چرخه ازت در کشاورزی- بخش اول

کودهای دامی و سایر محصولات آلی و کودهای تجاری که در کشاورزی استفاده می شود حاوی ازت می باشد. ازت یک ماده مغذی مهم گیاهی است که در بیشتر خاک های شنی کمبود دارد. بنابراین استفاده از کودهای دامی یا آلی یا کودهای شیمیایی برای تولید حداکثر بازدهی اقتصادی ضروری است.  با این حال اگر این مواد به درستی استفاده نشوند در اثر آب باران یا سیستم آبیاری ، ازت خاک شسته شده و وارد منابع آب های زیرزمینی یا آب های سطحی نزدیک مزرعه می شوند. درک واکنش ازت در خاک، از یک سو برای رسیدن به بیشترین رشد گیاه و افزایش بازدهی محصول ضروری است و از سوی دیگر باعث کاهش اتلاف ازت در محیط و آلودگی آب ها خواهد شد.

 

چرخه ازت

در اینجا در خصوص چرخه ازت در تولید دانه های غلات (ذرت و گندم و جو) با در نظر گرفتن ضایعات آنها که در مزرعه باقی می ماند بحث خواهد شد. باقیمانده محصولات زراعی که در مزرعه باقی مانده اند یا توسط شخم با خاک سطحی مخلوط می شوند منبعی از ماده آلی برای خاک را فراهم می کند.این ماده آلی، حاوی اشکال مختلف ازت بوده اما برای گیاه در حال رشد قابل استفاده نیست. البته میکروارگانیمسهای موجود در خاک ، این ازت را به ازت قابل استفاده برای گیاه تبدیل می نمایند. ازت غیرآلی توسط ریشه گیاه جذب شده و در فرآیند رشد شرکت می کند. چرخه فوق با برداشت این محصول تکرار می شود . این توضیحات یک نمونه بیش از حد ساده شده از چرخه ازت می باشد. 

منابع ازت

ضایعات یا باقیمانده های گیاهی تنها منبع  ازت در خاک نیستند. بلکه کارخانجات مختلف، کودهای ازته را  ساخته  و در شکل تجاری به فروش می رسانند تا در مزارع استفاده شود. بیشتر کودهای تجاری در یکی از دو شکل آمونیوم یا نیترات می باشند که ازت آنها برای گیاه قابل استفاده است. البته شکل دیگر ازت که در کارخانجات تولید می شود اوره می باشد که وقتی به خاک افزوده می شود توسط آنزیمهای میکروارگانیسم های موجود در خاک به آمونیوم تبدیل می شود. کودهای ازته شیمیایی که حاوی آمونیوم ، نیترات و اوره هستند ، کودهای "سریع رهش یا انتشار سریع" هستند که به سرعت در دسترس گیاه قرار می گیرند.به عبارت دیگر ازت موجود در کودهای شیمیایی تقریباً بلافاصله پس از استفاده در آب حل می شود. بنابراین ازت حل شده می تواند خطر زیست محیطی سریع محسوب شود.لذا در زمان هایی که گیاه زراعی به طور فعال در حال جذب ازت است کودهای آهسته رهش وقتی که به مقدار نسبتا کم (در هر بار کوددهی) به کار می رود موثرتر هستند. برخی از شرکت ها، کودهایی تولید می کنند که آهسته رهش یا انتشارشان کنترل شده است که در حقیقت ازت قابل استفاده برای گیاه را با تاخیر آزاد می شود. ازت موجود در کودهای ازته انتشار آهسته یا کنترل شده نسبت به کودهای انتشار سریع ،  در هر بار که استفاده می شود ازت بیشتری توسط گیاه جذب می شود. البته اگر هر سه کود انتشار سریع یا آهسته یا کنترل شده به طور نامناسبی استفاده شوند خطر مساوی برای محیط زیست خواهند داشت.

ازت موجود در اصلاح کننده های آلی خاک مانند کودهای حیوانی، کمپوست ها یا بیوسولیدها (مواد فرآوری شده از فاضلاب شهری) بیشتر در شکل ازت آلی بوده و برای گیاهان قابل استفاده نیست (یعنی ازت در کلروفیل ، پروتئینها و غیره قرار دارند و به سرعت قابل استفاده نیستند) و مقادیر کمی از آن که به صورت معدنی ، قابل استفاده برای گیاه می باشد (بیشتر به شکل آمونیوم). لذا اصلاح کننده های آلی بیشتر از فضولات حیوانی و ضایعات گیاهی تشکیل شده اند و ازت آلی موجود در آنها باید توسط میکروبهای خاک به آمونیوم تبدیل شود. 

منبع دیگر ازت خاک، اتمسفر است. هوای اطراف زمین از 72 درصد ازت تشکیل شده که به شکل N2 بوده و خنثی و غیرفعال می باشد. در حالی که بیشتر گیاهان و حیوانات قادر به استفاده از N2 نیستند ، چند میکروب تخصصی در خاک وجود دارد که می توانند این ازت را به ازت قابل استفاده برای گیاه تبدیل کنند. این میکروب ها می توانند در خاک به تنهایی زندگی کنند یا می توانند در ریشه های لگوم هایی از قبیل سویا ، یونجه ، شبدر، نخودها و ... ساکن شوند. علاوه بر باکتریهای تثبیت کننده ازت ، رعد و برق نیز می تواند گاز N2 را به فرم های قابل استفاده برای گیاه تبدیل کند همچنین احتراق سوخت های فسیلی باعث اضافه شدن ازت به جو می شود. در زمان بازندگی، این منبع ازت  می تواند از طریق نزولات آسمانی به زمین بازگردد. به جز ازت تثبیت شده توسط باکتری ها، مقدار ازتی که از منابع جوی به خاک افزوده می شود در مقایسه با مقداری توسط مواد آلی و کودهای تجاری اضافه می شود ناچیز می باشد.

رفتار  ازت موجود در خاک

همه شکلهای ازت در خاک به مرور دچار تغییر فرم می شود. همانطور که اشاره شد باکتری های موجود در خاک ازت موجود در ضایعات گیاهی و اصلاح کننده های آلی را به ازت  قابل استفاده برای گیاه تغییر شکل می دهند که به این فرآیند معدنی شدن (mineralization) می گویند که محصول نهایی آن، آمونیوم بوده و توسط ریشه های گیاه قابل جذب می باشد. اگر آمونیوم درسطح خاک باقی بماند ، توسط فرآیندی به نام فرار شدن (volatilization) ، به صورت گاز آمونیاک به جو وارد شده و تلف می شود. با افزایش pH خاک ، خطر فرار گاز آمونیاک نیز بیشتر می شود. آمونیاک یک گاز گلخانه ای محسوب شده که می تواند باعث تغییرات جهانی آب و هوا است. آمونیوم همچنین می تواند توسط میکروب های خاک از طریق فرآیندی به نام نیتریفیکاسیون به نیترات تبدیل شود. نیتریفیکاسیون معمولاً به سرعت (در طی چند روز) در شرایط طبیعی انجام گیرد. استفاده از یک مهارکننده  نیتریفیکاسیون  یا اوره آز (urease or nitrification inhibitor) می تواند نیتریفیکاسیون را کند کرده و از چند روز به چند هفته برساند ، اما در نهایت، نیتریفیکاسیون  اتفاق می افتد.

همانند آمونیوم ، نیترات خاک نیز توسط گیاهان و از طریق ریشه قابل جذب است. آبی که از میان خاک به سمت پایین نفوذ می کند می تواند نیترات را به آب های زیرزمینی منتقل کند. اما اگر خاک برای مدت زمان طولانی از آب اشباع باشدو اکسیژن خود را از دست بدهد نیترات توسط میکروب ها به گاز تبدیل شده و از طریق فرآیندی به نام دنیتریفیکاسیون به اتمسفر وارد و تلف می شود.

ازت و آلودگی آب ها

بعد از بارندگی زیاد یا آبیاری سنگین، ازت توسط آب موجود در خاک ممکن است وارد آب های زیر زمینی یا آب های سطحی شود. زمانی که میزان بارندگی یا آبیاری بیش از ظرفیت نفوذ خاک باشد روانآب ایجاد می شود. این روانآب قادر است ازت خاک را به علاوه کود حیوانی یا شیمیایی یا ضایعات گیاهی که برای باروری زمین استفاده شده منتقل کرده و وارد دریاچه ها، برکه ها یا رودها نماید. علاوه بر آن، نیترات موجود در خاک و کودهای نیتراته ممکن است توسط آب، از میان خاک گذشته وارد آب های زیرزمینی (منبع آب آشامیدنی انسان ها است) یا چشمه ها شود. 

وقتی ازت وارد آب شود باعث آلوده شدن آن خواهد شد. اوترفیکاسیون (Eutrophication) یعنی غنی سازی آب با مواد مغذی است که منجر به رشد بیش از حد گیاهان آبزی (عمدتا جلبک ها) می شود. با گذشت زمان ، کاهش اکسیژن در آبهای آلوده که مواد مغذی بیش از حد وارد آن شده (Eutrophic) رخ داده و می تواند منجر به مرگ ماهی ها و تولید بوی ناخوشایند شود. در اغلب اوقات نمی توان از آب اتروفیک یا آلوده به مواد مغذی برای ماهیگیری ، شنا ، قایقرانی یا سایر فعالیت های تفریحی استفاده کرد.

آزمایش خاک برای ازت

بر خلاف سایر مواد مغذی گیاه ، اکثر آزمایشگاه ها به طور مرتب ازت خاک را آزمایش نمی کنند زیرا چرخه ازت بسیار پویا است. طبیعت پویایی چرخه ازت بدین معنی است که اشکال محتلف آن  در محیط به طور مداوم در حال تغییر است.

ادامه دارد

منبع:

https://www.udel.edu/academics/colleges/canr/cooperative-extension/fact-sheets/nitrogen-cycling-in-agriculture/

https://bwsr.state.mn.us/sites/default/files/2019-07/UnderstandingNitrogenCycleinSoils.pdf