بررسی منابع مختلف تامین فسفر در خاکهای کشاورزی
فسفر بعد از ازت به عنوان عنصر غذائی حیاتی برای گیاهان و میکروارگانیسمها محسوب میشود. فرمهائی معدنی این عنصر در خاک بصورت ترکیباتی با کلسیم، آهن آلومینیوم و فلور است در حالیکه فرمهای آلی آن ترکیبات، فسفولیپیدها و اسید نوکلوئیکهاست که اصولا از طریق تجزیه گیاهان سبز تامین میشود بنابراین، خاکهای حاوی مواد آلی فراوان از نظر فسفر آلی غنی نیز هستند. کود سوپر فسفات (معمولی و یا تریپل) نوعی از یک کود فسفاته معمولی است که مقدار P2O5 در سوپرفسفات تریپل در مقایسه با سوپر فسفات معمولی 2.5 برابر بیشتر است. سنگ فسفات بعنوان ماده اصلی اولیه در تولید کود های فسفاته است ودر هندوستان ذخایر موجود سنگ فسفات برابر 100 میلیون تنتخمین زده میشود. البته از این مقدار به تنهائی جوابگوی تبدیل به سوپرفسفات برای هرگونه مصرفی در جهان است. بعلاوه ، استفاده مستقیم از سنگ فسفات تنها در خاک های اسیدی امکان پذیر است . با توجه به محدودیت فوق و همچنین بهائ تمام شده در حمل و نقل و خورد کردن سنگ فسفات به منظور استفاده از آن در کشاورزی، بکار گیری مستقیم از مادۀ اولیه سنگ فسفات برای مصارف زراعی در مزارع مشکلات فراوانی را ایجاد میکند. فسفر نقشهای متفاوت در موجودات زنده بر عهده دارد و کمبود آن میتواند عامل محدود کننده ای برای موجودات زنده بالاخص در تولیدات کشاورزی باشد. گیاهان حاوی تنها حدود %3 فسفر هستند. اما محلول خاک که گیاهان فسفر را از آن جذب میکنند دارای حدود %0.000003 فسفر است. مخازن ذخیره فسفر در طبیعت سنگهای رسوبی و آذرین و نیز استخوانهای سنگواره ای و فزولات پرندگان دریائی هستند. فسفر ممکن است در بعضی از بخشها ده ها ویا حتی صدها سال در حالت رکود باقی بمانند.
دخالت انسان حرکت فسفر را بطرف محل رسوب سرعت میبخشد (سرعتی بیش از جدا شدن مواد جدید از سنگ های تحتانی و وارد شدن آنها در جریان چرخه).
منبع اصلی فسفر، سنگهای رسوبی میباشد و اصولا در اتمسفر فسفری وجود ندارد بنابراین، برای اینکه این عنصر غذائی قابل استفاده موجودات زنده باشد بایستی این سنگها هوادیده شوند. گیاهان یونهای فسفات محلول را از طریق ریشه جذب کرده و از آنها در ساخت بافتهای زنده استفاده میکنند. با مصرف گیاهان توسط علفخواران تجزیه مواد در زنجیره ریزه خواری انجام و فسفر از زنجیره های غذائی عبور مینماید. فسفر موجود در غذا توسط حیوانات دفع شده و رسوبات عظیم غنی از فسفر را بوجود می آورد. ملکولهای آلی حاوی فسفات که وارد زنجیره ریزه خواری شده تجزیه گردیده و فسفر بصورت یون های غیر آلی آزاد میگردد. این یون های آلی آزاد شده ممکن است توسط گیاهان مصرف شده یا در رسوبات مدفون شود. بعضی از ترکیبات فسفاته که زیاد در آب قابل حل نبوده بوسیله گیاهان قابل جذب نیستند. بعلاوه، فسفات ها آزاد در خاک نیز ممکن است با دیگر مواد شیمیائی خاک واکنش انجام داده و بصورت ترکیبات غیر محلول در آیند. بدین ترتیب، این ترکیبات فسفره برای گیاهان غیر قابل استفاده خواهند بود. مقدار فسفر وارد شده در این فرایند ها به عوامل متعددی مثل اسیدیته خاک و ترکیبات معدنی خاک بستگی دارد. بطور کلی، چرخه فسفر، چرخه ناقصی است که تنها بخشی از آن مجددا در فاز آلی یا زنده وارد میگردند.
فسفر یکی از مهمترین مواد مغذی گیاه است که تأثیرات مثبت معنی داری در تشکیل گره های غلات، فعالیت ازت دهی و عملکرد نهائی عموم تولیدات زراعی دارد. علاوه براین رشد گیاه را افزایش میدهد خصوصا در مناطق و فصول خشک که با توسعه و پیشرفت ریشه همراه است. بطور مشابه، استفاده از نیتروژن رشد گیاه را افزایش می دهد بنابراین استفاده متعادل و کافی مواد مغذی باعث افزایش معنی دار عملکرد محصولات زراعی می شود بویژه در خاکهایی که مقدار مواد مغذی آن مانند اکثر خاکهای ایران ضعیف است (خاکی فقیردارند).
• واکنش پذیری شیمیائی فسفر در طبیعت؛
فسفر یکی از اعضای نافلز چند ظرفیتی گروه نیتروژن است، این عنصر به چندین شکل آلوتروپی در طبیعت یافت شده‌است و یکی از عناصر حیاتی برای زندگی ارگانیسم‌های طبیعی (ترکیبات موجودات زنده ) میباشد. در طبیعت چندین شکل فسفر معدنی وجود دارند که عبارت اند از: فسفر سفید ، قرمز و سیاه ؛ اگر چه رنگ‌های آنها تا حد زیادی متفاوت به نظر می‌رسد اما از لحاظ کارکرد شیمیائی تفاوت کمی با هم دارند در طبیعت هرگز فسفر به شکل خالص دیده نشده‌است. تولید جهانی آن ۱۵۳ میلیون تن در سال است. از آنجائی که چرخه فسفر یک چرخه باز و ناقص است، نگرانی‌هایی در مورد اینکه تا چند سال دیگر این منابع فسفر باقی خواهند ماند، وجود دارد پس در صورت کمبود؛ این ماده میتواند مشکلات جدی در تولید غذای جهانی بوجود آورد !! در اقیانوس‌ها ، تجمع فسفر مخصوصا در سطح آنها خیلی کم است به این دلیل که آلومینیم فسفات و کلسیم فسفات بر روی سطح آب باقی می‌مانند. ولی در موارد دیگر، در اقیانوس‌ها، فسفات به سرعت و کامل مصرف میشود و به اعماق اقیانونوس‌ها می‌روند ( همان رسوب نهائی). مقادیر بیشتری از فسفات‌های میتوانند در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها وجود داشته باشند که رشد بیش از اندازهٔ خزه‌ها را موجب میشوند.
• نقش بیولوژیکی فسفر در حیات ؛
ترکیبات فسفری نقش حیاتی در تمام گونه های حیات شناخته شده در زمین دارد. فسفر نقش کلیدی در ملوکولهای بیولوژیکی مانند DNA و RNA که وراثت را کد میکنند و یا شرکت در قسمتهائی از سلول که استقامتهای ملوکولی را شکل میدهند بازی میکنند. همچنین سلولهای زنده از فسفرهای معدنی برای ذخیره و انتقال انرژی سلولی از طریق آدنوزین تری فسفات ATP استفاده میکنند. نمکهای فسفات کلیسیوم هم توسط حیوانات برای سفت شدن استخوان استفاده میشود.
• نقش فسفر در تولید محصولات و کشاورزی پایدار ؛
کشاورزی پایدار سیستمی است که در آن مصرف نهادۀ وارداتی به سیستم کاهش می یابد و نظام متداول پرمصرف نهاده امروزی به نظام ارگانیک و مصرف کم نهاده تبدیل میگردد که برای تحقق این نظام اجرای 4 روش زیر را لازم می دانند :
- تلفیق کشاورزی با دام پروری
- تناوب زراعی
- مصرف بیشتر کودهای دامی بجای شیمیایی
- کنترل بیولوژیکی آفات.
حفظ محیط زیست و نگهداری از خاک و آب و تولید محصولات کشاورزی سالم در حال حاضر از وظایف کشاورزی می باشد و مدیریت کودی خاک بوسیله کودهای زیستی یک امر مهم در کشاورزی پایدار محسوب می شود. باکتریهای مورد استفاده در کودهای زیستی از دوجنس باسیلوس (Bacillus ) و پسودوموناس ( Pseudomonas ) آسپرژیلوس ( Aspergilleus ) انتخاب شده اند. در هندوستان برای استفاده از منابع فسفاتی موجود در کشور ( سنگ فسفات ) این میکروارگانیسم ها مورد توجه قرار گرفته اند.
نتایج بررسی ها حاکی از وجود رابطه سینرژیستی بین این میکروارگانیسم ها و قارچهای میکوریزی است بطوریکه تلقیح همزمان آنها به گیاه افزایش جذب فسفر و رشد بهتر گیاه را در پی داشته است.
در استرالیا از باکتریهای تیوباسیلوس برای تولید کودی بنام بیوسوپر استفاده میشود. تلقیح گونه های فعال این باکتری به مخلوط سنگ فسفات و گوگرد با انجام اکسیداسیون گوگرد و تولید اسید سولفوریک موجب آزاد شدن فسفر از سنگ فسفات میشود.
بیش از 80 درصد فسفات جهان از کانسارهای رسوبی و کمتر از 20 درصد آن از کانسارهای آذرین به دست می آید . کربناتیتها و کمپلکسهای آذرین آلکالن سنگهای آذرین مهمترین خاستگاه کانسارهای آذرین محسوب می شوند .
میزان P2O5 سنگهای اذرین غالباً کمتر از 2/0 درصد است.حود 20 کانی حاوی بیش از 20 درصدP2O5 وجود دارند. فلوئور آپاتیت مهمترین کانی سنگهای آذرین است که میزان P2O5آنها بیش از 42 در صد است. میزان P2O5 کانسارهای فسفات دار دنیا در جدول زیر نشان داده شده است.سوپر فسفات، سوپر فسفات غلیظ، منوفسفات آمونیم و فسفات دی آمونیم از مهمترین کودهای فسفات دار به شمار می آیند . آهن، آلومینیم، اکسید کلسیم و منیزیم، فلوئور، کلر، پیریت و مواد آلی جزء عناصر و کانیهای مزاحم در کانسنگ فسفات هستند.میزان تولید کودهای فسفات دار دنیا در سال 1969 حدود 18 میلیون تن بوده که در سال 1980 به حدود 39 میلیون تن رسیده است . آمریکای شمالی آمار بزرگترین تولید کننده و مصرف کننده کودهای شیمیایی است .
در ایران نیز پس از طی مراحل متعدد 22 سویه باکتری حل کننده فسفات از خاکهای بومی ایران جدا سازی شد و از این تعداد در نهایت دو سویه برتر برای فرمولاسیون کود زیستی تحت عنوان فسفاته بارو – 2 انتخاب گردید . کود زیستی بارور – 2 که حاوی دو نوع باکتری میباشد با تولید اسیدها آلی باعث رها سازی فسفات از ترکیبات معدنی و با تولید و ترشح آنزیم فسفاتاز باعث رها سازی فسفات از ترکیبات آلی میشود.
هم اکنون محصول در بسته های 100 گرمی پودر جامد مرطوب ، استریل و قابل نگهداری در دمای اتاق به مدت حداقل شش ماه عرضه میشود.
هر بسته برای مصرف در یک هکتار به همراه حداکثر 50 درصد کود شیمیایی فسفاته مصرفی توصیه شده برای هر مزرعه بکار میرود.
با توجه به نقش ارزنده کودهای زیستی ( بیولوژیک ) در بهبود خصوصیات فیکوشیمیایی و حاصلخیزی خاک در دراز مدت ضرورت دارد. میتوان اظهار داشت که مصرف کود فسفات زیستی از طریق اثرات مثبتی که در مقدار فسفر و نیز افزایشی که به دنبال آن بر روی رشد، نمو و بیوماس گیاه زراعی ایجاد میکند، سبب بهبود محسوس غلظت نیتروژن در دانه غلات میشود.
یافته ها Toro و همکاران (1997) بر روی گیاه پیاز نتایج تایید کننده ای در این مهم بدست آوردند. آنها در پژوهش خود، شاهد افزایش بارز غلظت ازت در گیاه پیاز در مقایسه با تیمار شاهد در اثر کاربرد باکتری های حل کننده فسفات بنام Entrobacter sp همراه با سنگ فسفات بودند.
در رابطه با اثرهای متقابل تشدید کننده ای که بین تلقیح میکوریزائی کود فسفات زیستی ( انواع کود بیولوژیک فسفر) بر روی غلظت ازت در دانه رازیانه مشاهده شد نشان داد که مصرف همزمان یک باکتری حل کننده فسفات بنام Bacillus subtilis همراه با سنگ فسفات معدنی و قارچ میکوریزائی بنام Glomus intraradices یک اثر هم افزائی و تقویت کننده بر روی غلظت نیتروژن در گیاه دارد.
• نقش کودهای زیستی در کشاورزی پایدار ؛
کودهای بیولوژیک میکروارگانیسم هایی هستند که قادرند عناصر غذایی را از شکل بلا استفاده به شکل قابل استفاده تبدیل کنند و این تبدیل در یک پروسه بیولوژیکی انجام میگیرد. از جمله مزایای این کودها که در سیستم های کشاورزی پایدار بر آن تاکید میشود :
- هزینه تولید کودهای بیولوژیک کم بوده؛
- در اکوسیستم آلودگی بوجود نمی آورد !!
• عواملی که باعث کاهش جمعیت میکروارگانیسم های مورد نظر در خاکهای یک منطقه میشوند:
- تنش های محیطی بلند مدت ( خشکی – حرارت زیاد و یخبندان – غرقاب ... )
- استفاده بی رویه از سموم شیمیایی
- عدم حضور گیاه میزبان مناسب به مدت طولانی
طبقه بندی کودهای زیستی ؛
الف ) با توجه به نوع میکروارگانیسم ها کودهای بیولوژیک را میتوان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
1- کودهای بیولوژیک باکتریایی ( ریزوبیوم – ازتوباکتر – آزوسپریلیوم ... )
2- کودهای بیولوژیک قارچی ( میکوریزا )
3- کودهای بیولوژیک جلبکی ( جلبکهای سبز – آبی و آزولا )
4- کودهای بیولوژیک اکتینومیست ها ( فرانکیا )
ب ) با توجه به اعمالی که میکروارگانیسم ها انجام میدهند کودهای زیستی به شرح ذیل تقسیم بندی میشوند:
1- تثبیت کننده های ازت مولکولی
2- قارچهای میکوریزا
3- میکروارگانیسم های حل کننده فسفات های نامحلول
4- باکتری های ریزوسفر محرک رشد
5- میکروارگانیسم های تبدیل کننده مواد آلی زاید به کمپوست
6- کرم های خاکی تولید کننده ورمی کمپوست
• کارائی فسفر و نقش قارچهای میکوریزا؛
میکوریزا نشان دهنده مشارکت در همزیستی بین قارچ و ریشه گیاه میزبان میباشد. در این سیستم قارچ پوشش گسترده ای از رشته های نخ مانند به هم تابیده به نام میسیلیوم را در اطراف ریشه گیاه میزبان تشکیل میدهد در این همزیستی قارچ قند، اسید های آمینه ، ویتامین ها و برخی مواد آلی دیگر را از میزبان دریافت و در مقابل معدنی و بیشتر از سایر مواد فسفات را خاک جذب و در اختیار گیاه قرار میدهد. اکثر گیاهان قادر به تشکیل سیستم میکوریزایی هستند. تعداد محدودی از گیاهان زراعی قادر به تشکیل سیستم میکوریزایی نیستند و بیشتر این گیاهان از خانواده های ( Cruciferae ) نظیر جنس های (Sinpsis، Brassica) و خانواده Chenopodiaceae جنس Beta و خانواده Polygonaceae جنس Fagopyrum میباشند.
• فیزیولوژی اثرات تغذیه ای میکوریزا در جذب فسفر گیاه میزبان ؛
یکی از اصول بنیادی و اساسی کشاورزی پایدار، استفاده کارآمد از کودهای شیمیایی و بخصوص کودهای فسفاته است (بدلیل چرخه ناقص فسفر در طبیعت). این کودها دارای تحرک کمی در خاک بوده و طی واکنش‌هایی با عناصر خاک (ترکیب فسفات با کلسیم، منیزیم، آهن، روی، ...) بصورت نامحلول درآمده و بازده مصرفی آنها کاهش می‌یابد. بنابراین بایستی در مدیریت استفاده از کودهای فسفاته تجدید نظر صورت گرفته و به روش‌های نوین مانند روش‌های بیولوژیک توجه بیشتری‌معطوف گردد. تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور بر روی قارچهای میکوریزا و نیز میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفات، نشان دهنده کارایی بالای روش‌های بیولوژیک در افزایش فسفر قابل جذب‌گیاهان است. قارچهای میکوریزا که در همزیستی با انواع مختلف گیاهان به اجرای نقش می‌پردازند کارایی و توانایی بسیار بالایی از نظر تامین فسفر مورد نیاز گیاه نشان داده اند، به طوری که سایر فواید مهم حاصل‌از همزیستی میکوریزایی مانند جذب بیشتر بعضی از عناصر پرمصرف و کم مصرف (به عنوان مثال، افزایش جذب ازت، پتاس، کلسیم، منیزیم، منگنز، آهن)، جذب بهتر آب، تولید هورمون‌های محرک رشدگیاه و بالاخره پتانسیل مقابله با عوامل بیماریزا ریشه، تحت الشعاع مسئله جذب فسفر توسط آنها قرار گرفته است.
این قارچ‌ها بدرون سلولهای پارانشیم کورتکس ریشه راه یافته و سپس با استفاده از مواد فتوسنتزی ریشه به‌سرعت تکثیر و با گسترش ریسه خود بدرون خاک، جذب عناصر غذایی و بویژه فسفر را افزایش میدهند. ضمنا تحقیقات نشان داده که دراکثر موارد بین قارچهای میکوریزا و باکتری ریزوبیوم یک اثر سینرژیستی در تثبیت ازت و افزایش وزن غده‌های ریشه‌ای در گیاه وجود دارد. اما میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفاتPSM بصورت ساپروفیت در منطقه ریشه (ریزوسفر) فعالیت نموده و با مصرف ترشحات ریشه، ترکیبات نامحلول فسفات (مانند تری کلسیم فسفات) را بصورت محلول قابل جذب گیاه در می‌آورند. این میکروارگانیسم‌های آزاد زی بصورت کودهای میکروبی فسفاته در سطح تجارتی عرضه شده‌اند که هر چند کارایی میکوریزا را ندارند ولی اثرات سینرژیستی حاصل از تلقیح مشترک آنها مورد توجه قرار گرفته است. در بین عناصر غذایی بیشترین نقش مایکوریزا در جذب فسفر است. نقش میکوریزا در تغذیه ازته گیاه به دلیل دارا بودن ضریب پخش زیاد آن ناچیز است. افزایش جذب ازت بوسیله سیستم های میکوریزایی بخصوص در میکوریزاهای بیرونی همزیست با گیاهان جنگلی مشاهده شده است. هنگامی که فسفر خاک در سطح پایینی باشد سیستم میکوریزا جذب فسفر و در نتیجه رشد گیاه را به نحوه چشمگیری افزایش میدهد . هیف ها قادر هستند که فسفات را از 15 سانتی متر سطح ریشه تا چند متری عمق خاک زیر ریشه دریافت کنند. همچنین هیف ها در منافذی از خاک نفوذ میکنند که امکان نفوذ تارهای کشنده ریشه وجود ندارد ( قطر تارهای کشنده حداقل 20 میکرومتر است در حالیکه هیف ها حداکثر 2-1 میکرو متر میباشند ) بعلاوه هیف ها از راه افزایش سطح تماس یا از راه افزایش طول موثر ریشه جذب عناصر غذایی را به شدت افزایش میدهند. مطالعات متعدد نشان داده است که میکوریزاها میتوانند آنزیم فسفاتاز سنتز کنند و از این راه امکان دسترسی به فسفر را افزایش دهند. برخی از انواع میکوریزاها اسیدهای کلات کننده تولید میکنند و از این راه حلالیت فسفر را برای جذب افزایش می دهند.
• وضعیت فسفر در کشاورزی ایران؛
بررسی فراوانی نسبی میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفات در خاکهای نواحی مختلف کشور نیز نشان میدهد که قارچ‌ها 46.75، باکتری‌ها 40.3 و اکتینومیست‌ها 12.99 درصد کل PSM فعال را در خاک‌های‌ریزوسفری بخود اختصاص داده‌اند. با توجه به مصرف سالانه نزدیک به یک میلیون تن کود دی آمونیوم فسفات در ایران، بازده پایین کودهای فسفاته در خاکهای آهکی کشور و همچنین پیامدهای حاصل از زیاده روی در مصرف این کودها (آلودگی آب‌های سطحی با ذرات خاکی غنی از فسفر و یا کاهش عملکرد گیاهان در نتیجه کم شدن جذب روی و آهن و یا تجمیع بیش از حد بور، منگنز و یا مولیبدون درگیاهان) شایسته است که در زمینه تامین فسفر مورد نیاز گیاهان از طریق کودهای میکروبی فسفاته توجهات بیشتری صورت گیرد. تحقیقات انجام شده بر روی گندم آبی در نقاط مختلف کشور بیانگر اقتصادی بودن تولید و استفاده از آنها بجای کودهای شیمیایی فسفاته است.
نتیجه گیری ؛
تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور بر روی قارچهای میکوریزا و نیز میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفات، نشان دهنده کارایی بالای روش‌های بیولوژیک در افزایش فسفر قابل جذب‌گیاهان است. پس در کشاورزی پایدار جهت استفاده بهینه از منابع و بخصوص منابع تجدید ناپذیر، کاهش 50 درصدی درمصرف کود فسفره و مصرف کود بیولوژیک، اکیدا توصیه میشود.
فسفر بعد از ازت به عنوان عنصر غذائی حیاتی برای گیاهان و میکروارگانیسمها محسوب میشود. فرمهائی معدنی این عنصر در خاک بصورت ترکیباتی با کلسیم، آهن آلومینیوم و فلور است در حالیکه فرمهای آلی آن ترکیبات، فسفولیپیدها و اسید نوکلوئیکهاست که اصولا از طریق تجزیه گیاهان سبز تامین میشود بنابراین، خاکهای حاوی مواد آلی فراوان از نظر فسفر آلی غنی نیز هستند. کود سوپر فسفات (معمولی و یا تریپل) نوعی از یک کود فسفاته معمولی است که مقدار P2O5 در سوپرفسفات تریپل در مقایسه با سوپر فسفات معمولی 2.5 برابر بیشتر است. سنگ فسفات بعنوان ماده اصلی اولیه در تولید کود های فسفاته است ودر هندوستان ذخایر موجود سنگ فسفات برابر 100 میلیون تنتخمین زده میشود. البته از این مقدار به تنهائی جوابگوی تبدیل به سوپرفسفات برای هرگونه مصرفی در جهان است. بعلاوه ، استفاده مستقیم از سنگ فسفات تنها در خاک های اسیدی امکان پذیر است . با توجه به محدودیت فوق و همچنین بهائ تمام شده در حمل و نقل و خورد کردن سنگ فسفات به منظور استفاده از آن در کشاورزی، بکار گیری مستقیم از مادۀ اولیه سنگ فسفات برای مصارف زراعی در مزارع مشکلات فراوانی را ایجاد میکند. فسفر نقشهای متفاوت در موجودات زنده بر عهده دارد و کمبود آن میتواند عامل محدود کننده ای برای موجودات زنده بالاخص در تولیدات کشاورزی باشد. گیاهان حاوی تنها حدود %3 فسفر هستند. اما محلول خاک که گیاهان فسفر را از آن جذب میکنند دارای حدود %0.000003 فسفر است. مخازن ذخیره فسفر در طبیعت سنگهای رسوبی و آذرین و نیز استخوانهای سنگواره ای و فزولات پرندگان دریائی هستند. فسفر ممکن است در بعضی از بخشها ده ها ویا حتی صدها سال در حالت رکود باقی بمانند.
دخالت انسان حرکت فسفر را بطرف محل رسوب سرعت میبخشد (سرعتی بیش از جدا شدن مواد جدید از سنگ های تحتانی و وارد شدن آنها در جریان چرخه).
منبع اصلی فسفر، سنگهای رسوبی میباشد و اصولا در اتمسفر فسفری وجود ندارد بنابراین، برای اینکه این عنصر غذائی قابل استفاده موجودات زنده باشد بایستی این سنگها هوادیده شوند. گیاهان یونهای فسفات محلول را از طریق ریشه جذب کرده و از آنها در ساخت بافتهای زنده استفاده میکنند. با مصرف گیاهان توسط علفخواران تجزیه مواد در زنجیره ریزه خواری انجام و فسفر از زنجیره های غذائی عبور مینماید. فسفر موجود در غذا توسط حیوانات دفع شده و رسوبات عظیم غنی از فسفر را بوجود می آورد. ملکولهای آلی حاوی فسفات که وارد زنجیره ریزه خواری شده تجزیه گردیده و فسفر بصورت یون های غیر آلی آزاد میگردد. این یون های آلی آزاد شده ممکن است توسط گیاهان مصرف شده یا در رسوبات مدفون شود. بعضی از ترکیبات فسفاته که زیاد در آب قابل حل نبوده بوسیله گیاهان قابل جذب نیستند. بعلاوه، فسفات ها آزاد در خاک نیز ممکن است با دیگر مواد شیمیائی خاک واکنش انجام داده و بصورت ترکیبات غیر محلول در آیند. بدین ترتیب، این ترکیبات فسفره برای گیاهان غیر قابل استفاده خواهند بود. مقدار فسفر وارد شده در این فرایند ها به عوامل متعددی مثل اسیدیته خاک و ترکیبات معدنی خاک بستگی دارد. بطور کلی، چرخه فسفر، چرخه ناقصی است که تنها بخشی از آن مجددا در فاز آلی یا زنده وارد میگردند.
فسفر یکی از مهمترین مواد مغذی گیاه است که تأثیرات مثبت معنی داری در تشکیل گره های غلات، فعالیت ازت دهی و عملکرد نهائی عموم تولیدات زراعی دارد. علاوه براین رشد گیاه را افزایش میدهد خصوصا در مناطق و فصول خشک که با توسعه و پیشرفت ریشه همراه است. بطور مشابه، استفاده از نیتروژن رشد گیاه را افزایش می دهد بنابراین استفاده متعادل و کافی مواد مغذی باعث افزایش معنی دار عملکرد محصولات زراعی می شود بویژه در خاکهایی که مقدار مواد مغذی آن مانند اکثر خاکهای ایران ضعیف است (خاکی فقیردارند).
• واکنش پذیری شیمیائی فسفر در طبیعت؛
فسفر یکی از اعضای نافلز چند ظرفیتی گروه نیتروژن است، این عنصر به چندین شکل آلوتروپی در طبیعت یافت شده‌است و یکی از عناصر حیاتی برای زندگی ارگانیسم‌های طبیعی (ترکیبات موجودات زنده ) میباشد. در طبیعت چندین شکل فسفر معدنی وجود دارند که عبارت اند از: فسفر سفید ، قرمز و سیاه ؛ اگر چه رنگ‌های آنها تا حد زیادی متفاوت به نظر می‌رسد اما از لحاظ کارکرد شیمیائی تفاوت کمی با هم دارند در طبیعت هرگز فسفر به شکل خالص دیده نشده‌است. تولید جهانی آن ۱۵۳ میلیون تن در سال است. از آنجائی که چرخه فسفر یک چرخه باز و ناقص است، نگرانی‌هایی در مورد اینکه تا چند سال دیگر این منابع فسفر باقی خواهند ماند، وجود دارد پس در صورت کمبود؛ این ماده میتواند مشکلات جدی در تولید غذای جهانی بوجود آورد !! در اقیانوس‌ها ، تجمع فسفر مخصوصا در سطح آنها خیلی کم است به این دلیل که آلومینیم فسفات و کلسیم فسفات بر روی سطح آب باقی می‌مانند. ولی در موارد دیگر، در اقیانوس‌ها، فسفات به سرعت و کامل مصرف میشود و به اعماق اقیانونوس‌ها می‌روند ( همان رسوب نهائی). مقادیر بیشتری از فسفات‌های میتوانند در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها وجود داشته باشند که رشد بیش از اندازهٔ خزه‌ها را موجب میشوند.
• نقش بیولوژیکی فسفر در حیات ؛
ترکیبات فسفری نقش حیاتی در تمام گونه های حیات شناخته شده در زمین دارد. فسفر نقش کلیدی در ملوکولهای بیولوژیکی مانند DNA و RNA که وراثت را کد میکنند و یا شرکت در قسمتهائی از سلول که استقامتهای ملوکولی را شکل میدهند بازی میکنند. همچنین سلولهای زنده از فسفرهای معدنی برای ذخیره و انتقال انرژی سلولی از طریق آدنوزین تری فسفات ATP استفاده میکنند. نمکهای فسفات کلیسیوم هم توسط حیوانات برای سفت شدن استخوان استفاده میشود.
• نقش فسفر در تولید محصولات و کشاورزی پایدار ؛
کشاورزی پایدار سیستمی است که در آن مصرف نهادۀ وارداتی به سیستم کاهش می یابد و نظام متداول پرمصرف نهاده امروزی به نظام ارگانیک و مصرف کم نهاده تبدیل میگردد که برای تحقق این نظام اجرای 4 روش زیر را لازم می دانند :
- تلفیق کشاورزی با دام پروری
- تناوب زراعی
- مصرف بیشتر کودهای دامی بجای شیمیایی
- کنترل بیولوژیکی آفات.
حفظ محیط زیست و نگهداری از خاک و آب و تولید محصولات کشاورزی سالم در حال حاضر از وظایف کشاورزی می باشد و مدیریت کودی خاک بوسیله کودهای زیستی یک امر مهم در کشاورزی پایدار محسوب می شود. باکتریهای مورد استفاده در کودهای زیستی از دوجنس باسیلوس (Bacillus ) و پسودوموناس ( Pseudomonas ) آسپرژیلوس ( Aspergilleus ) انتخاب شده اند. در هندوستان برای استفاده از منابع فسفاتی موجود در کشور ( سنگ فسفات ) این میکروارگانیسم ها مورد توجه قرار گرفته اند.
نتایج بررسی ها حاکی از وجود رابطه سینرژیستی بین این میکروارگانیسم ها و قارچهای میکوریزی است بطوریکه تلقیح همزمان آنها به گیاه افزایش جذب فسفر و رشد بهتر گیاه را در پی داشته است.
در استرالیا از باکتریهای تیوباسیلوس برای تولید کودی بنام بیوسوپر استفاده میشود. تلقیح گونه های فعال این باکتری به مخلوط سنگ فسفات و گوگرد با انجام اکسیداسیون گوگرد و تولید اسید سولفوریک موجب آزاد شدن فسفر از سنگ فسفات میشود.
بیش از 80 درصد فسفات جهان از کانسارهای رسوبی و کمتر از 20 درصد آن از کانسارهای آذرین به دست می آید . کربناتیتها و کمپلکسهای آذرین آلکالن سنگهای آذرین مهمترین خاستگاه کانسارهای آذرین محسوب می شوند .
میزان P2O5 سنگهای اذرین غالباً کمتر از 2/0 درصد است.حود 20 کانی حاوی بیش از 20 درصدP2O5 وجود دارند. فلوئور آپاتیت مهمترین کانی سنگهای آذرین است که میزان P2O5آنها بیش از 42 در صد است. میزان P2O5 کانسارهای فسفات دار دنیا در جدول زیر نشان داده شده است.سوپر فسفات، سوپر فسفات غلیظ، منوفسفات آمونیم و فسفات دی آمونیم از مهمترین کودهای فسفات دار به شمار می آیند . آهن، آلومینیم، اکسید کلسیم و منیزیم، فلوئور، کلر، پیریت و مواد آلی جزء عناصر و کانیهای مزاحم در کانسنگ فسفات هستند.میزان تولید کودهای فسفات دار دنیا در سال 1969 حدود 18 میلیون تن بوده که در سال 1980 به حدود 39 میلیون تن رسیده است . آمریکای شمالی آمار بزرگترین تولید کننده و مصرف کننده کودهای شیمیایی است .
در ایران نیز پس از طی مراحل متعدد 22 سویه باکتری حل کننده فسفات از خاکهای بومی ایران جدا سازی شد و از این تعداد در نهایت دو سویه برتر برای فرمولاسیون کود زیستی تحت عنوان فسفاته بارو – 2 انتخاب گردید . کود زیستی بارور – 2 که حاوی دو نوع باکتری میباشد با تولید اسیدها آلی باعث رها سازی فسفات از ترکیبات معدنی و با تولید و ترشح آنزیم فسفاتاز باعث رها سازی فسفات از ترکیبات آلی میشود.
هم اکنون محصول در بسته های 100 گرمی پودر جامد مرطوب ، استریل و قابل نگهداری در دمای اتاق به مدت حداقل شش ماه عرضه میشود.
هر بسته برای مصرف در یک هکتار به همراه حداکثر 50 درصد کود شیمیایی فسفاته مصرفی توصیه شده برای هر مزرعه بکار میرود.
با توجه به نقش ارزنده کودهای زیستی ( بیولوژیک ) در بهبود خصوصیات فیکوشیمیایی و حاصلخیزی خاک در دراز مدت ضرورت دارد. میتوان اظهار داشت که مصرف کود فسفات زیستی از طریق اثرات مثبتی که در مقدار فسفر و نیز افزایشی که به دنبال آن بر روی رشد، نمو و بیوماس گیاه زراعی ایجاد میکند، سبب بهبود محسوس غلظت نیتروژن در دانه غلات میشود.
یافته ها Toro و همکاران (1997) بر روی گیاه پیاز نتایج تایید کننده ای در این مهم بدست آوردند. آنها در پژوهش خود، شاهد افزایش بارز غلظت ازت در گیاه پیاز در مقایسه با تیمار شاهد در اثر کاربرد باکتری های حل کننده فسفات بنام Entrobacter sp همراه با سنگ فسفات بودند.
در رابطه با اثرهای متقابل تشدید کننده ای که بین تلقیح میکوریزائی کود فسفات زیستی ( انواع کود بیولوژیک فسفر) بر روی غلظت ازت در دانه رازیانه مشاهده شد نشان داد که مصرف همزمان یک باکتری حل کننده فسفات بنام Bacillus subtilis همراه با سنگ فسفات معدنی و قارچ میکوریزائی بنام Glomus intraradices یک اثر هم افزائی و تقویت کننده بر روی غلظت نیتروژن در گیاه دارد.
• نقش کودهای زیستی در کشاورزی پایدار ؛
کودهای بیولوژیک میکروارگانیسم هایی هستند که قادرند عناصر غذایی را از شکل بلا استفاده به شکل قابل استفاده تبدیل کنند و این تبدیل در یک پروسه بیولوژیکی انجام میگیرد. از جمله مزایای این کودها که در سیستم های کشاورزی پایدار بر آن تاکید میشود :
- هزینه تولید کودهای بیولوژیک کم بوده؛
- در اکوسیستم آلودگی بوجود نمی آورد !!
• عواملی که باعث کاهش جمعیت میکروارگانیسم های مورد نظر در خاکهای یک منطقه میشوند:
- تنش های محیطی بلند مدت ( خشکی – حرارت زیاد و یخبندان – غرقاب ... )
- استفاده بی رویه از سموم شیمیایی
- عدم حضور گیاه میزبان مناسب به مدت طولانی
طبقه بندی کودهای زیستی ؛
الف ) با توجه به نوع میکروارگانیسم ها کودهای بیولوژیک را میتوان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
1- کودهای بیولوژیک باکتریایی ( ریزوبیوم – ازتوباکتر – آزوسپریلیوم ... )
2- کودهای بیولوژیک قارچی ( میکوریزا )
3- کودهای بیولوژیک جلبکی ( جلبکهای سبز – آبی و آزولا )
4- کودهای بیولوژیک اکتینومیست ها ( فرانکیا )
ب ) با توجه به اعمالی که میکروارگانیسم ها انجام میدهند کودهای زیستی به شرح ذیل تقسیم بندی میشوند:
1- تثبیت کننده های ازت مولکولی
2- قارچهای میکوریزا
3- میکروارگانیسم های حل کننده فسفات های نامحلول
4- باکتری های ریزوسفر محرک رشد
5- میکروارگانیسم های تبدیل کننده مواد آلی زاید به کمپوست
6- کرم های خاکی تولید کننده ورمی کمپوست
• کارائی فسفر و نقش قارچهای میکوریزا؛
میکوریزا نشان دهنده مشارکت در همزیستی بین قارچ و ریشه گیاه میزبان میباشد. در این سیستم قارچ پوشش گسترده ای از رشته های نخ مانند به هم تابیده به نام میسیلیوم را در اطراف ریشه گیاه میزبان تشکیل میدهد در این همزیستی قارچ قند، اسید های آمینه ، ویتامین ها و برخی مواد آلی دیگر را از میزبان دریافت و در مقابل معدنی و بیشتر از سایر مواد فسفات را خاک جذب و در اختیار گیاه قرار میدهد. اکثر گیاهان قادر به تشکیل سیستم میکوریزایی هستند. تعداد محدودی از گیاهان زراعی قادر به تشکیل سیستم میکوریزایی نیستند و بیشتر این گیاهان از خانواده های ( Cruciferae ) نظیر جنس های (Sinpsis، Brassica) و خانواده Chenopodiaceae جنس Beta و خانواده Polygonaceae جنس Fagopyrum میباشند.
• فیزیولوژی اثرات تغذیه ای میکوریزا در جذب فسفر گیاه میزبان ؛
یکی از اصول بنیادی و اساسی کشاورزی پایدار، استفاده کارآمد از کودهای شیمیایی و بخصوص کودهای فسفاته است (بدلیل چرخه ناقص فسفر در طبیعت). این کودها دارای تحرک کمی در خاک بوده و طی واکنش‌هایی با عناصر خاک (ترکیب فسفات با کلسیم، منیزیم، آهن، روی، ...) بصورت نامحلول درآمده و بازده مصرفی آنها کاهش می‌یابد. بنابراین بایستی در مدیریت استفاده از کودهای فسفاته تجدید نظر صورت گرفته و به روش‌های نوین مانند روش‌های بیولوژیک توجه بیشتری‌معطوف گردد. تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور بر روی قارچهای میکوریزا و نیز میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفات، نشان دهنده کارایی بالای روش‌های بیولوژیک در افزایش فسفر قابل جذب‌گیاهان است. قارچهای میکوریزا که در همزیستی با انواع مختلف گیاهان به اجرای نقش می‌پردازند کارایی و توانایی بسیار بالایی از نظر تامین فسفر مورد نیاز گیاه نشان داده اند، به طوری که سایر فواید مهم حاصل‌از همزیستی میکوریزایی مانند جذب بیشتر بعضی از عناصر پرمصرف و کم مصرف (به عنوان مثال، افزایش جذب ازت، پتاس، کلسیم، منیزیم، منگنز، آهن)، جذب بهتر آب، تولید هورمون‌های محرک رشدگیاه و بالاخره پتانسیل مقابله با عوامل بیماریزا ریشه، تحت الشعاع مسئله جذب فسفر توسط آنها قرار گرفته است.
این قارچ‌ها بدرون سلولهای پارانشیم کورتکس ریشه راه یافته و سپس با استفاده از مواد فتوسنتزی ریشه به‌سرعت تکثیر و با گسترش ریسه خود بدرون خاک، جذب عناصر غذایی و بویژه فسفر را افزایش میدهند. ضمنا تحقیقات نشان داده که دراکثر موارد بین قارچهای میکوریزا و باکتری ریزوبیوم یک اثر سینرژیستی در تثبیت ازت و افزایش وزن غده‌های ریشه‌ای در گیاه وجود دارد. اما میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفاتPSM بصورت ساپروفیت در منطقه ریشه (ریزوسفر) فعالیت نموده و با مصرف ترشحات ریشه، ترکیبات نامحلول فسفات (مانند تری کلسیم فسفات) را بصورت محلول قابل جذب گیاه در می‌آورند. این میکروارگانیسم‌های آزاد زی بصورت کودهای میکروبی فسفاته در سطح تجارتی عرضه شده‌اند که هر چند کارایی میکوریزا را ندارند ولی اثرات سینرژیستی حاصل از تلقیح مشترک آنها مورد توجه قرار گرفته است. در بین عناصر غذایی بیشترین نقش مایکوریزا در جذب فسفر است. نقش میکوریزا در تغذیه ازته گیاه به دلیل دارا بودن ضریب پخش زیاد آن ناچیز است. افزایش جذب ازت بوسیله سیستم های میکوریزایی بخصوص در میکوریزاهای بیرونی همزیست با گیاهان جنگلی مشاهده شده است. هنگامی که فسفر خاک در سطح پایینی باشد سیستم میکوریزا جذب فسفر و در نتیجه رشد گیاه را به نحوه چشمگیری افزایش میدهد . هیف ها قادر هستند که فسفات را از 15 سانتی متر سطح ریشه تا چند متری عمق خاک زیر ریشه دریافت کنند. همچنین هیف ها در منافذی از خاک نفوذ میکنند که امکان نفوذ تارهای کشنده ریشه وجود ندارد ( قطر تارهای کشنده حداقل 20 میکرومتر است در حالیکه هیف ها حداکثر 2-1 میکرو متر میباشند ) بعلاوه هیف ها از راه افزایش سطح تماس یا از راه افزایش طول موثر ریشه جذب عناصر غذایی را به شدت افزایش میدهند. مطالعات متعدد نشان داده است که میکوریزاها میتوانند آنزیم فسفاتاز سنتز کنند و از این راه امکان دسترسی به فسفر را افزایش دهند. برخی از انواع میکوریزاها اسیدهای کلات کننده تولید میکنند و از این راه حلالیت فسفر را برای جذب افزایش می دهند.
• وضعیت فسفر در کشاورزی ایران؛
بررسی فراوانی نسبی میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفات در خاکهای نواحی مختلف کشور نیز نشان میدهد که قارچ‌ها 46.75، باکتری‌ها 40.3 و اکتینومیست‌ها 12.99 درصد کل PSM فعال را در خاک‌های‌ریزوسفری بخود اختصاص داده‌اند. با توجه به مصرف سالانه نزدیک به یک میلیون تن کود دی آمونیوم فسفات در ایران، بازده پایین کودهای فسفاته در خاکهای آهکی کشور و همچنین پیامدهای حاصل از زیاده روی در مصرف این کودها (آلودگی آب‌های سطحی با ذرات خاکی غنی از فسفر و یا کاهش عملکرد گیاهان در نتیجه کم شدن جذب روی و آهن و یا تجمیع بیش از حد بور، منگنز و یا مولیبدون درگیاهان) شایسته است که در زمینه تامین فسفر مورد نیاز گیاهان از طریق کودهای میکروبی فسفاته توجهات بیشتری صورت گیرد. تحقیقات انجام شده بر روی گندم آبی در نقاط مختلف کشور بیانگر اقتصادی بودن تولید و استفاده از آنها بجای کودهای شیمیایی فسفاته است.
نتیجه گیری ؛
تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور بر روی قارچهای میکوریزا و نیز میکروارگانیسم‌های حل کننده فسفات، نشان دهنده کارایی بالای روش‌های بیولوژیک در افزایش فسفر قابل جذب‌گیاهان است. پس در کشاورزی پایدار جهت استفاده بهینه از منابع و بخصوص منابع تجدید ناپذیر، کاهش 50 درصدی درمصرف کود فسفره و مصرف کود بیولوژیک، اکیدا توصیه میشود.
دیدگاه ها