حالة العناصر الغذائية في التربة

يستطيع المزارعين قياس مستويات العناصر الغذائية في اراضيهم عن طريق اخذ عينات من التربة الى مراكز اختبار الأراضي. وهذه المراكز وبمعرفة المستويات المثلى من العناصر الغذائية في التربة تقترح كميات الأسمدة التي يجب إضافتها لمواجهة احتياجات محصول ما من العناصر الضرورية. ولتحقيق ذلك فيجب أن نكون على دراية تامة بحالة وسلوك هذه العناصر في التربة.

النيتروجين Nitrogen

يوجد النيتروجين في التربة في حالة تغير ديناميكية مستمرة حيث يتأثر محتواه في التربة باستمرار بعمليات الإضافة المختلفة وكذلك بعمليات الفقد المختلفة. وسلسلة الإضافة والفقد والتغير التي تحدث للنيتروجين في التربة يطلق عليها دورة النيتروجين Nitrogen cycle . والجزء الأساسي من هذه الدورة الطبيعية يتم بفعل ميكروبات التربة. فيضاف النيتروجين الى التربة من النيتروجين الغازي (N₂) الموجود في الجو , وهي صورة غير مستعملة بالنبات حيث تقوم البكتريا التكافلية Symbiotic والغير تكافلية Nonsymbiotic باستعمال هذا النيتروجين لتكوين البروتين في أجسامها, وعندما تموت هذه البكتريا فتقوم ميكروبات اخرى بمعدنة هذا البروتين لتكوين ايونات الأمونيوم (⁺NH₄). هذه الأيونات يمكن أن تؤخذ بواسطة النباتات , ولكن معظمها يتحول بواسطة البكتريا (عملية التأزت Nitrification) الى ايونات النتريت (^-NO₂) ثم الى ايونات النترات (NO^-₃). وأيونات النيترات تؤخذ بواسطة النبات أو الميكروبات التي في التربة. أو تعود الى الجو على صورة غاز خلال عملية عكس التأزت Denitrification.

ودورة النيتروجين الكاملة تشمل بعض العمليات الغير بيولوجية. فهناك نوعين من عمليات التثبيت تضيف النيتروجين الى التربة. ففي الاولى يحدث أثناء العواصف الجوية أن تنشأ طاقة تؤدي الى اتحاد غازي النيتروجين والأوكسجين لتكوين ثاني اوكسيد النيتروجين (NO₂)  الذي يذوب في بخار الماء لينتج حمض النيتريك (HNO₃) ويصل الى التربة مع سقوط الأمطار والثلوج . والعملية الثانية , وفيها تثبت كمية كبيرة من النيتروجين من الجو في مصانع السماد والتي تضاف الى التربة عن طريق المزارعين في تسميد أراضيهم .

ويحدث للنيتروجين فقد غير حيوي من التربة. فأيونات النيترات لها شحنة سالبة فلا تدمص على سطوح الغرويات ولذلك فيسهل فقدها من التربة . وبالرغم من أن الأمونيا لا تتعرض للفقد بالغسيل (بسبب إدمصاصها على سطوح غرويات التربة). فإنها قد تتعرض للفقد من التربة بواسطة عملية التطاير Volatilizaation. فأيونات الأمونيوم تتفاعل مع أيونات الأيدروكسيل كما في التفاعل التالي :

NH₄+OH^-→NH₃+H₂O

لتكوين غاز الأمونيا Ammonia الذي يتطاير في الجو . ومن هذه المعادلة يتضح انه عند جفاف التربة , فيفقد الماء من التربة وهذا يؤدي الى تكوين غاز الأمونيا . وإذا كانت التربة قلوية التأثير , فإن التفاعل يتجه الى اليمين بسبب زيادة أيونات الهيدروكسيل . ولذلك فإن فقد الأمونيا يحدث في ظروف التربة القلوية والجافة.

وبالإضافة الى الفقد من العمليات السابقة فإن كمية كبيرة من النيتروجين تفقد سنوياً عن طريق حصاد المحاصيل او قطع أشجار الغابات الذي قد يؤدي الى استنزاف التربة من هذا العنصر.

ولموجهة الفقد الزائد للنيتروجين من التربة ولزيادة الانتاج الزراعي , فعلى المزارعين في نظام الزراعة العضوية إضافة مزيد من النيتروجين عن طريق اضافة الأسمدة العضوية او بزراعة المحاصيل البقولية . فزراعة النباتات البقولية ضمن الدورة الزراعية المتبعة في الحقل من أهم الطرق التي بواسطتها يمكن بواسطتها يمكن المحافظة على مستوى معقول من النيتروجين اللازم لباقي المحاصيل التي تزرع ضمن الدورة حيث تقوم البكتريا العقدية Nodule bacteria التي تعيش في العقد الجذرية التي تتكون في جذور النباتات البقولية بتثبيت النيتروجين الجوي .

الفوسفور

تختلف الأراضي في محتواها من الفوسفور تبعاً لعدد من العوامل أهمها المناخ . وكثير من الأراضي تحتوي كميات كبيرة من الفوسفور , ولكن الكثير منه صالح لامتصاص النباتات . والفوسفور الموجود في صور غير ذائبة والغير حرة لنمو النبات يطلق عليه مثبت Fixed ويأتي الفوسفور المتواجد في التربة من مصادر معدنية أو عضوية أو كلاهما.

• المصادر المعدنية

أهم هذه المصادر معدن الأباتيت Apatite ويعتبر المصدر الرئيسي للفوسفور المعدني في التربة وقد يوجد على الصور التالية :

• فلور أباتيت (Ca₁₀ (PO₄)₆ F₁₂)
• الكلورو أباتيت (Ca₁₀ (PO₁)₆ Cl₁₂)
• الهيدروكس أباتيت (Ca₁₀ (PO₄)₆ (OH)₂)
• معدن الفاريسيت Varicite  AL(OH)₂H₂PO₄
• معدن السترينجيت Stringite (Fe(OH)₂PO₄)

• المصدر العضوي

يوجد الفوسفور العضوي في المادة العضوية بالتربة في أحد الأشكال الآتية :

• السكريات المفسفرة Phisphorylated
• الفايتين Phytin
• الأحماض العضوية
• مركبات عضوية اخرى كثيرة

وتتعرض مركبات الفوسفور العضوي بالأرض الى نشاط انواع مختلفة من الكائنات الدقيقة.

والتفاعلات التي تؤدي الى تثبيت الفوسفات سواء كانت من مصدر معدني أو عضوي تعتمد على درجة حموضة التربة Soil pH. ففي الأراضي شديدة الحموضة (pH يتراوح بين 3.5 و 4.5 ) , يتكون فوسفات الحديد الغير ذائب . وبين pH 4 و 6.5 , فإن كثير من الفوسفور يتفاعل مع الألومونيوم . وفوسفات الكالسيوم له أهمية بين pH 7 و9 . وأعلى قابلية للاستفادة للفوسفور تقع عند pH 6.5 في الأراضي المعدنية , ولكن المدى بين pH 6 و7 يكون مرضي لمعظم المحاصيل.

وبالنسبة بين 25 , 90 في المائة من الفوسفور الذي في التربة هو جزء من المادة العضوية في التربة . فالمادة العضوية هي مخزن هام للفوسفور . وبامتصاص النبات للفوسفور من محلول التربة , فإن الفوسفات المخزنة (مثبته أو في صورة عضوية) تتحرك من الصور الاخرى وتصبح ذائبة . وفي قمة موسم النمو , فإن فوسفات محلول التربة قد يحدث له إحلال من الفوسفور المخزن عدة مرات يومياً . وفي كثير من الأراضي , فإن النباتات لا تستطيع أخذ احتياجاتها من الفوسفور المخزن بالدرجة السريعة الكافية أقصى إنتاج من المحصول . ولهذا السبب , فإنه على المزارعين تسميد التربة لتعويض ما يتم تثبيته من الفوسفور . ويتحرك الفوسفور قليلاً في التربة المعدنية , فهو يتحرك فقط بالانتشار لمسافة صغيرة تصل الى 1/4 بوصة وهذه الحركة المحدودة لها معنى هام في إدارة الأراضي . فالفوسفور لا يتحرك الى أسفل في قطاع التربة قبل النيترات وبدلاً من الغسيل , فالفوسفور يفقد عادة نتيجة لعملية انجراف التربة . وبسبب الحركة المنخفضة للفوسفور , فيجب وضع سماد الفوسفات قريب من جذور النبات حيث يمكن الاستفادة منه . ومن المهم وضع الفوسفات قرب البذور عند زراعتها أو خلطه في التربة قرب جذور النبات .

وامتصاص الفوسفور من التربة يعتمد على عدد من الظروف كما يلي :

• درجة pH التربة تحدد تثبيت الفوسفور في التربة , ويكون في صورة حرة عند pH من 6 - 7.
• الأراضي الجافة تد من انتشار الفوسفور الى الجذور , ولذلك تأخذ النباتات الفوسفات افضل من التربة الرطبة
• الاوكسجين مطلوب لتحطيم الفوسفات العضوية , كما أن الجذور تحتاج أيضاً لامتصاص العناصر . وعلى ذلك فإن التربة المفككة جيدة الصرف تحسن من استعمال الفوسفور .
• التربة الباردة تبطئ من نشاط الكائنات الحية الدقيقة في التربة والتي تعمل على انطلاق الفوسفور الى المحلول , تبطئ معدل الانتشار الى الجذور وتبطئ نمو الجذور . وبالإضافة الى ذلك , يقل تنفس الجذور أيضاً , تقل طاقة الجذور اللازمة لامتصاص الفوسفور.
• الاتزان الكلي للعناصر الغذائية يحسن من امتصاص الفوسفور , بينما مستوى عال من الزنك يخفض امتصاصه.
• التلقيح بالميكوريزا لجذور النباتات يساعد على امتصاص الفوسفور خاصة في الأراضي التي تعاني من نقص الفوسفور الصالح للامتصاص.

واختبار التربة يمكن أن يعطي المزارع فكرة عن احتياج المحاصيل للفوسفور.

البوتاسيوم  Potassium

يأت البوتاسيوم المتواجد في التربة من عدد من المعادن الشائعة مثل الفلسبارات Feldspars والميكا Micas وتجوية هذه المعادن تؤدي الى انفراد البوتاسيوم الى محلول التربة على صورة كاتيون البوتاسيوم . وهذا الأيون يمكن امتصاصه بسهولة بواسطة جذور النباتات. وقليل من البوتاسيوم يمكن ان يصبح جزء من المادة العضوية في التربة , ولذلك فإن معظم البوتاسيوم يمكن تخزينه في التربة بالادمصاص والتثبيت .

وأيونات البوتاسيوم تحمل شحنة موجبة ولذلك تدمص على سطوح غرويات التربة. وفي معظم الأراضي المعدنية , تكون كمية قليلة من البوتاسيوم مذابة فقي محلول التربة وكمية كبيرة من هذه الكاتيونات تشغل مواقع التبادل الكاتيوني على سطوح الغرويات . ويسمى بالبوتاسيوم المتبادل Exchangeable potassium . وكلا من البوتاسيوم المتبادل في المحلول يمكن أن تمتصها النباتات .

والبوتاسيوم يمكن أن يثبت أيضاً بواسطة معادن الطين 2 : 1 . فمعادن الإليت Ilite والالفيرميكوليت Vermiculite يمكن ان تمسل أيونات البوتاسيوم بين طبقات هذه المعادن . وهذا البوتاسيوم يمكن أن ينطلق ببطيء عندما ينخفض مستوى البوتاسيوم في محلول التربة .

ويتحرك البوتاسيوم في التربة بسهولة أكثر من الفوسفور , ولكنه يتحرك بدرجة أقل من النيتروجين . وبسبب ادمصاص البوتاسيوم على غرويات الطين أو الغرويات العضوية , فهي أقل حركة في التربة ناعمة القوام . ويمكن أن يغسل البوتاسيوم من الأراضي الرملية , ولكن بدرجة أقل بكثير في الأرض الطينية .

هذا ويعتبر الاتزان بين صور البوتاسيوم المختلفة هو العامل الأول في تحديد خصوبة التربة بالنسبة للبوتاسيوم. ويتأثر هذا الاتزان بعدة عوامل منها :

1. الكالسيوم: زيادة الكالسيوم في الأراضي يؤدي الى انخفاض كمية البوتاسيوم القابل للاستفادة بالنبات .
2. درجة التهوية : حيث تزيد كمية البوتاسيوم القابل للاستفادة بزيادة التهوية .
3. ثاني اوكسيد الكربون : الزيادة منه تقلل كمية البوتاسيوم القابل للاستفادة في التربة .

العناصر الثانوية Secondary Nutrients

الكالسيوم:

يأتي الكالسيوم الى التربة من تجوية عدد من الصخور والمعادن الشائعة لدرجة أن معظم الأراضي تحتوي كالسيوم كافي لإمداد احتياجات النبات والأراضي الناتجة من مادة أصلية مرتفعة في محتواها من الجير Lime قد تكون جبرية –تحتوي على مستويات مرتفعة من الجير الحر . ويمكن التعرف على الأراضي الجيرية بمعاملتها بحمض أيدروكلوريك مخفف فيحدث فوران وخروج فقاقيع هي عبارة عن ثاني أكسيد الكربون والكالسيوم لا يثبت في التربة , ولا يمسك في المادة العضوية ويشغل معظم موقع التبادل على سطوح معقدات التبادل في التربة . وتخزين الكالسيوم في التربة يعتمد على السعة التبادلية الكاتيونية للتربة .

ونقص الكالسيوم نادراً ما يحدث , ولكن عندما يحدث فيحدث في الأراضي الرملية أو الحامضية . والأرض الجافة قد تحد من امتصاص الكالسيوم . وزيادة البوتاسيوم في التربة قد يسبب نقص في الكالسيوم في خلايا النبات بسبب ان النباتات تأخذ البوتاسيوم والكالسيوم بنسبة هي نفس نسبة تواجدها في التربة . فعندما يكون مستوى البوتاسيوم في التربة عال , فان النباتات تأخذ كالسيوم قليل .

وبسبب أن الكالسيوم مطلوب لبناء خلايا جديدة, فمعظم علامات النقص تشكل مشكلة بالنسبة للقمم النامية Shoot tips . فالقمم النامية قد تصبح رخوة مثل الجيلي بسبب ضعف الجذر الخلوية . وبسبب أن الفواكه تحتاج نفس المادة , فقد يظهر عليها أعراض نقص الكالسيوم أيضاً . فكثير من مزارعي التفاح, على سبيل المثال, تمنع البقع المائية Water core برش الأشجار بالكالسيوم . ومرض الطماطم المسمى Blossom-end rot يحدث أيضاً عند جفاف التربة ويقل حركة الكالسيوم الى جذور الطماطم .

المغنيسيوم Magnesium

يأتي المغنيسيوم في التربة من تجوية المعادن المحتوية على المغنيسيوم في صورة كاتيون . ويمسك المغنيسيوم على الطين بقوة أقل من القوة التي يمسك بها الكالسيوم , ولذك يكون أكثر قابلية للغسيل . وعلى ذلك فالأراضي المنخفضة في محتواها من المغنيسيوم تكون أكثر شيوعاً عن الأراضي المنخفضة في الكالسيوم . ويلاحظ أن الأراضي الخشنة القوام المغسولة تحتاج الى التسميد بالمغنيسيوم . والأراضي ذات المحتوى العالي من البوتاسيوم قد تسبب نقص المغنيسيوم في النباتات النامية بهذه الأراضي .

الكبريت  Sulphur

معظم كبريت التربة يأتي من تجوية معادن الكبريتات مثل الجبس gypsum . وأيون الكبريتات هو الصورة المستعملة بالنباتات . وتحتوي المادة العضوية حوالي من 70 الى 90% من كبريتات التربة , وحيث أنها قابلة للغسيل , فالطبقات السطحية من التربة غالباً منخفضة في الكبريت .

وتسقط على بعض المناطق الأمطار الحمضية , وقد اكتسبت هذه الأمطار حموضتها من ذوبان أكاسيد الكبريت المتصاعدة من مداخن المصانع في المناطق الصناعية . ويجب الإشارة الى انه بالإضافة الى الفائدة من هذه الأمطار فلا يجب أن نتجاهل التأثر الضار لهذه الأمطار والتي يشمل التلوث المدمر للنباتات المنزرعة في هذه المناطق إذا ما زادت تركيزات الكبريت والحموضة بهذه الأمطار, تحميض التربة , قتل الأحياء المائية في كثير من البحيرات , بالإضافة الى المشاكل الصحية التي تحدث للإنسان والحيوان .

ويضاف الكبريت الى التربة مع معض الأسمدة أو المصلحات التي تحتوي على الكبريت , كما يضاف الجبس (كبريتات الكالسيوم) عند استصلاح الأراضي الصودية. كما يضاف زهر الكبريت الى الأراضي الصودية الذي يتأكسد الى حامض الكبريتيك وفي وجود كربونات الكالسيوم بهذه الأراضي تتكون كبريتات الكالسيوم الذي يمد الارض بأيون الكالسيوم فيحل محل أيون الصوديوم على سطوح غرويات التربة .

والأراضي التي تتعرض للغسيل والمنخفضة في محتواها من المادة العضوية قد تكون فقيرة في الكبريت, وعلى العكس من ذلك, فالأراضي الغنية في المادة العضوية تكون أقل عرضة للنقص قفي الكبريت.

المصدر

ماهر جورجي نسيم. 2008. الزراعة العضوية (اساسيات وتقنيات).