النيتروجين فى الأرض

النيتروجين فى الأرض
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-.

دورة النيتروجين فى الأرض Soil Nitrogen Cycle
تُعتبر دورة النيتروجين فى الأرض من الدورات المعقدة 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 كما يلى :
أولاً: تثبيت النيتروجين الجوى Nitrogen Fixation
التثبيت الحيوى للنيتروجين
والمقصود بالتثبيت الحيوى هو تحويل النيتروجين الغازى والموجود فى الغلاف الجوى إلى نيتروجين عضوى يدخل فى تركيب المركبات النيتروجينية العضوية. وتتلخص هذه العملية بقيام أنواع مختلفة من الكائنات الدقيقة المتخصصة والتى لها القدرة على اختزال النيتروجين الجوى وتحويله إلى NH3 تحت الظروف العادية من الضغط ودرجة الحرارة، وبالتالى يتحول إلى مركب عضوى. وعلى ذلك نجد ان الكائنات الدقيقة تقوم بدور هام فى تحديد طبيعة دورة النيتروجين فى الأرض، حيث تتحكم فى تحويل جزيئات النيتروجين الجوى إلى نيتروجين عضوى. وتعتبر هذه الطريقة أهم الطرق فى زيادة محتوى الأرض من النيتروجين.

--------------------------------------------------------------------------------

معدنة النيتروجين العضوى
المحصلة النهائية لعملية التثبيت البيولوجية للنيتروجين بالأرض هو تحول النيتروجين العنصري إلى نيتروجين عضوي والذى يمثل 99% من النيتروجين الكلى بالأرض) وهو فى هذه الصورة غير صالح للامتصاص.وعلى ذلك تقوم أنواع عديدة من الكائنات الأرضية الدقيقة 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 التمثيلImmobilization ويُقصد بها تحول النيتروجين المعدنى الصالح للامتصاص والموجود بالتربة إلى نيتروجين عضوى نتيجة استهلاكه بواسطة الكائنات الأرضية الدقيقة. وطبيعى أن يكون سيادة عملية المعدنة فى صالح الكائنات الحية حيث ينتج عنها نيتروجين معدني (الصورة الصالحة للامتصاص) والعكس صحيح بسيادة عملية التمثيل
وهناك عوامل متعددة تؤثر على هذه العمليةومنها:
- نسبة الكربون إلى النيتروجين
تلعب نسبة الكربون إلىالنيتروجين C/N ratio دور أساسى ومهم فى عملية تحلل المادة العضوية، وبالتالى معدنة العناصر الموجودة فى تركيب هذه المادة. 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 بالتربة 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، وعلى هذا تتحدد السيادة لأى من عمليتى المعدنة والتمثيل فى الأرض بنسبة الكربون إلى النيتروجين بها بعد إضافة المادة العضوية . 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 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 وتكون السيادة لعملية المعدنة إذا وصلت هذه النسبة إلى 15 : 1وبالتالي تجد الكائنات الحية حاجتها من النيتروجين المعدني


--------------------------------------------------------------------------------

ثالثاً: عملية التأزت Nitrification
تُعرف على أنها عملية الأكسدة البيولوجية للأمونيوم الناتج من عملية النشدرة أو المضاف فى صورة أسمدة إلى نترات . وتتم هذه العملية على خطوتين :
1-أكسدة الأمونيوم إلى نتريت ويقوم بها بكتيريا Nitrosomonas

2NH4+ + 3 O2 2NO2 + 2H2O + 4H+

2-يتم أكسدة النتريت إلى نترات وتقوم بها بكتيريا Nitrobacter
2NO2 + O2 2NO3-

Net 2NH4+ + 4O2 2NO3- + 2H2O + 4H+
ومن التفاعلات السابقة يمكن استنتاج ما يلى:
1-يشكل أيون الأمونيوم المادة الأساسية والأولية لعملية التأزت، وعلى هذا فإن تيسره بكمية كافية يُعتبر ضرورياً لاستمرار هذه العملية. ويُعتبر المطلب الأول لبكتيريا التأزت.

2-إن عملية التأزت عملية أكسدة أى يلزمها أكسجين بوفرة لكى تتم، وعلى ذلك فإن جميع العمليات الزراعية التى تؤثر على تهوية التربة الزراعية سيكون لها تأثيرها المباشر على هذه العملية. أى أن عمليات العزيق - الحرث و الصرف الجيد تُنشط من هذه العملية، والعكس سوء التهوية وغمر الأرض بالماء يقلل من هذه العملية أو قد يوقفها تماماً.

3-إن عملية الأكسدة هذه عملية بيولوجية أى تحتاج إلى كائنات أرضية دقيقة وفى نفس الوقت متخصصة، وعلى ذلك يجب أن تتوافر ظروف بيئية مناسبة لنشاطها مثل:

رقم pH الأرض:
حيث لوحظ أن هذه الكائنات تكون فى حالة نشاط أفضل فى الأراضى المتعادلة أو القاعدية، ويقل النشاط بزيادة حموضة الوسط.

درجة الحرارة:
بصفة عامة يمكن القول بإن أمثل درجة حرارة لهذه العملية تختلف من أرض إلى أُخرى وذلك كما أشارت الأبحاث المختلفة فى أماكن إجرائها. وعلى ذلك تكون الدرجة المُثلى فى حدود 25 -32 ْم وتقل عملية التأزت بانخفاض درجة الحرارة وذلك فى المناطق الجافة، ووجد أن هذه العملية تقف بزيادة درجة الحرارة عن 50ْم.

محتوى الأرض من الرطوبة:
تحتاج هذه العملية لقدر معين من الرطوبة حيث وجد أن البكتيريا المسئولة عن هذه العملية حساسة لزيادة محتوى الأرض من الرطوبة عنه فى حالة نقصها

--------------------------------------------------------------------------------

عملية عكس التأزت Denitrification
وأساس هذه العملية بأنه تحت الظروف اللاهوائية للأراضى الزراعية فى المناطق الغدقه سيئة الصرف تقوم بعض أنواع الكائنات الدقيقة باختزال النترات والنتريت إلى صورة غازية وهى NO, N2O, N2 ، ثم تنطلق إلى الهواء الجوى. ويمكن توضيح عملية عكس التأزت بالمعادلة التالية:
NO3- NO2- NO N2O N2
والأحياء الدقيقة المسئولة عن هذه العملية هى من أنواع
Pseudomonas, Micrococcus, Achromobacter and Bacillus
وهناك عدة عوامل تؤثر على عملية عكس التأزت

1- توافر مادة التفاعل: وهى النترات والنتريت والمواد العضوية البسيطة القابلة للأكسدة (السكريات البسيطة والأحماض العضوية ) .
2- المادة العضوية: تزداد عملية عكس التأزت بزيادة محتوى الأرض الزراعية من المادة العضوية وخاصة فى الظروف المعتدلة الحرارة، وذلك نتيجة زيادة نشاط الكائنات الدقيقة واستهلاكها للأكسيجين، وأيضاً لأن المادة العضوية تُعتبر مصدراً للطاقة اللازمة لنشاط تلك الكائنات، وأخيراً تُعتبر مصدر للأيدروجين اللازم لعملية الاختزال.
3- درجة تهوية الأرض: يزداد الفقد للنيتروجين بهذه العملية كلما سادت ظروف التهوية السيئة
معروف أن الهائمات النباتية والحيوانية وكذا الأسماك لكى تعيش وتنمو يجب أن تتوافر عدة شروط ومنها العناصر الأساسية النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم ..وذلك بتركيز يعد هو الملائم وهى تركيز من 0.5 الى 0.7 مليجرام/لتر فوسفور وكما هو معلوم ان تركيز الفوسفور النتاح قليل للغاية قد لايزيد عن 5ميكروجرام/لتر ...وتركيز 2 مليجرام /لتر نيتروجين فى صوره الملائمة وهى النترات والأمونيا ...NO3,NH4....

إن إضافة اى مصدر سمادى "كيماوى" كفيل أن يزيد من تركيز النيتروجين على الفور ومعروف أن أملاح النيتروجين ذائبة تماما ...على لأنه يستلزم معرفة خواص التربة والماء...والرقم الهيدروجينى حيث يؤثر على الاستفادة أو خسارة كمية السماد النيتروجينى المضاف...عند استعمال اليوريا كمصدر للنيتروجين وهو سماد يحتوى على نسبة نيتروجين 45-46%..وهو سماد حامضى الأثر ...وقاعدة انيتروجين به بشكل NH4 لذلك لك لأن تتخيل عند إضافته والPh مرتفع 8.5-9.0 يتحول NH4 مباشرة الى غاز الأمونيا وينطلق خارجا من الماء الى الهواء الجوى فتخسر يذلك السماد ولايستفاد منه ناهيك عن إضراره والتى قد تقتل جزء من قطيع الأسماك...

وهناك نقطة هامة أيضا وهى نسبة النيتروجين الى الفوسفور ...بمعنى ان الكائنات المائية تتطلب التركيزات والنسب بينهم وأفضل النسب 4:1 أو 5:1 إذا يحتاج النيتروجين أربع أو خمس أضعاف الفوسفور لأن التركيب الطبيعى للهائمات ببها هذه النسب
العوامل المائية والجوية والتربة تؤثر على تركيز النيتروجين بالماء...
القلوية معناه والعسر ودرجة الحرارة والرقم الهيدروجينى ونوعية التربة وكمية العلف
عوامل تؤثر على تركيز العنصر والشكل المتاح منه
النيتروجين (أو الآزوت)
هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري له الرمز n والعدد الذري 7 (يسمى في الترجمات الحديثة النَشْيَن، على وزن فَعْلَن من النَشَا أي نسيم الريح الطيبة، ذلك أنه المكون الرئيسي للهواء، رمزه الكيميائي العربي ن). وهو عديم اللون والطعم والرائحة ، وهو عادة غير نشط وعلى شكل غاز في درجة الحرارة وقياس الضغط القياسيين ، كما أنه لا فلز ويكون على شكل جزيء من ذرتين. يشكل النيتروجين 78 بالمائة من الغلاف الجوي للأرض كما أنه يدخل في تركيب جميع الأنسجة الحية.

النيتروجين من اللا فلزات ، وبسالبية كهربائية مقدارها 3.0 ، لديه خمسة إلكترونات في الغلاف الإلكتروني الخارجي ، وهو ثلاثي التكافؤ في معظم مركباته. النيتروجين النقي غير نشط كيميائيا ، عديم اللون ، جزيئه ثنائي الذرات في درجة حرارة الغرفة ، يتكثف بدرجة حرارة 77 كالفن ويتجمد بدجة 63 كالفن. والنيتروجين السائل شائع لدراسة تأثير درجات الحرارة المنخفضة على الكائنات الحية.

تحصل النباتات على النيتروجين من أملاح النيرات التي توجد في التربة, وتحصل الحيوانات على
النيتروجين عندما تتغذى على النباتات والحيوانات اَكلة النباتات.
وتقوم النباتات باستعمال عنصر النيتروجين في تكوين البروتينات, ويعود النيتروجين مرة أْخرى
الى التربة بعد تحلل الحيوانات والنباتات بواسطة البكتيريا والفطريات. وهناك أنواع من البكتيريا
توجد في التربة تستطيع أكسدة الامونيا, وأنواع أُخرى تعمل على تثبيت النيتروجين الجوي مباشرةً في التربة...وهذه ألأنواع تعرف بالبكتيريا العقدية, وهي تعيش في عقد على جذور النباتات البقولية

مع خالص تقديري للجميع
يارب نستطيع الافاده دائما
خيركم من تعلم العلم و علمه
م / ياسر طاهر

اشكرك اخى على الموضوع المفيد

مواضيعك مميزة اخى الفاضل جزاك الله خيرا على هذة المعلومات الرائع