصيل الغذائية ..

وفيما نلاحظ أن إنتاج وقود ”الإيثانول” يتطلب تكاليف باهظة بسبب الحاجة لاستثمار مساحات ضخمة من الأراضي لإنتاج الذرة أو القمح أو قصب السكر، وهي المحاصيل التي يتم إنتاجه منها، إلا أن الجاتروفا يمكن أن تزرع في الأراضي الحجرية والرملية والصحراوية التي لا تصلح للاستثمار في زراعة المحاصيل الغذائية والتقليدية.

وتعتبر عملية فحص البذور قبل زراعتها في غاية الأهمية . ولقد تم في التجارب السابقة إستخدام  كل من ” محفزات الإنبات Germination Catalysts والمعقمات الخاصة بتعقيم البذور ” والتي ساهمت في الحفاظ على البذور وزيادة سرعة الإنبات  كما إستخدمت برنامج وقاية ومكافحة الحشرات والأمراض الفطرية وخاصة “  تعفن الجذور  root rot“  و ” Macrophomia spp , Fusarium Wilt  ” , التي تصيب الجذور و البادرات البذرية النامية حديثا والأشتال البذرية وكذلك الأنواع التالية من الآفات التي تتطفل على الأوراق  والنباتات الناضجة مثل  :

“ Aphtonia dilutipes, , Leaf miner , Salubriya Leaf webber, Oidium ssp.

Powdery Mildew,  Julus spp. Millipedes.”.

-         كل الشكر والتقدير إلى ” المهندسة سمية عبد الرحيم الرئيس ” من وزارة التغير المناخي والبيئة في دبي التي زودتنا ببذور الجاتروفا .

2 – التكاثر النسيجي Tissue culture

كما سبق ذكره فلقد قمت مع الكادر المخبري بإكثار أشجار الجاتروفا نسيجيا بواسطة زراعة الخلايا والأنسجة النباتية ومن خلال المراحل الأساسية المتبعة التالية :

المراحل الرئيسية  للزراعة النسيجية لنبات الجاتروفا stages of work :

تمر الزراعة النسيجية لنبات الجاتروفا بعدة مراحل رئيسية ومختلفة وهي :

1-    مرحلة إختيار النباتات Selection of plants :
تم إختيار الصنف ” Jatropha curcas من الفصيلة Euphorbiaceae
2-    مرحلة إختيار ( الأجزاء التكاثرية Selection of Explant  )
تم القيام  بلإكثار النسيجي لنبات الجاتروفا  بثلاث طرق مختلفة من حيث  الجزء النباتي المستخدم في عملية الإكثار وهي :

• ·         زراعة القمم النامية ( Meristem cap)  Apical buds
• ·         زراعة البراعم الطرفية ( Terminal buds)
• ·         الزراعة الجنينية (  Embryo culture)

وكانت جميعها ناجحة ولكن فضلت  إستخدام الأجزاء التكاثرية عن طريق ( البراعم القمية والطرفية ) في عمليات الإكثار النسيجي والإنتاج بهدف المحافظة على نقاء الصنف  حيث تعتبرالنباتات المنتجة من القمم المرستيمية من الناحية الوراثية مطابقة تماماً للنسيج الأم المأخوذة منه تلك القمم مما يؤدي إلي المحافظة على الصفات الوراثية ويعتبر إنتاج تلك  النباتات بهذه الكيفية إحدى مميزات التكاثر النسيجي للمحافظة على نقاء السلالات .

3-    مرحلة  تعقيم  الأجزاء التكاثرية    (Explant Sterilization)

يتم في المختبر تنظيف و تعقيم الأجزاء التكاثرية المختارة من أشتال الجاتروفا من النوع” Jatropha curcas “   بمعقمات  مدروسة ومختلفة (disinfected active materials)تمت بعد العديد من التجارب و بحيث تكون خالية من كافة أشكال الملوثات الحية أو غير حية.

4-    مرحلة الإدخالات أو المرحلة الأولى لزراعة الأجزاء التكاثرية ( Stage I)

تعتبر المرحلة الأولى والتي يطلق عليها مرحلة الإدخالات , حيث يتم زراعة الجزء التكاثري المعقم في )  البيئة الغذائية  (Medium المخصصة والمدروسة بمحتواها الغذائي والتي تم التوصل إليها مع باقي البيئات لكافة المراحل بعد العديد من التجارب في المختبر .  وتعقم هذه البيئات في جهاز ( الأوتوغلاف Autoclave) وتتم هذه المرحلة ضمن جهاز ( الليمنير Laminar air flow) جهاز العزل الجرثومي للمحافظة على جو عقيم خالي من أي ملوثات أثناء عملية زراعة الأجزاء التكاثرية الدقيقة.

وتتشكل في هذه المرحلة كتلة خلوية بسيطة نتيجة  الإنقسامات المتتالية للجزء التكاثري وتشكل بما يسمى     ( الكاليوس Callus) مع ظهور قمم لتفرعات وإشطاءات خضرية دقيقة.

5-    المرحلة الثانية أو مرحلة تشكل التفرعات الخضرية ( Stage II)

يتم في هذه المرحلة نقل النموات التي تشكلت في المرحلة الأولى إلى بيئة ثانية متخصصة بإنتاج الإشطاءات والتفرعات الخضرية (Medium Shoot Regeneration )

وبنفس الشروط البيئية السابقة الذكر في غرفة العزل الجرثومي من خلال جهاز الليمنير  في وسط مغذي ثاني خاص بهذه المرحلة , وفي هذه المرحلة يتم تشكل وتمايز التفرعات الخضرية لنبات الجاتروفا وتبقى تلك النموات في البيئة ذاتها حتى إكتمال النمو الخضري وظهور تفرعات وإشطاءات جديدة متعددة .

6-    المرحلة الثالثة  أو مرحلة التجذير ( Rooting Stage III)

يتم في هذه المرحلة نقل التفرعات الخضرية النامية الناتجة من نهاية المرحلة الثانية ووضعها في بيئات خاصة بعملية التجذير ( Rooting medium ) حيث يتم في هذه المرحلة ظهور الجذور لأشتال الجاتروفا النسيجية , وتبقى تلك الأشتال في البيئة ذاتها حتى إكتمال النمو الخضري والجذري .

7-    مرحلة التقسية In vitro plants Hardening

في هذه المرحلة يتم تقسية نباتات الجاتروفا النسيجية ” In vitro plants ” المنتجة بالمختبر بزراعتها زراعة خاصة ضمن صواني خاصة في البيت المحمي” “ Greenhouse وتخضع شروط التقسية إلى تأمين الظروف البيئية المناسبة والمدروسة بشكل دقيق ” Optimal environmental conditions  ”من ” إضاءة وحرارة ورطوبة ” بالإضافة إلى إختيار نوعية التربة المثلى وتنظيم عمليات الري والتسميد بشكل دوري حتى نهاية فترة التقسية وبعد أن تصل إلى طول ” 20 ” سنتم يتم نقلها إلى أصص زراعية مفردة  .

8-    مرحلة التربية Plant breeding  In vitro

بعد نهاية فترة التقسية والتي تأخذ بحدود  30 يوما  يتم نقل النباتات وزراعتها في أصص زراعية مفردة أكبر حجما وتوضع  في منطقة يطلق عليها منطقة التربية وهي منطقة ذات مستوى تظليل ضعيف , وتحظى النباتات في تلك الفترة  بالعناية الكاملة من عمليات الري والتسميد والمكافحة ضد الحشرات والآفات الزراعية و بشكل دوري حتى نهاية فترة التربية . وبعدها يمكن بيعها أو زراعتها في الأرض الدائمة .

أهمية وفوائد  الإكثار النسيجي لأشجار الجاتروفا :

• إن الأشتال النسيجية  لأشجار الجاتروفا والمنتجة مخبريا تتميز بعدة ميزات هامة ومفيدة تتفوق بها عن غيرها من الأشتال المنتجة من البذور أو العقل وهي :

1.    تحمل الظروف البيئية الصعبة .
2.    زيادة السرعة في النمو الخضري والجذري.
3.    الإنتاج الثمري بعمر مبكر.
4.    المقاومة العالية للأمراض .
5.    خلو النباتات المنتجة نسيجيا من كافة الإصابات المرضية والحشرية والفطرية .
6.   تكون أكثر ملائمة للزراعة في الدولة من أشجار الجاتروفا البذرية .

• الإكثار الغزير بأعداد كبيرة  في المختبر من أشتال الجاتروفا النسيجية  دون الحاجة إلى مساحات واسعة لعمليات الإكثار والإنتاج .
• الإنتاج الدائم دون التقيد في الظروف البيئية الصعبة .
• إنتاج النباتات النسيجية دون الحاجة إلى البذور.
• إنتاج الأصناف ذات النسب العالية بالزيت .
• حفظ الذخائر الوراثية للنباتات بطرق الحفظ الخليوي.
•  زيادة في سرعة النمو الخضري والجذري لأشجار الجاتروفا النسيجية .

• أهداف وتوصيات البحث :
•  إقامة مشتل زراعي حديث لإنتاج أشجار الجاتروفا .
• من خلال إستخدام  أنظمة المشاتل الحديثة من حيث الخدمة والرعاية بالإضافة إلى إستخدام عدة وسائل في الإكثار الجنسي عن طريق البذور والغير جنسي عن طريق العقل .
•  يمكن الإستفادة من مخلفات البذور بعد العصر في صناعة الأسمدة العضوية.
•  إقامة مختبر لزراعة الأنسجة النباتية متخصص بإنتاج أشتال الجاتروفا النسيجية .
• العمل على التوسع في زراعة الجاتروفا في المناطق التي لا تستخدم لزراعة المحاصيل الإقتصادية   حيث يمكن ريها  بمياه الصرف الصحي المعالج .
• انشاء مركز  خاص لتدريب على زراعة  الجاتروفا وتصنيع الوقود الحيوي منها بهدف إنشاء كادر فني متعلم في هذا المجال الحيوي الهام .
• ·وضع خطة علمية مدروسة للوقاية ومكافحة الحشرات والأمراض التي تتطفل على البادرات البذرية و أشجار الجاتروفا .
•  تشجيع الإستثمار في زراعة وإنتاج الوقود الحيوي من خلال أشجار الجاتروفا  حيث تعتبر الجاتروفا أحد أهم مصادر الوقود الحيوي فيجب أن  تستحق العناية  في زراعتها بشكل إقتصادي مربح من قبل الجهات المستثمرة أو الحكومية  .

فنجد ان هنالك عدد من مشاريع الجاتروفا التي يجري تطويرها في تزايد بشكل حاد. ومن المتوقع أن يبلغ معدل النمو في المساحات المزروعة في خلال 5-7 سنوات القادمة بمعدل 1,5-2 مليون هكتار من الجاتروفا. وبلغت المساحات المزروعة حوالي 5 مليون هكتار في عام 2010 في عدد كبير ومتزايد من الدول، وتأتي ميانمار على رأس هذه الدول حيث زرعت نحو 800 ألف هكتار. ولقد بلغت المساحات المزروعة عالمياً حوالي 13 مليون هكتار في عام 2015 ، كما تخطط الصين لزراعة نحو 13 مليون هكتار بحلول عام 2020م. كما تنوي الحكومة الهندية تقليص استعمال وقود الديزل العادي بنسبة 20% خلال خمس سنوات القادمة، وهذا باستغلال هذه النبتة وشبيهاتها من نفس الفصيلة، وقد خصص حوالي 39 مليون هكتار لزراعتها.

ومن المتوقع أن تتضاعف الاستثمارات العالمية لتصل إلى 1 مليار دولار سنويا بافتراض أن متوسط الاستثمار من 300-500 دولارا للهكتار الواحد ، مسار النمو المتوقع لهذه الصناعة سيؤدي الى الاستثمارات في جميع أنحاء العالم بلغ مجموعها 500 مليون حتي 1 مليار دولار سنويا خلال 5-7 سنوات المقبلة. كما نجد ان الطلب العالمي لزيت الجاتروفا في تزايد يوم بعد يوم لذلك فان السوق العالمي يمكن ان يقبل اي كمية من بذور وزيت الجاتروفا.

وتجدر الإشارة إلى أن الزيت الحيوي Biodiesel قد أصبح من الأهمية بمكان في دول الاتحاد الأوروبي و الولايات المتحدة الأمريكية وتشترط الدول الأوروبية أن يخلط بنسبة 5 – 8 في المائة مع زيت الديزل في الاستخدام الصناعي و السيارات كأحد الشروط البيئية في تلك الدول مما أعطى أهمية كبيرة للتوسع في زراعة النباتات المنتجة لهذه النوعية من الزيوت ذات العائد الاقتصادي والتصديري المرتفع.

للمزيد من المعلومات عن “  إكثار وإنتاج  وزراعة أشتال وأشجار الجاتروفا “

يرجى الإتصال مع الدكتور مجد جرعتلي

info@green-studies.com

mjuratly@gmail.com

Mobil/ Whatsapp; 00971526203888