عناصر کم مصرف

عناصر غذایی کم مصرف برای رشد گیاه ضروری هستند ، اما در مقادیر بسیار کمتری نسبت به عناصر غذایی پرمصرف مورد نیاز هستند. هشت ریز مغذی عبارتند از: بر (B) ، کلرید (Cl) ، مس (Cu) ، آهن (Fe) ، منگنز (Mn) ، مولیبدن (Mo) ، نیکل (Ni) و روی (Zn). 

 به دلیل اینکه فقط یک منبع محدود از این عناصر غذایی کم مصرف در خاک وجود دارد ، انتظار می رود کمبود ریز مغذی ها با گذشت زمان شایع تر شود ، به خصوص اگر مواد آلی خاک همچنان رو به کاهش باشد ، کود دامی به خاک اضافه نشود و اکثریت گیاه برداشت شده و ضایعات آن نیز از مزرعه جمع آوری شود.

پنج مورد از عناصر کم مصرف (مس ، آهن ، منگنز ، نیکل و روی) از فلزات هستند و لذا  در آب خاک به صورت یون هایی با بار مثبت هستند(کاتیون ها). فلزات تمایل دارند به طور مشابه در خاک رفتار کنند و در ابتدا مورد بحث قرار خواهد گرفت. سه عنصر کم مصرف دیگر (B ، Cl ، Mo) به صورت مولکول هایی با بار خنثی یا منفی در آب خاک وجود دارند (که در اینجا به آنها «عناصر کم مصرف آنیونی» گفته می شود) ، و پس از فلزات مورد بحث قرار می گیرند.

چرخه عناصر کم مصرف - چرخه فلزات

فلزات به یکی از چهار شکل در خاک وجود دارند: معدنی ، آلی ، جذب شده(با خاک) یا محلول. بیشتر فلزات موجود در خاک به مواد معدنی و آلی (OM) متصل بوده و در دسترس گیاهان نیستند. فلزات جذب شده نیز سومین بخش را تشکیل می دهد و به طور کلی اتصال مخکمی با سطح خاک دارند. اگرچه فلزات معدنی ، آلی و جذب شده بلافاصله برای گیاه قابل جذب نیستند ، اما می توانند به آرامی به محلول خاک آزاد شوند. غلظت فلزات محلول که شکل چهارم هستند معمولاً بسیار کم است.

غلظت فلزات موجود در گیاه را می توان با یک عصاره آلی مانند DTPA می توان تخمین زد. غلظت کل فلزات در خاک (که با استخراج توسط اسیدهای قوی مشخص می شود) به طور کلی به میزان زیادی بیشتر از فلزات قابل جذب برای  گیاه است(جدول 1). مهمتر از همه ، غلظت آهن قابل جذب  کمتر از 0.1٪ میانگین غلظت کل آهن خاک را نشان می دهد. 

فرآیندهای تعیین کننده مقدار فلزات قابل جذب در محلول خاک عبارتند از: جذب گیاه ، جذب / دفع ، رسوب / انحلال ، معدنی شدن / بیحرکتی ، فرسایش و برداشت محصول (شکل 1).

جدول 1- غلظت کل فلزات ضروری و غلظت قابل جذب بودن آنها در مونتانای آمریکا

فلز	متوسط غلظت کل در خاک(ppm)	متوسط غلظت آزمایش خاک(ppm)
مس	30	2
آهن	38000	15.8
منگنز	600	12.4
نیکل	40	***
روی	50	1.2

تصویر1- چرخه فلزات کم مصرف

جذب توسط گیاه

گیاهان فلزات را به صورت کاتیون جذب می کنند (یونهای با بار مثبت و حل شده). مقدار معمول جذب توسط محصول دارای دامنه ای از کمتر از حدود 0.1 کیلوگرم در هکتار برای نیکل و مس تا حدود 0.5 کیلوگرم در هکتار برای آهن می باشد اگرچه این مقادیر تا حدود زیادی به محصول بستگی دارد. تراکم فلزات ضروری در ماده خشک بافت گیاهی بین تقریبا 0.5 ppm برای نیکل تا 100 ppm برای آهن می باشد که این مقدار نیز براساس نوع گونه گیاهی بسیار متغیر است. برای مقایسه، تراکم ازت در بافت خشک گیاهی تقریبا 10000تا 50000 ppm است. با اینکه تراکم فلزات به طور قابل توجهی نسبت به تراکم ازت کمتر است اما آنها به طور حتم برای وظایف سلولی و رشد گیاه ضروری هستند.  

جذب فلزات توسط گیاهان تا حدودی به غلظت سایر مواد مغذی وابسته است. برای مثال، غلظت زیاد مس، منگنز، مولیبدن، نیکل یا روی سبب کمبود آهن شده است. به علاوه، گیاهانی که کود نیترات دریافت کرده اند نسبت به آنهایی که کود آمونیوم دریافت کرده اند شانس بیشتری برای کمبود آهن خواهند داشت آن هم به دلیل تفاوتهای PH در منطقه ریشه است.

جذب فلزات به طور قابل ملاحظه ای بین محصولات تغییر می کند و حتی بین نوع واریته و رقم یک محصول نیز این موضوع صادق است. برای مثال، در خاک هایی که کمبود روی دارند چاودار ، روی را تقریبا 40 درصد کمتر از گندم زمستانه  جذب می کند. با این حال در خاکی که کود روی دریافت کرده چاودار تقریبا 60 درصد بیشتر از گندم زمستانه روی را جذب کرده است. از بین 5 غله دانه ریز و براساس مقایسه تولید ماده خشک اندام های هوایی (ساقه یا  shoot) در خاک آهکی، گندم دروم ظاهرا بیشترین تاثیر را به وسیله کمبود روی داشته است. 

یک مطالعه مشابه بر روی 13 گونه یونجه نشان داد که گیاهانی که در خاک های کمبود روی رشد می کنند ، بیوماس  اندام های هوایی  خشک شده 68 تا 85 درصد کمتر از زمانی بود که این محصولات در  خاک های مشابه که کود روی دریافت کرده بودند داشتند. نتایج آرمایشات دیگر  نشان می دهد که جذب روی و حساسیت به خاک هایی که کمبود روی دارند وابستگی زیادی به محصول و رقم دارد.

تراکم فلز محلول در خاکی که ماده آلی بسیار کمی دارد می تواند کمتر از مقدار لازم برای رشد کافی گیاه باشد ، که نشان دهنده اهمیت ماده آلی در افزایش قابل دسترس بودن و جذب عناصر فلزی کم مصرف  است. چرا ماده آلی به افزایش حلالیت و جذب گیاهی فلزات کمک می کند؟ "کلاته کردن" (chelation) فرایندی است که یک ماده آلی حل شده یا "کلات"(chelate) (به معنای "پنجه مانند" - claw-like) به یک کاتیون فلزی متصل می شودتا کمپلکس فلز- آلی محلول را تشکیل دهد. این امر منجر به افزایش آزادسازی یا حل شدن کاتیون فلزی می شود. به طور خاص ، کلاته کردن می تواند غلظت آهن محلول را بیش از 100 برابر افزایش دهد ، در غیر این صورت آهن کافی برای جذب گیاه در سطح pH نزدیک به 8 وجود نخواهد داشت. نمونه هایی از "کلات ها" هومات ها و فولوات ها ( humates and fulvates)هستند. هر دو به طور طبیعی در اکثر خاک ها یافت می شوند ، زیرا آنها فرآورده های تجزیه ماده آلی هستند. کلات ها همچنین در "تراوه (exudates ) ریشه یافت می شوند (مواد آلی که از ریشه ها دفع می شود) ، که می تواند دسترسی سریع فلزات اطراف ریشه های گیاه را افزایش دهد. روش های مدیریتی که باعث افزایش مواد آلی خاک می شود مانند کشاورزی بدون شخم یا استفاده از کود دامی، می تواند درجه کلاته کردن را افزایش داده و در نتیجه میزان دسترسی به فلز را افزایش دهد.

جذب و آزادسازی فلزات

فلزات اتصال قوی دارند زیدا به طور معمول دارای بار مثبت بوده  و سطوح ذرات خاک (رس و ماده آلی)  بار منفی دارند. برای مثال، 4 تا از 5 فلز ضروری در PH 7.5 بار مثبت دارند(آهن فرو و فریک، منگنز، نیکل و روی) . مس در PH 7.5 در شکل غالب یعنی هیدروکسید مس  CU(OH)₂ می باشد که با خنثی دارد اما این فلز نیز دارای دو شکل عمده ⁺Cu² و ⁺Cu³ می باشد که بلر مثبت داشته و هر دو شکل، با ذرات خاک اتصال قوی بر قرار می کند و به دنبال آن، تراکم مس محلول کاسته می شود. فلزات به ذرات رس و ماده آلی و هیدروکسید آهن و منگنزو آلومینیوم متصل یا جذب می شود. جذب فلزات به طور مستقیم با ظرفیت تبادل کاتیونی خاک ارتباط دارد. 

سطح ذرات مواد معدنی در PH بالاتر، بار منفی بیشتری دارا خواهند بود که این حالت سبب جذب و اتصال بیشتر فلزات می شود. در PH نزدیک 8، غلظت آهن محلول کمترین مقدار است که برای فلز روی این حالت در PH نزدیک 9 رخ می دهد که دلیل آن مربوط به جذب قوی تر و انحلال کمتر در PH بالا می باشد. 

انحلال و رسوب فلزات

فلزات معدنی می توانند در شرایط خاص محیطی به آرامی حل شوند و از این طریق فلزات ، در محلول خاک آزاد می شوند. به عنوان مثال ، هیدروکسیدهای آهن و منگنز که در خاک بسیار رایج هستند در شرایط غرقاب یا سیلاب به دلیل کمبود اکسیژن، حل می شوند و سپس در شرایط خشک تر رسوب می کنند. این فرآیند باعث می شود خاک ها "چند رنگی" (Mottled) شوند یا با رنگ های قرمز و خاکستری لایه بندی شوند. هیدروکسیدهای فلزی با افزایش pH کمتر حل می شوند. بنابراین ، کمتر احتمال دارد که کمبودهای فلزی در pH پایین رخ دهد.

با توجه به وابستگی pH به حلالیت مواد معدنی فلز ، غلظت آهن محلول، به ازای هر واحد افزایش در pH می تواند بیش از یک فاکتور 100 کاهش یابد (یعنی اگر pH از 5 به 6 برسد). کل غلظت آهن محلول در pH نزدیک به 7.5 به حداقل می رسد (تصویر 2) ، به همین دلیل کمبود آهن در خاک های با pH بالا بسیار متداول است. با افزایش pH ، سرانجام حلالیت فلز افزایش می یابد.

تصویر 2- اثر pH خاک بر روی علظت آهن محلول- غلطت حقیقی آهن بستگی به درجه کلاته کردن دارد

تثبیت شدن (بی حرکت شدن) و معدنی شدن

باقیمانده محصولات زراعی ، مواد آلی اضافه شده (مانند کود دامی) و ارگانیسم های خاک با گذشت زمان تجزیه می شوند و فلزات را در فرآیندی به نام معدنی شدن به محلول خاک رها می کنند. در مقابل ، میکروارگانیسم ها می توانند فلزات را جذب کرده در نتیجه باعت تثبیت ( بی حرکت) شوند.مقادیر نسبی معدنی شدن و تثبیت، اغلب به نسبت های کربن تا ازت یا کربن به فسفر در پسمانده های آلی بستگی دارد. به طور کلی ، اعتقاد بر این نیست که غلظت عناصر کم مصرف میزان معدنی شدن را کنترل می کند بلکه درجه حرارت پایین و رطوبت کم باعث کاهش معدنی شدن و تثبیت می شود ، زیرا هر دو عامل بر سرعت رشد میکروبی تأثیر می گذارند. انتظار می رود که کارهایی که می توانند سرعت معدنی شدن را افزایش دهند از قبیل استفاده از کود نیتروژن ، شخم زدن، آبیاری و افزدون کود دامی ،آزادسازی فلزات قابل استفاده برای  گیاه را افزایش دهند.

فرسایش و شسته شدن 

فرسایش خاک باعث از بین رفتن فلزات کم مصرف از مزارع خواهد شد زیرا فلزات به خاک محکم متصل می شوند. علاوه بر این ، تراکم فلز به طور کلی در افق فوقانی نسبت به افق های پایین در مونتانا بیشتر است و این اثر را بیشتر می کند. بنابراین ، روشهای طراحی شده برای کاهش فرسایش خاک باعث کاهش تلفات فلزات از طریق فرسایش نیز می شوند. کاهش از دست رفتن خاک و فلزات موجود در آن خاک ، ممکن استبرای بهبود کیفیت آب سودمند باشد که یک مشکل زیست محیطی می باشد.  شسته شدن فلزات از خاک، به طور کلی چندان مورد توجه  نیست زیرا آنها جذب و اتصال محکمی با ذرات خاک دارند.

عناصر کم مصرف آنیونی

عناصر کم مصرف آنیونی شامل بر (B) ، کلرید (Cl) و مولیبدن (Mo) می باشد. کلر و مولیبدن به طور کلی به صورت آنیون در خاک وجود دارند ، در حالی که بر به طور کلی به صورت یک اسید بدون بار (H₃BO₃^o) وجود دارد ، اگرچه در pH بالاتر می تواند به صورت یک آنیون وجود داشته باشد. تغییرشکل هایی که عناصر کم مصرف آنیونی دستخوش آن می شوند مشابهعناصر کم مصرف فلزی با برخی موارد استثنای عمده است که، عمدتا به دلیل اختلاف بار است. به عنوان مثال ، Cl و B احتمال شسته شدن بسیار بالاتری نسبت به فلزات دارند زیرا آنها بار مثبت ندارند و به راحتی به ذرات خاک رس متصل نمی شوند. علاوه بر این ،بیشتر Cl موجود در خاک برای جذب گیاه  در دسترس است. B به طور عمده در مواد معدنی موجود در خاک وجود دارد ، اما به نسبت بیشتر از عناصر کم مصرف  فلزی قابل جذب برای گیاه  است. سرانجام ، مولیبدن به طور عمده در مواد معدنی یافت می شود یا به شدت به سطوح ذرات خاک متصل می باشد. عواملی که بر معدنی شدن ، تثبیت و فرسایش عناصر کم مصرف  آنیونی تأثیر می گذارد ، همان مواردی است که در بالا برای عناصر کم مصرف  فلزی شرح داده شد.

جذب گیاهی

کلر توسط گیاهان از طریق ریشه و برگ جذب می شود. میزان جذب می تواند با غلظت های زیاد ^-NO3 یا ^-SO4 ² کاهش یابد که احتمالاً به دلیل رقابت برای یون های بار منفی در سطح ریشه است. جذب بر با در دسترس بودن زیاد Ca یا K. متوقف می شود همچنین رطوبت کم خاک باعث کاهش جذب B به دلیل کاهش انتشار و انتقال به ریشه می شود. جذب مولیبدن توسط فسفر ، نیترات و منیزیم افزایش یافته و توسط مس ، منگنز ، آمونیوم و سولفات کاهش می یابد. غلظت بافت گیاهی به طور معمول از مقدار کمتر از 1 ppm برای مولیبدن ، 6 تا 60 ppm برای B و 0.1 تا 1٪ برای کلسیم متغیر است. کمبود کلر سبب نکروز بافت (بروز لکه ها بر روی برگ) در گندم زمستانه و گندم دوروم در مونتانا می باشد. کمبودهای B [و Mo] بسیار پراکنده در این منطقه گزارش شده و بیشتر در یونجه ، ثبت شده است.

جذب و رهاسازی آنیونی

فقط مقادیر کمی از گیاه کلر جذیب سطوح ذرات خاک می شود که باعث می گردد کلر در خاک بسیار در دسترس و متحرک باشد. بنابراین ، کلر مستعد شسته شدن است ، به خصوص در مناطقی که دارای بارش شدید یا آبیاری سنگین است. بر می تواند به لبه برخی از ذرات رس و هیدروکسیدهای Fe و Al جذب شود و حداکثر جذب آن در نزدیکی pH 9 رخ می دهد. بنابراین خاک های آهکی می تواند سبب کمبود موقتی بر شود.  از آنجا که بیشتر B در سطح pH زیر 9  به صورت یک مولکول خنثی یا غیر باردار وجود دارد ، در سطح pH معمول خاکهای مونتانا و وایومینگ نسبتاً در دسترس و قابل حمل است. 

مولیبدن نسبت به  سه عنصر کم مصرف آنیونی دیگر، کمتر قابل دسترس است. این ماده در محلول خاک عمدتا به صورت  ^-MoO₄ ² (مولیبدات) وجود دارد و دارای مشخصاتی مشابه فسفات است ، به این معنی که به شدت به هیدروکسیدهای آهن و آل متصل می شود. رهاسازی مولیبدات در pH بالاتر افزایش می یابد ، و مقادیر  مولیبدن در گیاهان بسیار کم است (غلظت آن در بافت گیاهی نزدیک به 1 ppm است) که توضیح می دهد چرا کمبود مولیبدن در خاک های مونتانا و وایومینگ که با pH بالا هستند شایع نیست.

چرخه عناصر کم مصرف آنیونی

اگرچه مواد معدنی کلرید در خاک بسیار مرسوم نیست اما کلرید معدنی ممکن است در خاک به صورت نمک های محلول نظیر  CaCl₂ یا MgCl₂ وجود داشته باشد. مواد معدنی سیلیکات بور (Borosilicate) مواد معدنی اصلی B در خاک ها هستند. این مواد معدنی به خصوص در مناطق سرد و خشک که در بیشتر مونتانا و وایومینگ یافت می شوند بسیار آهسته حل می شوند. کلسیم و مولیبدات سرب دو ماده معدنی هستند که به نظر می رسد غلظت مولیبدن را در خاک کنترل می کنند. حلالیت هر دو ماده معدنی در PH زیر 7.7 به نسبت ثابت است و در pH بالای آن به سرعت افزایش می یابد.

فاکتورهای موثر بر قابلیت استفاده و جذب عناصر کم مصرف 

همانطور که در بالا گفته شد ، با افزایش pH  پنج عنصر فلزی به علاوه B از قابلیت جذب کمتری برخوردار خواهد بود. مولیبدن اثر متضاد نشان می دهد و قابلیت جذب آن با افزایش pH  بیشتر می شود. قابلیت جذب کلر( Cl) مستقل از pH است. عواملی به غیر از pH که در قابلیت جذب عناصر کم مصرف تأثیر می گذارد در زیر بحث شده است.

مس

بیشتر بودن نسبت کربن به ازت C:N در مواد آلی یا مواد باقیمانده آلی می تواند موجب کمبود مس شود که دلیل آن مربوط به جذب توسط میکروارگانیسم ها و از دسترس خارج کردن آن توسط آنها و مهار رشد ریشه است که احتمالاً به دلیل غلظت کم ازت قابل جذب می باشد.  به طور کلی احتمال کمبود مس در خاکهای شنی نسبت به خاک های ریزبافت بیشتری است.

آهن

بیشتر کمبود آهن در خاک های آهکی و با pH بالا رخ می دهد. علاوه بر این ، دوره های اشباع در خاک هایی که هوادهی ضعیف دارند می تواند کمبود آهن را افزایش دهد که احتمالاً به دلیل کاهش جذب مواد مغذی در این شرایط است. کمبود آهن در خاک هایی که ماده آلی کمی دارند بیشتر دیده می شود ، به ویژه در مواردی که تسطیح زمین سبب حذف لایه فوقانی خاک که غنی مواد آلی است شده و  خاک های آهکی زیرین در معرض قرار گیرد.چنگالنده های ( Chelators) موجود در ماده آلی قابلیت جذب آهن را افزایش می دهد.

منگنز

افزدون ماده آلی می تواند قابلیت جذب منگنز  را افزایش دهد ، اگرچه خاک هایی که به طور طبیعی ماده آلی زیادی دارند گاهی اوقات کمبود منگنز را نشان می دهند. این اختلاف آشکار به دلیل قابلیت جذب نسبی منگنز در اصلاح کننده های آلی است که اخیراً به خاک استفاده شده اند در مقایسه با مواد قدیمی تر است که در آن تجزیه به طور قابل توجهی آهسته شده است. آب و هوای خشک باعث کمبود منگنز می شود که احتمالاً به دلیل رسوب اکسیدهای منگنز غیرقابل جذب است. شرایط اشباع باعث انحلال برخی مواد معدنی منگنز و در دسترس قرار گرفتن آن برای گیاهان  شود.

نیکل

اگرچه در مورد عوامل مؤثر در قابلیت حذب نیکل بسیار اندک است زیرا  اخیراً (1987) به لیست عناصر ضروری افزوده شده است ، اما می توان فرض  کرد که عوامل مؤثر بر قابلیت حذب سایر فلزات نیز بر قابلیت جذب نیکل اثر دارد.

کلر

کلر از خاک به راحتی شسته می شود  لذا کمبود کلر در مناطقی که بارندگی  در ماه های پاییز و زمستان زیاد است مشاهده می شود. گندم و گندم دروم تنها محصولات زراعی در مونتانا هستند که کمبود کلر در آنها تأیید شده است.

مولیبدن

خاک هایی که حاوی اکسیدهای  آلومینیوم یا آهن زیادی هستند مولبیدن را به شدت جذب می کنند و باعث کاهش قابلیت جذب آن می شوند. سطوح بالاتر فسفات قابلیت جذب مولیبدن را افزایش می دهد زیرا فسفر و مولیبدن چنان شبیه هستند که فسفر با همان محل های جذب ذرات خاک با مولیبدن رقایت خواهد کرد و سبب آزادسازی مولیبدن خواهد شد.

ادامه دارد

منبع:

http://landresources.montana.edu/nm/documents/NM7.pdf