عناصر ریز مغذی – آهن (Fe)

آهن در محلول خاک به دو شکل مختلف وجود دارد. شرایط اکسیداسیـون و احیاء در خاک­ها شکل آهن را در محلول خاک تعیین می­نماید. در شرایط بی­هوازی، آهن به شکل فروس (+Fe2) وجود دارد. شکل غالب آهن در آب زیر­زمینی، آهن فروس است، به طوری­که غلظت آهن از ۱ تا ۱۰ میلی­گرم در لیتر تغییر می­کند. در شرایط هوازی، آهن معمولاً به شکل فریک (+Fe3) وجود دارد. در شرایط هوازی، آهن فروس نا­پایدار است و به آهن فریک اکسید می­شود. آهن نیز همانند آلومینیوم، در خاک­های با پی­اچ کمتر از ۴ یا ۵­، برای گیاهان ایجاد سمیت می­کند.

  مهم­ترین کانی­های آهن، هماتیت و مگنتیت هستند. شکل هیدراته هماتیت، اغلب لیمونیت نامیده می­شود. هماتیت دارای رنگ قرمز است و باعث رنگ قرمز خاک­ها می­شود. مگنتیت در طبیعـت به صورت کریستالی و دارای رنـگ سیـاه است و دارای ویژگی­های مغناطیسی قوی است. کانی دیگر آهن، پیریت است که در خاک به صورت کریستال­های زرد رنگ با درخشندگی فلزی شبیه طلا است، بنابراین اصطلاح طلای کاذب برای این کانی به کار می­رود.

چرخه آهن

آهن در خاک

آهن از طریق بقایای گیاهی و حیوانی و نیز کود­های حاوی آهن به خاک افزوده می­شود.. بیشتر آهن در سنگ­های آذرین، به شــکل فروس می­باشد. در خاک­های غرقاب، آهن به شکل فروس بوده و در ایجاد رنگ­های خاکستری مایل به آبی در خاک سهیم می­باشد. بسیاری از ترکیبات آهن فروس انحلال­پذیری کمی دارند، اما ترکیبات آهن فریک، حتی از آن­ها هم کم محلول­تر هستند. سرد شدن خاک، از طریق کاهش قابلیت انحلال ترکیبات آهن، کمبود آهن را تشدید می­کند.

     بخش زیادی از آهن در خاک­های با تهویه مناسب، به شکل فریک بوده و به صورت پوششی روی ذرات خاک و هوموس قرار می­گیرد. رنگ مایل به قرمز اکسید فریک ترکیب شده با هوموس و سایر اجزاء خاک سبب ایجاد سایه­ های قهوه ­ای رنگی در خاک­ها می­گردد. این شکل از آهن، غالباً برای گیاهان غیر قابل جذب است. در صورتی­که کانی­های خاک، برای جایگزینی آهنی که هر ساله به آهن فریک اکسید می­گردد، آهن فروس را آزاد نسازند، کمبود آهن به وجود می­ آید.

 

شکل ۱- چرخه آهن در خاک

 

     انحلال­پذیری آهن فریک و فروس، در پی­اچ های بالا بسیار کمتر از پی­ اچ های پایین است. هر دو شکل Fe(OH)3 و Fe(OH)2 انحلال­پذیری کمی داشته و در پی­اچ های بالا رسوب می­نمایند. انحلال­پذیری سایر ترکیبات آهن نیز در پی ­اچ های بالا­تر کاهش می­یابد. رسوب آهن قابل جذب، یکی از خطرات آهک­دهی بیش از حد خاک می­باشد. کمبود آهنی که به این علت به وجود می­آید، کلروز ناشی از آهک نامیده می­شود. در طول تکامل خاک، آهن در خاک تجمع می­یابد و یا از خاک خارج می­شود. بنابراین غلظت آن در خاک بسیار متغیر است. بیشتر آهن خاک درکانی­های اولیه، رس­ها، اکسید­ها و هیدروکسید­ها یافت می شود. آهن در خاک عمدتاً به شکل رسوب Fe(OH)3 بی­شکل وجود دارد که در تعادل با +Fe3 در محلول خاک می­باشد.

آهن محلول خاک

در مقایسه با سایر کاتیون­های خاک، غلظت +Fe3در محلول خاک بسیار پایین است. در خاک­هایی با زهکشی مناسـب ، غلظت ++Fe2 در محـلول کمتـر از گونه­های +Fe3 است. به هنگام غرقاب شـدن خاک، حلالیت +Fe2 افزایـش می­یابد. هر واحد افزایش پی­اچ موجب کاهش غلظت +Fe3 به اندازه ۱۰۰۰ برابر می­شود. در مقابل، هر واحد افزایش در پی ­اچ، غلظت Fe2+ را ۱۰۰ برابر کاهش می­دهد که مشابه رفتار سایر کاتیون­های دو ظرفیتی در خاک است. در دامنه پی­ اچ طبیعی خاک­ها، حتی در خاک­های اسیدی نیز غلظت آهن محلول برای رفع نیاز گیاهان کافی نیست.

 شکل ۲- تأثیر پی­اچ بر روی غلظت کل آهن محلول و رابطه آن با نیاز گیاه

 

     غلظت آهن در محلول خاک و قابلیت دسترسی آن برای گیاهان عمدتاً تحت تأثیر بخش آلی خاک قرار می­گیرد. حل شدن کانی­های اولیه و ثانویه باعث تأمین آهن مورد نیاز برای زیتوده میکروبی و کمپلکس آهن با ترکیبات آلی در محلول خاک می­شود. آهن جذب شده تأثیر کمی بر آهن قابل دسترس برای گیاهان و آهن محلول در خاک دارد.

آهن در گیاهان

     گیاهان آهن را به شکل یون­های دو و سه ظرفیتی جذب می­نمایند. مقدار آهنی که گیاهان به آن نیاز دارند بسیار بیشتر از مقدار هر یک از عناصر غذایی کم مصرف دیگر است، اما مقدار جذب آهن آنقدر نیست که بتوان آن را به عنوان یک عنصر غذایی پر­مصرف در نظر گرفت. کمبود آهن سبب کوچک ماندن و رنگ پریدگی یا زرد شدن برگ­های جوان می­گردد. برگ­های جوان­تر، بیشتر از برگ­های مسن­تر تحت تأثیر قرار می­گیرند، زیرا آهن، نسبتاً در گیاهان غیر­متحرک می­باشد. به هنگام کمبود آهن، غالباً رگبرگ­ها به رنگ سبز باقی می­مانند در­حالی­که نواحی بین رگبرگ­ها بر اثر کلروز آهن به رنگ زرد تغییر رنگ می دهند. برخی از گیاهان یک ساله، در اوایل فصل، کمبود آهن را نشان می­دهند اما پس از آن با گرم شدن خاک، کمبود آهن بر طرف می­گردد. سیستم­های ریشه­ ای گسترده تر و افزایش انحلال­پذیری آهن در دما­های بالا­تر سبب می­گردد که گیاهان در تابستان، آهن بیشتـری را نسبت به بهار به ­دست آورنـد. با توجه به توانایـی آهن در تغییر ظرفیت، واکنش­های اکسیداسیون و احیاء آن در خاک و گیاه اتفاق می­افتند. بعضی از آنزیم­ها که آهن در فعال نمودن آن­ها دخالت دارد، در سنتز کلروفیل شرکت می­کنند، بنابراین یکی از علایم کمبود آهن، کاهش کلروفیل و کلروز شدن برگ­ها است.

     آهن در ساختار ترکیباتی نظیر پورفیرین، سیتوکروم­ها، هماتین، فری­کروم و لگ هموگلوبین شرکت می­کند. این مواد در واکنش­های اکسیداسیون و احیاء در تنفس و فتوسنتز ایجاد می­شوند. بیش از ۷۵ درصد از کل آهن سلول، در کلروپلاست و بالای ۹۰ درصد آهن، در برگ، ساختار لیپوپروتئین­های کلروپلاست و میتوکندری وجود دارد. در حیوانات، آهن در هموگلوبین خون وجود دارد که به عنوان حامل اکسیژن عمل می­نماید. آهن در کلروپلاست نشان دهنده حضور سیتوکرومها برای انجام فرآیند­های احیاء فتوسنتزی و همچنین حضور فردوکسین به عنوان پذیرنده الکترون می­باشد. فردوکسین­ها  اولین کمپلکس­های احیاء پایدار در زنجیره انتقال الکترون در فتوسنتز هستند. احیاء O2 به آب در طول تنفس، اغلب تحت تأثیر ترکیبات حاوی آهن قرار می­گیرد. آهن همچنین بخش مهمی از آنزیم نیتروژناز را تشکیل می­دهد که این آنزیم برای تثبیت میکروبی N2 ضروری می­باشـد. مقدار کافـی آهن در بافت­های گیاهـی بین ۵۰ و ۲۵۰ میلی­گرم در کیلوگرم است. سمیت آن در برخی از شرایط نیز مشاهده شده است. برای مثال، کشت برنج در خاک­های باتلاقی باعث تجمع بیش از ۳۰۰ میلی­گرم در کیلوگرم آهن در برگ­های برنج می­شود.

پویایی کلات­ها

کلات­ها گروه مهمی از ترکیبات طبیعی و مصنوعی هستند که با کاتیون­های فلزی تشکیل کمپلکس می­دهند (کلروفیل و هموگلوبین دو نمونه از شناخته شده ­ترین کلات­های طبیعی می­باشند). برخی از ترکیبات آلی در خاک، توانایی کمپلکس کردن +Fe3 و دیگر عناصر کم مصرف را دارند. اصطلاح کلات از یک واژه یونانی به معنی پنجه گرفته شده است. کاتیون­ها به وسیله کاتیون­های دیگر جایگزین می­شوند، زیرا یونیزه شدن آن­ها از عامل کلات­ساز آلی، به مقدار بسیار کمی صورت می­گیرد.

     با تشکیل کمپلکس­های آهن، غلظت آهن در محلول و مقدار جذب آهن توسط ریشه به وسیله جریان توده­ا ی و پخشیدگی، افزایش می­یابد. کلات­ها با فلزاتی مانند آهن، مس، روی و منگنز پیوند برقرار کرده و موجب افزایش حلالیت و جذب آن­ها برای گیاه می­شوند. کلات­های آلی طبیعی در اثر فعالیت میکروب­ها و تجزیه مواد آلی خاک و بقایای گیاهی تولید می­شوند. ترشحات ریشه همچنین توانایی کمپلکس کردن عناصر کم مصرف را دارند. بیشتر کلات­های آلی شناخته نشده­اند، اما برخی ترکیبات نظیر اسید اگزالیک و اسید سیتریک دارای ویژگی کلات­ کنندگی هستند. با بررسی آهن، برتری عناصر کم مصرف کلاته شده نسبت به عناصر غیر­کلاته نمایان می­گردد. آهن به شکل سولفات فروس، در آب محلول است و به راحتی به وسیله گیاهان جذب می­گردد، اما سولفات فروس، به هنگام انحلال یونیزه نیز می­شود. یون فروس به سرعت اکسید شده و به شکل هیدروکسید فریک و یا برخی از ترکیبات غیر قابل حل دیگر رسوب می­نماید. از سوی دیگر، کلات آهن نیز در آب انحلال می­یابد، اما آهن در داخل ساختمان کلات، محافظت شده و در آنجا به یک شکل قابل جذب باقی می­مـاند. اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)، یکی از شناخته شده­ ترین ترکیبات کلات ­ساز مصنوعی می­باشد. یون +H یونیزه شونده موجود در بخش اسید استیک مولکول EDTA به وسیله کاتیون­های فلـزی جایگزین می­گـردد. چنیـن جایگزینی ­هایی با یک پیشوند که نشان دهنده عنصر کلاته شده است نشان داده می­شوند، مانند Fe-EDTA یا Zn-EDTA­. کلات آهن (Fe-EDTA) معمولاً در خاک به ­کار برده می­شود و به صورت محلول­پاشی بر روی برگ­ها مورد استفاده قرار نمی­گیرد، زیرا مشخص شده است که این ترکیب می­تواند به برگ­ها آسیب برساند. سرنوشت ترکیب Fe-EDTA در خاک مسئله مهمی است که باید مورد توجه قرار بگیرد. این ترکیب، به هر دو فرآیند جذب میکروبی و هیدرولیز مقاوم می­باشد. یک بار کاربرد می­تواند برای مدت دو سال از کلروز جلوگیری نماید. در طول این مدت، ممکن است مقداری از ترکیب به وسیله گیاهان جذب شود، مقداری از آهن به وسیله کاتیون­های دیگر، جایگزین شده و یا مقداری از Fe-EDTA بر روی رس­ها جذب گردد. بدون شک با توجه به حلالیت کلات، مقداری از آن به وسیله آبشویی هدر می­رود.

     پایداری Fe-EDTA و کارآمدی آن در کنترل کلروز، در خاک­های اسیدی بسیار بیشتر از خاک­های آهکی می­باشد. ماده ای دیگر به نام هیدروکسی اتیلن دی آمین تری استیک اسید (EDTA-OH)، در خاک­های آهکی پایداری بسیار بیشتری دارد. کلات­های دیگری نیز وجـود دارند که برای شرایـط خاصی مناسـب هستند. به وسیـله ترکیبات آلی کمپلکس­ کننده کاتیونهای فلزی، کلاته شـدن تا حـدی به طور طبیعتی در خاک اتفاق می­افتد.

     کلات­ها بیشتر به همراه آهن مورد استفاده قرار می­گیرند، اما مس، منگنز و روی نیز تشکیل کلات می­دهند. این کلاتها استفاده کمتری دارند، زیرا محلول­پاشی برگی این عناصر، ارزان­تر بوده و معمولاً برای تأمین نیاز­های گیاه کافی می­باشد. آهن نیز برای برخی از گیاهان به شکل محلول­پاشی برگی به صورت سولفات فروس، به ­کار برده می­شود. کلسیم و منیزیم نیز کلاته می­شوند، اما این روش برای تأمین این عناصر غذایی پر­مصرف کاربرد ندارد. این روش هزینه بسیار زیادی داشته و کاربرد ترکیبات غیر­آلی، برای تأمین عناصر غذایی پر­مصرف رضایت بخش­تر است.

     در طول جذب فعال ریشه، غلظت کلات­های آهن و سایر عناصر کم مصرف در محلول خاک بیشتر از سطح ریشه میباشد. بنابراین کلات آهن از طریق پخشیدگی و در اثر شیب غلظت به طرف ریشه منتقل می­شود.. هنگامی­که غلظت +Fe3 غیر­کلاته در محلول خاک به علت تشکیل کمپلکس­های آهن کاهش یابد، آهن از سطح کانی­ها وارد فاز محلول میشود. تشکیل کمپلکس­ها در خاک یک مکانیسم مهم در فراهمی آهن و سایر عناصر کم مصرف برای گیاهان است.

شکل ۳- چرخه عناصر کم مصرف کلات شده(M) در خاک

     انتخاب نوع کلات، به نوع عنصر و پایداری کلات در پی­اچ­های مختلف خاک بستگی دارد. کلات EDDHA به خوبی با آهن تولید کمپلکس نموده و در کلیــه پی­اچ­ها پایدار می­باشد. در­حالی­که کلات EDTA در پی­اچ­های پایین پایدار می­باشد. برای مثال، زمانی­که کلات­های Fe-EDTA­، Fe-DTPA و Fe-EDDHA به دو خاک آهکی و اسیدی که با کمبود آهن روبرو هستند افزوده می­شوند، کلات Fe-EDDHA­، بیشتر از سایر کلات­ها قابلیت جذب آهن را افزایش می­دهد. همانطور که در شکل ۴ ملاحظه می شود، کاربرد کلات EDTA تأثیری بر افزایش محصول سورگوم در خاک آهکی نداشته است.

محققین تأثیر کلات­های آهن در خاک­ها و گیاهان متفاوت را بررسی نموده و نتیجه گرفتند که ویژگی­های زیر در افزایش مطلوبیت کلات آهن مؤثر می­باشند:

  • تمایل جذب بالا برای +Fe3 تا امکان کمپلکس شدن با Fe در پی­اچ­های بالا و خاک­های با تهویه مناسب فراهم گردد.
  • در صورتی­که ثابت پایداری کلات آهن بالا باشد، امکان جذب آهن توسط ریشه گیاهان خانواده گندمیان کاهش می یابد. لذا در صورتی­که بخواهیم از کلات آهن برای گیاهان خانواده گندمیان استفاده نماییم بایستی از نوعی از کلات آهن استفاده نمود که ثابت پایداری آن کم باشد.
  • گزینش­پذیری بالای کلات برای +Fe3 در حضور فلزات رقابت­کننده به ویژه +Ca2.
  • تمایل جذب پایین برای سایر عناصر غذایی کم مصرف مانند +Zn2 و +Mn2، برای جلوگیری از تداخل با جذب این فلزات.
  • پتانسیل احیاء زیاد پایین نباشد تا گیاهان غیر از خانواده گندمیان قادر باشند به راحتی کمپلکس آهن فریک را احیاء نمایند.
  • انحلال­پذیری بالا در آب.
  • مقاومت بالا در مقابل تخریب میکروبی، شیمیایی و فوتوشیمیایی.

 

شکل ۴- تأثیر کلات­های مصنوعی آهن در فراهمی آهن برای گیاه سورگوم که کمبود آهن داشته است

عوامل مؤثر بر قابلیت دسترسی آهن

۱- پی­ اچ و بی­کربنات خاک

کمبود آهن اغلب در خاک آهکی با پی­ اچ بالا و مناطق خشک اتفاق می­افتد. اما گاهی در خاک ­های اسیدی با مقدار پایین آهن کل نیز کمبود مشاهده شده است. استفاده از آب­ های آبیاری دارای بی کربنات نیز به دلیل افزایش پی ­اچ در اثر تجمع HCO3 در خاک، موجب تشدید کمبود آهن در خاک می­شود. پی­ اچ در خاک­های حاوی کربنات کلسیم بین ۷/۳ تا ۸/۵ است که موجب کاهش آهن در محلول خاک می­شود. یون­های بی­کربنات در خاک­های آهکی توسط واکنش زیر تشکیل می­شوند:

۲- رطوبت زیاد و هوا­دهی ضعیف خاک

کمبود آهن، با تجمع CO2 در خاک­های شدیداً مرطوب و زهکشی ضعیف افزایش می­یابد. بنابراین خاک­های متراکم، سنگین بافت و خاک­های آهکی، دارای پتانسیل کمبود آهن هستند. کلروز آهن عمدتاً در خاک­های مناطق سرد و پر­باران و خاک­های با زهکشی ضعیف مشاهده می­شود.

۳- مواد آلی

کمبود آهن عمدتاً در خاک­های مرطوب اتفاق می­افتد، اما خاک­های آهکی مناطق نیمه خشک، به دلیل پایین بودن مقدار ماده آلی، آهن قابل دسترس کمتری برای گیاه دارند. افزودن مواد آلی به خاک­هایی با زهکشی مناسب، موجب بهبـود قابلیت دســترسی آهن می­شود. مواد آلی مانند کود­های حیوانی باعث ایجاد کلات با عناصر کم مصرف می­شوند. کاربرد مواد آلی در خاک­های با بافت ریز، موجب بهبود ساختمان خاک و هوا­دهی آن شده، بنابراین قابلیت دسترسی آهن را افزایش می­دهد.

۴- بر­همکنش با سایر عناصر غذایی

کاتیون­های فلزی با تأثیر متقابل بر آهن موجب افزایش تنش کمبود آن در گیاه می­شوند. کمبود آهن ممکن است بعد از کاربرد کود­های حاوی مس افزایش یابد. ک همچنین کمبود آهن در حضور مقادیر بالای مس، روی، منگنز و مولیبدن ایجاد می­شود و بر­همکنش آهن با فسفر در برخی گیاهان مشاهده شده است. گیاهانی که از NO3 تغذیه می­کنند بیشتر در معرض کمبود آهن قرار دارند. زمانی­که یک آنیون اسیدی قوی (NO3)، جذب و به جای آن یک اسید ضعیف (HCO3) از ریشه آزاد می­شود، پی­ اچ در منطقه ریشه افزایش می­یابد، که به ویژه در خاک­هایی با ظرفیت تامپونی کم موجب کاهش قابلیت دسترسی آهن می­شود. بنابراین، زمانی­که +NH4در خاک استفاده می­شود، حلالیت و دسترسی آهن، مطلوب­تر است.

۵- عوامل گیاهی

آهن به شکل کاتیون های +Fe2 و+Fe3 به طرف ریشه گیاهان پخشیده می­شود. ژنوتیپ­های متفاوت گیاهان توانایی مختلفی برای جذب آهن دارند. توانایی گیاهان در جذب و انتقال آهن معمولاً به وسیله سازگاری گیاه در هنگام کمبود و استرس آهن کنترل می­شــود. ریشه­ های گیاهان سازگار به کمبود آهن، در شرایط محیطی متنوع توانایی جذب و انتقال این عنصر را دارند. تعدادی از واکنش­های بیوشیمیایی گیاه که در شرایط کمبود آهن رخ می­دهند شامل موارد زیر می باشند:

  • ترشح یون +H از ریشه ­ها
  • ترشح ترکیبات کلات­ کننده از ریشه
  • افزایش سرعت احیاء +Fe3 به +Fe2 در ریشه ­ها
  • افزایش اسید­های آلی به ویژه سیترات در محیط ریشه
  • انتقال آهن از ریشه به قسمت­های هوایی
  • کاهش تجمع فسفر در ریشه ­ها و ساقه­ ها حتی در حضور مقدار نسبتاً زیاد فسفر در محیط رشد
نوشته‌های پیشین
تقویم مدیریتی درختان میوه (بخش دوم) – مرداد ماه
نوشته‌ی بعدی
روز مزرعه پسته- کارگاه آموزشی لوبیا- کارگاه آموزشی زعفران- طرح کنترل سفید شدگی انار

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