دور النيتروجين في زراعة النباتات

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

دور النيتروجين في زراعة النباتات
دور النيتروجين في زراعة النباتات



الوظائف:

يُعزى اكتشاف أهمية النيتروجين إلى تيودور دي سوسور (Theodore de Saussure) ، الذي نشر في عام 1804 بحثه الذي أظهر أن النمو الطبيعي للنباتات ليس ممكناً من دون امتصاص النترات والمعادن الأخرى من التربة. النيتروجين لديه العديد من الوظائف في النباتات، وهو مكون في البروتينات، والمادة الجينية (الأحماض النووية (DNA) (Nucleic Acids ) و RNA )، والكلوروفيل (Chlorophyll)، والعديد من المركبات الأخرى التي تعتبر حيويةً في عملية الأيض النباتية. البروتينات هي مركبات غنية بالنيتروجين، وهي المكونات الآزوتية الرئيسية للنباتات. من ناحية الوزن، يشكل النيتروجين نحو جزء واحد من ستة من البروتين المتوسط. نحو 85 % أو أكثر من النيتروجين في النباتات هي في البروتين. 10 % أخرى من النيتروجين الكلي في النباتات موجودة

في المركبات النيتروجينية القابلة للذوبان، مثل الأحماض الأمينية (Amino Acids) غير المركبة، ونترات الأمونيوم غير الممتصة. وتكون ال «5%» المتبقية أو أقل من مجموع النيتروجين موجودة في المواد الوراثية، والكلوروفيل، والأنزيمات المساعدة على الأيض (الفيتامينات وما شابه ذلك)، والدهون، من بين المركبات الأخرى.

تأثير النيتروجين في نمو النبات وجودته

النيتروجين هو مغذ قوي، نقصه يمكن أن يحد بشدة من إنتاج المحاصيل. يجب أن يرصد توفير الأسمدة النيتروجينية عن كثب لتجنب قلة التخمير أو كثرته. هناك نقص بالنيتروجين في نحو 70 % من أراضي المحاصيل. يمكن أن يُسترد النمو ويعالج المردود المنخفض الحاصل من نقص النيتروجين بسرعة، من خلال إعادة التزويد بالعناصر الغذائية؛ ومع ذلك، قد يكون للتطبيق المفرط للنيتروجين آثار ضارة في النمو والنوعية. قد تحدث بعض الآثار للتسميد بالنيتروجين المحدود، أو الأمثل، أو المفرط.

النمو النباتي

تشجع تطبيقات الأسمدة النيتروجينية للنباتات النمو النباتي (الأوراق، والسيقان، والجذور) والنمو الإنجابي (أزهار، وثمار، وبذور)، لكن تحفيز النمو النباتي عموماً يتجاوز تحفيز النمو الإنجابي، ويعزز نمو الفسائل أكثر من نمو الجذور. يحدث تخفيف لنمو الجذور والنمو الإنجابي بالتخمير المفرط بالتطبيق القليل للنيتروجين أقل من التخفيف الناتج في نمو الساق والأوراق. تأتي هذه الردود بسبب تأثير النيتروجين في التوازن الهرموني للنبات. يشجع النيتروجين التركيب الحيوي ( Biosynthesis ) لعناصر تنظيم النمو التي تحفز نمو الفسائل، والتي تحول دون نمو الجذور والنمو الإنجابي.

مع المحاصيل التي تزرع لغطائها النباتي، مثل السبانخ، والخس، والكرفس (Celery)، يكون تعزيزُ النمو النباتي بالنيتروجين استجابة مواتية. لكن مع المحاصيل الجذرية، على سبيل المثال الشمندر والجزر، قد يكون تحفيز نمو الفسائل عالياً لدرجة أنه يتم الانتقاص من إنتاجية الجذور بتطبيق النيتروجين. مع أنواع الفاكهة من الخضروات، على سبيل المثال الطماطم، قد يهيمن تحفيز نمو السيقان والأوراق من جراء تطبيقات سخية مفرطة لأسمدة النيتروجين ومستمرة لفترة طويلة بحيث تنخفض إنتاجية الفواكه مقارنة بتلك التي يتم الحصول عليها مع التخمير الأمثل. لا يجلب التقليم للنمو النباتي أي ميزة في محاولة لتحقيق الإنتاج النباتي المتوازن مع الأزهار والثمار.



الشكل 1 النمو النسبي للنباتات في الاستجابة للتسميد بالنيتروجين. الخطوط المستقيمة تشير إلى المستويات النسبية للتسميد المرتبطة بانخفاض النمو الإنجابي (R) والنمو النباتي (V).

من المرجح أن يهيمن النمو النباتي بعد التشذيب بحيث يكون النمو الجديد الأول بعد التقليم نباتياً. يضعف التقليم في هذه الحالة النبات وكذلك يؤخر النمو الإنجابي.

آثار في النضارة

يزيد تسميد النيتروجين من نسبة الماء في النباتات، ويزيد من النضارة أو كثرةِ العصارة في الجزء النباتي. النضارة هي سِمة مرغوب فيها في العديد من الخضروات؛ مثل الخس، والسبانخ، والفجل، والكرفس، وغيرها والتي يكون الجزء النباتي فيها هو الجزء الصالح للأكل. ربما، يمكن أن يثيرَ التخمير بالنيتروجين نضارة الفواكه، لكن الآثار ستكون أقل من تلك التي هي تحدث في الغطاء النباتي.

آثار في جدران الخلية

جدران خلايا النباتات التي تحصل على تغذية جيدة من النيتروجين أرق من تلك التي تتلقى كميات أقل من النيتروجين. يشجع النيتروجين في النباتات على تركيب ( Synthesis ) البروتين على حساب تركيب الكربوهيدرات وتراكمها. جدران الخلايا مصنوعة من الكربوهيدرات أو المواد المستمدة من الكربوهيدرات. يقلل تحويل الكربوهيدرات إلى بروتين من كمية المواد المتاحة لتوليف مكونات جدران الخلايا (السليلوز، والخشبين (Lignin)، على سبيل المثال)؛ ونتيجة لذلك، لا تصبح جدران الخلايا أكثر سماكة بوفرة النيتروجين بقدر الحالات حيث تكون وفرة النيتروجين أقل (الشكل 2). بالإضافة إلى ذلك، يزيد تركيب البروتين الجزء البروتوبلازمي ( Protoplasmic ) من الخلايا، ويزيد من كمية الماء في الخلايا. يسبب الضغط على جدران الخلية الناجم عن قوة زيادة الماء (تسمى ضغط التورم) والتفاعل مع عوامل النمو الأخرى، مسط الجدران لتصبح أرق.

تعطي جدران الخلايا الرقيقة ومحتوى المياه العالي خصائص النضارة والهشاشة للخضروات. لا تكون هذه الخضروات ليفية أو قاسية. يمكن أن تتأثر أجزاء النباتات النباتية جميعها بهذه الطريقة. تكون خلايا الساق رقيقة الجدران والمشدودة كثيراً ضعيفة. نتيجة لذلك، تكون الساق ضعيفة، وقد لا تكون قادرة على دعم النباتات في وضع رأسي قائم.



الشكل 2 نمو الخلايا النباتية مع مستوى عالٍ أو منخفض من التغذية النيتروجينية. تكون جدران خلايا النباتات التي تتلقى كميات كبيرة من النيتروجين أرق من تلك التي تتلقى كميات قليلة من الأسمدة النيتروجينية.

يسمى تحريك النبات من حالته المستقيمة بالإقامة (الشكل 3). يمكن أن تسبب إقامة النباتات خسائر في الإنتاج من خلال المواد التي تقع على الأرض وتصبح قذرةً ومتعفنةً، أو التي تكون أدنى من مستوى معدات الحصاد. الإقامة هي مشكلة خاصة مع الحبوب الصغيرة مثل القمح، والشوفان، والشعير، والجاودار Rye . أتاحت تطويرات حديثة إلى حد ما رفع إنتاجية أصناف قليلة الارتفاع من القمح والأرز ذات السيقان القاسية التي تستجيب من دون إقامة للتسميد بالنيتروجين. وكان

تطوير هذه الحبوب التي تستجيبُ لكميات عالية من التخمير بالنيتروجين جزءاً من الثورة الخضراء، التي قدمت شكلاً مكثفاً من الزراعة التي رفعت إنتاجية المحاصيل على نطاق العالم.

تتلقى أجهزة النبات التي تحتوي على هذه الخلايا الرقيقة الجدران الكدمات بسهولة بالإضافة إلى كونها ضعيفة هيكلياً. قد تحدث أضرر كبيرة من كسر الأوراق والسيقان خلال عملية الحصاد. تجعل محتويات المياه العالية والبروتين والطبيعة الرقيقة لجدران الخلايا النباتية أعضاء النباتات عرضة لهجوم من قبل الحشرات والأمراض. فلهذه الخلايا مقاومة ضئيلة للهجوم، وتوفر التغذية الممتازة للحشرات والأمراض.

الآثار على نضج النبات

نضوج المحصول يتبطأ من جراء التخمير بالنيتروجين. يجب أن يكون تسميد النيتروجين مناسباً لنوع المحاصيل التي يجري زرعها، يعني إذا ما كان المحصول يزرع للغطاء النباتي أو للفواكه أو للبذور، وإذا ما كان للمحصول موسم نضوج قصير أو طويل. من خلال تأثيره في ناظمات النمو (الهرمونات)، يعزز تسميد النيتروجين ويطيل مرحلة النمو النباتي للنبات. قد يتأخر الإزهار والإثمار بسبب تسميد النيتروجين.

يلزم تسميد النيتروجين الوافر لتنمية إطار نباتي جيد. ستكون النباتات التي تعاني من نقص التغذية ضعيفة ورقيقة، وستكون غير قادرة على حمل الزهور والفواكه. سيكون لدى النباتات التي تعاني من نقص التغذية فترة قصيرة من الإنتاجية، وسيتقلص مردود الغلال بالشيخوخة أو كِبَر النباتات قبل الأوان.

سيسمح التخمير بالنيتروجين بنمو نباتات قوية يمكنها أن تتحمل مستوى عالياً من الأزهار والثمار والحفاظ على فترة طويلة من الإنتاجية. مع أصناف من الطماطم والخيار التي تزهر وتثمر على مدى فترة من الزمن، سيطيل التخمير بالنيتروجين هذه الفترة من الإنتاجية بحيث يتعزز مردود المحاصيل أكثر من تلك المحاصيل القليلة التخمير. لكن، قد يؤخر الإفراط باستخدام النيتروجين النمو الإنجابي حيث إنه يحدث في وقت متأخر من الموسم، بحيث نحصل إنتاجية قليلة قبل البرد أو الصقيع. في الحالات القصوى، يتأخر النمو الإنجابي طويلاً بحيث لا شيء يحدث قبل الصقيع، أو يكون النمو غير ناضج كفاية لإعطاء منتجات يمكن حصادها.



الشكل 3 فسيلة النباتات والبنية الخلوية في سيقان النباتات (1) غير مسمدة، (2) المسمدة على الوجه الأمثل، و(3) النباتات المسمدة بإفراط (مع انحناء الإقامة). ملاحظة أن جدران الخلايا تصبح أرق تدريجياً مع زيادة التخمير بالنيتروجين.

أعراض نقص النيتروجين في المحاصيل

النيتروجين ضروري لتركيب البروتين والكلوروفيل. مع نقص النيتروجين، سيتقيد تركيب هذه المركبات. سوف تظهر هذه القيود في الأيض النباتي في تطور أعراض نقص النيتروجين (الشكل 4). النباتات التي تعاني من نقص النيتروجين ضعيفة (Spindly)، يعني بطيئة النمو وضعيفة النمو أو متوقفة النمو وقليلة اللون.

إذا حدد النيتروجين من الشروع في النمو وإلى ما قبل مرحلة الشتول بقليل، سيكون لون كامل النبات أخضر خفيفاً أو أصفر خفيفاً .إذا تم استنفاد إمدادات النيتروجين بعد حصول قدر كبير من النمو، سيكون لون الأوراق الدنيا أخضر خفيفاً أو أصفر - أخضر. في نهاية المطاف، سوف تتحول الأوراق الدنيا إلى بنية وتتساقط، ما لم تتم إعادة إمدادات النيتروجين.

النيتروجين هو عنصر متنقل في النباتات، مما يعني أنه يمكن أن ينتقل بسهولة من جزء إلى جزء آخر من النبات. يمكن تعبئة النيتروجين أو نقله من أوراق النبات القديمة إلى المناطق الناضجة المتنامية أو الأجهزة الإنجابية للنباتات. تولد نتائج نقل النيتروجين من الأوراق القديمة إلى المناطق المتنامية والأجهزة الإنجابية، استنزافَ النيتروجين وظهور أعراض نقص النيتروجين في الأوراق القديمة.

اصفرار وتقزم النباتات هي صفات تشير إلى نقص النيتروجين. في كثير من الأحيان، أثناء نقص النيتروجين، قد تصبح الأوراق الدنيا محمرة، ولا سيما على طول الأوردة. في بعض الأحيان، يتم الخلط بين هذه الأعراض وأعراض نقص الفوسفور، التي تنتج أيضاً احمراراً في الأوراق السفلى، وتلزم الخبرة لتعلمَ كيفية التفريق بين نقص النيتروجين ونقص الفوسفور. ستكون الأوراق الناقصة النيتروجين بلون أخف عموماً من الأوراق التي تفتقر إلى الفوسفور. سوف ينتشر احمرار الأوراق التي تفتقر إلى الفوسفور عبر رقائق الأوراق وسيكون واضحاً بشدة على الجانب السفلي للورقة، في حين أن الاحمرار أثناء نقص النيتروجين سيتركز على طول الأوردة ويمكن ملاحظته بالتساوي في الجزء العلوي أو السفلي من الأوراق.

سيجبر نقص النيتروجين أثناء النمو النباتي النباتات على أن تنضج باكراً مع خسائر كبيرة في النوعية والمردود. سيكون عدد وحجم الأزهار والفواكه أصغر في المحاصيل الناقصة النيتروجين من المحاصيل المكتفية بالنيتروجين. سيكون نمو الجذور مقيداً إلى حد كبير بنقص النيتروجين، لأن الجذور لا تنمو في مناطق التربة الناقصة النيتروجين. على الرغم من أن للنيتروجين آثاراً تفاضلية في نمو النباتات المختلفة، ولكن له حاجة لنمو أجزاء النبات جميعها.

يمكن امتصاص النيتروجين المتاح بسهولة والمطبق على التربة سريعاً من قِبل النبات. يمكن تصحيح القصور الذي يظهر في المراحل المبكّرة من النمو النباتي مع خسارة صغيرة في مردود الإنتاج فقط. ويمكن تصحيح النقص الذي يظهر في المراحل المتأخّرة من النمو النباتي، لكن مردود الإنتاج سيكون محدوداً إلى حد كبير بوجود أوجه القصور. من غير المحتمل أن يتم تصحيح النقص الذي يظهر قريباً من وقت الإزهار أو الإثمار إثناءه، خلال الموسم الجاري، ويمكن أن يحدّ ذلك من مردود الإنتاج إلى حدّ كبير.



الشكل 4 التعبير عن أعراض نقص النيتروجين على فسائل أو سيقان النباتات التي تنمو في التربة التي استنزف منها النيتروجين خلال نمو النباتات.

غالباً، ومع نضج النباتات، يتم نقل النيتروجين من الأجهزة النباتية للجهاز الإنجابي. وهذه عملية طبيعية حيث يستخدم النيتروجين المتراكم أثناء النمو النباتي في النمو الإنجابي في ما بعد. ولذلك، فإن ظهور أعراض نقص النيتروجين على الأوراق خلال نضوج المحاصيل ليست دائماً مؤشراً على عدم كفاية إمدادات النيتروجين في التربة.

كميات النيتروجين المطلوبة للمحاصيل

تختلف المحاصيل في كميات النيتروجين التي تمتصّها من التربة في مرحلة نمو النبات وتطوّرها. كمية النيتروجين التي يتم امتصاصها هي دلالة لكمية المادة الجافة التي تنتجها المحاصيل، ولتركيز النيتروجين في المادة الجافة. تحتوي النباتات المغذاة جيداً من 1% إلى 4% نيتروجين أو أكثر في أوراقها، مع التباينات التي تحدث بين الأنواع وخلال عمر النبات. قد تحتوي النباتات التي تفتقر إلى النيتروجين على أقل من 1% من النيتروجين في أوراقها. لدى المحاصيل العالية المردود في الإنتاج- تلك التي تنتج كميات كبيرة من النمو النباتي والفواكه، أو البذور- متطلبات شديدة للنيتروجين. يتطلب المعدل السريع للنمو بالاقتران مع كمية كبيرة من النمو، إمدادات متاحة بسرعة وبوفرة من النيتروجين في التربة. المحاصيل التي تزرع بكثافة عالية تمتص كميات كبيرة من النيتروجين من التربة بسبب ارتفاع إنتاجية المحاصيل التي تزرع زراعة مكثفة. للمحاصيل العالية المردود في الإنتاجية التي تحتوي على نسبة عالية من محتويات البروتين متطلبات عالية للنيتروجين في التربة. في ما يلي بعض الأمثلة من المحاصيل ذات الطلب العالي للنيتروجين في التربة.

طلب مرتفع على النيتروجين

امتصاص أكثر من 120 رطل N لكل فدان(*) ( 3 رطل N لكل 1000 قدم مربع) تمتص في موسم واحد.

الذرة

البطاطا

الطماطم

الكرفس

الأعلاف (التبن، والمراعي)

(*) (Acre) فدان = حوالي 4000 م2 قياس للمساحات في الولايات المتحدة.

تنتج المحاصيل ذات الطلب المعتدل من النيتروجين المادة الجافة بنسبة أقل من تلك ذات الطلب العالي للنيتروجين. قد تكون طبيعة هذه النباتات منخفضة مردود الإنتاج، أو قد تنمو في زراعة أقل كثافة من تلك ذات الطلب العالي للنيتروجين. تندرج معظم محاصيل الخضار تحت هذه الفئة. يتم سرد بعض المحاصيل التي لها مطالب معتدلة للنيتروجين في التربة على النحو التالي.

الطلب المعتدل للنيتروجين

بين 50 و 120 رطل N للفدان الواحد (1.25 إلى 3 رطل N لكل 1000 قدم مربع) تمتص في موسم واحد. بعض المحاصيل ذات طلبات نيتروجين معتدلة تشمل:

معظم محاصيل الخضار

الحبوب ذات السيقان القصيرة (القمح، والشوفان، والشعير، والجاودار) خضروات الحديقة (البازلاء، والفاصوليا)

عشب الخضير (Turfgrasses)

تشمل المحاصيل ذات الطلب المنخفض للنيتروجين من التربة تلك التي تنمو ببطء وتلك التي لديها موسم نمو قصير جداً. العديدُ من المحاصيل الجذرية لديها طلبات منخفضة من النيتروجين. قد يعزز التخمير الفائض للمحاصيل الجذرية بالنيتروجين نمو الفسائل ويحد من نمو الجذور، بالإضافة إلى أن مردود إنتاج المحاصيل الجذرية يكون أقل بكثير من إنتاجها مع التخمير الأمثل. تمتص المحاصيل التي تزرع لمحتوياتها من السكر كميات قليلة من النيتروجين بما يتناسب مع مردود إنتاجها. سيعزز تسميد النيتروجين السخي لهذه المحاصيل إنتاج المادة الجافة ولكن سيخفف من محصول السكر، بسبب تحول الكربوهيدرات إلى بروتين. في ما يلي بعض المحاصيل التي تمتص كميات صغيرة من النيتروجين من التربة.

الطلب القليل على النيتروجين

امتصاص أقل من 50 رطل N لكل فدان (1.25 رطل N لكل 1000 قدم مربع) تمتص في موسم واحد.

التبغ

المحاصيل الجذرية (الجزر، واللفت، والبطاطا الحلوة)

فجل

الحبوب ذات السيقان الطويلة

بساتين الفاكهة

تختلف كميات الأسمدة المطبقة على أرض المحصول أيضاً مع أنواع التربة، والطقس، وأهداف الإنتاج، وممارسات المزارعين الإدارية، وأصناف المحاصيل، وعوامل أخرى. قد تكون تطبيقات النيتروجين بالأسمدة من 50% إلى 100% أكبر من الكمية التي يتم امتصاصها من المحاصيل للتعويض عن الخسائر وإخفاق النباتات في استعادة النيتروجين الذي يتم تطبيقه. قد يضيع بعض من النيتروجين المطبق من خلال الرشح في الأرض، والتطاير في الهواء، وإزالة النيتروجينيات (التحول البيولوجي للنترات إلى أشكال غازية من النيتروجين)، والمنافسة من قِبل الأعشاب الضارة والكائنات الدقيقة؛ قد يوضع بعض من النيتروجين بعيداً عن متناول جذور النباتات، كما هو الحال بين صفوف المزروعات المتباعدة على نطاق واسع. تسترد النباتات عادة 50 % إلى 70% من النيتروجين المطبق في الأسمدة، على الرغم من أن الاسترداد قد يكون أقل بكثير من 50 % إذا كانت التطبيقات مرتفعة، ولكون لدى الأعشاب الضارة القدرة على منافسة المحاصيل، وتكون شروط الخسارة مواتية. يمكن أن تكون خسائر النيتروجين محدودة بممارسات الحفاظ على النيتروجين، مثل التزويد بالنيتروجين على عدة تطبيقات، تسمى تقسيم التطبيقات، خلال الموسم، ووضع الأسمدة في مجموعات على طول صفوف المحاصيل بدلاً من بعثرتها بشكل عشوائي بين الصفوف (الشكل 5).

يساعد تقسيم تطبيقات النيتروجين على تزويد المحاصيل بالنيتروجين بحسب الحاجة للنيتروجين. يتعرض التطبيق مرة واحدة في بداية الموسم لخسائر بالرشح والعوامل البيئية الأخرى. تكاليف التطبيقات العديدة هي الرادع عن استخدام هذه الممارسة بالنسبة إلى تطبيق كل الأسمدة دفعة واحدة أثناء الزراعة. وضع الأسمدة في مجموعات تضع المواد الغذائية بالقرب من الجذور وتحد من الخسائر بالرشح والأعشاب الضارة. يمكن تطبيق مجموعات النيتروجين مجتمعة أثناء الزراعة أو خلال موسم النمو بالتخمير الجانبي.

ينبغي على المزارعين الذين يستخدمون الأسمدة العضوية التي تفرز النيتروجين ببطء تطبيق النيتروجين بالكميات التي ترتبط عكسياً بمعدل إفراز النيتروجين؛ فيتم تطبيق الأسمدة التي تفرز النيتروجين ببطء عادةً بكميات كبيرة.

قد يبقى النيتروجين المفرز من هذه الأسمدة البطيئة الإفراز للموسم الزراعي المقبل، ويمكن إجراء تسوية بالتخفيف من التخمير، استناداً إلى خبرة أو مشورة الخبراء، في السنة الثانية والسنوات اللاحقة للتسميد. تراكم النيتروجين المتوافر من الأسمدة العضوية البطيئة الإفراز يكون بطيئاً، ولذلك يميل كثير من الناس إلى إعطاء قيمة أعلى لفوائد الآثار المتبقية من الأسمدة. مؤشر القيمة المتبقية من النيتروجين من تطبيق واحد لسماد حيوانات المزرعة الكبيرة، يرِد في (الجدول 1).

لو تم تطبيق واحد من سماد المزرعة باستخدام البيانات الواردة في (الجدول 1)، سيفرز 200 رطل N للفدان الواحد 20 طناً من السماد العضوي للدونم الواحد)، سيكون نحو 100 رطل N متاحة خلال الموسم الجاري من المحاصيل، مع نحو 16 رطلاً تكون متاحة في السنة الأولى التالية، و 10 أرطال في السنة الثانية التالية، و 4 أرطال في السنة الثالثة التالية، ورطلين في السنة الرابعة والسنوات اللاحقة.



الشكل 5 تطبيق الأسمدة (أ) ببعثرتها بين الصفوف أو (ب) وضعها ضمن نطاقات موازية للصفوف.

لو تم تطبيق 20 طناً من السماد العضوي للدونم الواحد سنوياً، ستكون الآثار المتبقية مضافة، كما هو مبين في (الجدول 2). فوائد تطبيقات أعلى أو أقل ستكون متناسبة مباشرة مع الآثار المتبقية من 20 طناً للفدان الواحد. على سبيل المثال، بعد 20 سنة، من تطبيق 10 أطنان من السماد سنوياً، و N المتبقية ستكون 27 رطلًا لكل فدان؛ ومن تطبيق 30 طناً من السماد الطبيعي سنوياً، وستكون N المتبقية 81 رطلاً لكل فدان.

الجدول 1

قيمة النيتروجين «المتبقي في سماد المزرعة الصلب »



الجدول 2

النيتروجين المتبقي بعد عدة سنوات من تطبيق سماد المزرعة ب 20 طن (نحو 200 رطل N) للفدان الواحد في السنة

النيتروجين المتراكم المتوافّر من التطبيقات السابقة



الخضروات المثبتة للنيتروجين

تنمو بعض المحاصيل، مثل الخضروات المثبتة للنيتروجين (على سبيل المثال، فول الصويا، والفالفا ( Alfalfa )، والبرسيم ( Clovers )، البيقية (Vetches) ، وليسبيديزا ( Lespedeza )) في تكافل مع البكتيريا، وتحصل على النيتروجين من الهواء وقد لا تتطلب التخمير بالنيتروجين. تزرع الخضروات المثبتة للنيتروجين -على سبيل المثال، فول الصويا، والخضروات العلفية- عادة كالمحاصيل الزراعية ولا تسمد بالنيتروجين، حيث إن العلاقة التكافلية بين النباتات والبكتيريا توفر النيتروجين لهذه المحاصيل. عادة ما يتم تسميد حقول الخضروات- البازلاء والفاصوليا - بالنيتروجين، لأن تثبيت هذه المحاصيل للنيتروجين في كثير من الأحيان لا يكون كافياً لتزويدها باحتياجاتها الغذائية. ومع ذلك، بشكل عام، لا تستجيب الخضروات للتسميد بالنيتروجين إذ كانت تنمو عضوياً مع البكتيريا اللازمة لتثبيت النيتروجين. تطبيق الأسمدة النيتروجينية يقلل كمية النيتروجين التي تثبتها هذه المحاصيل عضوياً، بما يوازن تقريباً الكمية التي يثبتها بكمية النيتروجين التي طبقت. تتفاعل البكتيريا مع الخضروات لتشكل عقد الجذور، التي هي موقع تثبيت النيتروجين، ويجب أن تمون هذه البكتيريا موجودة في التربة أو يجب أن تضاف للتربة ليحدث التكافل وتثبيت النيتروجين.

تركيزات النيتروجين في الأسمدة

تتراوح تركيزات النيتروجين في الأسمدة من 1% إلى 80 % من وزن المواد. تحتوي الأسمدة العضوية الطبيعية على ما يتراوح من 1% إلى 15 % من النيتروجين. يحتوي البروتين النقي نحو 16 % من النيتروجين، لذا تكون المواد مع تركيزات نيتروجين أعلى من 16 % مصنعة. يعتبر تركيز 16 % من النيتروجين

منخفضاً للأسمدة الكيميائية في العصر الحديث. تكون المواد العضوية [التي تتضمن] أقل من 1% من النيتروجين منخفضة جداً في تركيز النيتروجين عموماً ليتم اعتبارها أسمدة. تكون هذه المواد ضخمة الحجم عند التعامل بها، وقد تفرز النيتروجين ببطء شديد ليكون ذا قيمة بالنسبة للمحاصيل. في الواقع، سوف تتسبب بعض المواد ذات تركيزات نيتروجين أقل من 1% بنضوب (تجميد) النيتروجين المتاح في التربة، ويجب تطبيق نيتروجين إضافي عبر الأسمدة لمنع تطور أوجه النقص في المحاصيل.

يرد في الجدول 3 تركيزات النيتروجين في بعض الأسمدة العضوية والكيميائية الشائعة وفي بعض المواد المتنوعة. وعلى الرغم من أنه قد أعطيت قيمة دقيقة لتركيز وإفراز النيتروجين في المواد العضوية، فستختلف معدلات التركيز والإفراز الفعلية لهذه المواد وفقاً للطقس والمناخ، والمنشأ المحدد لهذه المواد، وكيف تتم التعامل مع هذه المواد، وتجهيزها، وتخزينها.

تحولات النيتروجين في التربة

تمتص النباتات النيتروجين من التربة على شكل نترات (- N03) أو أيونات الأمونيوم (+ NH4). تعطي الأسمدة الكيميائية هذه الأيونات بواسطة الذوبان [بالماء] أو التفكك السريع في التربة:

الذوبان

نترات الأمونيوم ← الأمونيوم + نترات *

التفكك الجرثومي

اليوريا ← الأمونيوم

* ملاحظة: يتم تحويل الأمونيوم إلى نترات في التربة بالنترجة (Nitrification)

بينما يكون تفكك اليوريا سريعاً، إلا أن تفكك الأسمدة العضوية لإفراز النيتروجين بطيء نسبياً. عملية إفراز النيتروجين من الأسمدة العضوية إلى الأشكال المتاحة للنباتات هو تمعدن النيتروجين أو أمونيفيكيشن (الشكل 6).

ترتبط معدلات التمعدن بتركيز النيتروجين في الأسمدة العضوية. بوجه عام، كلما زاد تركيز النيتروجين، أصبح معدل التمعدن أسرع. يحكم الممارسات المتعلقة باستخدامات الأسمدة العضوية تمعدن المواد. إذا كان التمعدن سريعاً، مع إفراز 80 % أو أكثر من النيتروجين في موسم واحد، سيكون النيتروجين متاحاً بسرعة للنباتات. إذا كانت التمعدن بطيئاً، 30 % أو أقل من إفراز النيتروجين لكل موسم، قد تكون النباتات ناقصة التغذية ما لم يتم تطبيق كمية سخية من الأسمدة.

ينبغي التعامل مع التمعدن السريع للأسمدة العضوية كما لو كانت أسمدة كيميائية. يجب الحرص على عدم إبقاء الأسمدة العضوية ذات الإفراز السريع (الدم، ووجبات البذور، ووجبة البرسيم) على اتصال مع البذور أو الجذور الناشئة. قد يؤدي التطبيق الفائض لهذه الأسمدة إلى سُمية بالأمونيوم إذا كان التمعدن يحصل بسرعة أكبر من النترات (الشكل 6).

لن تكون الآثار المتبقية من سرعة تمعدن الأسمدة العضوية، مثل الدم المجفف ووجبات البذور، ملحوظة أكثر من آثار الأسمدة الكيميائية وسوف تكون أقل بكثير من آثار الأسمدة العضوية، البطيئة التمعدن، مثل الروث.

الجدول 3

تركيز النيتروجين في الأسمدة العضوية والكيميائية الشائعة وفي المواد المتنوعة





الشكل 6 تحويلات النيتروجين في التربة (دورة النيتروجين).

قد تمتص النباتات إما أيونات الأمونيوم أو النترات من التربة. ومع ذلك، في التربة، تكون النترات هي الشكل السائد للنيتروجين معدني. التمعدن هو عملية بطيئة نسبياً مقارنة بالنترتة، التي تحدث سريعاً في التربة الجيدة التهوية والدافئة. نتيجة لذلك، يتم تحويل الأمونيوم التي شكلها التمعدن سريعاً إلى نترات بالعمل الميكروبي. في التربة الباردة، يمكن أن تنشأ النترات ببطء، فيصبح هناك احتمال لتراكم الأمونيوم، وخصوصاً إذا كان يتم استخدام أسمدة كيميائية، مثل كبريتات الأمونيوم أو اليوريا. حتى في ظل ظروف جيدة، قد يتمعدن الدم المجفف ووجبات البذور بسرعة أكثر من تأكسد الأمونيوم إلى نترات، و قد يؤدي هذا إلى حصول سمية الأمونيوم للبذور أو الشتلات، ولا سيما في حالة حدوث التخمير والبذر أو الزرع في نفس الوقت أو في الوقت ذاته تقريباً، وإذا لم تتخذ الحيطة للحفاظ على البذور أو الشتلات بعيداً عن السماد. يحتوي سماد الدجاج على نسبة عالية من الأمونيوم. يحدث ما يسمى حرق المحاصيل بسماد الدجاج بسبب تسمم النباتات من الأمونيوم الموجود في السماد العضوي [للدجاج]. تطبيق الأسمدة العضوية الغنية بالنيتروجين والأسمدة الزراعية نحو أسبوعين قبل بذر أو زرع المحاصيل هي ممارسة حكيمة لتجنب سمية الأمونيوم أو غيرها من المشاكل التي قد تنشأ أثناء التفكك السريع للمواد في التربة.

من خلال عملية بيولوجية تسمى التدبل (Humification)، يتم تحويل جزء من الأسمدة العضوية أو أي من المواد العضوية التي أدرجت في التربة إلى دبال ( Humus ). والدبال هو منتج مستقر نسبياً لتحلل المادة العضوية في التربة. كقاعدة عامة، ستكون مساهمة المواد العضوية مع تركيزات منخفضة من النيتروجين في الدبال أكثر من الأسمدة العضوية مع تركيزات عالية من النيتروجين. لن يساهم الدم المجفف، الذي يفرز نحو 80 % أو أكثر من النيتروجين

الذي يحتويه على شكل معدني في موسم واحد، في زيادة كبيرة للدبال في التربة، ما لم يتم إرجاع فضلات النباتات، التي تم إنتاجها من المحاصيل التي نمت على النيتروجين من الدم، للتربة. ومع ذلك، إن المواد- مثل سماد البقر الذي يفرز النصف أو أقل من النيتروجين الذي تحتويه في موسم نمو واحد- قد تسهم إلى حد كبير في رفع محتوى الدبال في التربة. المواد العضوية التي لا تتفكك في موسم واحد، وتنتقل إلى الموسم المقبل في نموذج يكون غير مستقر نسبياً، ليست دبالاً. كذلك فإن تحلل المواد العضوية التي تندمج في التربة كثيراً ما تتجزأ، تقريباً بالكامل، في عامين، من دون أن تساهم في زيادة محتوى الدبال للتربة. ويكون ارتفاع محتويات الدبال في التربة عملية طويلة الأجل.

على الرغم من استقرار الدبال النسبي فهو يخضع للتمعدن. يمكن تحويل نحو 1% أو 2% من النيتروجين في الدبال في طبقة الحراثة (المقبولة أن تكون عموماً بعمق 6 بوصات) إلى شكل معدني كل سنة. يرتبط النيتروجين المتوافر في التربة غير المسمدة ارتباطاً مباشراً بمحتوى التربة للدبال. ومع ذلك، يتباين معدل التمعدن إلى حد كبير مع ظروف التربة - تهوية، ورطوبة، ودرجة الحرارة - ولا يمكن التنبؤ به بسهولة أو بدقة. باستخدام معدل التمعدن من 1% أو 2% سنوياً، قد تسهم تربة خصبة معدنياً تحتوي على نحو 4000 رطل من النيتروجين من الدبال في طبقة الحراثة ب 40 إلى 80 رطلاً من النيتروجين المتاح للفدان الواحد سنوياً لإنتاج المحاصيل. ستسهم تربة مع 1000 رطل من النيتروجين في الدبال للفدان الواحد فقط ب 10 إلى 20 رطلاً من النيتروجين أو أقل للمحاصيل. لون ونسيج التربة هما مؤشران كافيان لمحتويات المواد العضوية أو الدبال في التربة. يسرد (الجدول 4) كميات النيتروجين في التربة بحسب مختلف الألوان والنسائج. التربة المذكورة في هذا الجدول هي الأنواع التي تم العثور عليها في مناطق كبيرة من شمال وسط الولايات المتحدة الأميركية. سوف تختلف كمية النيتروجين في التربة من مختلف الألوان والنسائج مع الموقع الجغرافي. بصفة عامة، يزيد النيتروجين في التربة من الجنوب إلى الشمال ومن الشرق إلى الغرب في الولايات المتحدة الأميركية، بسبب الاختلافات في التمعدن نتيجة درجات الحرارة المختلفة وكميات المياه في التربة. تؤدي الزراعة (زراعة المحاصيل) إلى استنزاف التربة من النيتروجين العضوي، بسبب زيادة أكسدة الدبال في التربة بالتهوية الآتية من الحراثة وبسبب امتصاص النيتروجين من المحاصيل. ينبغي أن يكون النيتروجين في أعلى 6 بوصات من التربة هو الجزء المستخدم لتقدير مجموع النيتروجين المتاح من البيانات المبوبة (جدول 4).

الجدول 4.



تطبيق قاعدة التي تقول إن 1 أو 2% من النيتروجين في المنطقة السطحية 0 – إلى - 6 بوصة سيتمعدن، تعطي تقديراً للنيتروجين المتاح من كل تربة. على سبيل المثال، ستكون الإفرازات السنوية من النيتروجين 70 إلى 140 رطلاً من الطين الأسود ومن 14 إلى 28 رطلاً من الرمال. يكون في المنطقة السطحية تركيز عالٍ من النيتروجين وتهوية أفضل، وكذلك يكون النشاط الميكروبي أعلى منه في الأعماق الثلاثة. تحصل النباتات على معظم تغذيتها من الطبقات العليا من التربة، وبشكل خاص من المنطقة بين 3 إلى 10 بوصات تحت سطح التربة. لا تحصل على التغذية كثيراً من عمق أدنى من 10 بوصة. اختراق الجذور العميق في التربة يساعد النباتات عموماً في الحصول على المياه.

لا يتم استرداد كل النيتروجين المتمعدن من المواد العضوية من قبل النباتات. يعاد تدوير جزء منها مرة أخرى إلى مواد عضوية؛ بعضها يكون بعيداً عن متناول الجذور، أفقياً أو عمودياً؛ ويتم فقدان بعضها. قد يتم استرداد نحو نصف النيتروجين المفرز من المواد العضوية في التربة بواسطة النباتات.

أشكال النيتروجين في التربة

معظم النيتروجين في التربة هو في المادة العضوية. الدبال وأشكال أخرى من المواد العضوية التي تقاوم التحلل هي مخازن للنيتروجين. كميات النيتروجين في أشكالها غير العضوية أو المعدنية صغيرة بالنسبة إلى الكميات الموجودة في الأشكال العضوية (الجدول 5). بسبب النترتة، التي هي أكسدة الأمونيوم إلى نترات، تكون معظم أجزاء النيتروجين المعدنية في التربة على شكل نترات. سوف

تكون النترات موجودة في محلول التربة (محلولة في الماء في التربة)، ويحتمل أن تكون النترات جميعها متاحة للنباتات. النترات كثيرة التنقل في التربة، ويتم نقلها بانتشار المياه وتدفقها. عادةً ما يكون الأمونيوم في التربة منخفضاً جداً بسبب سرعة أكسدة الأمونيوم (النترتة) بعد إفرازها من المواد العضوية. قد لا يتوفر جزء من النيتروجين من الأمونيوم في التربة للامتصاص بالنباتات بسبب تعلق أيونات الأمونيوم بالطين. يتم تكييف معظم النباتات الأرضية مع التربة التي تكون فيها النترات هي الشكل السائد للنيتروجين المتوافر ويكون هناك احتمال منخفض لتراكم الأمونيوم في التربة.

الجدول 5.

الكميات النسبية للنيتروجين العضوي وغير العضوي واحتمال توفر احتياطاتها في التربة



تثبيت النيتروجين في التربة

تجميد النيتروجين يشير إلى استهلاك النيتروجين الذائب أو غير العضوي المتاح في الكائنات الحية المجهرية في التربة. يكون النيتروجين المثبت غير متوافر للنباتات حتى تموت الكائنات الحية المجهرية وتمعدن موادها العضوية.

يحدث التثبيت إذا اندمجت بقايا النباتات ذات النسبة العالية من الكربون، والمنخفضة من النيتروجين في التربة. لا تسبب طبقات أو مهاد المواد العضوية على سطح التربة مشاكل خطيرة من جراء التثبيت، لأن الاتصال بين المواد العضوية والتربة محدود. في التربة، يكون الكربون في المادة العضوية غذاءً لبعض الكائنات الحية المجهرية في التربة، ولكن المواد العضوية الكربونية بدرجة عالية لا تحتوي على نيتروجين كافٍ لدعم نمو الكائنات الحية المجهرية. نتيجة لذلك، تستخدم الكائنات الحية المجهرية النيتروجين المعدني المتوافر في التربة لنموها. وحيث إن الكائنات الحية المجهرية تتكاثر في كافة أنحاء التربة أفضل بكثير من جذور النباتات، وتكون على اتصال وثيق مع النيتروجين في التربة أكثر من الجذور، يكون لدى هذه الكائنات المجهرية قدرة على الحصول على النيتروجين أفضل من النباتات.

من الممكن تجميد المواد المغذية الأخرى، وخصوصاً الفوسفور والكبريت، ولكن تثبيت النيتروجين هو الأكثر وضوحاً. المواد العضوية التي يمكن أن تتسبب بالتثبيت هي نشارة الخشب، والورق، ورقائق الخشب، ورقائق اللحاء، والقش، وأوراق الشجر، والإبر، وبقايا الحديقة الخشنة الميتة، وسيقان الذرة الناضجة، والبقايا النباتية الأخرى التي تكون منخفضة النيتروجين. عموماً، البقايا مع أقل من 1% من النيتروجين من وزنها يمكن أن تسبب التثبيت في التربة. لا يدمج العديد من المزارعين مخلفات المحاصيل التي تجاوزت كمية الكربون فيها النيتروجين بنسبة 35 إلى 1 (نسبة C:N ratio = 35:1)، ويتركون هذه المواد على سطح الأرض أو يزيلونها من الحقل. البقايا التي لديها نسب الكربون إلى النيتروجين أكبر بكثير من 35:1 ، على سبيل المثال، 100:1 ، ينبغي أن تخمر قبل أن تدمج في التربة. إذا كان يجب أن تدمج هذه المخلفات في التربة، لتفادي نقص النيتروجين في المحاصيل، يجب توفير نيتروجين إضافي كسماد لتعويض النيتروجين الذي سوف يثبت. ينبغي أن يضاف نحو 1 رطل من النيتروجين لكل 100 رطل من المخلفات التي يتم إدماجها مع نسب الكربون إلى نيتروجين أكبر من 35:1 . ترد في الجدول 6 نسب الكربون إلى النيتروجين لبعض المواد العضوية الشائعة.

الجدول 6.

نسب الكربون إلى النيتروجين للمواد العضوية



إذا أُدمجت رقائق الخشب أو نشارة الخشب في التربة، سيحدث تثبيت النيتروجين خلال 3 أو 4 سنوات بعد الإدماج. نشارة الخشب ستعطي تثبيتاً فعلياً أكثر من رقائق الخشب، لأن نشارة الخشب تتجزأ بشكل أنعم. تسبب الورق تثبيتاً مكثفاً، ولكن أثره سيكون لمدة أقصر من مدة نشارة الخشب لأن الورق سوف يتحلل بسرعة أكبر من نشارة الخشب. آثار التثبيت الناتجة من القش ومخلفات المحاصيل الخشنة الأخرى سوف تستمر لنحو سنة. بعض المواد، على الرغم من أن لديها نسب الكربون إلى النيتروجين كبيرة ، لن تسبب التثبيت. هذه المواد هي تلك المستقرة والمقاومة للتسوس [للتحلل]. لا يؤدي البلاستيك للتثبيت بسبب مقاومته للهجوم الجرثومي. خث الطحالب لن يحفز التثبيت، لأن خث الطحالب هو النموذج المستقر للمواد العضوية، الذي سيصبح أكثر المواد الإنشائية (اللجنين) المتبقية بعد إزالة المواد المتجزئة بسهولة من خلال العمل الميكروبي. يمكن إضافة خث الطحالب إلى وسائل الزراعة وتربة الحديقة من دون مخاطر تثبيت النيتروجين.

المواد العضوية التي تحتوي على نسب الكربون إلى النيتروجين أكبر قليلاً من 35:1 ستنشط التثبيت في البداية، ولكن بما أن النسب تقل بتعفن المواد العضوية، ستفرز هذه المواد النيتروجين بالتمعدن. ومع ذلك، بما أن فترة التثبيت قد تحدث عندما تحتاج المحاصيل الناشئة للتغذية بالنيتروجين، ينبغي على المزارعين أن يطبقوا النيتروجين للتعويض عن التثبيت. إذا تم تطبيق المادة العضوية من 6 إلى 8

أسابيع قبل زراعة المحصول، وإذا سمح الطقس بتعفن المواد العضوية في التربة، قد يكون المزارع قادراً على تجنب استخدام النيتروجين، أو استخدام التطبيقات الخفيفة فقط من النيتروجين مع مواد بنسبة الكربون إلى النيتروجين أقل من 100.

يمكن إضافة المواد العضوية بنسبة C:N 20:1 إلى 35:1 من دون الأسمدة النيتروجينية المكملة، مع انتظار أسبوع أو أسبوعين فقط بين تطبيق المواد والزراعة. هذا الانتظار لأسبوع أو أسبوعين مرغوب فيه، كما أنه يسمح ببعض الاستقرار للمواد العضوية في التربة قبل الزراعة ويبدد مشاكل أمراض التعفن وسُمية الأمونيا أو غيرها من المواد العضوية قبل زراعة المحاصيل. المواد العضوية بنسبٍ محدودة جداً، مثل تلك الأقل من 10:1 إلى 15:1 ، هي مواد من مستوى الأسمدة، وينبغي أن تعامل على هذا النحو، وليس كمواد لزيادة محتوى المواد العضوية في التربة. ينصح بانتظار أسبوع أو أسبوعين بين تطبيق الأسمدة العضوية والزراعة مع المواد العضوية ذات نسب C:N قليلة. التمعدن السريع المباشر بعد تطبيق هذه المواد قد يرفع مستويات الأمونيوم في التربة ويضر بالبذور والشتلات. بعد أسبوعين، يكون معظم الأمونيوم قد يتأكسد إلى نترات. كذلك، كما هو الحال مع روث الأسمدة ووجبات البذور، سوف تتحفز أمراض تعفن النبات بإضافات المواد العضوية. الكائنات الحية التي تسبب تعفن روث السماد أو وجبات البذور سوف تسبب تعفن جذور النباتات والبذور وكذلك الأسمدة العضوية. تأخير أسبوع أو أسبوعين بين التخمير والزراعة يسمح للمجموعات المنتشرة من الكائنات الحية المجهرية بالموت والانخفاض إلى مستويات غير مؤذية.

ألف شكر لكَ على هذا الموضوع المميز و المعلومات القيمة
إنـجاز أكثر رائــــــع