النيتروجين | Nitrogen

النيتروجين |Nitrogen

العناصر الغذائية الكبرىMacronutrients

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 (4-1)  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  .

ويمكن توضيح هذه الخطوات بشىء من التفصيل كما يلى :

أولاً : تثبيت النيتروجين الجوى Nitrogen Fixation

          كما سبق الإشارة إلى أن النبات لا يستطيع الاستفادة مباشرةً من النيتروجين الجوى ،  ولذلك لابد من تثبيته سواء بيولوجياً أو غير بيولوجى. وأهم الطرق التى يُثبت بها النيتروجين الجوى هى:

1- الطرق غير البيولوجية ومنها:

    - الطرق الطبيعية وذلك نتيجة لحدوث الشرارة الكهربائية أثناء عملية البرق مما يؤدى إلى أكسدة غاز النيتروجين ، وتصل هذه الأكاسيد إلى الأرض مع المطر . وكذلك تساعد الأشعة فوق البنفسجية على اتحاد النيتروجين مع الهيدروجين الموجودة فى الجو ويتكون غاز الأمونيا . وبصفة عامة فإن الكمية التى تصل إلى الأرض بهذه الطريقة قليلة جداً  لا تتعدى عدة كيلوجرامات للفدان فى العام . وتتم عملية الأكسدة السابق ذكرها حسب المعادلة التالية :

  N₂   +  O₂         2NO 

  3NO  +  3O₂        3NO₂  + H₂O     2HNO₃  +   NO      

    - الطرق الصناعية وذلك عن طريق تفاعل   Haber - Bosch  reaction حيث يتفاعل النيتروجين الجوى N_{2 ،} مع الهيدروجين H₂ ، وذلك تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعة وينتج غاز الأمونيا حسب المعادلة التالية :

              N₂  +  H₂      2NH₃ 

ويعتبر هذا التفاعل أساس إنتاج الأسمدة النيتروجينية . ويجب الإشارة هنا أن كمية النيتروجين الجوى المثبتة كيميائياً (طبيعياً وصناعياً ) قليلة جداً بالمقارنة بالكمية المثبتة بيولوجياً (جدول 4-3 ) .