الحديد ودورة في النبات

الحديد في التربة

الحديد هو واحد من أكثر العناصر وفرة على الأرض. مع ذلك، فإن أهم سمة للحديد في التربة ليست وفرته بل محدودية ذوبانه التي تجعله متاحاً للنباتات. يمكن أن تحتوي للتربة من 10.000 إلى 200.000 رطل من الحديد في 6 بوصات الأعلى من كل فدان من التربة، مع كمية نموذجية من 50.000 رطل في الفدان. يظهر معظم هذا الحديد على شكل أوكسيدات الحديد التي تكون صعبة الذوبان. القليل من كمية الحديد في التربة تكون متاحةً لتغذية النبتة.

تختلف إمكانية ذوبان الحديد مع تهوية التربة التي تؤثر في أكسدة الحديد. ففي التربة الجيدة التهوية تهيمن أشكال الحديد ( Fe (III (فيريك) (Fe³⁺ Ferric). هذا النوع من الحديد هو أقل قابلية للذوبان من (فيروس ⁺Fe (II) (Fe² الذي ترتفع نسبته نسبياً في التربة التي لا ترشح بشكل جيد. في بعض الأحيان يستخدم لون التربة الناتج من وجود الحديد كإشارة لرشح التربة وتهويتها. يعطي الحديد (فيريك) لوناً أحمر للتربة الجيدة التصريف [الترشح] أو التهوية. بينما يعطي الحديد (فيروس) لوناً أزرق وأخضر منقطاً بالأحمر في التربة ضعيفة الترشيح أو التهوية. ويظهر هذا اللون بشكل سائد تحت السطح، على العموم.

إن كميات الحديد الكبيرة في التربة تؤمن تمويناً جيداً. ونقص الحديد لا يظهر عادة في التربة كنتيجة لهيمنة الحديد الفريك في التربة الجيدة الرشح. قد يظهر النقص في التربة القلوية حيث يترسب الحديد، أو في التربة الرملية الحمضية حيث يستنزف الحديد بالتجوية أو الرشح. التربة العضوية (عموماً التربة مع نسبة مواد عضوية أكثر من 20 % في نطاق السطح) قد تكون ضعيفة الحديد بسبب تركيزاته المنخفضة فيها كنتيجة للرشح أثناء تكوين التربة، وكذلك من ربط (تنحية أو خلبية) الحديد في التربة مع المواد العضوية.

تنخفض قابلية الحديد للذوبان بسرعة مع ارتفاع درجة الحموضة pH . وإذا زادت قلوية التربة عن مؤشر الحموضة pH 7.5 قد يجد المزارعون محاصيلهم ناقصة الحديد، وكذلك يجدون أنفسهم ملزمين بأنواع المحاصيل التي يمكنها أن تنمو في هذا النوع من التربة. فالمحاصيل المسماة محبة للحوامض- مثل التوت الذي يسمى محب الأسيد، والوردية، والأزلية، وغيرها من النباتات- من المحتمل أن تكون ناقصة الحديد في التربة ذات درجة حموضة أكثر من pH 6.5 إلى 7. وتحميض هذه التربة عموماً يجعل الحديد متاحاً للمحاصيل. وإضافة أملاح الحديد مباشرة للتربة من دون تحميضها هو عادة أمر غير نافع، حيث يتفاعل هذا الحديد المضاف مع درجة حموضة التربة العالية pH ويصبح غير متاح. رش الورق بالحديد مفيد أحياناً لتصحيح الخلل، ولكن الطريقة المُثلى للإصلاح هي بتطبيق مواد عضوية على التربة لعدة سنوات. فمواد النبتة العضوية (بقايا نباتات، وأسمدة المزرعة، والأسمدة العضوية) تضيف الحديد للتربة وترفع من إتاحة الحديد من خلال التحميض مع تعفن المواد العضوية. وتساعد المواد العضوية أيضاً على إبقاء الحديد في المحلول.

إن التربة العضوية (الوحل، والروث مع أكثر من 20 % من المواد العضوية من حيث الوزن، وبشكل عام مع 80 % أو أكثر من المواد العضوية) والزراعة العضوية بالعلب غالباً ما تكون ناقصة الحديد. في هذه الأنواع من التربة يحبس الحديد بشدة بالمواد العضوية في مركبات معقدة تعرف ب الكلابية: (مشتقة من كلمة يونانية بمعنى مخلب). والكلابيات هي مركبات عضوية فيها المعدن (حديد وزنك ونحاس مثلاً مرتبطة ببعضها بقوى مختلفة). ووفرة المواد العضوية في التربة العضوية قد تربط الحديد بمثل هذه الصلابة بحيث يكون غير متاح بشكل كافٍ لدعم نمو النبتة. كذلك، يكون العديد من الترب العضوية كثيرة الرشح، مما يجعل مستويات الحديد في التربة منخفضة بطبيعتها، والربط الكلابي بالمواد العضوية يؤدي أيضاً إلى مزيد من تقليل الحديد المتاح إلى مستويات النقص. والنباتات التي تنمو في زراعة العلب في مواد وسيطة مثل الوحل أو في أماكن البذور ومتحللات الفرمكليت ومتحللات الفرمكليت والبرليت (Vermiculite-Perlite -Peat و Peat-Vermiculite غالباً ما تصبح قليلة الحديد بسبب التزويد المحدود بالحديد لهذه الوسائط، وبسبب فشل إضافة الحديد بالأسمدة.

فالأعشاب والذرة هي بشكل خاص ميالة لتكون قليلة الحديد في هذه المتوسطات مع أن النقص قد يظهر في عدد من المحاصيل.

بخلاف ذلك يكون الحديد كلابياً محمياً من التفاعل مع مكونات غير عضوية في التربة. ومن الأمثلة على التأثير بأنواع حديد أخرى نذكر حماية الفوسفات من الترسب بواسطة الحديد الذائب في التربة الحمضية. إضافة المواد العضوية بوفرة مع أسمدة الفوسفور إلى التربة يساعد على الحفاظ على الفوسفور في المحلول. تأتي الحماية من ربط الحديد الذائب الكلابي ومن تفاعل الحديد والفوسفور اللاحق. ربط الحديد الكلابي مع جزيئات عضوية يشكل تركيبات معقدةً قابلةً للذوبان بالماء، وبهذا الشكل، يكون الحديد متاحاً للنباتات. فالكلابيات أو الحديد القابلة للذوبان هي مصنوعة تجارياً لتأمين الحديد برش الأوراق وللاستخدام في محاليل التغذية في زراعة النباتات المائية. وفي الزراعة المائية تتجاوز تركيزات الفوسفات بشدة تركيز الحديد، إذا لم يتم ربطه كلابياً فمن الممكن أن يترسب مع الفوسفات. يتم انتقال الحديد في النباتات مع الحديد المربوط كلابياً إلى حمض الستريك (Citric). في هذه الحالة يحمي الربط الكلابي الحديد من الترسب في النباتات، وخصوصاً من الترسب كفوسفات الحديد.

وظائف الحديد في النباتات

إن الحديد مهم في تركيب الكلوروفيل، بالرغم من أنه ليس مكوناً له. للنباتات القليلة الحديد لون ممتقع أبيض أو أصفر. وقد لوحظ ربط الحديد بتركيب الكلوروفيل في 1844 ، وقد تعاظمت أهميته كمغذ للنباتات بشكل قاطع مع تجارب الزراعة المائية في الستينات (ساكس وكنوب) باستخدام الطرق نفسها التي تم استعمالها لبرهنة أهمية المواد الغذائية الكبيرة.

الحديد مطلوب لعملية التحويل الضوئي. فهو واحد من مكونات البروتينات فيريدوكسين ( Ferredoxin ) وسيتوكروم ( Cytochrome ) التي تشارك في تفاعلات هذه العملية. وهو مهم أيضاً في تركيب الكلوروفيل. والحديد مطلوب كذلك لعملية التنفس. تحويل طاقة الكربوهيدرات وغيرها من المركبات إلى أدينوزين تريفوسفات يتطلب الحديد. وهو مهم لتثبيت النيتروجين بواسطة البقوليات وغيرها من النباتات التي تكتسب النيتروجين من الهواء. الحديد هو من مكونات أنزيمات تسمى كاتالاز ( Catalase ) وبيروكسيداز (Peroxidases). هذه الأنزيمات تحمي الخلايا من الأكسدة وقد يكون لها دور في مقاومة المرض.

تأثيرات الحديد في نمو النباتات ونوعيتها

تمتص النباتات القليل من الحديد في كل فدان في السنة. والنباتات القليلة الحديد تكون ذات لون أصفر أو أبيض وخصوصاً على الأوراق الفتية قرب الأطراف. قد تظهر الأعشاب خطوطاً صفراء أو بيضاء وخضراء في الأوراق. في مراحل متقدمة، وقد تتقدم العوارض نحو أسفل النبتة حتى تظهر على كامل النبتة عوارض النقص وعوارض النقص قد تستمر لبعض الوقت قبل موت الأنسجة. وإذا طبق الحديد قبل موت الأنسجة يمكن أن يتحسن شكل النبتة، ولكن إنتاجيتها قد لا تسترجع بالكامل في الموسم عينه.

نباتات الزينة القليلة الحديد (غاردينيا، وكاميليا، وأزلية، ووردية) تكون غير جذابة وغير تسويقية. يؤدي استمرار النقص إلى موت البراعم ويكون النمو الجديد ضعيفاً مع لون أصفر أو أبيض. كما تكون الأعشاب والبامبو القليلة الحديد غير جذابة وغير تسويقية. قد تموت هذه النباتات والنمو من جديد قد يظهر نقص حديد أكثر من النبتة الأصلية. محاصيل الذرة والحبوب الصغيرة (مثلاً الشعير، والشوفان، والجاودار، والقمح، والذرة) تنتج عرانيس ورؤوساً صغيرةً ومتناثرةً. محاصيل الفاكهة والجوز (مثلاً التوت، والتوت البري، والحمضيات، والعنب، والدراق، وجوز البقان، وجوز عين الجمل) تصبح مردودات إنتاجيتها منخفضة وقد تتأذى بشدة بلون أبيض وأصفر وبموت يبدأ من أعلى النبتة.

قد تكون التربة الرملية وكثيرة الرشح والتربة الحمضية في السهول الساحلية قليلة الحديد بسبب استنزاف الحديد بالرشح والتجوية. من المحتمل أن تكون التربة القلوية وخصوصاً بدرجة حموضة أكثر من 7.5 ناقصةَ الحديد بسبب ترسب الحديد في مركبات ضعيفة القابلية للذوبان. وفي التربة العضوية قد يكون هناك نقص في الحديد بسبب الربط الكلابي للمواد العضوية والتموين القليل بسبب الرشح.

أسمدة الحديد

إن إضافة أملاح الحديد غير العضوية للتربة هو تطبيق قليل الإفادة في تغذية النبتة. فالحديد المضاف سرعان ما يصبح غير متاحٍ بسبب التفاعل مع الكثير من مكونات التربة الأخرى. وأسمدة المزارع هي مصادر جيدة للحديد. قيمة الأسمدة الزراعية في تغذية النباتات بالحديد لا تكمن بالحديد المضاف فقط بل أيضاً بالمواد العضوية التي تضاف في نفس الوقت. الأحماض العضوية الصادرة عن تحلل الأسمدة الزراعية تساعد على تذويب الحديد في التربة وبقائه في المحلول بعملية الربط الكلابي. من هنا فإن أياً من فضلات النباتات المتحللة يمنح الإفادة نفسها التي يمنحها سماد المزرعة. تطبيق أسمدة المزرعة بكمية 10 إلى 20 طن لكل فدان في السنة يكون فعالاً في السيطرة على ربط الحديد في كل أنواع التربة - الرملية، والقلوية أو العضوية- حيث من المحتمل أن تظهر عوارض النقص. ترسبات مياه الصرف الصحي هي أيضاً مصادر حديد ولكنها ليست مصادر عضوية. أملاح الحديد تضاف غالباً لتثبيت الترسبات البيولوجية في محطات معالجة مياه المجاري وبالتالي قد تكون هذه الترسبات كثيرة الحديد. على المزارع أن يتجنب الترسبات البيولوجية من مصادر تصب فيها الكثير من المعادن الثقيلة (زنك، وكالسيوم، ورصاص). الترسبات البيولوجية من مياه الصرف الصحي ليست مسموحة في برامج المواد العضوية المعتمدة، بسبب احتمال وجود محتويات معادن، بغض النظر عن الإجراءات الفدرالية والدولية التي تنظم مستويات المعادن المسموح بها في الترسبات البيولوجية الموجهة للاستخدام على أرض المزرعة.

إن مصادر الحديد العضوية متاحة كأسمدة. فهذه المركبات هي روابط حديد كلابية، وقد تعرف بالحديد المحتجز. والعديد من الأسماء المختصرة , EDTA EDDHA, DTPA, HEDTA . التركيبات الخاصة التي تصاغ للاستخدام في تربة بدرجات حموضة مختلفة pH. على المستخدم أن يستشير البائع للاستعمالات المحددة. أسعار هذه الأملاح أعلى من أسعار مركبات الأملاح غير العضوية، ولكنها فاعلة أكثر في تشكيل الروابط الكلابية للحديد. يمكن تطبيق الروابط الكلابية على التربة أو المواد الوسيطة أو مباشرة على الأوراق. يتم الحصول على أفضل النتائج بالتطبيق المباشر على الأوراق ولكن هذا التطبيق له حدوده.

فمن غير المؤكد أن تدخل التطبيقات من الأوراق إلى النبتة. إذا لم يدخل الحديد إلى الأوراق يتم انتقاله ببطء في النباتات كما يظهر في عوارض النقص التي تظهر على الأوراق الفتية أولا والتطبيق المباشر على الأوراق قد يصلح الأجزاء التي حصلت على المادة فقط، حيث إنه من الممكن أن لا يحدث انتقال الحديد لمناطق أخرى. يطبق هذا النوع لإصلاح النقص في أشجار الفاكهة والجوز وفي أشجار الزينة الخشبية. ينبغي استخدام روابط حديد الكلابية قابلة للذوبان، بدلا من أملاح الحديد، في التطبيق المباشر على الأوراق. كما يجب استخدام عامل مبلل، أو صابون أو منظف، لتأمين إمكانية انتشار المادة المرشوشة. وقد تظهر سُمية الحديد حيث تتجمع وتجف بعض قطرات المادة المرشوشة.

على المزارعين أن يلجؤوا إلى منظمات للتأكد من إمكانية استخدام أملاح حديد القابلة للذوبان أو روابط الحديد الكلابية في ممارسات التطبيق العضوي. بعض المنظمات المانحة لشهادات الزراعة العضوية تسمح باستخدام الأملاح والكلابيات هي مواد غذائية كبيرة إذا ظهر نقص بالمواد الغذائية الصغيرة بالمراقبة العينية أو تحليل النسيج.