نیتروژن یک عنصر مغذی ضروری است که همه گیاهان برای رشد مناسب، به آن نیاز دارند. نیتروژن جزء اصلی مولکول کلروفیل، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها است. نیتروژن در جو، فراوان بوده و حدود ۷۸٪ از حجم آن را تشکیل می دهد. نیتروژن همچنین ماده تشکیل دهنده مواد آلی در خاک است. با این حال، نیتروژن واقع در جو و نیتروژن آلی، به طور مستقیم توسط گیاهان قابل استفاده نیستند. برای اینکه گیاهان بتوانند نیتروژن را جذب کنند، ابتدا بایستی به اشکال قابل دسترس آمونیوم (۴+NH ) یا نیترات (۳–NO ) تبدیل شود.
نیتروژن چگونه در دسترس گیاهان قرار می گیرد؟
فرآیندهای تبدیل نیتروژن به اشکال قابل دسترس آن، شامل تثبیت، تجزیه، معدنی سازی و نیتریفیکاسیون (فرایند تبدیل آمونیوم به نیتریت و سپس به نیترات) می باشد.
تثبیت :
نیتروژن جو بوسیله باکتری های تثبیت کننده نیتروژن خاک و همچنین توسط آنزیمی به نام نیتروژناز، جذب می شود . این باکتری ها، نیتروژن را به آمونیاک تبدیل کرده و در نهایت به آمونیوم(۴NH) قابل جذب توسط گیاهان تبدیل می شود.
تجزیه و معدنی سازی :
فرآیندهای بیولوژیکی هستند که توسط میکروارگانیسم های خاک انجام شده و طی آن، نیتروژن آلی به شکل غیرآلی آمونیاک و آمونیوم تبدیل می شود.
+R-NH2 → NH3 → NH4
فرایند و سرعت تجزیه و معدنی سازی، تحت تأثیر درجه حرارت و رطوبت خاک قرار دارد . خاک گرم (۳۵-۲۰ درجه سانتیگراد)، مرطوب و هوادهی شده، باعث تسریع در تجزیه و معدنی سازی می شود.
نیتریفیکاسیون :
در شرایط هوازی و دمای گرم، آمونیوم در فرآیندی به نام نیتریفیکاسیون، اکسید شده و به نیترات (۳NO) تبدیل می شود. نیتریفیکاسیون شامل دو واکنش است:
NH4 +3O2 → ۲HNO2 + 2H+ + 2 H2O : توسط باکتری نیتروزوموناس
HNO2 + O2 → ۲NO3 – + 2H+2 : توسط نیتروباکتر
تلفات نیتروژن
فرایندهایی که سبب تلفات نیتروژن در خاک می شوند عبارتند از : دنیتریفیکاسیون ، آبشویی و تبخیر.
دنیتریفیکاسیون:
یک فرآیند بی هوازی است که در آن، باکتری ها نیترات را به گازهای ازت، N2O و N2 که در جو ناپدید می شوند، تیدیل می کند. این فرآیند عمدتاً در خاک های اشباع نشده رخ می دهد.
گاز نیتروژن → اکسید نیتروژن → اکسید نیتریک→ نیتریت → نیترات
NO3 – → NO2– (nitrite) → NO (nitric oxide) → N2O (nitrous oxide) → N2 (nitrogen gas)
آبشویی :
شکل نیترات (NO3 –) نیتروژن، بار منفی به همراه دارد. بنابراین، به ذرات خاک جذب نشده و با آب حرکت می کند. وقتی آب آبیاری به زیر ناحیه ریشه گیاه می رسد، نیتروژن ممکن است شسته شده و در دسترس گیاه نباشد. همچنین، نیتروژن مازاد و آبیاری بیش از حد، ممکن است با رسیدن نیترات ها به آبهای زیرزمینی، اثرات زیان بار زیست محیطی ایجاد کنند .
تبخیر :
در برخی از شرایط، اوره، کود دامی و ساير کودهای آمونيومی مصرفی در سطح خاک، به گاز آمونياک (NH3) تبديل شده و تبخیر مي شوند. شرایطی که سبب افزایش تبخیر می شود عبارتند از : خاک های مرطوب، pH زیاد و افزایش دمای خاک.
چرخه نیتروژن
همانطور که ذکر شد، گیاهان نیتروژن را به عمدتاً به صورت آمونیوم و نیترات جذب می کنند و معمولاً، ترکیبی از هر دو شکل مفید می باشد . این دو شکل از نیتروژن، از نظر متابولیسم در گیاه متفاوت بوده و در نهایت به اسید آمینه تبدیل می شوند. متابولیسم آمونیوم در ریشه انجام گرفته و به اکسیژن بیشتری نیاز دارد، در حالی که متابولیسم نیترات، در برگها صورت می گیرد.
علاوه بر این، جذب آمونیوم و نیترات به طور متفاوتی، بر محیط ریشه و جذب سایر مواد مغذی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، کلریدها برای جذب شدن، با نیترات رقابت می کنند، چون هر دو بار منفی دارند . به همین ترتیب، پتاسیم و سایر مواد مغذی دارای بار مثبت، برای جذب شدن، با آمونیوم رقابت می کنند.
با کمبود نیتروژن، گیاهان رشد ضعیفی از خود نشان می دهند. در نتیجه کاهش مقدار کلروفیل، برگهای پیر، پژمرده و کوچکتر می شوند. با افزایش کمبود نیتروژن، کل گیاه و برگها زرد می شوند. مصرف بیش از حد نیتروژن، باعث رشد رویشی بیش از حد شده و گلدهی و تنظیم میوه نیز به تأخیر می افتد. این عمل منجر به کاهش عملکرد گیاه نیز می شود.
کودهای ازته
منابع نیتروژن مورد استفاده در کشاورزی شامل کودهای معدنی و همچنین کودهای آلی است.
منابع نیتروژن آلی
کودهای ازته آلی شامل کود دامی، کمپوست و سایر محصولات آلی مانند کنجاله خون، کنجاله استخوان و جلبک دریایی است. کود ازته آلی از مدفوع حیوانات گرفته می شود . به عنوان مثال، کود مرغی از فضولات پرندگان دریایی و خفاش تهیه می شود. مقدار نیتروژن موجود در کود مرغی در حدود ۱۰ تا ۱۶ ٪ می باشد.
کود دامی بسته به نوع حیوان و رژیم غذایی آن، معمولا حاوی ۰٫۵ تا ۲٫۲ درصد نیتروژن است. توجه داشته باشید که مقادیر نیتروژن، ممکن است بر اساس وزن خشک یا وزن تازه ارائه شود. استفاده از کود تازه، خطر آلودگی محصول را در نتیجه عوامل بیماری زایی که در کود وجود دارد، افزایش می دهد.
کمپوست یک ماده آلی تجزیه شده و ترکیی از گیاهان، کود دامی، پوسته تخم مرغ و غیره است . پایداری این کود از کود دامی بیشتر بوده و با گذشت زمان، نیتروژن و سایر مواد مغذی را، به طور آهسته آزاد می کند. همچنین ساختار خاک را بهبود بخشیده و مانع از بیماری های گیاهی و آفات می شود.
منابع نیتروژن معدنی
کودهای ازته معدنی، حاوی غلظت بالایی از نیتروژن به شکل آمونیوم، نیترات و اوره بوده و ممکن است، حاوی یکی یا همه اشکال آن باشند. این کود ممکن است تنها شامل نیتروژن یا ترکیبی از نیتروژن با سایر مواد مغذی مانند پتاسیم، کلسیم، سولفات و فسفات باشد. بهترین منبع کودی ازته برای یک محصول، به عوامل مختلفی از جمله خصوصیات خاک، دما و مرحله رشد آن بستگی دارد.
انواع کودهای ازته
نمونه هایی از انواع کودهای ازته معدنی :
آمونیاک بی آب
- فرمول : NH3
- ترکیب: ۸۲٪ نیتروژن.
- گاز تحت فشار که بایستی به خاک تزریق شود.
نیترات آمونیوم
- فرمول: NH4NO3
- حالت: جامد
- ترکیب: ۱۷٫۵درصد N-NH4 و ۵ درصد N-NO3 ( ۳۴٪ کل نیتروژن)
- به صورت مایع و با غلظت کمتر موجود است
- حلالیت: ۱۹۲۰ گرم در لیتر در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد
اوره نیترات آمونیوم (UAN)
- فرمول: محلول اوره CO(NH2)2 و نیترات آمونیوم NH4NO3
- ترکیب: ۲۸ تا ۳۲٪ نیتروژن
- حالت: مایع
اوره
- فرمول : CO(NH2)2
- ترکیب: ۴۶٪ نیتروژن جامد
- حالت: جامد
- حلالیت: ۱۲۰۰ گرم در لیتر در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد
- به صورت مایع و در غلظت های پایین نیز موجود است
سولفات آمونیوم
- فرمول : NH4)2SO4 )
- ترکیب: ۲۱٪ نیتروژن و ۲۴٪ گوگرد
- حالت: جامد
- حلالیت: ۷۵۰ گرم در لیتر در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد
مونو آمونیوم فسفات (MAP)
- فرمول : NH4H2PO4
- ترکیب: ۱۲٪ نیتروژن و ۶۱٪ فسفر به صورت P2O5
- حالت: جامد
- حلالیت: ۳۶۴ گرم در لیتر در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد
نمودار زیر، نیاز محصول سیب زمینی به ازت خالص را در مراحل مختلف رشد و به ازای میزان عملکرد آن در هر هکتار، به تصویر کشیده است.
