مدیریت تغذیه نیتروژنی گیاه
اهمیت نیتروژن
نیتروژن مهمترین عنصر ضروری مورد نیاز گیاه است که در سیستمهای زراعی به عنوان اصلی ترین عامل محدود کننده رشد و تولید گیاهی نیز مطرح میباشد. نیتروژن از عناصر غذایی پر مصرف است که در ساختمان مولکولهای پروتئینی گوناگون آنزیمها کوآنزیمها اسیدهای نوکلئیک سیتوکروم ها و همچنین بسیاری از متابولیتهای ثانویه در گیاه نقش دارد غلظت نیتروژن در بافتهای گیاه حدود ۵-۲ درصد وزن خشک است و این غلظت در بافتهای جوان بیشتر از بافتهای مسن تر میباشد. نیتروژن در خاک و گیاه متحرک بوده و این ویژگی مزیتها و معایبی را برای این عنصر در مدیریت تغذیه ای مطرح می سازد.
نیتروژن اصولا میتواند به چندین روش برای گیاه تأمین شود به صورت طبیعی از طریق هوازدگی کانیهای حاوی ،نیتروژن از طریق تجزیه مواد آلی در خاک از طریق تثبیت بیولوژیکی و از طریق کاربرد کودهای شیمیایی قبل از توسعه تولید صنعتی کودهای نیتروژنه در اوایل قرن گذشته رشد و تولید گیاهی برای هزاران سال وابسته به سه روش ابتدایی تأمین نیتروژن بود. به هر حال با تولید صنعتی مقادیر بسیار زیاد ،نیتروژن مصرف آن حدود بیش از %۸۰-۷۰ مصرف کود جهانی را شامل میگردد. اوره امروزه مهمترین شکل مصرفی کود نیتروژنی میباشد که حدود ۴۶٪ ازت دارد کـه ایــن درصد بالای ازت در کنار ضریب جذب بالای آن دقت در کاربرد را میطلبد چرا که در غیر اینصورت باعث صدمه به گیاه و محیط زیست میگردد.
پاسخ گیاهان به نیتروژن معمولاً در گیاهان همه پارامترهای رشد رویشی به تدریج و به صورت معنی داری با افزایش سطح کاربرد کودهای نیتروژنی افزایش مییابد تغذیه مقادیر مطلوب نیتروژن ممکن است در کارآیی بهتر عناصر غذایی دیگر نیز موثر باشد ناکافی بودن نیتروژن قابل دسترس باعث کاهش رشد کاهش عملکرد و پیری زودرس محصول می.گردد. از طرف دیگر استفاده بی رویه نیتروژن نیز باعث مشکلاتی از قبیل کاهش عملکرد و کیفیت و همچنین تأخیر در برداشت می.شود نیتروژن نقش مهمی در سبزینگی برگ گیاهان دارد لذا رنگ برگ و یا شاخص کلروفیل میتواند به عنوان معیاری از تغذیه نیتروژنی گیاه مطرح ،باشد گرچه عناصر و فاکتورهای زیاد دیگری نیز بر این شاخص کلروفیل در گیاهان تأثیر دارند. این عنصر دوره رشد رویشی گیاه را طولانی تر کرده و سبب افزایش راندمان فتوسنتز و عملکرد کمی و کیفی محصولات میگردد.
مقدار نیتروژنی که باید به گیاه داده شود تا حدود زیادی به گونه گیاه و شرایط موجود در خاک بستگی دارد بافت خاک و میزان مواد آلی خاک دو فاکتور مهم در این زمینه هستند. هرگاه میزان نیتروژن معدنی آزاد شده از ماده آلی خاک زیاد باشد مقادیر کمتری از کودهای شیمیایی نیتروژن مورد نیاز است.
از طرف دیگر در خاکهایی که از نظر نیتروژن فقیر هستند میزان کاربرد کود باید بیش از کل مقداری باشد که گیاه جذب میکند این مورد اگر همراه با کاربرد مواد آلی باشد اثربخشی بهتری دارد شستشو و هدررفت آن میگردد. چرا که افزودن کاه و کلش به خاک معمولاً تثبیت زیستی نیتروژن کودی را افزایش میدهد و مانع تأمین نیتروژن کافی با رشد رویشی زیاد و رنگ سبز تیره برگ ارتباط دارد.
کاهش رشد و کمرنگی عمومی برگ از مهمترین علائم کمبود نیتروژن در گیاه است. نیتروژن بر همه اجزاء رشد و نمو گیـاه موثر است و در بسیاری از گیاهان کمبود آن منجر به کاهش بازده اقتصادی محصول می گردد. از طرف دیگر وجود مقادیر زیاد نیتروژن در گیاه حساسیت آن را نسبت به بیماریها و دیگر تنشها افزایش می- دهد. در بسیاری از گیاهان ممکن است در کمبود نیتروژن دانه یا میوه ای تشکیل نگردد چرا که ممکن است باروری به خوبی صورت نگیرد.
در بسیاری از محصولات محتوای نیترات که به عنوان یک فاکتور منفی کیفی در بافتهای گیاه است با افزایش کاربرد نیتروژن و غلظت آن در برگها و دیگر اندامها افزایش مییابد. این مشکل ممکن است در تغذیه آمونیومی گیاه به مراتب کمتر .باشد تغذیه آمونیومی گیاه ممکن است منجر به افزایش غلظت آهن در برگ گیاه شود گرچه در عمل آمونیوم به عنوان یک کاتیون ممکن است باعث کاهش جذب کاتیونهای دیگر از جمله ،آهن ،روی منگنز و غیره می.گردد از طرف دیگر معمولاً تجمع نیترات با فتوسنتز رابطه معکوس دارد یعنی با افزایش میزان فتوسنتز در گیاه غلظت نیترات در گیاه کاهش مییابد و از طرف دیگر هر عاملی که فتوسنتز را کاهش دهد باعث افزایش تجمع نیترات در گیاه می.گردد در یک گیاه میزان نیترات در بافتهای مختلف متفاوت است و در برگها ریشه و ساقه بیشترین است تغذیه متعادل باعث کاهش تجمع نیترات در گیاه میشود در حالی که مصرف نیتروژن به شکل آمونیم باعث کاهش تجمع نیترات و به شکل نیترات باعث افزایش تجمع آن در بافتهای گیاهی .میگردد آمینو کلاتها یکی از ابزارهای رسیدن به تغذیه متعادل در محصولات هستند. در تغذیه نیتراتی ،گیاه احیا و اسیمیلاسیون نیترات فرآیندی ضروری بوده که برای سنتز پروتئین لازم است این فرآیندی بسیار انرژی خواه است که نیاز به ATP زیادی دارد.
کمبود و بیش بود نیتروژن
نیتروژن از عناصر متحرک در خاک و گیاه بوده و در زمان ،کمبود آن با خروج از برگهای پایینی و مسن تر به سمت قسمتهای جوانتر گیاه منتقل میگردد لذا در گیاهان دچار کمبود نیتروژن علائم کمبود شامل کمرنگی و زردی در برگهای مسن نمایان شده و در شدت ،بیشتر کمبود نیتروژن سبب توقف رشد گیاه میگردد. در چنین برگهایی پروتئین تجزیه شده و اسیدآمینه های حاصل به برگها و جوانه های انتهایی جوانتر انتقال مجدد مییابد. از آنجا که کلروفیل موجود در کلروپلاستها ساختمانی پروتئینی دارد در اثر کمبود نیتروژن آن نیز همراه دیگر پروتئینها تجزیه شده و بدین ترتیب باعث کاهش مقدار کلروفیل میشود بنابراین کم رنگ شدن برگهای پیرتر اولین نشانه تغذیه غیر کافی نیتروژن است.
کمبود نیتروژن همواره با رشد ضعیف گیاه همراه است لذا گیاه کوچک باقی مانده و ساقه ها ظاهری راست بدون شاخههای جانبی دارند برگها کوچک بوده و برگهای پیرتر اغلب زودتر از موقع میریزند رشد ریشه نیز متاثر از این کمبود خواهد شد مخصوصاً انشعابات آن محدود میشود. ولی نسبت ریشه به قسمت ،هوایی معمولا در اثر کمبود نیتروژن افزایش مییابد برگهای دچار کمبود ،نیتروژن زردرنگ شده که معمولا این زردی به طور یکنواخت در تمام سطح برگ گسترده است.
سوختگی برگها یا سوختگی بخشی از برگ نسبتاً دیرتر و در مرحله کمبود شدیدتر روی میدهد. استفاده از مقادیر بهینه عناصر ،غذایی به ویژه کودهای نیتروژنی به منظور دستیابی به محصولی با عملکرد و کیفیت مطلوب ضروری است باوجود این تحقیقات متعدد در گیاهان زراعی مختلف نشان داده است که مصرف زیاد کودهای نیتروژن علاوه بر تبعات زیست محیطی میتواند بسیار پرهزینه باشد.
مصرف زیاد نیتروژن باعث آبدارتر شدن بافتهای گیاه شده و این ممکن است مشکلاتی مانند ورس و حساسیت بیشتر به آفات و بیماریها را بدنبال داشته باشد. در بسیاری موارد نیتروژن همچنین باعث افزایش ماده خشک گیاه و همچنین تولید متابولیتهای ثانویه می.شود بعلاوه کاربرد غیر بهینه کودهای شیمیایی از جمله کودهای نیتروژنی باعث افزایش شوری خاک و تنش به سیستم ریشهای گیاهان می گردد. این خود باعث اختلالاتی در جذب و انتقال بسیاری از عناصر غذایی دیگر میگردد.
فرمهای قابل جذب گیاهان نیتروژن را عمدتاً به شکل آنیون نیترات جذب میکند جذب آمونیوم به عنوان فرم غالب دیگر ،نیتروژن اغلب محدود به شرایط و مناطق جغرافیایی خاص در کاربرد زیاد کودهای آمونیومی و آلی، و در کشت هیدروپونیک میباشد نیتروژن میتواند در خاک از طریق ریشه ها و از قسمتهای هوایی عمدتاً از طریق برگها جذب گیاه گردد. آنیون نیترات جذب شده میتواند مستقیما در ریشه ها و یا در ساقه ها، به آمونیوم احیاء شود. این یک فرآیند دو مرحله ای است که توسط آنزیم های نیترات و نیتریت ردوکتاز کاتالیز میشود و کل واکنش احیاء نیترات نامیده میشود از این جهت احیاء نیترات و بنابراین ساخت پروتئین ممکن است که توسط میزان آنزیم نیترات ردوکتاز موجود در گیاه، یا توسط سطح فعالیت این آنزیم محدود شود بنابراین فعالیت آنزیم نیترات ردوکتاز به عنوان شاخصی از عملکرد بالقوه دانه و میزان پروتئین مخصوصاً در حبوبات پیشنهاد شده است.
هنگامی که نیترات در خاک فراوان است و گیاه نسبتاً محدودیتی از نظر نیتروژن ندارد، مقادیری از نیترات جذب شده میتواند در واکوئلها (مخصوصاً در برگها ذخیره شود امری که در سبزیجات بنام تجمع نیترات مشهور است و جزء فاکتورهای کیفی منفی میباشد غلظت نیترات در شیره گیاه استخراج شده میتواند به عنوان شاخصی از وضعیت تغذیه ای نیتروژن گیاه نیز در نظر گرفته شود. متعارف ترین منبع نیتروژن برای کشت محصولات در بستر خاک و یا هیدروپونیک نیترات است. بسیاری از گیاهان پاسخ رشد بهتری به کاربرد نیترات نسبت به آمونیم .دارند نشان داده شده است که ماهیت منبع نیتروژن به طور قابل توجهی فیزیولوژی مورفولوژی و ترکیب مواد شیمیایی بافتهای گیاه را تحت تاثیر قرار میدهد.
نسبتی از آمونیوم در تغذیه ریشهای معمولاً برای محصول مفید است و به تنظیم و کاهش pH محلول مغذی یا محیط ریشه کمک می.کند منبع نیتروژنی میتواند غلظت و نسبت بین کاتیونها و همچنین آنیونها را در بافتهای گیاهی متأثر سازد. پاسخ گیاهان به تغذیه آمونیوم در محیط ،رشد به گونه گیاه درجه حرارت شدت ،نور pH و مواد مغذی متفاوت است. به هر حال از بسیاری جنبه های تئوریکی دیگر تغذیه آمونیومی گیاه بر تغذیه فرم نیتراتی ارجحیت دارد. میزان تجمع نیترات در سبزیجات و همچنین آلودگیهای زیست محیطی در کاربرد آمونیوم میتواند به مراتب کمتر از نیترات باشد.
نیتروژن جذب شده توسط ریشه گیاهان از طریق آوندهای چوبی به قسمتهای بالایی گیاه انتقال مییابد حالتی که نیتروژن به آن صورت انتقال مییابد به منبع نیتروژن و پتانسیل احیاء نیترات در ریشه بستگی دارد نیترات و اسیدهای آمینه اشکال عمده ای هستند که بوسیله آنها نیتروژن در شبکه آوندی گیاهان عالی انتقال مییابد معمولاً ۷۰ تا ۸۰٪ اسید آمینههای موجود در شیره آوند چوبی از نیتروژن غنی هستند.
به جرأت میتوان گفت که بیشترین مقدار نیتروژن در خاکهای ما به صورت معدنی و آن هم به فرم نیترات است بر خلاف بیشتر کشورهای اروپایی که نیتروژن آلی قسمت قابل ملاحظه ای از نیتروژن موجود در خاک را تشکیل میدهد. بطوری که گاهی ۹۵ - ۹۰ نیتروژن خاک را شکل آلی آن تشکیل میدهد که به ترتیب به شکل پروتئینی ،پپتیدی قندهای آمینه و در ترکیب با پلیمرهای لیگنین و سلولز وجود دارند این فرمهای آلی نیتروژن در خاک سپس با کمک موجودات میکروارگانیسم تجزیه شده و نیتروژن موجود در ساختار آنها بهتر میتواند در دسترس ریشههای گیاه قرار بگیرد لذا در بسیاری کشورهای دنیا مانند اروپا که میزان ماده آلی خاک ،بالاست این مواد آلی مانند مخزن و بانک برای نه تنها نیتروژن بلکه برای تمام عناصر غذایی عمل میکنند که فاکتوری مناسب است و بسیاری از اثرات منفی زیست محیطی کودها را کاهش میدهد.
مقدار قابل ملاحظه ای از نیتروژن خاک که به صورت ترکیبات اسیدی و قندهای آمینه کمپلکس پورین و پیریمیدین میباشند به سرعت تجزیه می.شوند در حالی که تجزیه دیگر مواد آلی خاک به دشواری صورت میگیرد ملکوتی و ،همکاران (۱۳۸۷ علت تفاوت در شدت و سرعت تجزیه شدن میکروبی میتواند وقوع واکنشهای شیمیایی ترکیبات خاک با مواد آلی ،دیگر یا تثبیت مواد آلی بوسیله کلوئیدهای معدنی خاک و یا تراکم کم میکروارگانیسمها در خاک باشد.
معدنی شدن مواد آلی خاک و آزاد شدن عناصر و نیتروژن در خاک فرآیندی تدریجی است که توسط رنج وسیعی از میکروارگانیسمهای خاک صورت میگیرد در مورد نیتروژن این امر شامل آمینی شدن، تولید ،آمونیاک و نیتریت و نیترات سازی است فرآیندهای تجزیه خاک فرآیندهایی هوازی بوده و توسط موجودات هوازی صورت میگیرد لذا شرایط وجود رطوبت هوادهی و اکسیژن و دمای کافی برای تجزیه مواد آلی بسیار ضروری هستند در اقلیمهایی مانند اغلب نواحی کشور ما که بارندگی کم و تولید بیوماس گیاهی پایین است مواد آلی موجود به سرعت در خاک تجزیه شده و لذا تجمع و انباشتگی آنها به سختی رخ میدهد.
خوب از نظر تغذیه ای چه شرایطی برای خاک باغات و مزارع ما مناسب است؟
با توجه به تمام جنبهها در فرآیند معدنی شدن نیتروژن ،آلی، عواملی مانند تهویه خاک، اسیدیته ،خاک تهویه و رطوبت ،خاک و نسبت کربن به نیتروژن موثر هستند یک نسبت ۱۲:۱ کربن به نیتروژن در فرآیند معدنی شدن نسبتی مناسب است بقایای برخی گیاهان مانند کاه و کلش گندم و دیگر غلات نسبت بالایی از کربن در مقایسه با نیتروژن دارند و به منظور افزایش مواد آلی خاک بیشترین تأثیر را ممکن است داشته باشند البته بایستی در این مورد از میزان نیتروژن کمتری در کشت محصول بعدی استفاده کرد تا باعث کاهش نسبت کربن به نیتروژن و به نوبه افزایش تجزیه مواد آلی نگردد. لذا یکی از اثرات منفی اضافه کردن و کاربرد کودهای نیتروژنه کاهش مواد آلی خاک است یعنی تخریب عامل بافر کننده نیتروژن یا همان بانک خاک است که اگر به صورت منطقی و علمی به آن نگاه کنیم مصلحتی بلندمدت را فدای اثر و سودی آنی مینماییم. اندازه بزرگتر مواد آلی از نظر پایداری در خاک مناسبتر هستند و خرد کردن مواد آلی بایستی به اندازه ای باشد که شکل بزرگ آنها مانع کشت و رشد گیاه نگردد.
راندمان کودهای نیتروژنی
در سطح جهانی درصد بازیافت کودهای نیتروژنی چیزی حدود ۳۵% است که این مقدار در کشورهای در حال توسعه کمتر از این مقدار نیز میباشد قسمت باقی مانده یعنی حدود ۷۰٪ کودهای نیتروژنه به روشهای مختلفی مانند تصعید و آبشویی از دست میرود آبشویی بین ۴۰-۱۵٪، نیترات زدایی ۲۲-۹ و تصعید آمونیم در خاکهای آهکی ۷۰-۱۰ هدر رفت نیتروژن را شامل میگردند در بسیاری از سیستمهای زراعی کاربرد مواد آلی و افزایش میزان مواد آلی خاک منجر به بهبود قابل ملاحظه کارآیی کودهای نیتروژنی می.گردد به هر حال این امر باید در کنار این موضوع باشد که مصرف کود باید متناسب با نیاز و مرحله رشد گیاه باشد و بایستی عمدتا به صورت اقساط بکار رود و در خارج فصل رشد گیاه به هیچ وجه مصرف نگردد تعادل و توازن در مصرف دیگر کودها و عناصر غذایی نیز بایستی رعایت گردد تا استفاده گیاه از نیتروژن کاربردی محدود نگردد.
جذب و احیاء نیتروژن
نیتروژن نیترات) بعد از جذب به درون گیاه به چندین شکل ممکن است وجود داشته باشند. قسمت عمده آن ممکن است در داخل گیاه بعد از احیاء و تبدیل به آمونیم در ساختن اسیدهای آمینه و پروتئینها بکار رود قسمت قابل ملاحظه ای از آن همچنین میتواند بدون احیاء شدن در واکوئلها ذخیره شده و در تنظیم اسمزی نقش ایفا کند گیاهان معمولاً فاقد توانایی لازم برای تحمل غلظتهای متوسط تا بالای آمونیم یا آمونیاک در داخل سلولهای خود میباشد چرا که این مولکولها و یونها حتی در غلظتهای کم برای سلول و گیاه سمی هستند و گیاهان عمدتاً فاقد مکانیسم های لازم برای سمیت زدایی آمونیم اضافی در سلولها مخصوصاً در سلولهای برگ خود میباشند. وقتی شکل نیتروژن تغذیه ای ما آمونیم یا کودهای حاوی آمونیم ،است بخشی از آمونیم جذب شده در ،ریشه ممکن است به برگها منتقل شود و معمولاً قسمتی هم از آن به اسیدهای آمینه حد واسط تبدیل می.گردد. انواع اسیدهای آمینه و آمیدها و ترکیبات مشابه ممکن است نقش مهمی در این زمینه داشته باشند. گلوتامین سنتتاز و گلوتامات سنتتاز از آنزیمهای کلیدی در اسیمیلاسیون نیتروژن و آمونیم در گیاه هستند.
در کشتهای صنعتی و مکانیزه کاربرد نیتروژن برای بهبود رشد و تولید محصول اجتناب ناپذیر است. به عبارت دیگر بسیاری از ارقام اصلاح شده محصولات نیاز به تأمین مناسب عناصر غذایی برای حداکثر رشد و تولید خود دارند و این مواد غذایی باید برای ریشه آنها به صورت قابل دسترس مهیا باشد. این گونه ارقام توانایی هزینه کرد انرژی برای رشد ریشه و جذب عناصر را با زحمت ندارند این امر در طی چند دهه گذشته باعث مصرف بی رویه کودهای نیتروژنه گردیده است
که باعث مشکلات مطرح شده از قبیل تجمع نیترات در ،محصولات اویتروفیکاسیون یا آب تباهی اکوسیستمهای آبی و کاهش تنوع زیستی و دیگر آلودگیهای آب خاک و هوا میگردد این مورد برای مزارع و کشت هایی مانند برنج و چغندر و نیشکر که آب زیادی نیاز دارند حادتر می.باشد غلظت مجاز نیترات در آب آشامیدنی بسته به نوع کشور حدود ۱۰ تا ۴۰ میلی گرم بر لیتر .است غلظت بیشتر آن باعث مشکلاتی در سلامت انسان و دامها از جمله کم ،خونی تنگی نفس و سرطان میگردد.
نیتروژن برای کلیه فرآیندهای حیاتی گیاهان ضروری است تمام اجزای رشد گیاهی به مصرف کودهای نیتروژنی واکنش داده و معمولاً رشد گیاه با کاربرد این کودها افزایش می یابد. به هر حال مصرف بی رویه کودهای نیتروژنی در کشاورزی اثرات مخرب و غیر قابل جبرانی بر محیط زیست گذاشته است و مشکلات عدیده زیست محیطی ایجاد نموده است از جمله آلودگیهای منابع آبی به نیترات و پدیده آب تباهی و از آلودگیهای هوا به افزایش انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با نیتروژن مانند اکسید نیتروژن اشاده نمود.
نیتروژن مهمترین نقش را در بین کودهای کشاورزی بر رشد و نمو و تولید گیاهی دارد لذا در کنار قیمت مناسب آن و دیگر ویژگیهای مرتبط با خود نیتروژن مانند حلالیت بالا و پتانسیل شستشوی بالا در تخریب محیط زیست نقش مهمی دارد در این بین بهبود بازده کودهای نیتروژنی به یکی از اهداف مهم در کشاورزی تبدیل شده است.
