النيتروجين وتغذية النبات

النيتروجين Nitrogen



يُعتبر عنصر النيتروجين من العناصر الغذائية الهامة فى تغذية النبات ، ويحتاجه النبات بكميات كبيرة ، حيث يمثل القدر الأكبر للمكونات العضوية الأساسية فى النبات والتى تشمل البروتينات والانزيمات والأحماض النووية والكلوفيل .

النيتروجين فى الأرض Nitrogen in Soil
يختلف النيتروجين عن معظم العناصر المعدنية الموجودة بالتربة الزراعية فى أن مصدره الأصلى هو الهواء الجوى ( إذ يشكل النيتروجين حوالى 79% من حجم الهواء الجوى ) فى حين لا تحتوى الصخور الأصلية ومعادن التربة على هذا العنصر. ولا تستطيع النباتات النامية الاستفادة من النيتروجين الغازى N2 مباشرةً إلا بعد أن يدخل فى سلسلة من التفاعلات والتى تقوم بها كثير من الأحياء الدقيقة الموجودة بالتربة والتى تعيش إما حرة فى التربة أو تعيش فى داخل جذر النبات ، حيث تثبت النيتروجين الغازى وتحوله إلى نيتروجين عضوى داخل أجسامها فى صورة أحماض أمينية وبروتينات، وعند موت هذه الكائنات فإن النيتروجين العضوى الموجود بها تحت ظروف معينة يتحلل وينتج نيتروجين معدنى فى صورة NH4+ ثم NO3-.
وتختلف الأراضى الزراعية فى محتواها من النيتروجين وذلك لوجود ارتباط بين هذه الكمية وعدة عوامل أخرى بعضها يتعلق بالظروف البيئية والآخر يتعلق بطبيعة النبات المنزرع وصفات الأرض الطبيعية والكيميائية .

ويمكن إيجاز العوامل المحددة لمحتوى الأرض من النيتروجين (N) كما لخصها (Jenny) سنة 1941 ، فى الظروف المناخية (CL) ، طبغرافية الأرض (T) ، الغطاء النباتى (V) ، مادة الأصل (P) "المقصود هنا دراسة تأثير مادة الأصل من خلال دراسة قوام التربة والتركيب المعدنى للتربة ، حيث إن الأراضى ذات القوام الثقيل محتواها من النيتروجين الممثل بالمادة العضوية مرتفع بالمقارنة بالأرض الخفيفة، كذلك نوع معدن الطين له تأثيره على محتوى الأرض من النيتروجين لاختلاف قدرة هذه المعادن على ادمصاص NH4+ والجزيئات العضوية" وعامل الزمن (t) . أى أن هذه العوامل وغيرها من العوامل تُعتبر دالة لمحتوى الأرض من النيتروجين كما توضحها المعادلة التالية

N = f (CL, T, V, P, t .......etc)

وتُعتبر هذه العوامل غير مستقلة فى تأثيرها لكن تكون متداخلة ، وعلى ذلك فإن محصلة هذا التداخل تحدد بدقة محتوى التربة الزراعية من النيتروجين . وبصفة عامة يمكن تقسيم صور النيتروجين بالأراضى الزراعية Nitrogen forms in soils إلى :

- الصورة العضوية Organic form
وهى الصورة الثابتة القليلة الصلاحية بالنسبة للنبات وذلك لوجود النيتروجين بها على صورة مجموعة أمين - NH2 والتى تدخل فى تكوين الأحماض الأمينية والبروتينات وكثير من المركبات العضوية مثل : الأحماض النووية والفيتامينات وغيرها من المعقدات العضوية ذات التركيب غير المتجانس . وتمثل هذه الصورة حوالى 99% من النيتروجين الكلى بالأراضى الزراعية فى معظم فترات السنة .

ويمكن معرفة كمية النيتروجين بالأرض بمجرد تقدير المادة العضوية بالتربة الزراعية ، حيث تُعتبر المخزن والرصيد الأساسى الذى يحتوى على معظم النيتروجين . وعموماً فإن المادة العضوية تحتوى على 5% نيتروجين ، فمثلاً لو كان محتوى الأرض من المادة العضوية 3% تكون النسبة المئوية للنيتروجين بالأرض مساوية لحاصل ضرب الـ % للمادة العضوية × الـنسبة المئوية للنيتروجين بالمادة العضوية ( أى أن النسبة المئوية للنيتروجين بالأرض = 3 × 5 ÷ 100 = 15, % ) ومعنى ذلك أن أى عامل يؤدى إلى زيادة المادة العضوية بالتربة يُزيد من محتوى النيتروجين بالتربة الزراعية .
ويمكن إيجاز العوامل المؤثرة على كمية المادة العضوية بالتربة وبالتالى النيتروجين فيما يلى :

1- نوع وكثافة الغطاء النباتى ( الفلورا ) : تزداد المادة العضوية بزيادة الغطاء النباتى وهذا يزيد من كمية النيتروجين بالتربة .
2- طبغرافية الأرض ومدى استوائها وانحدارها : فكلما كانت الأرض مستوية كلما زادت كمية الماء النافذة وبالتالى يزداد محتواها من الرطوبة مما يزيد من الغطاء النباتى. بينما إذا كانت منحدره فإن الانجراف السطحى بفعل المياه والرياح يؤدى إلى انخفاض محتوى التربة من النيتروجين ، كذلك قد تتجمع المادة العضوية وتقل عملية المعدنة للنيتروجين العضوى تحت ظروف رداءة الصرف وتجمع الماء فى المناطق المنخفضة بسبب عدم توفر التهوية الملائمة لنشاط الأحياء الدقيقة المحللة للمادة العضوية ، حيث إن تحسين ظروف الصرف تقلل من تراكم المادة العضوية على سطح التربة نتيجة لزيادة النشاط الميكروبى .

3- درجة الحرارة ومعدل سقوط الأمطار ( المناخ ) : مع ثبات كمية المطر تزداد نسبة النيتروجين (المادة العضوية) فى الأرض ذات المناخ البارد عنها فى الأراضى ذات المناخ الحار . وفى حالة ثبات درجة الحرارة تزداد نسبة النيتروجين فى الأراضى الرطبة عنها فى الأراضى الجافة .
4- قوام الأرض وعمق القطاع الأرضى : تقل كمية النيتروجين فى الأراضى الرملية خفيفة القوام عنها فى الأراضى الثقيلة (الطينية) ويرجع ذلك إلى سرعة تحلل المادة العضوية وفقد النيتروجين . وتزداد كمية النيتروجين فى طبقة الأرض التى تتراكم فيها المادة العضوية كطبقة سطح الأرض الثقيلة، ثم تقل كلما تعمقنا فى القطاع الأرضى . وقد يحدث أن يزداد النيتروجين كلما تعمقنا فى القطاع الأرضى فى الأراضى الرملية نتيجة تسرب المادة العضوية إلى الطبقة تحت السطحية للأرض ، كذلك إذا حدث عملية نقل الرمال على الطبقة السطحية التى تزداد فيها النباتات وبقاياها ( أى انجراف تربة من منطقة إلى منطقة أخرى ) .

دورة النيتروجين فى الأرض Soil Nitrogen Cycle
تُعتبر دورة النيتروجين فى الأرض من الدورات المعقدة كما يتضح ذلك من شكل حيث تشمل عدد من العمليات الأساسية يمكن إيجازها فيما يلى :
1- تثبيت النيتروجين الجوى Nitrogen fxation.
2- معدنة النيتروجين العضوى Nitrogen mineralization وتكوين الأمونيا Ammonification.
3- الأكسدة البيولوجية للأمونيا فيما يُعرف بعملية التأزت Nitrification .
4- تمثيل النيتروجين المعدنى فى أجسام الكائنات الحية الدقيقة والنبات فيما يُعرف بعملية التمثيل Immobilization .
5- اختزال النترات إلى أمونيا أو نيتروجين جوى أثناء عملية عكس التأزتDenitrification



تثبيت النيتروجين
يكون النيتروجين حوالي 78% من جو الأرض .ولكن على الرغم من هذه الوفرة فى الجو فنادرا ما يوجد هذا العنصر فى التربة على صورة نترات و أملاح الامونيوم بكمية تفي احتياجات النباتات الخضراء.
التثبيت الحيوي للنيتروجين:
الطرق الحيوية لتثبيت النيتروجين تعتمد على الكائنات الدقيقة وخاصة البكتريا فتستطيع بعض أنواع البكتريا وقليل من الطحالب الخضراء المزرقة النامية على حالة حرة,تثبيت النيتروجين الجوى فى خلاياها و تكون البروتينات هى النواتج النهائية للتثبيت ويطلق على تثبيت النيتروجين بفعل الميكروبات المستقلة "بالتثبيت غير التكافلى" تميزا له عن تثبيت النيتروجين بطريقة "التكافل" الذى يحدث بالفعل المشترك بين بكتريا العقد الجذرية و النباتات البقولية .

تثبيت النيتروجين غير التكافلى:
تعتبر البكتريا الهوائية من جنس(Azotobacter) وخاصة نوع (A.chrococcum) وبعض أنواع البكتريا اللاهوائية مثل Clostridium pasteurianum مسئولة غالبا عن التثبيت غير التكافلى للنيتروجين فى الأرض ,ويمكن لنوع واحد من الطحالب الخضراء المزرقة من جنس (Nostoc) أن يثبت النيتروجين عند تنميتها فى بيئة خالية من النيتروجين.
إن الأهمية العملية لتثبيت النيتروجين فى التربة بواسطة هذه البكتريا غير التكافلية ليست كبيرة حيث يجب أن تتنافس مع كائنات التربة الأخرى على الأغذية الصالحة , ونظراًََ لعدم قدرتها على استخدام السليلوز أو اللجنو سليلوز أو اللجنينات يجب أن تعتمد على وجود كميات من الأغذية البسيطة نسبيا و التى يندر أن توجد فى التربة بكميات كبيرة .
وتتراوح كميات النيتروجين المثبتة من صفر – 20كجم فى الفدان فى الفدان سنوياًَ . و حيث أن النيتروجين المثبت بواسطة هذه الكائنات على صورة بروتينات داخل خلاياها فإنها غير صالحة لاستعمال النباتات حتى تموت خلاياها هذه الكائنات وتتحلل فى التربة.

.

التثبيت التكافلى للنيتروجين:
التكافل هو العلاقة التى يحدث فيها تبادل منفعة بين شريكين مختلفين ينموان معاًَ فى ارتباط وثيق. و العلاقة بين النباتات البقولية و البكتريا التى تنمو فى العقد الموجودة على جذورها هى عادة علاقة يمد النبات فيها البكتريا بالغذاء العضوى , وغير العضوى . وتحدث البكتريا تثبيت النيتروجين فى النبات على صورة بروتينات , وبكتريا العقد الجذرية النامية منفردة سواء فى التربة أو فى منابت لتثبيت النيتروجين.






المميزات الرئيسية لبكتريا العقد الجذرية:
تتبع بكتريا العقد الجذرية جنس (Rhizobium) وهى بكتريا صغيرة اسطوانية غير متجرثمة هوائية وسيطة الحرارة قادرة على إصابة نباتات بقولية معينة محدثة العقد , وعند وجود هذه البكتريا فى العقد تكون عصوية الشكل وهى عادة محتوية على فجوات وتسمى الخلايا التى تظهر بأشكال غير عادية وتسمى بالبكتيرويدات bacteroids .
تكوين العقدالجذرية :
يوجد ثلاث نقاط مهمه في هذه العملية والمشتملة على التكافل بين البكتيريا والعائل وهي:
1-الفلافونويدز المتحررة من البذور أو الجذور والتي تحفز جينات تكوين العقد nod genes وهذه المواد تعتبر الوسيط في عملية تكوين العقد.وقد وجد أن هناك علاقة إيجابية بين كمية الفلافونويدز المتحررة من الجذور وعملية تكوين العقد.
2-انتظام انتاج الnod genes يحفز تكوين أنواع من البروتينات المؤثرة على تكوين العقد .
3-تعتبر الهرمونات النباتية endogenous وسائط مهمه لبدء تكوين العقد وعليه ينبغي التنبيه على أن هذه العملية شديدة التعقيد وذلك بسبب التداخل بين النبات- الأرض – الميكروب والموجودة في النظام البيئي الزراعي.
وتختلف عوامل تكوين العقد الجذريةlipooligoscharids في طول سلسلة الأوليجوسكرايد وطبيعة الحمض الدهني والاستبدالات على هذه السلسلة مما يفسر خصوصية العلاقة التكافلية .

أما بالنسبة لميكاحمارية تكون العقد :
عندما تنبت بذرة النباتات البقولى ترسل جذراًَ وتدياًَ فى الأرض سرعان ما تتفرغ منه جذور جانبية وعندما تكون هذه الجذور حديثة السن تكون أسطحها مغطاة بالشعيرات الجذرية . وإذا وجدت البكتريا القادرة على إصابة هذا النوع الخاص من النبات البقولى مجاورة تماماًَ لجذورها فإنها تغزو الشعيرات الجذرية إذا كانت الظروف مناسبة . وبمجرد أن تدخل البكتريا الشعيرة الجذرية يبدأ خيط العدوى فى التكون والنمو تجاه قاعدة الشعيرة وهذا الخيط يتكون من كتلة من الخلايا البكتيرية ويحوطها غلاف من السليلوز والهيميسلسلوز والبكتين وتكونها خلايا النبات المصاب .







وسرعان ما يصاب كثير من خلايا قشرة الجذر ببكتريا العقد الجذرية وتتسبب تلك الاصابة في تخليق البروتينين النباتيين noduline & legheamoglobin حيث يسبب الأول الاستطالة لخلايا القشرة وأثناء تلك التغيرات ترتفع درجة التضاعف للأنوية الخلوية كثيرا أما البروتين الآخر يسهم في اعطاء اللون الأحمر للعقد كما ويرتبط هذا البروتين بالأكسيجن الحر داخل الجذور والذي يؤثر إذا تواجد بكميات كبيرة سلبا على نشاط إنزيم النيتروجينيز . وتستمر البكتريا فى التكاثر وغزو خلايا النبات خلال القشرة إلى الطبقة المحيطة من الأسطوانة المركزية للجذر وانه من خلايا الطبقة المحيطة تتكون عقد هذه النباتات .
وتزداد كتلة الخلايا المتكاثرة فى القشرة المسببة انتفاخ الطبقات الخارجية لقشرة الجذر , وتستمر بكتريا العقد الجذرية فى التكاثر وغزو خلايا النبات الجديدة المتكونة و مع تكون العقدة الحديثة تتكون حزم وعائية فى قشرة العقد وتتصل بالجهاز الوعائى للجذر , ويمر الغذاء خلال الحزم الوعائية من نبات إلى العقدة كما تنتقل نواتج النشاط البكتيرى فى العقدة إلى النبات .

ولابد من تكون العقدة قبل حدوث تثبيت النيتروجين التكافلى , حيث أن الناتج الرئيسى للتكافل بين بكتريا العقد الجذرية و النباتات البقولية هو تثبيت النيتروجين الجوى .
ويستمر تثبيت و انتقال النيتروجين خلال فترة نشاط النمو في النبات ،ولا يثبت النيتروجين و يخزن في العقد و بعدئذ ينتقل كله في دفعة واحدة إلي النبات.

تلقيح البذرة و التربة:
التلقيح هو العملية التي تضاف فيها بكتيريا العقد الجذرية إلي بذور النباتات البقولية أو الي التربة و الغرض من هذه العملية هو إضافة مقدار كبير كاف من النوع المناسب من بكتيريا العقد الجذرية في الموضع الذي يسمح لها بأن تصيب جذور بعض محاصيل النباتات البقولية الخاصة بها. و توجد طريقتان للتقليح:
1ـ طريقة نقل التربة
وهذه الطريقة غير مستخدمة في مصر
2- طريقة المزرعة :
وهى أنسب طريقة للتلقيح و تتلخص فى إضافة مزرعة من نوع مناسب من البكتريا إلى البذور قبل زراعتها مباشرة فالعبوات المتوفرة تحتوي على 200جم وهي تكفي لتلقيح تقاوي فدان واحد ويلاحظ أن لكل محصول العقدين الخاص به ويراعى أن تتم عملية التلقيح بعيدا عن الحرارة وبعيدا عن الكيميائيات والأسمدة
أ‌-يذاب من 2-3 ملاعق من السكر في 1.5 كوب ماء ويقلب حتى تمام الذوبان ثم تخلط محتويات كيس العقدين مع المحلول السكري .
ب‌-توضع التقوي المراد تلقيحها على فرش نظيف من البلاستيك ويوزع عليها مخلوط العقدين والسكر ويقلب جيدا على أن يتم ذلك في مكان مظلل .
ت‌-تترك البذور حتى تجف في الظل لمدة تتراوح من نصف ساعة إلى الساعة ثم تزرع فورا ولاتترك أكثر من ساعة .
وعموما فيجب أن تكون المزرعة جيدة محتوية على سلالات فعالة وكذلك يجب أن تحتوى على عدد كبير من بكتريا العقد الجذرية وأن تكون حديثة التحضير