النيتروجين و دوره في تغذية النبات

2:18 ص المكتبة الزراعية الشاملة

النيتروجين و دوره في تغذية النبات

النيتروجين عنصر غذائي أساسي لنمو النبات وتطوره وتكاثره. على الرغم من كون النيتروجين أحد أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض ، إلا أن نقص النيتروجين هو على الأرجح المشكلة التغذوية الأكثر شيوعًا التي تؤثر على النباتات في جميع أنحاء العالم - النيتروجين من الغلاف الجوي وقشرة الأرض غير متاحين مباشرة للنباتات.

النيتروجين في النباتات

غالبًا ما تحتوي النباتات الصحية على 3 إلى 4 في المائة من النيتروجين في الأنسجة الموجودة فوق سطح الأرض. هذا تركيز أعلى بكثير مقارنة بالعناصر الغذائية الأخرى. الكربون والهيدروجين والأكسجين ، وهي عناصر مغذية لا تلعب دورًا مهمًا في معظم برامج إدارة خصوبة التربة ، هي العناصر الغذائية الأخرى الوحيدة الموجودة بتركيزات أعلى. النيتروجين حيوي للغاية لأنه مكون رئيسي من الكلوروفيل ، وهو المركب الذي تستخدم النباتات بموجبه طاقة ضوء الشمس لإنتاج السكريات من الماء وثاني أكسيد الكربون (أي التمثيل الضوئي). وهو أيضًا مكون رئيسي للأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. بدون البروتينات تذبل النباتات وتموت. تعمل بعض البروتينات كوحدات هيكلية في الخلايا النباتية بينما يعمل البعض الآخر مثل الإنزيمات ، مما يجعل العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تعتمد عليها الحياة ممكنة. النيتروجين هو أحد مكونات مركبات نقل الطاقة ، مثل ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). يسمح ATP للخلايا بالحفاظ على الطاقة المنبعثة في عملية التمثيل الغذائي واستخدامها. أخيرًا ، يعتبر النيتروجين مكونًا مهمًا من مكونات الأحماض النووية مثل الحمض النووي ، المادة الوراثية التي تسمح للخلايا (وفي النهاية النباتات الكاملة) بالنمو والتكاثر. بدون النيتروجين ، لن تكون هناك حياة كما نعرفها.

نيتروجين التربة

يوجد نيتروجين التربة في ثلاثة أشكال عامة: مركبات النيتروجين العضوية وأيونات الأمونيوم (NH₄⁺) وأيونات النترات (NO₃⁻).

في أي وقت من الأوقات ، يكون 95 إلى 99 في المائة من النيتروجين المتاح في التربة في أشكال عضوية ، إما في المخلفات النباتية والحيوانية ، أو في المادة العضوية الثابتة نسبيًا في التربة ، أو في كائنات التربة الحية ، وخاصة الميكروبات مثل البكتيريا. هذا النيتروجين غير متاح مباشرة للنباتات ، ولكن يمكن تحويل بعضها إلى الأشكال المتاحة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. قد توجد كمية صغيرة جدًا من النيتروجين العضوي في المركبات العضوية القابلة للذوبان ، مثل اليوريا ، والتي قد تكون متاحة قليلاً للنباتات.

توجد غالبية النيتروجين المتاح في النبات في الأشكال غير العضوية NH₄⁺ و NO₃⁻ (تسمى أحيانًا النيتروجين المعدني). ترتبط أيونات الأمونيوم بمركب التبادل الكاتيوني سالب الشحنة (CEC) في التربة وتتصرف مثل الكاتيونات الأخرى في التربة. لا ترتبط أيونات النترات بالمواد الصلبة في التربة لأنها تحمل شحنات سالبة ، ولكنها تتحلل في ماء التربة ، أو تترسب كأملاح قابلة للذوبان في ظروف جافة.

المصادر الطبيعية لنيتروجين التربة

النيتروجين الموجود في التربة والذي قد تستخدمه النباتات في النهاية له مصدران: المعادن المحتوية على النيتروجين والمخزن الواسع للنيتروجين في الغلاف الجوي. يتم إطلاق النيتروجين الموجود في معادن التربة مع تحلل المعدن. هذه العملية بطيئة بشكل عام ، ولا تساهم إلا بشكل طفيف في تغذية النيتروجين في معظم أنواع التربة. في التربة التي تحتوي على كميات كبيرة من الطين الغني بـ NH4 (إما يحدث بشكل طبيعي أو يتم تطويره عن طريق تثبيت NH2 المضاف كسماد) ، ومع ذلك ، قد يكون النيتروجين الذي يوفره الجزء المعدني مهمًا في بعض السنوات.

نيتروجين الغلاف الجوي هو مصدر رئيسي للنيتروجين في التربة. في الغلاف الجوي ، يوجد في شكل N الخامل للغاية ويجب تحويله قبل أن يصبح مفيدًا في التربة. ترتبط كمية النيتروجين المضافة إلى التربة بهذه الطريقة ارتباطًا مباشرًا بنشاط العواصف الرعدية ، ولكن من المحتمل ألا تتلقى معظم المناطق أكثر من 20 رطلاً من النيتروجين / فدان سنويًا من هذا المصدر. يمكن للبكتيريا مثل Rhizobia التي تصيب (تعيد) جذور نباتات البقول وتتلقى الكثير من الطاقة الغذائية منها إصلاح المزيد من النيتروجين سنويًا (بعضها يزيد عن 100 رطل من النيتروجين / فدان). عندما تتجاوز كمية النيتروجين التي يحددها Rhizobia تلك التي تحتاجها الميكروبات نفسها ، يتم إطلاقها للاستخدام من قبل نبات البقوليات المضيف. هذا هو السبب في أن البقوليات جيدة العقدة لا تستجيب في كثير من الأحيان لإضافات الأسمدة النيتروجينية. إنهم يتلقون بالفعل ما يكفي من البكتيريا.

دورة النيتروجين

يمكن أن يمر النيتروجين بالعديد من التحولات في التربة. غالبًا ما يتم تجميع هذه التحولات في نظام يسمى دورة النيتروجين ، والتي يمكن تقديمها بدرجات متفاوتة من التعقيد. دورة النيتروجين مناسبة لفهم إدارة المغذيات والأسمدة. نظرًا لأن الكائنات الحية الدقيقة هي المسؤولة عن معظم هذه العمليات ، فإنها تحدث ببطء شديد ، إذا كانت تحدث على الإطلاق ، عندما تكون درجات حرارة التربة أقل من 50 درجة فهرنهايت ، ولكن معدلاتها تزداد بسرعة مع ارتفاع درجة حرارة التربة.

قلب دورة النيتروجين هو تحويل النيتروجين غير العضوي إلى نيتروجين عضوي ، والعكس صحيح. مع نمو الكائنات الحية الدقيقة ، فإنها تزيل H₄⁺ و NO₃⁻ من تجمع النيتروجين غير العضوي المتاح بالتربة ، وتحوله إلى نيتروجين عضوي في عملية تسمى التثبيت. عندما تموت هذه الكائنات الحية وتتحلل من قبل الآخرين ، يمكن تحرير الفائض NH₄⁺ مرة أخرى إلى البركة غير العضوية في عملية تسمى التمعدن. يمكن تمعدن النيتروجين أيضًا عندما تتحلل الكائنات الحية الدقيقة مادة تحتوي على نيتروجين أكثر مما يمكنها استخدامه في وقت واحد ، مثل بقايا البقوليات أو الأسمدة. تتم عمليات التثبيت والتمعدن بواسطة معظم الكائنات الحية الدقيقة ، وتكون أسرع عندما تكون التربة دافئة ورطبة ، ولكنها غير مشبعة بالماء. غالبًا ما تعتمد كمية النيتروجين غير العضوي المتاح لاستخدام المحاصيل على كمية التمعدن التي تحدث والتوازن بين التمعدن والتثبيت.

عادة ما يتم تحويل أيونات الأمونيوم (NH₄⁺) التي لم يتم تجميدها أو تناولها بسرعة بواسطة النباتات الأعلى بسرعة إلى أيونات NO من خلال عملية تسمى النترجة. هذه عملية من خطوتين ، تقوم خلالها بكتيريا تسمى Nitrosomonas بتحويل NH إلى nitrite (NO₂⁻) ، ثم تقوم بكتيريا أخرى ، Nitrobacter ، بتحويل NO₂⁻ إلى NO₃⁻. تتطلب هذه العملية تربة جيدة التهوية وتحدث بسرعة كافية بحيث عادة ما يجد المرء في الغالب NO بدلاً من NH2 في التربة خلال موسم النمو. تحتوي دورة النيتروجين على عدة طرق يمكن من خلالها فقدان النيتروجين المتاح من التربة من التربة. عادة ما يكون النترات-النيتروجين أكثر عرضة للخسارة من نيتروجين الأمونيوم. تشمل آليات الخسارة الكبيرة الترشيح ونزع النتروجين والتطاير وإزالة المحاصيل.

إن شكل النترات من النيتروجين قابل للذوبان لدرجة أنه يتسرب بسهولة عندما تتسرب المياه الزائدة عبر التربة. يمكن أن يكون هذا آلية خسارة كبيرة في التربة الخشنة حيث تتسرب المياه بحرية ، ولكنها مشكلة أقل في التربة ذات القوام الدقيق والأكثر نفاذاً ، حيث يكون الترشيح بطيئًا جدًا.

تميل هذه التربة الأخيرة إلى التشبع بسهولة ، وعندما تستنفد الكائنات الحية الدقيقة إمداد الأكسجين الحر في التربة الرطبة ، يحصل البعض عليها عن طريق تحلل NO₃⁻. في هذه العملية ، التي تسمى نزع النتروجين ، يتم تحويل NO إلى أكاسيد غازية من النيتروجين أو إلى غاز N₂ ، وكلاهما غير متاح للنباتات. يمكن أن يسبب نزع النتروجين خسائر كبيرة في النيتروجين عندما تكون التربة دافئة وتبقى مشبعة لأكثر من بضعة أيام.

تكون خسائر نيتروجين NH4 أقل شيوعًا وتحدث بشكل رئيسي عن طريق التطاير. أيونات الأمونيوم هي في الأساس جزيئات أمونيا لا مائية (NH₃) مع أيون هيدروجين إضافي (H⁺) مرفق. عندما تتم إزالة H⁺ الإضافي من أيون NH₄ بواسطة أيون آخر مثل الهيدروكسيل (OH⁻) ، يمكن أن يتبخر جزيء NH4 الناتج أو يتطاير من التربة. هذه الآلية هي الأكثر أهمية في التربة عالية الأس الهيدروجيني التي تحتوي على كميات كبيرة من أيونات OH. تمثل إزالة المحاصيل خسارة لأن النيتروجين في الأجزاء المحصودة من نبتة المحصول تتم إزالته تمامًا من الحقل. يتم إعادة تدوير النيتروجين الموجود في بقايا المحاصيل إلى النظام ، ويفضل اعتباره ثابتًا بدلاً من إزالته. يتم تمعدن الكثير في النهاية ويمكن إعادة استخدامه بواسطة المحصول.

احتياجات النيتروجين النباتية و امتصاصها

تمتص النباتات النيتروجين من التربة على شكل أيونات NH4 و NO ، ولكن نظرًا لانتشار النترجة في التربة الزراعية ، فإن معظم النيتروجين يتم تناوله على أنه نترات. تتحرك النترات بحرية تجاه جذور النباتات لأنها تمتص الماء. بمجرد دخول المصنع ، يتم تقليل NO₃⁻ إلى شكل NH4 ويتم استيعابها لإنتاج مركبات أكثر تعقيدًا. نظرًا لأن النباتات تتطلب كميات كبيرة جدًا من النيتروجين ، فإن نظام الجذر الشامل ضروري للسماح بامتصاص غير مقيد. قد تظهر النباتات ذات الجذور المقيدة بالضغط علامات نقص النيتروجين حتى في حالة وجود النيتروجين الكافي في التربة.

تأخذ معظم النباتات النيتروجين من التربة بشكل مستمر طوال حياتها ، وعادة ما يزداد الطلب على النيتروجين مع زيادة حجم النبات. ينمو النبات الذي يزود بالنيتروجين الكافي بسرعة وينتج كميات كبيرة من الأوراق الخضراء النضرة. يسمح توفير النيتروجين الكافي للمحصول السنوي ، مثل الذرة ، بالنمو حتى النضج الكامل ، بدلاً من تأخيره. يكون النبات الذي يعاني من نقص النيتروجين صغيرًا بشكل عام ويتطور ببطء لأنه يفتقر إلى النيتروجين الضروري لتصنيع المواد الهيكلية والجينية الكافية. عادة ما يكون لونه أخضر باهت أو مصفر لأنه يفتقر إلى الكلوروفيل الكافي. غالبًا ما تصبح الأوراق القديمة نخرية وتموت حيث ينقل النبات النيتروجين من الأنسجة القديمة الأقل أهمية إلى الأنسجة الأصغر سنًا. من ناحية أخرى ، قد تنمو بعض النباتات بسرعة كبيرة عند تزويدها بالنيتروجين المفرط بحيث تطور بروتوبلازمًا أسرع مما يمكنها بناء مادة داعمة كافية في جدران الخلايا. غالبًا ما تكون هذه النباتات ضعيفة إلى حد ما وقد تكون عرضة للإصابة الميكانيكية. يعد تطوير القش الضعيف وإيواء الحبوب الصغيرة مثالاً على هذا التأثير.

إدارة الأسمدة

دورة النيتروجين

يتم تحديد معدلات الأسمدة النيتروجينية من خلال المحصول المراد زراعته ، والغلة المستهدفة وكمية النيتروجين التي يمكن أن توفرها التربة. تختلف المعدلات اللازمة لتحقيق غلات مختلفة مع محاصيل مختلفة حسب المنطقة ، وعادة ما تستند هذه القرارات على التوصيات والخبرة المحلية.

- العوامل التي تحدد كمية النيتروجين التي توفرها التربة

- كمية النيتروجين المنبعثة من المادة العضوية بالتربة

- كمية النيتروجين المنبعثة من تحلل بقايا المحصول السابق

- أي نيتروجين ناتج عن تطبيقات سابقة للنفايات العضوية

- أي نيتروجين تم ترحيله من تطبيقات الأسمدة السابقة.

يمكن تحديد هذه المساهمات من خلال أخذ أرصدة النيتروجين (معبراً عنها بالرطل / فدان) لهذه المتغيرات. على سبيل المثال ، تتطلب الذرة بعد البرسيم نيتروجينًا إضافيًا أقل من الذرة بعد الذرة ، وهناك حاجة إلى كمية أقل من الأسمدة النيتروجينية للوصول إلى هدف محصول معين عند تطبيق السماد. كما هو الحال مع الأسعار ، تعتمد الاعتمادات عادة على الظروف المحلية.

يُقترح اختبار التربة في كثير من الأحيان كبديل لأخذ أرصدة النيتروجين. كان اختبار التربة بحثًا عن النيتروجين ممارسة مفيدة في المناطق الأكثر جفافاً في السهول الكبرى لسنوات عديدة ، وفي تلك المنطقة ، غالبًا ما يتم تعديل معدلات الأسمدة لحساب NO₃⁻ الموجود في التربة قبل الزراعة. في السنوات الأخيرة ، كان هناك بعض الاهتمام باختبار حقول الذرة بحثًا عن NO₃⁻ في المناطق الأكثر رطوبة في شرق الولايات المتحدة وكندا ، باستخدام العينات المأخوذة في أواخر الربيع ، بعد ظهور المحاصيل ، وليس قبل الزراعة. تلقت هذه الاستراتيجية ، اختبار تربة النيتروجين قبل ارتداء الملابس الجانبية (PSNT) ، قدرًا كبيرًا من الدعاية ويبدو أنها توفر بعض الدلائل على ما إذا كانت هناك حاجة إلى نيتروجين إضافي أم لا.

وضع الأسمدة

يجب أن تزيد قرارات التنسيب من توافر النيتروجين للمحاصيل وتقليل الخسائر المحتملة. عادة لا تنمو جذور النبات عبر منطقة جذر نبات آخر ، لذلك يجب وضع النيتروجين في مكان يمكن لجميع النباتات الوصول إليه مباشرة. تطبيقات البث تحقق هذا الهدف. يحدث التباين أيضًا عندما تكون جميع صفوف الاقتصاص بجوار النطاق مباشرةً. بالنسبة للذرة ، عادةً ما يكون ربط الأمونيا اللامائية أو نترات الأمونيوم اليوريا (UAN) في وسطاء الصف البديل بنفس فعالية الربط في كل وسط لأن جميع الصفوف يمكنها الوصول إلى السماد.

ظروف التربة الرطبة ضرورية لامتصاص المغذيات. يمكن أن يؤدي التنسيب تحت سطح التربة إلى زيادة توافر النيتروجين في ظل الظروف الجافة لأن الجذور من المرجح أن تجد النيتروجين في التربة الرطبة مع هذا التنسيب. قد ينتج عن حقن UAN الملبس جانبيًا إنتاجية ذرة أعلى من تطبيق السطح في السنوات عندما يتبع الطقس الجاف التضميد الجانبي. في السنوات التي يحدث فيها هطول الأمطار بعد فترة وجيزة من التطبيق ، لا يكون التنسيب تحت السطح أمرًا بالغ الأهمية.

عادة ما يستخدم التنسيب تحت السطحي للتحكم في خسائر النيتروجين. يجب وضع الأمونيا اللامائية وختمها تحت السطح للقضاء على خسائر التطاير المباشر للأمونيا الغازية. يمكن التحكم في التطاير من محاليل اليوريا و UAN عن طريق الدمج أو الحقن. يعتبر دمج مواد اليوريا (ميكانيكيًا أو عن طريق هطول الأمطار بعد فترة وجيزة من التطبيق) أمرًا مهمًا بشكل خاص في حالات عدم الحراثة التي يتفاقم فيها التطاير بكميات كبيرة من المواد العضوية على سطح التربة. ومع ذلك ، فإن تطبيق كميات صغيرة من النيتروجين "البادئ" مثل UAN في بخاخات مبيدات الأعشاب ، عادة ما يكون قليل الاهتمام.

غالبًا ما يؤدي وضع النيتروجين بالفوسفور إلى زيادة امتصاص الفسفور ، خاصةً عندما يكون النيتروجين في شكل NH2 وينمو المحصول في تربة قلوية. أسباب التأثير ليست واضحة تمامًا ، ولكن قد تكون بسبب زيادة نشاط الجذور في النيتروجين وإمكانية امتصاص الفوسفور ، والنترة لمادة NH4 التي توفر الحموضة ، مما يعزز قابلية ذوبان الفوسفور.

توقيت تطبيق المغذيات

للتوقيت تأثير كبير على كفاءة أنظمة إدارة النيتروجين. يجب استخدام النيتروجين لتجنب فترات الخسارة الكبيرة ولتوفير النيتروجين الكافي عندما يكون المحصول في أمس الحاجة إليه. يستهلك القمح معظم النيتروجين في الربيع وأوائل الصيف ، وتمتص الذرة معظم النيتروجين في منتصف الصيف ، لذا فإن التوافر الوفير في هذه الأوقات أمر بالغ الأهمية. إذا كان من المتوقع أن تكون الخسائر ضئيلة ، أو يمكن السيطرة عليها بشكل فعال ، فإن التطبيقات قبل الزراعة أو بعدها مباشرة تكون فعالة لكلا المحصولين. إذا كان من المتوقع حدوث خسائر كبيرة ، خاصة تلك الناتجة عن نزع النتروجين أو النض ، فإن التطبيقات المنقسمة ، التي يتم فيها استخدام جزء كبير من النيتروجين بعد ظهور المحاصيل ، يمكن أن تكون فعالة في تقليل الخسائر. يمكن استخدام تطبيقات سقوط الذرة في التربة جيدة التصريف ، خاصة إذا تم استخدام النيتروجين كأمونيا لا مائية معدلة بـ N-Serve® ؛ ومع ذلك ، ينبغي تجنب تطبيقات الخريف على التربة سيئة الصرف ، بسبب احتمال لا مفر منه تقريبًا لخسائر كبيرة في نزع النتروجين. عندما يتم تطبيق معظم إمداد النيتروجين للمحصول بعد نمو كبير للمحصول أو وضعه بعيدًا عن صف البذور (الأمونيا اللامائية أو UAN المربوطة في وسط الصف) ، فإن تطبيق بعض النيتروجين الذي يمكن الوصول إليه بسهولة إلى الشتلات عند الزراعة يضمن عدم تحول المحصول إلى نيتروجين قبل الوصول إلى الإمداد الرئيسي للنيتروجين.

التقليل من خسائر الأسمدة

تتمثل الآليات الرئيسية لفقدان الأسمدة النيتروجينية في نزع النتروجين والرشح والتطاير. تحدث عملية نزع النتروجين والرشح في ظل ظروف التربة شديدة الرطوبة ، بينما يكون التطاير أكثر شيوعًا عندما تكون التربة رطبة فقط وجافة.

 

مشاركة