الفوسفور

وظائف

اكتشاف أهمية الفوسفور يعزى غالباً إلى الكيميائي الفيزيائي الألماني يوستوس فون ليبيغ ( Justus von Liebig ) لعمله سنة 1840 في التجارب الميدانية.

الشكل 1 الرسم التخطيطي للخلية النباتية، يوضح النواة التي يتركز فيها الفوسفور.

يتركز الفوسفور في نوايا الخلايا (الشكل 1 ). في النواة يتواجد الفوسفور إلى حد كبير في المواد الوراثية (DNA). خارج النواة، الحمض النووي الريبي Ribonucleic Acid)) (RNA) هو المكون الرئيسي المحتوي على الفوسفور،

إضافة إلى دوره في تركيب البروتين. يتطلب تحويل الطاقة في الخلايا للفوسفور. الفوسفور هو مكون لأدينوسين ثلاثي الفوسفات (Adenosine Triphosphate) ATP))، الذي هو نتاج تحول الطاقة أو نقلها أثناء عملية التركيب الضوئي (Photosynthesis) والتنفس. بالإضافة إلى ذلك، الفوسفور مكون في الدهون، والكربوهيدرات، والبروتينات، والأنزيمات ( Enzymes )، والأنزيمات المساعدة، ومواد الأيض النباتي. يتركز الفوسفور في أجسام النباتات في الأطراف النامية من البراعم والجذور حيث يحدث انقسام الخلايا (الشكل 2). قد يكون الفوسفور أكثر تركيزاً 100 مرة في الخلايا المنقسمة من الخلايا المحيطة بها.

آثار الفوسفور في نمو النباتات وجودتها

يميل تسميد النباتات بالفوسفور إلى تحقيق توازن بين بعض التأثيرات التي قد تحدث نتيجة التخمير بالنيتروجين. التخمير بالفوسفور يزيد من قوة السيقان عن طريق زيادة سماكة جدران الخلية. تعزيز جدران الخلية يزيد مقاومة النباتات للأمراض. معدل نضوج المحاصيل يتسارع بتسميد الفوسفور، مما يؤدي إلى حد ما ولكن ليس تماماً، إلى التعويض عن التأخير في النضوج الناتج من التخمير بالنيتروجين. يحفز الفوسفور تنمية الجذر الأفقي (التفريع). تنتشر الجذور في مناطق التربة الغنية بالفوسفور نتيجةً للتوافر العالي للفوسفور وتحفيز انقسام الخلايا. قد لا يتغير طول الجذور الأساسية بتسميد الفوسفور لأن الآثار هي أساساً في تنمية فروع الجذور فقط.

الشكل 2 مخطط النبات، يوضح النقاط النامية من البراعم والجذور التي يتركز فيها الفوسفور.

الفوسفور ضروري للنباتات المزهرة. في حالة نقص الفوسفور، سيضعف حجم الزهور وتقل وِفرتها. الإمداد بالفوسفور للنباتات المحتاجة لها يزيد الإزهار، ولكن بمجرد تحقق كفاية الفوسفور، لن تزيد زيادات أخرى في التخمير بالفوسفور الإزهار. إذا تم الحد من الإزهار بسبب فائض الإمدادات بالنيتروجين، فإن التخمير بالفوسفور عموماً لن يعكس هذا التأثير. النباتات بحاجة للوقت لدخول المرحلة الإنجابية والبدء بالإزهار.

أعراض نقص الفوسفور في النبات

تنمو النباتات التي تفتقرُ إلى الفوسفور ببطء. عندما تكون في المراحل المبكرة من الحاجة (النقص) يكون لونها، أخضر داكناً، وغالباً رمادياً – أخضر أو أزرق - أخضر. هذه الألوان أخضر - داكن أو المخضر هي نتيجة لتوقف النمو حيث تتركز الصبغة الخضراء في الأوراق التي تبقى صغيرة. يصعب تشخيص نقص الفوسفور بالتعرف على التقزم، ما لم تتوافر نبتة مغذاة جيداً كمرجع، لأنه باستثناء الحجم، النبتة المتقزمة نتيجة القصور غالباً ما تبدو طبيعية. سِمَة من السمات الأكثر لفتاً والتي تحدث مع تقدم النقص هي تحول لون الأوراق إلى أرجواني. الأوراق الأكبر سناً، حتى أوراق الشتلات الناشئة، تظهر أرجوانية، ولا سيما الجهة السفلى للأوراق. كلما أصبح النقص أكثر شدة، تصبح الأوراق السفلى صفراء، ثم تصبح بنية ومن ثم تتساقط. لا تظهر هذه الأعراض على كل النباتات؛ على سبيل المثال، مع الخيار، النباتات تتقزم، ولكن لا تصبح ألوان الأوراق السفلى قريبة من الأخضر أو الأحمر. بدلاً من ذلك، تموت الأنسجة في قاعدة الأوراق قرب السويقات ( Petioles ) أو على طول هوامش الأوراق. تجف هذه الأنسجة وتنهار مع تقدم القصور.

الفوسفور عنصر متنقل في النباتات. إذا تم استنفاذ الإمدادات بالفوسفور في التربة، ستقوم النباتات بنقل الفوسفور من الأوراق السفلى إلى المناطق النامية أو إلى الزهور، والفواكه، والبذور. وهكذا، فإن الأعراض تكون أكثر انتشاراً في أوراق النباتات القديمة السفلى.

يزيد الطقس البارد من احتمال نقص الفوسفور. في التربة الباردة، يكون الفوسفور قابلاً للذوبان بشكل محدود، وعلاوة على ذلك، ويصبح امتصاصُه في النباتات بطيئاً. الشتلات الفتية التي تبدأ غالباً ما تُصبح باردةً. تظهر هذه الشتلات متقزمة وأرجوانية. تسخين الشقق، واستخدام أسمدة الفوسفور، أو اتخاذ كِلا الإجراءين عادة ما يتغلب على القصور. النباتات التي تتم زراعتها في الهواء الطلق، كثيراً ما تُظهر أعراض نقص الفسفور في الطقس البارد. ينبغي أن تكون زراعة المحاصيل المبكرة في الحقل أو الحديقة مسمدة جيداً بالفوسفور. في أوائل فصل الربيع، تكون التربة باردةً، وجذور النباتات متفرقةً، ويتحرك الفوسفور ببطء في التربة. تحد هذه الظواهر من توافر الفوسفور للنباتات. وفرة الفوسفور ضرورية لضمان أن يحصل هذا المحصول الناشىء على التغذية الجيدة. بالتالي، من المهم أن يتم كامل تسميد المحاصيل بالفوسفور [مبكراً] في وقت الزراعة.

تضمن هذه الممارسة إمدادات وفيرة، ومركزة بالفوسفور تكون متاحة للنباتات الفتية ذات الجذور المتفرقة في التربة الباردة. أيضاً، يُثبت الفوسفور بسهولة في التربة بحيث يصبح غير متوافر بشكل كبير في التربة للنباتات مع مرور الوقت. إذا تم وضع الفوسفور بعيداً عن الجذور، قد يثبت قبل أن تنمو الجذور وتصل إلى المنطقة المسمدة. خلافاً لبعض المعتقدات، كلما وُجدت أسمدة الفوسفور لفترة أطول في التربة، أصبح الفوسفور أقل توافراً للنباتات.

من الصعب تصحيح نقص الفوسفور في النبات. من الصعب إدخال الفوسفور إلى النباتات التي تفتقر إلى الفوسفور. تنقل الفوسفور في التربة مقيد بواسطة كيمياء الفوسفور في التربة. لا يمكن أن ينتقل الفوسفور سوى بضعة سنتيمترات من نقطة تطبيقه. وقد لا تصل التطبيقات السطحية من الفوسفور إلى جذور النباتات النامية سابقاً في التربة. ومع ذلك، إذا كان الفوسفور متاحاً بسهولة في بداية موسم النمو، ستمتص النباتات الفوسفور بما يزيد على احتياجاتها في ذلك الوقت. لاحقاً، مع نمو النباتات، يمكن أن ينتقل هذا الفوسفور المتوافر لمناطق النبات التي هي بحاجة إليه.

كميات الفوسفور التي تتطلبها المحاصيل

يختلف امتصاص المحاصيل لكميات الفوسفور من التربة. كما هو الحال مع النيتروجين، فإن الكميات الممتصة تتصل بإنتاجية المحاصيل. المحاصيل العالية الغلة، سريعة النمو، وتلك المزروعة بكثافة تمتص الفوسفور بشكل أكبر من المحاصيل المنخفضة الغلة، والبطيئة النمو، والمزروعة بكثافة محدودة.

امتصاص الفوسفور هي نحو ربع امتصاص النيتروجين. تتراوح تركيزات الفوسفور في أوراق المحاصيل المزروعة في الحقل مع التغذية الكافية من 0.2 % إلى 0.5 % من وزن الأوراق الجاف. عادة ما تشير تركيزات أقل من 0.15 % إلى ظروف نقص بالفوسفور. تحدث التركيزات الأعلى من 0.5 % في النباتات التي نمت في الزراعة المائية، وفي التربة المسمدة جيداً، أو في المادة الوسيطة العضوية. وفي ما يتبع، بعض التقديرات التقريبية لاستهلاك الفوسفور من قِبل النباتات وفقاً لاحتمالات مردود إنتاجها أو لنمو النبات.

الطلب المرتفع على الفوسفور

امتصاص أكثر من 30 رطلاً من الفوسفور الفعلي لكل فدان (0.75 رطل P لكل 1000 متر مربع). المحاصيل العالية الغلة، والمزروعة بكثافة، التي تنمو بسرعة:

الذرة

الكرفس

البطاطا

الطماطم

الخيار

الأعلاف

القطن

الحبوب (الغلة العالية)

الطلب المعتدل للفوسفور

امتصاص ما بين 15 و 30 رطلاً من الفوسفور الفعلي للفدان الواحد (0.38 إلى 0.75 رطل P لكل 1000 قدم مربع). المحاصيل ذات مردود الإنتاج المعتدل:

معظم محاصيل الخضار

فول الصويا

حبوب الذرة السورغوم (Sorghum)

الحبوب الحبيبية (المحاصيل المنخفضة أو المتوسطة المردود)

الطلب المنخفض على الفوسفور

أقل من 15 رطلاً من الفوسفور الفعلي لكل فدان ( 0.38 رطل P لكل 1000 قدم مربع). المحاصيل المنخفضة مردود الغلة، والبطيئة النمو، والمزروعة بكثافات محدودة.

الفلفل

بساتين الفاكهة

حبوب اللوبياء والفاصوليا والفول Beans))

التخمير بالفوسفور الذي يزيد قليلاً على احتياجات المحاصيل يضر قليلاً بالمحاصيل عموماً. الاستهلاك الكمالي، المعروف بتراكم الفوسفور أكثر من احتياجات المحاصيل من دون أي تأثير على النمو، نادراً ما يحدث. ومع ذلك، في بعض المحاصيل، الفوسفور المفرط في التربة يرتبط بحدوث قصور، [لعناصر] مثل الزنك أو الحديد. هناك اقتراح بأن ارتفاع مستويات الفوسفور في التربة يحافظ على الزنك أو الحديد في المركبات المعقدة محدودة القابلية للذوبان، ويحصر توافر هذه المواد المغذية للمحاصيل. ارتبطت تراكمات عالية من الفوسفور في النباتات مع انخفاض توافر الزنك أو الحديد في الأيض، ومع ظهور أعراض نقص الزنك أو الحديد.

بسبب انخفاض كمية رشح الفوسفور في التربة، يمكن أن يتراكم الفوسفور مع التطبيقات المتكررة من الأسمدة للأراضي. إذا كشفت اختبارات التربة تركيزات عالية من الفوسفور المتاح، ينبغي على المزارعين النظر في عدم إضافة أي أسمدة فوسفور إضافية إلى موسم زراعة المحاصيل الجاري على الأقل. في التربة الرملية، تطبيقات الفوسفور التي تتجاوز المعدلات الزراعية، ولا سيما مع الأسمدة الزراعية، ارتبطت برشح الفوسفور في طبقات التربة التحتية أو إلى المياه الجوفية. في التربة ناعمة النسيج (التربة الطينية أو الغريني (Silty ))، قد يكون الرشح معدوماً، ولكن قد تحدث خسائر في الجريان السطحي للمياه والتآكل [التعرية]. عادةً ما يحمل التآكل [للتربة] الجسيمات الدقيقة بعيداً عن التربة أكثر من الجسيمات الخشنة، مما يؤدي إلى إمكانية كبيرة لنقل الفوسفور من الأرض. هذه الخسارة في الجسيمات الدقيقة لا تستنفذ الفوسفور من الأراضي فقط، ولكن الجسيمات الفوسفورية قد تدخل المسطحات المائية وتُثري الرواسب بالفوسفور، مما يعزز نمو النباتات والطحالب في الماء.

تركيزات الفوسفور في الأسمدة

تتراوح تركيزات الفوسفور في الأسمدة من نحو 1 إلى أكثر من 50 % على شكل أكسيد ( P₂O₅ ). قد تكون المواد التي تحتوي على أقل من 1%  P₂O₅منخفضة جداً بالفوسفور لتكون ذات قيمة كسماد لتطبيق واحد. ترد تركيزات الفوسفور لبعض الأسمدة العضوية والكيميائية المشتركة، على شكل P₂O₅ و P فعلي، في (الجدول 1).

صخور الفوسفات هي خام من أصل بيولوجي بحري. ولدى الولايات المتحدة رواسب كبيرة من الفوسفات الصخري، مما يجعل الولايات المتحدة واحدة من المنتجين الأوائل لأسمدة الفوسفور في العالم.

الجدول 1

تركيزات الفوسفور في الأسمدة الشائعة

لدى الصين وأفريقيا الغربية [بما في ذلك المغرب] وغيرها من مناطق العالم ترسبات كبيرة من الفوسفات الصخري وهي حالياً أو من المحتمل أن تكون من المنتجين الرئيسيين لأسمدة الفوسفات. وقد تم حفر واستخراج الفوسفات الصخري في الولايات المتحدة منذ نحو عام 1867، بدءاً بالترسبات الموجودة في ولاية كارولينا الجنوبية. ويأتي الفوسفات المطبق على الأرض حالياً إلى حد كبير من الترسبات الموجودة في فلوريدا، التي تستأثر بنحو 87 % من تعدين الفوسفات في هذا البلد. وولاية كارولينا الشمالية، وإيداهو، وولاية يوتا ( Utah ) فيها أعمال تعدين نشطة أيضاً.

للفوسفات الصخري، في ذاته، قابلية منخفضة جداً للذوبان في الماء. إنه يشبه كيميائياً مينا الأسنان ( Enamel ). على الرغم من أن الفوسفات الصخري مركز، بنحو 30 % من المجموع P₂O₅ ، ولكن P₂O₅ المتاح يشكل نحو 3% أو أقل من الكتلة فقط. الفوسفات الصخري هو المصدر التي تصنع منه أكثر الأسمدة الكيميائية المحتوية على الفوسفور من خلال معالجة الخام بالأحماض لإنشاء السوبرفوسفات.

الفوسفات الصخري الغروي (Colloidal) هو سماد بنوعية أدنى من الفوسفات الصخري الطبيعي العادي. بعض مناجم الفوسفات الصخري العادي قد نفذت، أو قد أصبحت غير اقتصادية للعمل بها حيث أصبح الفوسفات الصخري اللولبي من فلوريدا هو المصدر المهيمن للفوسفات الصخري في السوق.

بعد وصول الفوسفات الصخري إلى مصنع أسمدة، تتم معالجته بالماء لإزالة الرمال والطين. تُجرف الرمال بعيداً بدوامة مياه، ويبقى مزيج من الفوسفات الصخري والطين فقط. تتم إزالة الطين بالسماح له بالارتفاع إلى مستوى حوض الترسب، حيث يتم كشطه من سطح الماء، أو يجوز للمزيج أن يترسب أيضاً في البرَك. تلتصق الجسيمات الدقيقة من الفوسفات الصخري بالطين. يسمى هذا الخليطُ الفوسفات الصخري الغروي. مصطلح الغروي يشيرُ إلى الطين في المنتج، ولا يعني أن المواد متفوقة على الفوسفات الصخري الطبيعي العادي بسبب حجم الجسيمات الدقيقة. في الواقع، يخفف الطينُ تركيز الفوسفور ولا يحسن توافره. يحتوي الفوسفات الصخري الغروي نحو 20 % P₂O₅ من المجموع مقارنة بنحو 30 % P₂O₅ من إجمالي في الفوسفات الصخري العادي. الفوسفات الصخري الغروي يشار إليه أحياناً بفوسفات الصخور اللينة. هذا المصدر ليس ليناً أكثر من الفوسفات الصخري العادي لأنهما لديهما التركيبة الكيميائية نفسها في المركبات الأساسية الحاملة للفوسفات.

يجب إيلاء اهتمام كبير لاستخدام الفوسفات الصخري العادي أو الغروي لضمان إفراز الفوسفور، ويجب اتباع الخطوات التالية في استخدام الفوسفات الصخري؛ و إلا، لن يكون لتطبيقات الفوسفات الصخري للأرض أية منافع زراعية أو قد تكون منافعه قليلة.

1. يجب أن تكون الصخور ناعمة ومختلطة بالكامل مع التربة. جسيمات الصخر بحجم الطمي ضرورية لإعطاء الاتصال الوثيق بين التربة والصخور وزيادة تجوية الصخور في التربة. إذا كانت الجسيمات رملية الحجم، فسوف يذوب القليل من الفوسفور من السماد، وستكون التغذية النباتية ضعيفة.

2. ينبغي أن تكون التربة حمضية. ويوصى ب [مؤشر حمضي] «pH 5.5». ويساعد هذا الحمض على إذابة الصخور، مما يجعل الفوسفور الذي في داخلها متاحاً أكثر للنباتات. الأحماض في التربة تحول الصخور إلى نموذج مماثل للسوبرفوسفات. لكن، في التربة الأكثر حموضة، قد تكون نسبة الحديد والألمنيوم مرتفعة جداً في المحلول مما يرسب الفوسفات من محلول التربة، ما يجعل الفوسفور غير متوافر للنباتات قبل أن يتم نقله إلى منطقة تنمو فيها جذور النباتات. وجذور النباتات التي تنمو في منطقة الفوسفور المثبت لن تكون قادرة على امتصاص الفوسفور المثبت.

3. ينبغي أن تضاف المواد العضوية مع الفوسفات الصخري. يبدو أن أي نوع من المواد العضوية النباتية المنشأ تعمل من أجل زيادة قابلية ذوبان الفوسفات الصخري. ينتج تحلل المواد العضوية الأحماض التي تساعد على ذوبان الفوسفات الصخري. تشكل المواد العضوية كلابيات (Chelates) (أشكال عضوية معقدة) مع الحديد والألمنيوم، بحيث لا يتفاعل الحديد والألمنيوم مع الفوسفات لتشكل أحياناً رواسب شحيحة في قابليتها للذوبان، وهذا يساعد على إبقاء الفوسفور في المحلول. ينبغي أن تضاف المواد العضوية بنحو 1 رطل للقدم المربعة من الأراضي. يمكن أن يخلط الفوسفات الصخري مع سماد المزرعة بنحو 50 رطلًا من الفوسفات الصخري للطن الواحد من السماد العضوي. تثري الصخور السماد العضوي بالفوسفور، وتيسر الأحماض في السماد العضوي تحلل الصخور. إضافة الفوسفات الصخري والسماد الطبيعي معاً إلى الأرض يساعد على إبقاء الفوسفور متاحاً للنباتات.

4. ينبغي تطبيق الفوسفات الصخري بكميات تكون مرتين أو أربع مرات أو حتى تصل إلى 10 مرات أكثر من التوصيات لتطبيق الفوسفور التي يشار إليها باختبارات التربة للأسمدة الكيميائية، للسماح بانخفاض توافر الفوسفور في الفوسفات الصخري. توافر الفوسفور من الفوسفات الصخري منخفض جداً بحيث تكون هناك حاجة لتطبيقات بكميات أعلى من المُوصى بها لازمةٌ لضمان التغذية النباتية الملائمة. على سبيل المثال، على الرغم من أنه قد يكون مجموع P₂O₅ في صخرة الفوسفات 30 % من الوزن، تكون كتلة P₂O₅ المتاح نحو 3% فقط. الفوسفات الصخري الغروي، يكون P₂O₅ المتاح نحو 2%. الفوسفات الصخري قد يكون مصدراً غير مكلف نسبياً للفوسفور، ولكن الشرط أن يكون تطبيقه بكميات كبيرة قد يقضي على منافع الثمن الرخيص.

ركام أو خبث (Slag) المعادن الأساسية هو منتج ثانوي من حديد الصب Cast)) ومن إنتاج الفولاذ من خامات الحديد التي تحتوي على الفوسفور. وضعت إجراءات صنع الفولاذ والحديد الصب من هذه الخامات في إنجلترا في نحو عام 1877. يزال الفوسفور من الحديد المنصهر أثناء صناعة الحديد الصب والفولاذ، لأن وجود الفوسفور يضعف هذه المنتجات. لإزالة الفوسفور، يصهر الحجر الكلسي والحديد الخام في سخان مفتوح. يتفاعل الحجر الكلسي مع الفسفور في المعدن الخام، وهذا المنتج يصبح أخف من الحديد فيطفو أعلى الكتلة المنصهرة بحيث يمكن سكبه للخارج كخبث أو ركام المعدن. يُطحن الخبث المبرد ليصبح بودرة ناعمة لإنتاج السماد. الخبث الأساسي هو أسمدة ممتازة ذات قيمة متساوية تقريباً مع السوبرفوسفات العادي. الخبث الأساسي هو منتج شحيح، عادةً ما يكون متاحاً فقط على مقربة من مصانع الفولاذ التي تستخدم نظام السخان المفتوح. العديد من مصانع الفولاذ تخزن الخبث لحسابها، ولا تقدمها كمواد للبيع.

الخبث الأساسي مادة قلوية ( Alkaline )، لديها تجيير معادل لنحو 70 % من تجيير الحجر الكلسي الزراعي. يمكن تطبيق الخبث الأساسي بخلطه مع التربة أو بواسطة تطبيقات مندمجة على طول صفوف المحاصيل في الزراعة. المواد العضوية تزيد من توافر الفوسفور من الخبث. ينبغي أن تكون pH التربة نحو 6.0.

يكون سماد العظام تقريباً بنفس فعالية السوبرفوسفات العادي كمصدر للفوسفور. عرفت قيمة العظام كسماد تقريباً منذ أن بدأ الناس بالزراعة. نُسبت الفوائد الزراعية من العظام بدايةً إلى الدهون والجيلاتين في العظام. وقد تم اكتشاف الفوسفور كعنصر نحو عام 1669 في ألمانيا، وعلى مدى السنوات ال 100 اللاحقة، ظهر الفوسفور على أنه مكون للعظام. وقد عرف عندها أن قيمة العظام في الزراعة كانت في محتواها من الفوسفور. أصبحت العظام كسماد شائعةً جداً في إنجلترا بحيث سرعان ما استنفذ الإمداد المحلي الأساسي، ويتم العظام استيرادها من أي مصدر متاح.

ينتج سماد العظام بالغليان وتبخير العظام الخام لإزالة الدهون، ومن ثم طحن العظام. أغلب العظام هي من المذابح. تُطحن العظام بشكل ناعم لصنع الأسمدة. سماد العظام المبخر خالٍ تقريباً من النيتروجين. سماد العظام الخام قد يحتوي على نحو 4% نيتروجين، ولكن ينبغي تجنبه لأسباب صحية. معظم سماد العظام الذي يتم تسويقه مبخر. يمكن تطبيق سماد العظام على التربة بالخلط أو ضمن نطاقات على طول الخطوط. تساعد المواد العضوية أيضاً على تحسين توافر الفوسفور بها. ينبغي أن يكون pH التربة نحو 6.0 للحد من تثبيت الفوسفور.

المواد المشتقة من النباتات، مثل الروث والأسمدة، منخفضة جداً بالفوسفور لتستخدم وحدها كأسمدة فوسفور في التربة الفقيرة. بعد أن يتم رفع مستويات الفوسفور في التربة بالتخمير، يمكن استخدام المواد النباتية للحفاظ على خصوبة الفوسفور في التربة. الروث والأسمدة تُغنى بالفوسفور في كثير من الأحيان بخلطها مع الفوسفات الصخري أو سماد العظام بنحو 50 رطلاً من الأسمدة للطن الواحد من الروث أو السماد الطبيعي. التطبيقات الطويلة الأجل من الأسمدة الزراعية بمعدلات تفوق الاحتياجات الزراعية تلبية لاحتياجات المحاصيل للفوسفور يمكن أن تؤدي إلى تراكم الفوسفور في التربة. في التربة الرملية، قد يرشح الفوسفور في التربة وإلى المياه الجوفية في ظل الظروف التي تؤدي إلى مستويات عالية من تراكم الفوسفور. وقد يكون الفوسفور العضوي في الأسمدة الطبيعية والروث أكثر تنقلاً في التربة من الفوسفور ذي المصادر المعدنية.

يتم تصنيع سوبرفوسفات بمعالجة الفوسفات الصخري بالأحماض. المعالجة بالحمض تنتج مركبات يكون الفوسفور متاحاً فيها أكثر من ذلك الموجود في الفوسفات الصخري، لكنه ليس بالضرورة أكثر تركيزاً. ليبيغ جرب علاج العظام بحمض الكبريتيك نحو عام 1840 . في عام 1842 ، حصل جون ب. لوز وجوزيف هـ. جيلبرت ( Joseph H. Gilbert ) من «محطة روثماستد للتجارب» Rothamsted Experiment Station)) في إنجلترا على براءة اختراع لهذه العملية. وفي وقت لاحق، أدى علاج الفوسفات الصخري بحمض الكبريتيك لتطوير صناعة السوبرفوسفات. الإجراءات نفسها التي يقدمها حمض الكبريتيك تحدث بصورة طبيعية في التربة الحمضية، وفي السماد الطبيعي أو الروث، ولكن هذه العملية أبطأ بكثير وغير مكتملة كتلك التي تحدث في تصنيع السوبرفوسفات. نظراً لأن الفوسفات الصخري قد عولج كيميائياً بحمض الكبريتيك، لا يعتبر السوبرفوسفات سماداً عضوياً.

يتم إنتاج السوبرفوسفات العادي بعلاج الفوسفات الصخري بحمض الكبريتيك. السوبرفوسفات الثلاثي، يسمى أحياناً بالسوبرفوسفات المركز، يصنع بمعالجة الفوسفات الصخري بحمض الفوسفوريك، الذي يتم تصنيعه أيضاً من الفوسفات الصخري. بين الأسمدة التجارية، السوبرفوسفات الثلاثي هو المادة المهيمنة بسبب تركيزه العالي بالفوسفور وتكاليف الشحن القليلة نسبياً لكل وحدة فوسفور.

يصنع الفوسفات بالأمونيا من تفاعل السوبرفوسفات مع الأمونيوم. الفوسفات الثنائي الأمونيوم سهل الذوبان في الماء. إنه مكون للعديد من الأسمدة المركزة القابلة للذوبان في الماء المستخدمة في إنتاج محاصيل البيوت البلاستيكية وفي محلول الأسمدة. الأسمدة الشائعة للزراعة المنزلية تحتوي على الفوسفات الثنائي الأمونيوم.

امتصاص الفوسفور من الأسمدة

تمتص المحاصيل أقل من 20 % من الفوسفور المتاح من الأسمدة في السنة الأولى التالية للتطبيق. تمتص المحاصيل المتتالية نسبة أقل، وربما 4% فقط في السنة الثانية وأقل من 1% بعد ذلك، على فرض أنه تم امتصاص 20 % في السنة الأولى.

الشكل 3 احتمالات تغير تركيزات الفوسفور، والحديد، والألمنيوم، والكالسيوم، والمغنيسيوم في محلول التربة، كدالة لحموضة التربة (pH).

قد ينخفض الامتصاص في السنة الأولى ويصل إلى 3% في بعض أنواع التربة. يتم تثبيت الفوسفور في التربة المعدنية من قبل الألمنيوم، والحديد، والمنغنيز، والكالسيوم أو المغنيسيوم غير العضوية، التي تتفاعل مع الفوسفات لتشكل مركبات قابلة للذوبان بشكل محدود. يحدث التثبيت في غضون أيام قليلة. يتوافر أكبر قدر من الفوسفور في التربة عند مؤشر الحموضة 6.5 ، أو في الحيز من 6 إلى 7، حيث تكون قدرة التربة على تثبيت الفوسفور منخفضة. عند هذا القيمة للمؤشر الحمضي، يكون الألمنيوم، والحديد والمنغنيز والكالسيوم القابلة للذوبان بتركيزات منخفضة نسبياً، وينخفض تثبيت الفوسفور بالأكسدة إلى حد كبير.

في التربة المعدنية الحمضية، أدنى من مؤشر حمضي pH 5.5 ، تزداد أيونات الألمنيوم، والحديد، والمنغنيز القابلة للذوبان في محلول التربة (الشكل 3 ). تتفاعل هذه الأيونات مع الفوسفات القابل للذوبان وترسبه فوراً، ما يجعل الفوسفور نهاية المطاف غير متوافر للنباتات. كما يثبت الفوسفور أيضاً بأكاسيد الألمنيوم والحديد والمنغنيز في التربة الحمضية. تغطي هذه الأكاسيد الطين والجسيمات الأخرى (الشكل 4). قد يتجاوز تثبيت الفوسفور الكلي بهذه الأغطية ذلك الذي يحدث من الألمنيوم، والحديد، والمنغنيز القابلة للذوبان. قد يحدث التثبيت بأكاسيد في تربة ذات مؤشر حمضي محايد.

عند مؤشر حمضي أعلى من 6.5 إلى 7، تزيد حدة التثبيت بالكالسيوم. كربونات الكالسيوم (الجير) في التربة القلوية، هي السبب السائد الذي يجعلها قلوية. في هذه التربة، يتفاعل الفوسفات والكالسيوم ليُنتجا فوسفات الكالسيوم القابلة للذوبان. تكون هذه الفوسفات عموماً قابلة للذوبان بما يكفي لتلبية متطلبات النباتات من الفوسفور، بينما فوسفات الحديد والألمنيوم ليست كذلك.

تنقسم الفوسفات المرسبة حديثاً من الألمنيوم والحديد والمنغنيز والكالسيوم بدقة. وبالتالي توجد رواسب جديدة من الفوسفات على الأكاسيد على سطح الجسيمات. في كل حالة من هذه الحالات، تكون المناطق السطحية من الفوسفات المترسب عالية، بحيث قد يكون توافر الفوسفات المترسب كافياً لدعم نمو المحاصيل. مع مرور الوقت، تحدث التغييرات في الرواسب بحيث يصبح الفوسفور متوافراً بشكل أقل مما كان عليه في الرواسب الأصلية. وتشكل المركبات المترسبة البلورات الكبيرة، مما يقلل من مساحاتها السطحية ومن توافر الفوسفور المترسب (الشكل 4).

يرحل الفوسفات المترسب على سطح الأكاسيد أكثر عمقاً داخل الأكاسيد، ويترك القليل من الفوسفور قرب سطح الجسيمات ويحد من توافره. كلما طال وجود الفوسفور في التربة، أصبح أقل توافراً بسبب دخوله إلى الأكاسيد وتكوين بلورات كبيرة. خلافاً لبعض المعتقدات، لا تضاف أي ميزة عن طريق تطبيق الفوسفور جيداً قبل زراعة المحاصيل لفترة طويلة لأن الفوسفور يصبح أقل توافراً كلما طال وجوده في التربة. ينبغي أن يحدث تسميد الفوسفور الكامل للمحاصيل في وقت زراعة المحاصيل.

الشكل 4 تمثيل (أ) رواسب جديدة من الفوسفات على سطوح جزيئات التربة و(ب) الرواسب المعمرة التي تصلبت أو رحلت إلى داخل غطاء سطح الجسيمات.

زيادة توافر الفوسفور في التربة والأسمدة

يمكن تخفيض قدرة التربة الحمضية على تثبيت الفوسفور عن طريق تجيير التربة الحمضية. قد يقلل تجيير التربة عند المؤشر الحمضي pH 4 إلى المؤشر الحمضي pH 6.5 ، تثبيت الفوسفور بمقدار النصف. يمكن التعبير عن هذا التأثير في تثبيت أبطأ للفوسفور من الأسمدة، وانخفاض في إجمالي قدرة التربة على تثبيت الفوسفور. زيادة توافر الفوسفور في التربة المجيرة يعود في جزء كبير منه إلى تخفيض الألمنيوم والحديد القابلان للذوبان في المحلول (الشكل 3 و 5 ). يبقى للتربة المجيرة قدرات هائلة لتثبيت الفوسفور، وقد تدعو الحاجة إلى اتخاذ ممارسات إضافية لتحسين توافر الفوسفور في التربة المعدنية.

إضافة المواد العضوية تزيد من توافر الفوسفور. تشكل نواتج المواد العضوية المتفككة نموذجاً معقداً، يسمى كلابي، مع أيونات من الألمنيوم والحديد والمنغنيز لربط أو عزل هذه الأيونات بحيث يخفف تفاعلها مع الفوسفات (الشكل 6). نتيجة لذلك، يبقى الفوسفور في المحلول بوجود المواد العضوية أكثر مما في غيابها. الأحماض العضوية التي تنتُج أثناء تحلل المواد العضوية تسهل أيضاً ذوبان الفوسفات الصعب الذوبان بشكل أساسي بتحويل المواد القابلة للذوبان بصعوبة إلى السوبرفوسفات. هذا الإجراء، في جمعه مع ربط الألمنيوم والحديد يزيد توافر الفوسفور المنقول بالتربة وببطء من مواد مثل الصخور.

تجيير التربة

الحديد والألمنيوم                       الحديد والألمنيوم

القابلان للذوبان في التربة + - OH -----» الحديد والألمنيوم المترسبان

]Fe(OH)₃ and AL(OH)₃ ]          [ Al+++ and Fe+++ [

الشكل 5 إزالة الحديد والألمنيوم من محلول التربة بالترسب عن طريق تجيير التربة.

تطبيق المادة العضوية وجمعها مع التجيير قد يزيد توافر الفوسفور من الأسمدة أكثر من تطبيق إحدى المواد منفردة. يقلل التجيير من الألمنيوم، والحديد، والمنغنيز، القابلة للذوبان، والمواد العضوية تجمع وتعقد بعض الأيونات التي تدخل المحلول بحيث يتم تقليل قدرة تثبيت التربة بشكل ملحوظ.

يؤثر الفوسفور الناتج من المواد العضوية في التربة أكثر من الفوسفور في المواد غير العضوية، بحيث تكون الأسمدة العضوية، مثل الأسمدة والروث، أكثر فائدة في التربة المجيرة مما في التربة الشديدة الحموضة.

الفوسفات الصخري، على الرغم من أنه يتطلب أحماض التربة ليتحلل، لا يعمل جيداً في التربة الشديدة الحموضة. في التربة حيث المؤشر الحمضي pH تحت 5، تكون تركيزات الألمنيوم والحديد عالية جداً لدرجة أن أي فوسفور يذوب من الصخور يترسب قبل أن يتمكن من التنقل مسافة كافية في التربة لتحصل عليه جذور النباتات.

يتحرك الفوسفور من حبيبات الأسمدة الكيميائية إلى مسافة قصيرة فقط في التربة - أقل من سنتيمتر عن الحبيبة - قبل أن يترسب. لتفادي التفاعل السريع للفوسفور مع التربة، توضع الأسمدة الكيميائية - وحتى وجبات العظام أو الخبث (الركام) الأساسي - ضمن مجمعات محلية قرب جذور النباتات (الشكل 7).

الشكل 6 تفاعل الحديد والألمنيوم في التربة الحمضية (أ) من دون إضافة المواد العضوية، و(ب).

الشكل 7 رسومات تخطيطية لأماكن وضع الأسمدة (أ) في مجمعات 2 بوصة إلى الجانب و 2 بوصة تحت البذور (أو الشتلة المزروعة) و (ب) انتشار الجذور بالقرب من مجمعات الأسمدة.

عادةً، يتم وضع هذه المجمعات بنحو 2 بوصة إلى الجانب و 2 بوصة إلى الأسفل من صف المحاصيل أو البذور في الزراعة. الأسمدة الكيميائية الحديثة هي كريات محبحبه أو على شكل حبيبات، حيث إنها تتدفق بشكل أفضل ولا تتخثر. علاوة على ذلك، تخفض الكريات أو الحبيبات اتصال الفوسفور بالتربة حيث يقل التثبيت. لا يلزم تطبيق هذه الأسمدة بمجمعات. يجب أن يكون الفوسفات الصخري مطحوناً جيداً لا يوضع ضمن مجمعات. فوسفات الصخور قابل للذوبان بصعوبة لذا فإنه ينبغي أن يخلط جيداً في التربة لزيادة تفاعله من خلال الاتصال مع أحماض التربة.

مصير الفوسفور المثبت

الفوسفور الذي يتم تثبيته عادة لا يضيع من التربة. إنه لا يتسرب إلى المياه الجوفية ولكن يبقى موجوداً في موقعه في التربة، ما عدا في الرمال أو في التربة القليلة الألمنيوم والحديد جداً. سوف تحافظ التربة المخصبة بشدة على فوسفورها، ما لم يأخذ التآكلُ التربة السطحية. فدان من التربة الخصبة بالطبيعة قد يحتوي على 1600 رطل من الفوسفور في جزء ال 6 بوصات العلوي. بعد سنوات من التخمير قد يتجمع الفوسفور بما يزيد على 4000 رطل لكل فدان.

يتوفر هذا الفوسفور ببطء. إذا كان الاحتياطي من الإضافات السابقة كبير بما يكفي، قد يكون التخمير اللاحق غير ضروري، أو سوف يحتاج تطبيقات صغيرة من الفوسفور فقط. تعطي اختبارات التربة تقييماً جيداً لخصوبة التربة في ما يتعلق بالفوسفور، وتوفر أساساً جيداً للتوصيات لتطبيقات أسمدة الفوسفور.

الجدول 2

محتويات الفوسفور في أعلى 6 بوصات من فدان من التربة

مقتبس من التربة والرجال، الكتاب السنوي للزراعة عام 1938 ، ص 381 ، وزارة الزراعة في الولايات المتحدة، واشنطن، العاصمة.

تكون بعض أنواع التربة ذات طبيعة أكثر خصوبة بالفوسفور من غيرها، ولكن حيز تركيزات الفوسفور في التربة غير المسمدة ليست كبيرة (الجدول 2 ). كمية صغيرة فقط من الفوسفور تكون متاحة في منطقة حراثة ( 6 بوصات العليا) التربة في أي وقت، عادة أقل من 1 رطل لكل فدان. في منطقة الحراثة، يكون ثلث إلى نصف الفوسفور موجود في المادة العضوية. في باطن الأرض، تحت منطقة الحراثة، يكون أقل من خمس الفوسفور موجود في المواد العضوية.