البوتاسيوم  Potassium

        يُعتبر البوتاسيوم عنصر من أكبر ثلاث عناصر مغذية كبرى ، حيث يمتص بواسطة النباتات بكمية تفوق باقى العناصر فيما عدا النيتروجين وفى بعض الأحيان الكالسيوم . وعلى عكس العناصر الكبرى الأخرى ، فإنه لم يثبت حتى الآن دخول عنصر البوتاسيوم فى بناء المركبات العضوية الضرورية واللازمة لاستمرار وجود النبات . وبالرغم من هذه الحقائق فإن البوتاسيوم عنصر لا غنى عنه ، ولا يمكن لعنصر آخر مشابه له كالصوديوم أو الليثيوم أن يحل محله تماماً ، إذ يوجد البوتاسيوم دائماً على هيئة مركبات غير عضوية ذائبة، ولو أنه يتحد أيضاً بالأحماض العضوية ، ويتدخل هذا العنصر فى تكوين الكربوهيدرات وما ينشأ منها من مركبات أُخرى ، و يعمل على تنظيم محتويات الخلية من الماء ،  ويساعد فى عملية تكثيف المركبات البسيطة إلى مركبات معقدة كما أنه ينشط الإنزيمات . ويوجد هذا العنصر بكميات كبيرة فى الأعضاء الحديثة السن النشيطة النمو ، وخاصة البراعم والأوراق الصغيرة وقمم الجذور وخصوصاً فى سائل الخلية Cell sap والسيتوبلازم ، فى حين أنه قليل التركيز فى البذور والأنسجة الناضجة . وينتقل البوتاسيوم وبحرية تامة خلال الأنسجة؛ ولذلك يستطيع النبات أن يُعيد استخدامه مرة أُخرى بانتقاله من الأنسجة القديمة إلى الأنسجة النامية .

البوتاسيوم فى الأرض Potassium in Soil         

        يُعتبر البوتاسيوم من أكبر العناصر شيوعاً بالقشرة الأرضية ، حيث يُمثل 0.3-2.5% من المكونات المعدنية للقشرة الأرضية . ويدخل البوتاسيوم فى تركيب بعض المعادن التى تُصبح غنية فى محتواها من هذا العنصر ،  وعندما تتركز هذه المعادن فى بعض الأماكن تُعتبر هذه المناطق مناجم تمد العالم بكميات كبيرة من أملاحه . ويوجد البوتاسيوم فى المعادن الأولية Primary minerals والتى تعتبر المصدر الأساسى للبوتاسيوم مثل : الفلسبارات البوتاسيةPotash feldspars  ومنها : الأورثوكلاز والميكروكلي Orthoclase and microcline (KALSi₃O₈) ، وتحوى من 4 - 15%  K₂O،  المسكوفايت muscovite (KAL₃Si₃O₁₀(OH)₂) ، وتحوى من 7 - 11% K2O والبيوتايت biotite ((K₂(Mg Fe)₂ AL₂O₁₀ (OH)₂ ، كذلك يوجد البوتاسيوم فى كثير من المعادن الثانوية (الطين) وعلى هذا تكون الأراضى الغنية فى الطين ذات محتوى أكبر من البوتاسيوم بالمقارنة بالأراضى الرملية أو العضوية ، وبالرغم من وجوده فى الأراضى الطينية بكمية أكبر إلا أن محلولها الأرضى لا يحتوى على كميات كبيرة منه بسبب إدمصاص هذا الكاتيون على أسطح حبيبات الطين ، ولكن هناك توازن دائم بين هذه الكمية المدمصة والذائبة فى المحلول الأرضى .  وتختلف قدرة كلٍ من المركبات السابقة على إمداد المحلول الأرضى بالبوتاسيوم وذلك حسب مقاومة تلك المركبات لعوامل التجوية ، ويمكن ترتيب هذه المركبات حسب سرعة تجويتها كما يلى :

  الطين (الإيلليت)  الميكا(المسكوفايت والبيوتايت ) الفلسبارات (الأورثوكلاز والميكروكلين) 

يوجد البوتاسيوم فى التربة الزراعية بأشكال متعددة و يمكن تقسيمها إلى :

- البوتاسيوم الموجود فى تركيب المعادن الأرضية .

- البوتاسيوم المُثبت ( غير قابل للتبادل) .

- البوتاسيوم المتبادل (هذا الجزء يمكن استخلاصة بواسطة خلات   الأمونيوم) .

- البوتاسيوم الذائب فى المحلول الأرضى (ذائب فى الماء) .

ويطلق على الصورتين الأخيرتين غالباً البوتاسيوم المُيسر(available K) ، حيث تعتبر من أسهل مصادر إمداد جذور النبات النامى بواسطة البوتاسيوم .

                                                                               

بوتاسيوم سهل الصلاحية          بوتاسيوم متبادل (90%)        بوتاسيوم ذائب (10%)

شكل ( 6-1 )

 العلاقة بين الصور المختلفة للبوتاسيوم فى التربة الزراعية

من شكل (6-1) نجد أن هناك اتزان بين الصور المختلفة للبوتاسيوم والموجودة بالأرض . ويمكن تقسيم صور البوتاسيوم والموجودة بالأرض على أساس درجة تيسر هذه الصور للنبات إلى ثلاثة أقسام رئيسية :

 

1- البوتاسيوم غير المُيسر نسبياً Relatively unavailable potassium وتمثل هذه الصورة من 90 إلى 95% من البوتاسيوم الكلى .

2- البوتاسيوم (المثبت) البطئ الصلاحية  Slowly availabile. 

3- البوتاسيوم سريع الصلاحية Readily avialable . وتعتبر الصورتان الأخيرتان ذات تأثير معنوى من وجهة نظر تغذية النبات وإنتاج المحاصيل. ويمكن تناول الصور المختلفة بشىء من التفصيل :

 

أولاً : البوتاسيوم غير المُيسر نسبياً  Relatively Unavailable Potassium

       الجزء الأكبر من البوتاسيوم الكلى والموجود فى الأرض يوجد فى هذه الصورة . ويتواجد البوتاسيوم والمُصَنف فى هذه الصورة فى تركيب المعادن الأولية ، وأهم هذه المعادن الفلسبارات Feldspars والميكا Mica . ونظراً لأن هذه المعادن السليكاتية شديدة المقاومة لعمليات التجوية ،  فإن كمية البوتاسيوم المنطلقة والتى تُصبح مُيسرة للنبات تكون قليلة خلال موسم نمو المحصول . وعلى الرغم من ذلك تُعتبر هذه الصورة ذات أهمية كبيرة نظراً لمساهمتها فى الحفاظ على مستوى البوتاسيوم المُيسر على المدى الطويل ، بتوافر ظروف التجوية الكيميائية وخاصةً المُذيبات مثل: الماء وحمض الكربونيك والأحماض العضوية ينطلق البوتاسيوم تدريجياً من هذه المعادن نتيجة لحدوث الإذابة والتحلل .

 

ثانياً: البوتاسيوم بطئ الصلاحية Slowly Available

      البوتاسيوم بطئ الصلاحية يتكون من البوتاسيوم المُثبت بواسطة بعض معادن الطين مثل : الإيلليت Illite  والفيرمكيولايت Vermiculite والكلورايت Chlorite ، حيث يكون البوتاسيوم مرتبط أو مثبت بين طبقات السليكا والألومنيوم فى تلك المعادن . والبوتاسيوم المحجوز بهذه الطريقة لا يكون سهل التحرر أو الانطلاق إلى المحلول الأرضى ، وبالتالى يكون بطئ الصلاحية للنباتات النامية . كما أن البوتاسيوم الموجود فى هذه الصورة غير قابل للتبادل مع الأيونات الأخرى المشابهة له فى الشحنة الكهربائية خلال عملية التبادل الأيونى المعروفة وبالتالى يُطلق عليه اسم البوتاسيوم غيرالقابل للتبادل Nonexchangeable  أو المُثبت  Fixed. 

 

ثالثاً: البوتاسيوم سريع الصلاحية  Readily Available

       تمثل كمية البوتاسيوم  سهلة الصلاحية من 1-2% وهى نسبة ضئيلة من الكمية الكلية ، وهى تشمل البوتاسيوم الذائب والذى يُمثل 10% من هذه الصورة والبوتاسيوم المتبادل على أسطح الغرويات الأرضية والذى يُمثل 90% . والبوتاسيوم المتبادل يكون فى حالة اتزان مع البوتاسيوم الذائب وهما يُمثلان المصدر الرئيسى للبوتاسيوم الممتص بواسطة النباتات النامية . ويعتبر البوتاسيوم الذائب فى المحلول الأرضى أكثر الصور تعرضاً لعملية الفقد بالغسيل . ونتيجة لأن كلاً من البوتاسيوم الذائب والمتبادل يكونان فى حالة اتزان ديناميكى باستمرار فيكون هذا مهم من الناحية العملية ، لأنه بامتصاص النبات للبوتاسيوم الذائب يحدث خلل فى هذا الاتزان نتيجة لانخفاض التركيز فى المحلول الأرضى ، وبالتالى يحدث انطلاق لأيونات البوتاسيوم المتبادلة على أسطح الغرويات الأرضية إلى المحلول الأرضى ، والعكس تماماً يحدث بزيادة التركيز فى المحلول الأرضى نتيجة إضافة أسمدة بوتاسية . وبصفة عامة يُعتبر بوتاسيوم المحلول الأرضى والبوتاسيوم المتبادل هما المصدران الأساسيان للبوتاسيوم الممتص بواسطة النبات .

دورة البوتاسيوم فى الأرض Potassium cycle in soil

      يمكن توضيح دورة البوتاسيوم بالرسم الموضح فى شكل (6-2) . الجزء الأعظم من البوتاسيوم موجود ضمن التركيب الكيميائى لبعض المعادن الأولية ،  وخلال عملية التجوية سواء الطبيعية والكيماوية والبيولوجية منها يحدث تفتيت وتكسير لتلك المعادن والمتمثلة فى مادة الأصل وينتج حبيبات معدنية مختلفة الحجم يتراوح من حجم حبيبات الطين إلى حجم حبيبات الرمل ، ونتيجة لعملية التفتيت لتلك المعادن تنطلق بعض العناصر ومنها عنصر البوتاسيوم ، وأيضاً يحدث تكوين لبعض معادن الطين الثانوية . ووجد أن هناك علاقة بين الكمية المُنطلقة من البوتاسيوم وحجم الحبيبات الناتجة من عملية التفتت ، حيث تتأثر عمليات تثبيت وانطلاق البوتاسيوم بنسبة كلٍ من كمية الرمل والسلت أو الطين ، وأيضاً بنوع معدن الطين. وفى الأراضى ذات القوام الرملى أو السلتى تكون حبيباتها من الكوارتز أو معادن أخرى مثل الفلسبار ، ولكن لوجود هذه الحبيبات فى هذا الحجم الكبير نسبياً تكون قابليتها للإذابة قليلة جداً ، وأيضاً النشاط السطحى لها قليل وبالتالى تكون قدرتها على تثبيت البوتاسيوم قليلة جداً . ويمكن ترتيب قابلية المعادن الأولية والغنية فى البوتاسيوم حسب درجة مقاومتها إلى عملية التجوية كما يلى : الفلسبارات  >  الميكا  > الإيلليت .

شكل (  6-2  )

دورة البوتاسيوم فى الأرض

ومعظم البوتاسيوم  الناتج من عملية التجوية يتحول إلى الصورة المتبادلة والذى يُعَرف على أنه البوتاسيوم المدمص على أسطح غرويات التربة والتى تحمل شحنة سالبة . ويمكن استخلاص هذه الصورة ببعض المحاليل الخاصة بذلك مثل : خلات الأمونيوم Ammonium acetate  ، وتتوقف هذه الكمية على التركيب المعدنى للتربة - نسبة الرطوبة - ظروف التجوية - عمليات الغسيل - السعة التبادلية الكاتيونية للتربة - تركيز الأيونات الأخرى ومحتوى التربة من كبريتات وكربونات الكالسيوم ( واللتان تعملان على تقليل مواقع التبادل ، وبالتالى تنخفض السعة التبادلية الكاتيونية مما يقل من محتوى التربة من البوتاسيوم المتبادل). ويعتبر البوتاسيوم المتبادل صورة ميسرة للنبات ، حيث ترتبط هذه الصورة بحالة اتزان سريع مع الصورة الذائبة ، وقد يصعب فصل الصورتين عن بعضهما حتى أثناء التقدير الكمى . والبوتاسيوم الناتج من عملية التجوية يتحول إلى الصورة غير المتبادلة والتى تُعَرف على أنها الصورة البطيئة والمتوسطة التحرر . وهناك علاقة وثيقة بين الصورة المتبادلة وغير المتبادلة والتى تعتمد على حالة الاتزان الكيميائى بينهما ، ولا يمكن النظر إلى الصورة غير المتبادلة على أنها غير ميسرة للنبات ، حيث ثبت أن النباتات يمكن تمتص جزء من هذه الصورة تحت ظروف معينة . وسرعان ما تتحول هذه الصور إلى الصورة الأيونية ⁺K الذائبة فى المحلول الأرضى . ومن مصادر البوتاسيوم الذائب فى المحلول الأرضى البوتاسيوم المضاف فى صورة أسمدة كيماوية . والنباتات تمتص البوتاسيوم كأيون K⁺  بصورة أساسية من المحلول الأرضى وكمية قليلة من البوتاسيوم المتبادل على أسطح التبادل عن طريق التبادل بالتماس ، وكمية أخرى من البوتاسيوم الذائب فى المحلول الأرضى تدخل فى تفاعلات التبادل الأيونى ويحدث لها إدمصاص على أسطح الغرويات المعدنية . وبصفة عامة هناك عدة عوامل تؤثر على الكمية الميسرة من البوتاسيوم فى المحلول الأرضى سوف نتناولها بشىء من التفصيل .

 

العوامل المؤثرة على تثبيت البوتاسيوم فى الأرض                            

1- كمية ونوع الطين :

       عادةَ يتم تثبيت البوتاسيوم بواسطة معادن الطين داخل الفجوة السداسية فى طبقة التتراهيدرا السيليكا ، وخاصة معادن الطين من نوع1:2وذلك لتقارب نصف قطر أيون البوتاسيوم (1.33 أنجستروم) مع نصف قطر هذه الفجوة (1.35 أنجستروم) . وتتم عملية التثبيت نتيجة انتقال الأيون من مواقع التبادل المشبعة إلى هذه الفجوات ، وبالتالى يرتبط هذا الأيون بقوة تمنعه من الانطلاق بسهولة إلى المحلول الأرضى ، وبالتالى فإن معادن الطين السائدة يكون لها تأثيرها الكبير فى عملية التثبيت . ومن هنا تختلف قدرة معادن الطين فيما بينها على تثبيت البوتاسيوم . ويمكن توضيح ذلك بنتائج إحدى الدراسات فى ألمانيا  Nemeth and Hrrach سنة 1974 ، حيث تم استخدام ثلاث عينات تربة مختلفة فى محتواها من الطين الأولى بها 3%، الثانية بها 38% ونوع معدن الطين السائد الكاؤلينيت، بينما العينة الثالثة تحوى 39% طين لكن معدن الطين السائد هو الإيلليت . وكانت النتائج كما يوضحها شكل (6-3) .

 - عند نفس المستوى من البوتاسيوم المتبادل ، كان تركيز البوتاسيوم فى المحلول الأرضى فى الأراضى الطينية منخفض عنه فى الأرض الرملية (3% طين) .

- عند نفس المحتوى من الطين (38%  و 39 % طين) يختلف تركيز البوتاسيوم فى المحلول الأرضى اعتماداً على نوع معدن الطين ، حيث وجد أن العينة الغنية بمعدن الإيلليت تدمص كمية أكبر من البوتاسيوم مما أدى إلى انخفاض التركيز فى المحلول الأرضى بالمقارنة بالعينة الغنية بمعدن الكاؤلينيت .

شكل ( 6-3 )

 تأثير كمية ونوع معادن الطين على كمية البوتاسيوم الذائبة فى المحلول الأرضى .

     وعلى ذلك فعند إضافة كميات متساوية من أسمدة البتاسيوم (مثلاً لرفع مستويات البوتاسيوم المتبادل من 5 إلى 15 ملليجرام /100 حم تربة) نجد أن تركيز البوتاسيوم فى المحلول الأرضى للأراضى الرملية والتى تحوى كمية قليلة من الطين يرتفع بشدة، ويرجع ذلك لأن الكمية القليلة من الطين يحدث تشبع لأسطح التبادل عليها بسرعة ، بينما فى الأراضى الثقيلة والتى تحتوى على  39% طين فإن تركيز البوتاسيوم فى المحلول الأرضى يكون قليل ويرجع ذلك لأن محتوى تلك الأرض مرتفع من معدن الإيلليت ، والذى يقوم بإدمصاص البوتاسيوم المضاف بسرعة . فى حين نجد أن الأرض الغنية فى معدن الكاؤلينيت تأخذ موقعاً متوسطاً ، وعلى الرغم من أن هذه الأرض ثقيلة (بها 38 % طين ) إلا أن تركيز البوتاسيوم فى المحلول الأرضى يكون مرتفع كما فى الأراضى الرملية تقريباً . و يمكن تقسيم معادن الطين الموجودة فى الأرض حسب درجة تثبيتها للبوتاسيوم إلى ثلاث مجموعات أساسية يمكن توضيح ديناميكية تثبيت كل منها للبوتاسيوم فى شكل (6-4) وهذه المجموعات هى :

التالـى / السابـق