تثبیت نیتروژن به وسیله موجودات زنده

تثبیت نیتروژن به وسیله موجودات زنده

تعداد کمی از موجودات زنده قادرند از نیتروژن موجود در جو استفاده نمایند. از جمله شناخته شده­ترین آن­ها ریزوبیوم­ها (باکتری­های بقولات)، باکتری­های آزاد­زی مانند ازتوباکتر و کلستریدیوم و جلبک­های سبز- آبی هستند. ازتوباکتر­ها، باکتری­های هتروتروف هوازی هستند. آن­ها انرژی مورد نیاز خود را از طریق اکسیداسیون مواد آلی به­دست می‌آورند. در صورتی­که ماده آلی، نیتروژن مورد نیاز آن­ها را تأمین نکند، آن­ها این توانایی را دارند که از نیتروژن مولکولی موجود در جو استفاده نمایند. این باکتری­ها بخشی از ماده آلی خاک را تشکیل می­دهند و پس از مرگ، نیتروژن موجود در اجساد آن­ها معدنی می­شود. باکتری­های کلستریدیوم نیز به همین طریق اما در یک محیط بی­هوازی عمل می­نمایند. مقدار نیتروژن تثبیت شده به وسیله آن­ها و ســـایر باکتری­های غیر­همزیست، زیاد نیست و تغییر چندانی را به وجود نمی­آورد. به ازاء هر کیلوگرم نیتروژن تثبیت شده، در حدود ۱۰۰ کیلوگرم کربن در طی تنفس مصرف می­شود. احتمالاً، باکتری­های آزاد­زی، در خاک­هایی که دارای نیتروژن کم، رطوبت کافی و پی­اچ ۵/۶ و یا بالا­تر بوده و یک منبع ماده آلی قابل تجزیه در آن­ها وجود داشته باشد، در سال حدود ۱۱ کیلوگرم نیتروژن در هکتار را تثبیت می­نمایند. در صورتی­که مقدار ذخیره نیتروژن در خاک کافی باشد، میزان تثبیت به حــدود صــفر می‌رسد.

باکتری­های جنس بیجرینکیا، در خاک­های اسیدی با پی­اچ ۵ تا ۴/۶ و یا در بقایای گیاهی برگردانده شده به این خاک­ها بهترین عملکرد را داشته و به نظر می­رسد که به شرایط گرمسیری نیاز داشته باشند. تعداد آن­ها در نواحی معتدل بسیار نا­چیز است. جلبک­های سبز- آبی در محیط­های مرطوب مانند تالاب­ها و یا خاک­های خیس زندگی می­کنند. آن­ها اتوتروف­های واقعی هستند، زیرا هم قادرند فتوسنتز را انجام دهند و هم نیتروژن موجود در جو را مصرف نمایند. جلبک­های سبز- آبی در کشت برنج، در شرایطی که منبع نیتروژن، محدود بوده و خاک شدیداً اسیدی نباشد، در چرخه نیتروژن سهم قابل توجهی دارند. احتمالاً در مورد بیشتر محصولات دیگر نیز، نقش آن­ها قابل توجه می­باشــد. جلبک­های سبز- آبی، در صورتی­که با قارچ­ها، گلسنگ تشکیل دهند، قادر به تثبیت نیتروژن در محیـط­های خشک می­باشند. در صورتی­که رطوبت خاک، نزدیک ظرفیت مزرعه و درجه حرارت، در حدود ۲۰ درجه سانتی­گراد (۶۸ درجه فارنهایت) بوده و نور کافی و منبع کربن قابل دسترس وجود داشته باشد، شرایط برای تثبیت نیتروژن بهینه است.

تثبیت همزیست نیتروژن

ریز­جانداران مختلف می­توانند از طریق برقراری رابطه متقابل و سودمند همزیستی، از نیتروژن موجود در جو، استفاده نمایند. به عنوان مثال، یک موجود ممکن است دارای کلروفیل باشد و از انرژی خورشید برای تولید کربوهیدرات­ها استفاده نماید. موجود دیگر، بخشی از این کربوهیدرات­ها را دریافت کرده و از آن­ها به عنوان یک منبع انرژی برای فرآیند تثبیت نیتروژن استفاده می­نماید. مقداری از ترکیبات نیتروژن، در اختیار ریز­جاندار اول قرار گرفته و از این طریق یک رابطه متقابل سودمند برقرار می­گردد. شناخته شده­ترین مثال برای تثبیت نیتروژن از طریق رابطه همزیستی، رابطه بین بقولات (یونجه، شبدر، نخود فرنگی، لوبیا، درختان اقاقیا و غیره) و باکتری­های متعلق به جنس ریزوبیوم می­باشد. این باکتری­ها، بر روی ریشه­های بقولات غده­هایی به وجود می­آورند و در داخل آن­ها تثبیت نیتروژن را انجام می­دهند.

     مقدار نیتروژن تثبیت شده به وسیله باکتری­های ریزوبیوم، به ذخیره کربوهیدرات در گیاه و ذخیره نیتروژن قابل دسترس در خاک بستگی دارد. باکتری­ها برای تأمین انرژی مورد نیاز برای تثبیت نیتروژن، به کربوهیدرات­ها نیاز دارند. علاوه براین، باید باکتری ویژه هر یک از بقولات وجود داشته باشد. به عنوان مثال،گونه­ای که بر روی ریشه­های یونجه غده تولید نموده و در آن نیتروژن را تثبیت می­نماید، نمی­تواند برای گیاه لوبیای سویا کاربرد داشته باشد.

عوامل مؤثر بر تثبیت نیتروژن

مهم­ترین عوامل مؤثر بر میزان تثبیت نیتروژن توسط ریزوبیوم­ها عبارتند از پی­اچ خاک، وضعیت عناصر غذایی معدنی، فعالیت فتوسنتزی، آب و هوا و مدیریت بقولات.

pH خاک

اسیدیته خاک، بقا و رشد ریزوبیوم­ها را در خاک محدود ساخته و به شدت بر فرآیند­های گره­سازی و تثبیت نیتروژن تأثیر­گذار می­باشد. ریزوبیوم­ها و ریشه­های بقولات میزبان، با سمیـت ناشـی از یون­های آلومینیوم، منگنـز و هیدروژن و نیـز سطـوح پایین کلسیـم و بی­کربنات صدمه می­بینند. تفاوت­های قابل توجهی در میزان حساسیت گونه­های مختلف ریزوبیوم نسبت به اسیدیته خاک وجود دارد. در مقادیر پی­اچ کمتر از ۶­، تعداد ریزوبیوم ملیلوتی در ناحیه ریشه یونجه، میزان گره­سازی و بازده گیاه یونجه میزبان، به شدت کاهش می­یابد، در­حالی­که مقادیر پی­اچ بین ۵ تا ۷ تأثیر اندکی بر ریزوبیوم تریفولی و گیاه میزبان آن یعنی شبدر دارند.

وضعیت عناصر غذایی معدنی

به استثنای خاک­های اسیدی که کمبود کلسیم و بی­کربنات می­تواند رشد ریزوبیوم را محدود نماید، کمبود عناصر معدنی به ندرت تثبیت نیتروژن را کاهش می­دهد. تثبیت نیتروژن در گره نیاز به مولیبدن بیشتری نسبت به گیاه میزبان دارد، بنابراین، کمبود مولیبدن مهم­ترین کمبود عناصر کم مصرف می­باشد. پیدایش و توسعه گره­ها می­تواند تحت تأثیر کمبود مولیبدن، بُر، آهن و مس قرار گیرد. حداکثر تثبیت نیتروژن تنها زمانی اتفاق می­افتد که میزان نیتروژن قابل دسترس خاک در حداقل مقدار خود باشد. غلظت بالای نیترات در خاک، فعالیت نیتروژناز و بنابراین فعالیت ریزوبیوم و تثبیت نیتروژن را کاهش می­دهد. در یک خاک دارای نیترات بالا، گره­ها رنگ ارغوانی خود را از دست می­دهند. کاهش تثبیت نیتروژن، به رقابت بین واکنش­های کاهش نیترات و تثبیت نیتروژن برای مواد فتوسنتزی مربوط می­شود. اما گاهی توصیه می­شود که مقادیر کمی کود نیتروژن در زمان کاشت مصرف شود تا از فراهمی کافی نیتروژن برای جوانه­های جوان بقولات تا زمانی­که ریزوبیوم­ها بر روی ریشه مستقر گردند، اطمینان حاصل شود. کاربرد نیتروژن در اوایل بهار می­تواند برای محصولات بقولاتی که فعالیت ریزوبیومی آن­ها به دلیل سرما و رطوبت، محدود شده است، مفید باشد. تثبیت نیتروژن توسط لوبیای معمولی، پایین و معمولاً غیر قابل اطمینان است و به همین دلیل کود نیتروژنی توصیه می­شود.

فتوسنتز و آب و هوا

میزان بالای تولیدات فتوسنتزی با افزایش تثبیت نیتروژن توسط ریزوبیوم در ارتباط است. عواملی که میزان فتوسنتز را کاهش می­دهند، تثبیت نیتروژن را نیز کم خواهند کرد. این عوامل شامل کاهش شدت نور، استرس رطوبتی و دمای پایین می­باشند. به طور کلی، هر گونه عملیات مدیریتی که منجر به کاهش پایداری بقولات یا بازده آن­ها شود، مقدار نیتروژن تثبیت شده توسط بقولات را کاهش خواهد داد. این عوامل شامل استرس آب و مواد غذایی، تراکم بالای علف­های هرز و حشرات و مدیریت نا­مناسب برداشت می­باشند. برداشت بیش از حد و زود­هنگام و دیر­هنگام به ویژه در پاییز می­تواند پایداری بقولات و میزان تثبیت نیتروژن را کاهش دهد.

نوشته‌های پیشین
آغاز فعالیت دفتر منطقه ای بیوزر در شمال کشور
نوشته‌ی بعدی
بازدید تیم فنی شرکت بیوزر از مرکز تحقیقات کشاورزی شهرستان بسطام

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست