دانلود مقاله روابط خاک و گیاه

بخشی از مقاله

منابع:
نويسنده: هورست مارشنر- كتاب تغذيه معدني گياهان آلي
برگردانندگان:
دكتر بهمن خلد برين
طاهره اسلام زاده
اعضاي هيئت علمي بخش زيست شناسي
دانشكده علوم دانشگاه شيراز

استفاده شده از سايت . com خاكشناسي ايران
. com خانه زيست ايران

فراهم بودن مواد غذايي در خاك ها
تجزيه‌ي شيميايي خاك
سرراست ترين راه تعيين فراهم بودن مواد غذايي در خاك، اندازه گيري واكنش هاي رشد گياه، با استفاده از آزمايش هاي كوددهي در مزرعه است. اما اين روش وقت گير بوده يافته هاي آن به آساني قابل تعميم از يك جا به جايي ديگر نيست. برعكس، تجزيه‌ي شيميايي خاك، آزمايش خاك روشي به نسبت سريع و با صرفه براي دريافت اطلاعات درباره‌ي فراهم بودن غذا در خاك، به عنوان مبناي تجويز استفاده از كودهاست. روش آزمايش خاك سالهاي سال در كشاورزي و باغباني با موفقيت نسبي به كار گرفته شده است. كارايي اين روش با ميزان همخواني و هماهنگي اطلاعات به دست آمده با آزمايش هاي كوددهي مزرعه و نيز با شيوه‌ي بيان و تفسير تجزيه انجام شده، پيوند نزديك دارد. در بيشتر موارد، انتظارات، بيشتر از اندازه‌ي كارايي آزمايش هاي خاك است. در اين فصل از دلايل اين دوگانگي با تكيه بر فسفر و پتاسيم،‌ به تفصيل گفت و گو خواهد شد.

روش آزمايش خاك از گستره اي وسيع از روش هاي متداول عصاره گيري مانند اشكال گوناگون اسيدهاي رقيق، نمك ها يا عواملي بهره مي گيرد، كه تركيبات پيچيده ايجاد مي‌كنند. بسته به روش مورد استفاده، ميزان كاملا متفاوت از مواد غذايي گياه استخراج مي شود. همچنان كه در مورد فسفر، در جدول 1-13 آمده است. به عنوان راهنما، يك ميلي گرم فسفر در 100 گرم خاك مي تواند برابر حدود 30 كيلوگرم فسفر در هكتار در يك پروفيل با ژرفاي 20 سانتي متر در نظر گرفته شود (وزن مخصوص خاك 5/1 = 3 ميليون كيلوگرم خاك در هكتار). كدام روش بايد براي تشخيص فراهم بودن يك ماده‌ي غذايي كاني و به وسيله‌ي آزمايش هاي رشد براي پيش بيني واكنش گياه در برابر كود ارزيابي شود.

جدول 1
در بيشتر موارد، چند روش به يك ميزان براي آزمايش خاك در مورد يك گونه‌ي ويژه‌ي غذايي كاني مناسب هستند (1921). براي نمونه، براي فسفر، با وجود ميزان گوناگون فسفر استخراج شده، روش هاي استخراج آبي مي تواند به همان ميزان براي تعيين مناسب باشد كه روش استخراج با اسيدهاي رقيق شده (1637). به هر حال، به دلايل گوناگون، پيش بيني واكنش در برابر كود، بر پايه‌ي تجزيه‌ي شيميايي خاك به تنهايي رضايت بخش نيست: به اين دليل كه تنها ظرفيت بالقوه‌ي يك خاك را براي ذخيره‌ي غذاهاي گياه بيان مي كند؛ به اندازه‌ي كافي و به طور خاص، تحرك مواد را در خاك نشان نمي دهد، هيچ اطلاعاتي را در رابطه با عوامل گياهي، مانند رشد ريشه و تغييراتي كه در فضاي مجاور ريشه به وسيله‌ي ريشه به وجود مي آيد و نقش تعيين كننده در جذب غذاها در شرايط مزرعه دارند، بيان نمي كند. در سه بخش زير، از اين عوامل چكيده وار گفت و گو مي شود. در آغاز، از ميزان فراهم بودن مواد غذايي در رابطه با تحرك و رشد ريشه گفت و گو مي شود.
حركت مواد غذايي به سطح ريشه

اصول محاسبات
اهميت تحرك مواد غذايي در خاك در مهيا بودن آنها براي گياهان، نخستين بار از سوي باربر (1962) تاكيد شد. برداشت او بر پايه‌ي سه جزو استوار بود: برخورد ريشه‌ها با مواد غذايي، حركت توده اي و انتشار (نگاره‌ي 1). با نفوذ ريشه ها به درون خاك، ريشه به درون فضاهايي حركت مي‌كند كه بيشتر از سوي خاك با عناصر غذايي آماده اشغال بوده است. براي نمونه، بر سطوح رس چسبيده اند. سطوح ريشه در اين فرايند جابه جايي با مواد غذايي تماس نزديك پيدا مي‌كنند (برخورد مي كنند). فني و آوراستريت (1939)، فرايند داد و ستد تماسي را براي جذب كاتيون بدون جابه جايي از درون محلول خاك ارايه دادند. باربر (1966)، اين فرايند جابه جايي را به شيوه اي كلي تر، به عنوان عاملي بيان مي كند، كه مي تواند در رفع نياز همه‌ي غذاهاي كاني گياهان نقش داشته باشد.

محاسبات برخورد ريشه ها بر پايه‌ي:
الف- ميزان مواد غذايي آماده در حجمي از خاك كه به وسيله‌ي ريشه ها اشغال شده اند.
ب- حجم ريشه، به عنوان درصدي از كل حجم خاك- به طور ميانگين يك درصد از حجم خاك سطحي.
پ- نسبتي از كل حجم خاك، كه به وسيله حفره هاي خاك اشغال شده است (به طور ميانگين 50 درصد).

نگاره‌ي 1- نمودار نمايي حركت عناصر كاني به سطح ريشه گياهان خاكزي. (1) برخورد: جايگزيني حجم خاك به وسيله حجم ريشه (جذب بدون ترابري). (2) جريان توده اي: ترابري توده‌ي محلول خاك در جهت شيب پتانسيل آب (كشيده شده به وسيله‌ي تعرق). (3). انتشار: ترابري مواد غذايي در جهت شيب غلظت . 0 = مواد غذايي آماده (آنطور كه براي نمونه به وسيله‌ي آزمايش خاك تعيين شده است)

جزو دوم حركت توده اي آب و غذاهاي محلول به سطح ريشه، كه به وسيله‌ي جريان تعرقي گياهان انجام مي شود. براورد كميت غذاهايي كه با حركت توده اي براي گياهان فراهم هستند، بر پايه‌ي غلظت ماده‌ي غذايي در محلول خاك و ميزان آب تعرق بر مبناي واحد وزن بافت هاي بخش هوايي گياه (ضريب تعرق، براي نمونه 300 تا 600 ليتر آب بر كيلوگرم وزن خشك ساقه) يا در هر هكتار فراورده. نقش انتشار براي رساندن غذاها به سطح ريشه قابل اندازه گيري مستقيم نيست، اما بايستي با محاسبه‌ي تفاضل ميان كل مواد غذايي جذب شده به وسيله‌ي گياهان و ميزاني، كه از راه برخورد ريشه ها و حركت توده اي جذب مي شود تعيين مي گردد.
نمونه اي از اين محاسبه، در جدول 2-13، ارايه شده است. آشكار است كه در اين خاك، حركت توده اي سهم اصلي را در فراهم كردن كلسيم و منيزيوم داراست، در حالي كه فراهم كردن پتاسيم و فسفر، عمدتا به انتشار وابسته است. افزون بر اين، فراهم آوري كلسيم و منيزيوم با حركت توده اي بيشتر از ميزان جذب شده است، و بنابراين انتظار مي رود اين مواد غذايي در سطح ريشه انباشته شده باشند. يافته هاي همانند آنچه كه در جدول 2 ارايه شده، به وسيله‌ي ديگر نگارندگان به دست آمده است (مانند منگل و همكاران . 1969)

جدول 2

عبارت برخورد ريشه ها ، از سوي بروستر و تينكر (19709، مورد انتقاد قرار گرفته است. بر پايه‌ي يك الگوي پويا ، اثرات رشد در مفهوم انتشار گنجانده شده اند. حركت مواد محلول در دستگاه خاك- ريشه، تنها بر دو جزو: حركت توده اي و انتشار، متمركز است (97 و 1354). شرايط حد فاصل خاك- ريشه با شرايط نقاطي با كمي فاصله از ريشه، از ديدگاههاي گوناگون تفاوت چشمگير دارند. اين شرايط به وسيله‌ي يك الگوي مكانيكي كه ريشه را تنها به عنوان مخزني براي دريافت مواد غذايي كاني كه به وسيله‌ي حركت توده اي و يا انتشار به آن رسيده اند، بررسي مي كند، به اندازه‌ي كافي توجيه‌شدني نيست.

غلظت مواد غذايي كاني در محلول خاك
غلظت مواد غذايي كاني در محلول خاك در دامنه‌اي گسترده تغيير مي‌كند و به عواملي مانند رطوبت خاك، ph ، ظرفيت داد و ستد كاتيوني، پتانسيل رداكس، ميزان مواد ‎آلي، فعاليت ميكروبي خاك و كاربرد كودها بستگي دارد. نگاره‌ي 2، غلظت تعادلي عناصر غذايي پرمصرف در محلول هاي خاك مناطق كشاورزي و باغباني را نشان مي دهد.

نگاره‌ي 2- توزيع فراواني غلظت هاي تعادلي عناصر غذايي در محلول هاي خاك مناطق زراعي و باغباني (برگرفته از منبع 50 با اجازه‌ي CRC Press, Inc).
غلظت مواد كاني در محلول خاك. نمايه اي براي پويايي عناصر، هم به سوي سطح ريشه و هم در جهت عمودي است (يعني اين كه در آب و هواي مرطوب، پتانسيل آبشويي را نشان مي دهد). در مقايسه با غلظت ديگر عناصر، غلظت فسفر به گونه اي چشمگير پايين است (نگاره‌ي 2)، بنابراين آبشويي در خاك هاي كاني يا كلاً جابه جايي با حركت توده اي به سطوح ريشه، از اهميتي ناچيز برخوردار است. برخلاف ديگر آنيون‌ها، مانند نيترات و سولفات، برهم كنش فسفات با سطوح فعال سسكويي اكسيدها و اكسي هيدرات هاي كاني هاي رس شديد است؛ ميان 20 تا 70 درصد فسفات موجود در محلول خاك، ممكن است به شكل پيوند با مواد آلي باشد (1981).
نه تنها غلظت مواد كاني در محلول خاك (به اصطلاح، شدت)، بلكه نيز توان تامپوني (به اصطلاح، ظرفيت) يك خاك براي تغذيه‌ي كاني اهميت بسيار دارد. توان تامپوني ميزان مواد غذايي جذب شده را بر سطح بخش جامد و يا چسبيده به طور زودگذر برروي ساختمان هاي آلي و آنچه در محلول خاك است، نشان مي دهد. توان تامپوني، به ويژه و نيز سرعت رهاسازي مواد غذايي از فاز جامد به محلول خاك را تعيين مي‌كند. از آنجا كه نيترات (و كلريد)، تركيبات غيرمحلول را با اجزاي خاك تشكيل نمي دهد، غلظت آن در محلول خاك داراي نوسانات زياد است.

غلظت در محلول خاك، به ويژه كاتيون ها، به مقدار زياد تحت اثر Ph و بسته به نوع كاتيون، نيز تحت اثر پتانسيل رداكس قرار مي گيرد. با كاهش pH و يا پتانسيل رداكس، غلظت عناصر غذايي كم مصر‏ف، مانند منگنز، آهن، روي و مس، به ميزان مختلفي افزايش مي يابد (1716 ، 77، 1617).
كلات شدن با تركيبات آلي با جرم مولكولي پايين، عاملي ديگر است، كه بر غلظت كاتيون هاي كم مصرف در محلول خاك و جابه جايي آنها به سطوح ريشه به وسيله‌ي جريان توده اي و انتشار اثري به سزا دارد. در محلول هاي خاك هاي آهكي، ميان 40 تا 75 درصد روي و 98 تا 99 درصد مس در تركيبات آلي پيچيده يافت شده اند (804 و 1617). ميزان در منگنز كمپلكس شده از 84 تا 99 درصد تغيير مي‌كند (600)، و در pH بالاي خاك، ممكن است به 40 درصد كاهش يابد (1617). اهميت عناصر غذايي كم مصرف براي گياهان كه به شكل كمپلكس درآمده است، در محلول خاك، به ويژه در خاك هاي آهكي آشكار است، و نيز با اين حقيقت هماهنگي دارد، كه عصاره گيري خاك به وسيله‌ي كلات هاي مصنوعي، آزمون خاك مناسبي براي تعيين عناصر غذايي كم مصرف قابل استفاده هستند (1097).

به هر حال، غالباً ميان غلظت عناصر غذايي كم مصرف كلات شده در محلول خاك از سويي و ميزان فراهم بودن اين عناصر كم مصرف بر مبناي ميزان جذب آنها به وسيله‌ي گياه، از سوي ديگر، همبستگي ضعيفي وجود دارد (627). به اين دليل كه تركيبات پيچيده‌ي آلي فلزي در محلول خاك، هم از نظر بار الكتريكي متفاوت هستند [داراي بار منفي، بدون بار يا داراي بار مثبت هستند (1716)] هم از نظر اندازه، به طور كلي، ميزان جذب كاتيون هاي فلزي تركيبات آلي فلزدار كمتر از جذب كاتيون هاي آزاد است و همراه با افزايش اندازه‌ي ليگاند آلي، كاهش مي يابد، همان گونه كه اين موضوع درباره‌ي مس روشن شده است (881).

جدول 3 نشان مي دهد كه كلات كردن كاتيون هاي كم مصرف و به ويژه نيكل، اثراتي ديگر بر ميزان فراهم بودن اين عناصر براي گياهان لوبيا دارد، بر پايه‌ي اين كه آيا اين كلات كننده به محلول غذايي يا به خاك افزوده شده باشد. در محلول هاي غذايي تهويه شده يا محلول هاي متلاطم، كلات كردن (بجز آهن) غلظت و يا تحرك اين كاتيون ها را افزايش نمي دهد، بلكه اثر منفي بر جذب مي گذارد. برعكس، در خاك هايي كه عمده‌ي عوامل محدود كننده، غلظت پايين و در نتيجه ميزان تحرك (مانند جابه جايي به سطح ريشه) است، كلات كردن، به ميزاني قابل توجه، موجب افزايش فراهم بودن كاتيون هاي عناصر كم مصرف و نيز نيكل براي گياهان مي شود.

جدول 3

نقش حركت توده اي
محاسبات سهم حركت توده اي در فراهم كردن مواد غذايي گياهان رشد يافته در مزرعه هم بر پايه‌ي اطلاعات مشروح مربوط به غلظت مواد غذايي محلول خاك در طول فصل رشد و هم بر ميزان آب مصرفي گياهان بررسي مي شود. يافته هاي اين آزمايش ها، در جدول 4 ارائه شده است. بر پايه‌ي ميزان ميانگين براي همه‌ي فصل رشد، سهم حركت توده اي، نه تنها ميان مواد غذايي كاني،‌ بلكه ميان گونه اي گياهي نيز متفاوت است (به دليل اختلاف در ميزان تعرق و يا ميزان جذب يك ماده‌ي غذايي كاني خاص). اثر جريان توده اي براي فراهم آوري همه‌ي مواد غذايي، تنها در خاك پودزول ، كه يك خاك شني با ميزان تحرك زياد مواد غذايي است، بيشتر از اندازه‌ي كافي است. برعكس، در خاك لووي زول خاكي لومي شني با غلظت تعادلي پايين پتانيم در محلول خاك است حركت توده اي اهميتي در فراهم آوري پتاسيم ندارد. افزون بر اين، ميزان رساندن نيترات به وسيله‌ي حركت توده اي براي گندم بهاره در چنين خاكي، تنها 40 درصد كل ازت جذب شده را تشكيل مي دهد. فراهم كردن نيترات به ميزان زياد براي چغندر قند به وسيله‌ي جريان توده اي در اين خاك، بيشتر جنبه‌ي استثنا دارد تا يك روال متداول. بر پايه ي اطلاعات جدول 4 مي توان انباشتگي قابل توجه كلسيم و منيزيوم را در سطح ريشه پيش بيني كرد.

جدول 4

هيچ اطلاعاتي درباره‌ي فسفر، در جدول 4 ارايه نشده، اما براورد كلي مي تواند انجام گيرد. ميزان آب تبخير شده به وسيله‌ي يك گياه زراعي، ميان دو تا چهار ميليون ليتر بر هكتار، متغير است (1983؛ 94). به فرض اين كه غلظت فسفر در محلول خاك پنج ميكرومولار (15/0 ميلي گرم در ليتر) و ميزان كل مصرف آب به وسيله‌ي تعرق در اين گياه زراعي سه ميليون ليتر باشد، فراهم آوري فسفر به وسيله‌ي جريان توده اي، در حدود 45/0 كيلوگرم محاسبه مي شود كه برابر حدود دو تا سه درصد كل نياز يك گياه زراعي است.

اثر جريان توده اي، به گونه‌ي گياه بستگي دارد (جدول 4) و براي نمونه، براي پتاسيم در پياز بيشتر از ذرت است. چون ريشه هاي پياز سرعت جذب آب بيشتر در واحد طول دارند. (72) سهم نسبي جريان توده اي با سن گياه (215) و با رطوبت نسبي يعني ميزان تعرق نيز تغيير مي‌كند (479).

هنگامي كه پتانسيل آب خاك بالاست (براي نمونه، در ظرفيت مزرعه)، جريان توده اي محدود نشده، ميزاني همانند از پتانسيل آب در سطح ريشه ايجاد مي‌كند. با كاهش پتانسيل آب خاك (منفي تر شدن آن)، سرعت جذب آب به وسيله‌ي ريشه ممكن است از ميزان فراهم آوري آب به وسيله‌ي جريان توده بيشتر گردد و سپس خاك ممكن است خشك شود. اين مسئله پيرامون ريشه ها و به ويژه زماني مشاهده مي شود كه، ميزان تعرق بالاست (1354)، و اغلب در طول فصل رشد در خاك سطحي رخ مي دهد. بنابراين، در شرايط مزرعه طرح بارندگي (يا دور آبياري) اثري مهم بر نقش حركت توده در فراهم آوري مواد غذايي داراست.

چون جريان توده اي و انتشار به سوي ريشه معمولا همزمان انجام مي شود، امكان جداسازي دقيق اين دو فرايند وجود ندارد. براي تعريف ميزان مواد محلول جابه جا شده به ريشه به وسيله‌ي جريان توده اي، بروستر و تينكر (1970)، عبارت «جريان توده اي ظاهري» را پيشنهاد كرده اند (1354).
نقش انتشار
انتشار، نيروي محرك اصلي دست كم براي حركت فسفر و پتاسيم به سطح ريشه است. برخلاف جريان توده اي، انتشار عامل مهم تحرك يوني درست در مجاورت سطح ريشه است و بنابراين، نه تنها در شرايط خاك، بلكه با عوامل گياهي مانند رشد ريشه و مساحت ريشه ارتباط نزديك دارد.
جزو مهم ضريب انتشار مؤثر De مي تواند به صورت فرمول ساده‌ شده‌ي زير خلاصه شود:
(1)
كه D1 ضريب انتشار ماده‌ي غذايي در محلول آزاد، بخشي از حجم خاك، كه به وسيله‌ي محلول اشغال شده (سطح مقطع انتشار)؛ F1 ضريب پايداري است، كه ناشي از مسير پيچ و خم دار يون ها و ديگر مواد محلول از خلال حفره هاي خاك و افزايش طول مسير و در نتيجه، كاهش شيب غلظت و نيز شامل افزايش چسبندگي آب و جذب سطحي يا دافعه‌ي آنيون ها و افزايش dC1/ dC ، يعني شيب غلظت ، به ترتيب ميان غلظت محلول خاك (C1) و مقدار ماده غذايي كه در انتشار شركت مي‌كند (C) .
عوامل خاك
به طور كلي، غلظت پتاسيم و فسفر در سطح ريشه، بسيار كمتر از توده‌ي خاك است، كه اين موضوع، شيب غلظت خاصي را پيرامون ريشه ايجاد مي كند، همچنان كه در نگاره‌ي 3 نشان داده شده است، با افزايش غلظت پتاسيم در خاك، ضريب انتشار آن افزايش مي يابد. دامنه‌ي كاهش مواد غذايي پيرامون ريشه‌ي گياهان، منطقه تحليل نيز از حدود چهار ميلي متر در خاك (تحليل يافته در اثر كشت انبوه)، تا حدود شش ميلي متر و 10 ميلي متر، به ترتيب در خاك هاي بدون كود و كود داده شده. افزايش مي يابد. بنابراين، افزايش ميزان پتاسيم قابل داد و ستد با استفاده از كود، فراهم آوري پتاسيم از راه انتشار را بيشتر از ميزاني افزايش مي دهد كه از راه افزايش پتاسيم قابل داد و ستد تنها در واحد وزن خاك انتظار مي رود. اين موضوع از سوي كوخن بوخن و جونك (1984)، در يك آزمايش كاربرد كود با منداب نشان داده شد، كه ميزان پتاسيم قابل داد و ستد در واحد وزن خشك با ضريب در حدود چهار افزايش مي يابد، در حالي كه ميزان پتاسيم قابل داد وستد كه با انتشار به سطح ريشه مي رسد، با ضريب در حدود 20 افزايش مي يافت. كاربرد NaCl يا MgCl2 نيز دامنه‌ي تحليل و بنابراين رسيدن پتاسيم به سطح ريشه را افزايش مي داد.