الرئيسية
اليوم في 4:16 pm من طرف amira333
معدنة النيتروجين العضوى Organic nitrogen mineralizatio
المحصلة النهائية لعملية التثبيت البيولوجية للنيتروجين بالأرض الزراعية هو تحول النيتروجين العنصري إلى نيتروجين عضوي سواء كان فى أجسام الكائنات الحية الدقيقة أو النباتات أو مخلفات الحيوانات التى تتغذى على هذه النباتات . وبالتالى يكون النيتروجين العضوى .
(الذى يمثل 99% من النيتروجين الكلى بالأرض) فى مكونات المادة العضوية والدُبال وهو فى هذه الصورة غير صالح للامتصاص بواسطة النبات . وعلى ذلك تقوم أنواع عديدة من الكائنات الأرضية الدقيقة غير ذاتية التغذية Heterotrophic organisms (تحصل على الطاقة اللازمة لها من أكسدة الكربون العضوى ) بتحليل المادة العضوية وينفرد النيتروجين منها فى صورة الأمونياNH3 وفى خطوة لاحقة تتحول الأمونيا إلى أمونيوم NH4+ ثم نترات NO3- ، ويطلق على هذه العملية اسم عملية المعدنة ، وتسمى أيضاً عملية النشدرة Ammonification على أساس أن الناتج النهائى لعملية المعدنة هو الأمونيا . والعملية العكسية لعملية المعدنة هي عملية التمثيل Immobilization ويُقصد بها تحول النيتروجين المعدنى الصالح للامتصاص بواسطة النبات والموجود بالأرض الزراعية إلى نيتروجين عضوى نتيجة استهلاكه بواسطة الكائنات الأرضية الدقيقة . وطبيعى أن يكون سيادة عملية المعدنة فى صالح النبات حيث ينتج عنها نيتروجين معدنى (الصورة الصالحة للامتصاص) والعكس صحيح بسيادة عملية التمثيل .
ويمكن توضيح كيفية حدوث عملية النشدرةAmmonification كما يلى: يحدث تحول للمركبات النيتروجينيه العضوية إلى أمونيا فى خطوتين:
الأولى:
يحدث تحلل مائىHydrolytic decomposition للبروتينات بفعل الإنزيمات وتنطلق مركبات أبسط فى صورة أحماض أمينية بواسطة الأحياء الدقيقة.
Soil organic-N R - NH2 + CO2 + Additional products + energy
الثانية:
تقوم الكائنات الدقيقة بتحويل الأحماض الأمينية R-NH2 إلى الأمونيا وكحول وطاقة
R - NH2 + H2O NH3 + R - OH + energy
وتذوب الأمونيا الناتجة فى الماء ويتكون أيون الأمونيوم
NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH-
ويكون مصير الأمونيوم الناتجة إحدى الاحتمالات الآتية :
1- يمكن أن يتحول إلى نتريت، ثم نترات بواسطة كائنات دقيقة متخصصة وذلك خلال عملية التأزت Nitrification .
2- يمكن أن يُمتص مباشرةً بواسطة النبات .
3- يمكن أن يدخل فى تفاعلات التبادل الأيونى .
4- يمكن أن يُثبت على صورة غير ميسرة للنبات وذلك بادمصاصه على أسطح الغرويات الأرضية ، أو تثبيته بين الوحدات البلورية للمعادن الأرضية.
5- يمكن أن يحدث له فقد من الأرض بالتطايرVolatilization وخاصة إذا ارتفع رقم pH الأرض عن 8 .
وتساهم الأحياء الدقيقة بالتربة الزراعية من بكتيريا وفطريات وأكتينوميستس Actinomycetes بقدر كبير فى عملية معدنة النيتروجين ، وهناك عوامل متعددة تؤثر على هذه العملية ، وبالتالى يجب مناقشتها بشىء من التفصيل وخاصة التى تتعلق بتركيب المادة العضوية والظروف المحيطة بعملية التحلل ومنها :
نسبة الكربون إلى النيتروجين C/N ratio
تلعب نسبة الكربون إلى النيتروجين C/N ratio دور أساسى ومهم فى عملية تحلل المادة العضوية ، وبالتالى معدنة العناصر الموجودة فى تركيب هذه المادة . وتختلف هذه النسبة باختلاف أنواع بقايا النباتات وتمتاز بقايا النباتات النجيلية مثل قش الأرز والقمح باتساع نسبة الكربون إلى النيتروجين بها، حيث تصل من 50-60 :1، بينما تضيق هذه النسبة فى بقايا النباتات البقولية ( البـرسيم- الفـول ) حيث تصل إلى 25-30 : 1.
وهنا يجب الإشارة إلى إنه كلما كانت نسبة الكربون إلى النيتروجين واسعة أى أن المادة العضوية تحتوى على كمية منخفضة من النيتروجين فإن ذلك يعنى استهلاك النيتروجين المعدنى الموجود بالأرض الزراعية بواسطة الكائنات الدقيقة المحللة للمادة العضوية والذى يُستخدم فى بناء أنسجتها أى يحدث له عملية تمثيل Immobilization، وعلى ذلك تقل الكمية الميسرة من هذا العنصر فى الأرض ، ويعانى النبات النامى بها من نقص النيتروجين . وعلى هذا تتحدد السيادة لأى من عمليتى المعدنة والتمثيل فى الأرض بنسبة الكربون إلى النيتروجين بها بعد إضافة المادة العضوية ( الأصلية + المضافة ) . حيث تكون السيادة لعملية التمثيل إذا زادت النسبة عن 30 : 1 ، وبالتالى يختفى النيتروجين المعدنى من الأرض ويُمثل داخل أجسام الكائنات الدقيقة ، مما ينتج عنه معاناة النباتات النامية من نقص النيتروجين . والعكس حيث يؤدى ضيق هذه النسبة أقل من 30 : 1 فى الإسراع من عملية المعدنة ، حيث يتساوى معدل العمليتين إذا كانت النسبة فى مدى 15-30 : 1 كما يوضح ذلك شكل (4-3)، وتكون السيادة لعملية المعدنة إذا وصلت هذه النسبة إلى 15 : 1 ، وبالتالى تجد النباتات النامية حاجتها من النيتروجين المعدنى ، ويصل التحلل حتى تصل النسبة إلى 10 : 1 ، وبعدها تقف عملية التحلل حيث تكون المادة العضوية وصلت إلى درجة متقدمة فى تحللها أى أصبحت فى صورة دُبال .
ولهذه النسبة أهمية كُبرى فى تكنولوجيا التسميد العضوى ، حيث تساعد على تحديد نوع وميعاد إضافة السماد العضوى للنباتات النامية فى الحقل. فمثلاً إذا كان لديك مادة عضوية ( مخلفات نباتية ) لها نسبة واسعة أكبر من 30 : 1 ، فإن مثل هذه البقايا لا يمكن حرثها فى الأرض قبل أو أثناء زراعة المحصول مباشرةً وإلا سادت عملية التمثيل ، وبالتالى ستعانى البادرات النامية من نقص النيتروجين المعدنى لفترة تختلف مدتها حسب هذه النسبة . ولذلك يُنصح بإضافة مثل هذه البقايا وحرثها بالأرض قبل الزراعة بمدة طويلة بحيث تحدث عملية التمثيل والأرض خالية من النباتات . فإذا لم يتوفر ذلك فيمكن إما خلط هذه البقايا مع سماد نيتروجينى بمعدل 1كجم لكل 100 كجم مخلفات نباتية ( ويسمى ذلك بعامل النيتروحين Nitrogen factor ويكون 9, كجم نيتروجين /100 كجم قش ) حتى تضيق النسبة ، وبالتالى يمكن اختصار الزمن اللازم لبدء عملية المعدنة . أو يتم عمل كومه سماد Compost خارج الحقل، ثم ننتظر حتى تضيق النسبة ( وذلك بعد فترة من التحلل ) إلى الحد المناسب قبل إضافتها إلى الأرض . أما المحاصيل البقولية التى تُزرع كسماد أخضر فمن الممكن حرثها فى الأرض مباشرةً قبل الزراعة ( المحصول التالى )، حيث تتميز هذه المحاصيل بضيق النسبة، وبالتالى تحدث عملية المعدنة بسرعة .
- الظروف البيئية المحيطة:
تؤثر الظروف البيئية المحيطة ( درجات حرارة - رطوبة - تهوية - pH) تأثيراً كبيراً فى تحديد طبيعة نشاط الكائنات الأرضية الدقيقة القائمة بعملية التحلل ، وبالتالى عملية المعدنة للنيتروجين العضوى . ولتحديد تأثير كل عامل من العوامل السابقة يلزم دراستها منفردة وأيضاً تأثيرها وهى متداخلة مع بعضها البعض . ومن الدراسات السابقة لكثير من العلماء يمكن أن نستخلص بأن أفضل رقم pH لعملية المعدنة هو من 6.5 -8 ، كما أن أفضل درجة حرارة من 35 -45ْم وأى ارتفاع أو انخفاض عنها يُقلل من نشاط الكائنات القائمة بعملية المعدنة . أيضا تتم عملية المعدنة للنيتروجين تحت ظروف الأراضى المغمورة بالماء، لكن تتوقف عند تكوين الأمونيوم NH4+ ويرجع ذلك لعدم توفر ظروف التهوية الملائمة للكائنات الدقيقة المسئولة عن أكسدة الأمونيوم إلى نترات NO3- . وعلى الرغم من أن عملية المعدنة تحت هذه الظروف البيئة تكون بطيئة ، إلا أن الكائنات الأرضية الدقيقة اللاهوائية Anaerobic تستطيع تحويل النيتروجين العضوى إلى أمونيوم تحت القيم المرتفعة من C/N ratio بكفاءة عالية بالمقارنة بالكائنات الأرضية الهوائية . ومن هنا يمكن القول بأن المحصلة النهائية لمعدل عملية المعدنة للنيتروجين تحت الظروف اللاهوائية تكون مماثلة لها تحت الظروف الهوائية
المحصلة النهائية لعملية التثبيت البيولوجية للنيتروجين بالأرض الزراعية هو تحول النيتروجين العنصري إلى نيتروجين عضوي سواء كان فى أجسام الكائنات الحية الدقيقة أو النباتات أو مخلفات الحيوانات التى تتغذى على هذه النباتات . وبالتالى يكون النيتروجين العضوى .
(الذى يمثل 99% من النيتروجين الكلى بالأرض) فى مكونات المادة العضوية والدُبال وهو فى هذه الصورة غير صالح للامتصاص بواسطة النبات . وعلى ذلك تقوم أنواع عديدة من الكائنات الأرضية الدقيقة غير ذاتية التغذية Heterotrophic organisms (تحصل على الطاقة اللازمة لها من أكسدة الكربون العضوى ) بتحليل المادة العضوية وينفرد النيتروجين منها فى صورة الأمونياNH3 وفى خطوة لاحقة تتحول الأمونيا إلى أمونيوم NH4+ ثم نترات NO3- ، ويطلق على هذه العملية اسم عملية المعدنة ، وتسمى أيضاً عملية النشدرة Ammonification على أساس أن الناتج النهائى لعملية المعدنة هو الأمونيا . والعملية العكسية لعملية المعدنة هي عملية التمثيل Immobilization ويُقصد بها تحول النيتروجين المعدنى الصالح للامتصاص بواسطة النبات والموجود بالأرض الزراعية إلى نيتروجين عضوى نتيجة استهلاكه بواسطة الكائنات الأرضية الدقيقة . وطبيعى أن يكون سيادة عملية المعدنة فى صالح النبات حيث ينتج عنها نيتروجين معدنى (الصورة الصالحة للامتصاص) والعكس صحيح بسيادة عملية التمثيل .
ويمكن توضيح كيفية حدوث عملية النشدرةAmmonification كما يلى: يحدث تحول للمركبات النيتروجينيه العضوية إلى أمونيا فى خطوتين:
الأولى:
يحدث تحلل مائىHydrolytic decomposition للبروتينات بفعل الإنزيمات وتنطلق مركبات أبسط فى صورة أحماض أمينية بواسطة الأحياء الدقيقة.
Soil organic-N R - NH2 + CO2 + Additional products + energy
الثانية:
تقوم الكائنات الدقيقة بتحويل الأحماض الأمينية R-NH2 إلى الأمونيا وكحول وطاقة
R - NH2 + H2O NH3 + R - OH + energy
وتذوب الأمونيا الناتجة فى الماء ويتكون أيون الأمونيوم
NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH-
ويكون مصير الأمونيوم الناتجة إحدى الاحتمالات الآتية :
1- يمكن أن يتحول إلى نتريت، ثم نترات بواسطة كائنات دقيقة متخصصة وذلك خلال عملية التأزت Nitrification .
2- يمكن أن يُمتص مباشرةً بواسطة النبات .
3- يمكن أن يدخل فى تفاعلات التبادل الأيونى .
4- يمكن أن يُثبت على صورة غير ميسرة للنبات وذلك بادمصاصه على أسطح الغرويات الأرضية ، أو تثبيته بين الوحدات البلورية للمعادن الأرضية.
5- يمكن أن يحدث له فقد من الأرض بالتطايرVolatilization وخاصة إذا ارتفع رقم pH الأرض عن 8 .
وتساهم الأحياء الدقيقة بالتربة الزراعية من بكتيريا وفطريات وأكتينوميستس Actinomycetes بقدر كبير فى عملية معدنة النيتروجين ، وهناك عوامل متعددة تؤثر على هذه العملية ، وبالتالى يجب مناقشتها بشىء من التفصيل وخاصة التى تتعلق بتركيب المادة العضوية والظروف المحيطة بعملية التحلل ومنها :
نسبة الكربون إلى النيتروجين C/N ratio
تلعب نسبة الكربون إلى النيتروجين C/N ratio دور أساسى ومهم فى عملية تحلل المادة العضوية ، وبالتالى معدنة العناصر الموجودة فى تركيب هذه المادة . وتختلف هذه النسبة باختلاف أنواع بقايا النباتات وتمتاز بقايا النباتات النجيلية مثل قش الأرز والقمح باتساع نسبة الكربون إلى النيتروجين بها، حيث تصل من 50-60 :1، بينما تضيق هذه النسبة فى بقايا النباتات البقولية ( البـرسيم- الفـول ) حيث تصل إلى 25-30 : 1.
وهنا يجب الإشارة إلى إنه كلما كانت نسبة الكربون إلى النيتروجين واسعة أى أن المادة العضوية تحتوى على كمية منخفضة من النيتروجين فإن ذلك يعنى استهلاك النيتروجين المعدنى الموجود بالأرض الزراعية بواسطة الكائنات الدقيقة المحللة للمادة العضوية والذى يُستخدم فى بناء أنسجتها أى يحدث له عملية تمثيل Immobilization، وعلى ذلك تقل الكمية الميسرة من هذا العنصر فى الأرض ، ويعانى النبات النامى بها من نقص النيتروجين . وعلى هذا تتحدد السيادة لأى من عمليتى المعدنة والتمثيل فى الأرض بنسبة الكربون إلى النيتروجين بها بعد إضافة المادة العضوية ( الأصلية + المضافة ) . حيث تكون السيادة لعملية التمثيل إذا زادت النسبة عن 30 : 1 ، وبالتالى يختفى النيتروجين المعدنى من الأرض ويُمثل داخل أجسام الكائنات الدقيقة ، مما ينتج عنه معاناة النباتات النامية من نقص النيتروجين . والعكس حيث يؤدى ضيق هذه النسبة أقل من 30 : 1 فى الإسراع من عملية المعدنة ، حيث يتساوى معدل العمليتين إذا كانت النسبة فى مدى 15-30 : 1 كما يوضح ذلك شكل (4-3)، وتكون السيادة لعملية المعدنة إذا وصلت هذه النسبة إلى 15 : 1 ، وبالتالى تجد النباتات النامية حاجتها من النيتروجين المعدنى ، ويصل التحلل حتى تصل النسبة إلى 10 : 1 ، وبعدها تقف عملية التحلل حيث تكون المادة العضوية وصلت إلى درجة متقدمة فى تحللها أى أصبحت فى صورة دُبال .
ولهذه النسبة أهمية كُبرى فى تكنولوجيا التسميد العضوى ، حيث تساعد على تحديد نوع وميعاد إضافة السماد العضوى للنباتات النامية فى الحقل. فمثلاً إذا كان لديك مادة عضوية ( مخلفات نباتية ) لها نسبة واسعة أكبر من 30 : 1 ، فإن مثل هذه البقايا لا يمكن حرثها فى الأرض قبل أو أثناء زراعة المحصول مباشرةً وإلا سادت عملية التمثيل ، وبالتالى ستعانى البادرات النامية من نقص النيتروجين المعدنى لفترة تختلف مدتها حسب هذه النسبة . ولذلك يُنصح بإضافة مثل هذه البقايا وحرثها بالأرض قبل الزراعة بمدة طويلة بحيث تحدث عملية التمثيل والأرض خالية من النباتات . فإذا لم يتوفر ذلك فيمكن إما خلط هذه البقايا مع سماد نيتروجينى بمعدل 1كجم لكل 100 كجم مخلفات نباتية ( ويسمى ذلك بعامل النيتروحين Nitrogen factor ويكون 9, كجم نيتروجين /100 كجم قش ) حتى تضيق النسبة ، وبالتالى يمكن اختصار الزمن اللازم لبدء عملية المعدنة . أو يتم عمل كومه سماد Compost خارج الحقل، ثم ننتظر حتى تضيق النسبة ( وذلك بعد فترة من التحلل ) إلى الحد المناسب قبل إضافتها إلى الأرض . أما المحاصيل البقولية التى تُزرع كسماد أخضر فمن الممكن حرثها فى الأرض مباشرةً قبل الزراعة ( المحصول التالى )، حيث تتميز هذه المحاصيل بضيق النسبة، وبالتالى تحدث عملية المعدنة بسرعة .
- الظروف البيئية المحيطة:
تؤثر الظروف البيئية المحيطة ( درجات حرارة - رطوبة - تهوية - pH) تأثيراً كبيراً فى تحديد طبيعة نشاط الكائنات الأرضية الدقيقة القائمة بعملية التحلل ، وبالتالى عملية المعدنة للنيتروجين العضوى . ولتحديد تأثير كل عامل من العوامل السابقة يلزم دراستها منفردة وأيضاً تأثيرها وهى متداخلة مع بعضها البعض . ومن الدراسات السابقة لكثير من العلماء يمكن أن نستخلص بأن أفضل رقم pH لعملية المعدنة هو من 6.5 -8 ، كما أن أفضل درجة حرارة من 35 -45ْم وأى ارتفاع أو انخفاض عنها يُقلل من نشاط الكائنات القائمة بعملية المعدنة . أيضا تتم عملية المعدنة للنيتروجين تحت ظروف الأراضى المغمورة بالماء، لكن تتوقف عند تكوين الأمونيوم NH4+ ويرجع ذلك لعدم توفر ظروف التهوية الملائمة للكائنات الدقيقة المسئولة عن أكسدة الأمونيوم إلى نترات NO3- . وعلى الرغم من أن عملية المعدنة تحت هذه الظروف البيئة تكون بطيئة ، إلا أن الكائنات الأرضية الدقيقة اللاهوائية Anaerobic تستطيع تحويل النيتروجين العضوى إلى أمونيوم تحت القيم المرتفعة من C/N ratio بكفاءة عالية بالمقارنة بالكائنات الأرضية الهوائية . ومن هنا يمكن القول بأن المحصلة النهائية لمعدل عملية المعدنة للنيتروجين تحت الظروف اللاهوائية تكون مماثلة لها تحت الظروف الهوائية