الأهداف

مكونات النبات

العناصر الضرورية للنباتات

النيتروجين Nitrogen

نماذج لأعراض نقص النيتروجين

الفوسفور Phosphorus

نماذج لأعراض نقص الفوسفور

البوتاسيوم  Potassium

نماذج لأعراض نقص البوتاسيوم

الكبريت hur Sulp

نماذج لأعراض نقص الكبريت

الكالسيوم Calcium

نماذج لأعراض نقص الكالسيوم

الماغنسيوم

نماذج لأعراض نقص الماغنسيوم

تذكر

Home


2- التثبيت الحيوى  للنيتروجين  Biological Nitrogen Fixation       

        من الحقائق أن تثبيت النيتروجين الجوى صناعيا يحتاج إلى درجة حرارة مرتفعة (500ْم) وتحت ضغط مرتفع وفى وجود عامل مساعد مثل أكسيد الحديد النشط ، وهذا ما يتم فى تفاعل  Haber - Buch reaction. فهنا سؤال يفرض نفسه علينا ألا وهو كيف يتم تثبيت النيتروجين بواسطة خلايا الكائنات الحية الدقيقة وتحت درجة حرارة منخفضة وضغط جوى عادى؟ ولا نجد أمامنا سوى القول سبحان الله فهذه إحدى نعمه  "وإن تعدوا نعمة الله لا تحصوها" .

        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 كما يتضح من الجدول (4-3) .

 

جدول ( 4-3  )

يبين كمية النيتروجين المضافة والمفقودة من الأرض عالمياً محسوبة بالمليون طن / عام

المضاف إلى الأرض

(بالمليون طن/ عام)

المفقود من الأرض

( بالمليون طن/ عام)

الإنتاج الصناعى

التثبيت البيولوجى

النترات والنتريت مترسبة

أمونيا مترسبة

 46

100 - 200

60

 140

عكس التأزت

أمونيا متطايرة

200 -  300

165

عنMengel and Krikby  سنة 1987.

 

     وكما سبق ذكره فإن عملية التثبيت الحيوى يتم فيها اختزال النيتروجين الجوى داخل أجسام الكائنات الدقيقة،ويتم الاختزال بواسطة إنزيم Nitrogenase وهذه العملية تحتاج إلى طاقة يكون مصدرها مركبAdenosein TripHospHate (ATP).  وتحدث عملية الاختزال بأن يتحد هذا الإنزيم مع جزىء النيتروجين N2 والذى يُختزل على عدة خطوات باكتسابه لأيونات الأيدروجين ،ويكون حمض البيروفيكPyrovic acid  هو مصدر الأيدروجين اللازم لعملية الاختزال و كذلك تحتاج هذه العملية إلى مساعدات إنزيم Co-enzymes  مثل : عنصر الموليبدنم أو الكوبلت . وشكل (4-2) يوضح خطوات عملية الاختزال .

شكل ( 4-2 )

 خطوات تثبيت النيتروجين بيولوجيا

 

ويمكن تقسيم طرق التثبيت الحيوى للنيتروجين إلى :

1- التثبيت التكافلى للنيتروجين Symbiotic N2 Fixation

      حيث تقوم به بعض الكائنات الأرضية الدقيقة ومنها بكتريا متخصصة تكافلية Symbiosis فى معيشتها داخل العقد الجذرية للعديد من النباتات البقولية. كذلك الموجودة فى جذور كثير من النباتات العشبية أو جذور بعض الأشجار ومن هذه الكائنات الأرضية الدقيقة :

  - بكتيريا من جنس Rhizobium sp و التى تعيش تكافلياً مع جذور النباتات البقولية  Legume،  والتى يُطلق عليها بكتيريا العقد الجذرية للمحاصيل البقولية . ولهذا النوع من النشاط التكافلى أهميه اقتصادية كبيرة لمساهمته الفعالة فى تثبيت النيتروجين الجوى، ويتضح ذلك من جدول (4-4) والذى يشير إلى الكمية المثبتة بواسطة بعض النباتات البقولية كما أشار إليها White سنة 1987. 

 

جدول(4-4)

 كمية النيتروجين الجوى المثبتة بواسطة النباتات البقولية

 مُقدرة بالكيلوجرام / هكتار(2.4 فدان)

Temperate species                   Tropical & subtropical species

Clovers                                         Grazed grass-Legume

        (Trifolium spp)    55-600     pastures:

Lucerne                                  Stylosanthes humilis          10-30

(Medicago sativa) 55-400   Macroptium atropurpureum 44-129

Soyabeans                                    Grain & forage legumes

(Glycine max)         90-200           Beans

Beans (Vicia faba) 200                  (PHaseolus vulgaris )      64

Peas (Pisum spp)     50-100           Pigeon pea

                                                   (Cajanus Cajan)        97-152

Median                     c.200          Median                      c.100

 

- بكتيريا خيطية من جنس Frankia sp مثل Actenomycete والتى تعيش فى جذور نباتات غير بقولية مثل الكازورينا Casuarina  والحورAlder. .

- كذلك بعض الطحالب الخضراء المزرقة blue-green algae  تستطيع أن تُقيم علاقة تكافلية مع بعض الفطريات مثلLichens, Fungi  ، حيث تقوم الطحالب الخضراء المزرقة بإمداد الفطر بحاجته من النيتروجين المثبت من الجو.

     ويُعتبر تثبيت النيتروجين تكافلياً بواسطة بكتيريا الريزوبيم عملية هامة جداً فى الزراعة من حيث إمدادها للنباتات البقولية بمعظم احتياجاتها من النيتروجين . وهناك العديد من بكتيريا الريزوبيم القادرة على تكوين عقد على جذور النباتات البقولية . بالإضافة إلى وجود نوع من التخصص بمعنى أن هناك أنواعاً معينة منها لمجموعة معينة من النباتات البقولية دون الأخرى ويوضح ذلك جدول (4-5) . وعلى هذا يتوقف مدى نجاح البكتيريا فى تثبيت النيتروجين على البكتيريا المناسبة للعائل البقولى المناسب لها . ومن الجدير بالذكر أن تثبيت البقوليات للنيتروجين يكون على أشده فقط عندما يكون مستوى النيتروجين الميسر بالأرض قليل جداً ،  وعلى ذلك يُنصح بإضافة كميه قليلة من النيتروجين مع الأسمدة المضافة للمحاصيل البقولية عند الزراعة لضمان توفر كمية كافية من العنصر للبادرات الصغيرة حتى يتمكن الريزوبيم من المعيشة على جذورها . أما إذا أُضيفت كميات كبيرة وباستمرار من النيتروجين لهذه المحاصيل فإن ذلك يُقلل من نشاط الريزوبيم ، وبالتالى يكون استخدام هذه الأسمدة النيتروجينية غير اقتصادى .

2- التثبيت غير التكافلى للنيتروجن  Non symbiotic N- Fixation        

        وتقوم به كائنات حرة المعيشة فى الأرض الزراعية أى غير تكافلية Free- living organisms سواء وجد النبات أولم يوجد وإن كان بعضها ينشط أكثر فى وجود النبات وإن لم يكن يعتمد عليه ، وبالتالى يكون هذا التثبيت غير تكافلياً . وفيه يتم تحويل النيتروجين الغازى بواسطة هذه الكائنات إلى نيتروجين عضوى داخل أجسامها ، وبعد موت هذه الكائنات وتحلل أجسامها يتحول إلى نيتروجين ميسر للنبات نتيجة لعملية المعدنة ، ومن هذه الكائنات :

جدول (4-5)

 أنواع بكتيريا الريزوبيم والمحاصيل البقولية الملائمة لها

العائل

نوع البكتريا

Melilotus,Medicago

برسيم حجازى وحلبة

R.meliloti

Trfolium

برسيم حولى

R. trifolii

Pisum, Vicia

بسلة - فول - عدس

R. leguminosarum

PHasoeolus

فاصوليا

R.pHaseoli

Glycine

فول صويا

R. japonicum

Lupinus

الترمس

R. lupinii

 

1- البكتيريا الهوائية من جنس Azotobacter Spp  وتنتشر هذه البكتيريا فى جميع أنواع الأراضى ماعدا الحامضية ذات  pHأقل من 6 .

2- البكتيريا غير الهوائية من جنس Clostridium spp وهى تختلف عن الأزوتوباكتر فى قدرتها على تثبيت النيتروجين فى الأراضى  الحامضية ذات  pH أقل من 6 .

3- الطحالب الخضراء المزرقة Blue-green algae من أجناس Nostoc Anabaena Gloecapsa ، وتوجد تحت ظروف بيئية واسعة المدى ، وتحتاج فى غذائها إلى الماء والضوء والنيتروجين الحر N2 وثانى أكسيد الكربون  CO2 وأملاح تحتوى على العناصر المعدنية الأساسية . وهذه الطحالب والأشنات تلعب دوراً هاماً فى إمداد مزارع الأرز بالنيتروجين .

 

        ومن الجدير بالذكر أن الأهمية الزراعية لتثبيت النيتروجين بواسطة البكتيريا الحرة أقل من تلك التى تُثبت بواسطة البكتيريا التكافلية.  وهناك تكهنات عديدة حول كمية النيتروجين المثبتة لا تكافلياً بواسطة البكتيريا نذكر منها ما ذكره أبو الروس وآخرون سنة 1992 وهى 3-5 كجم / فدان / العام ،  بينما المثبتة بواسطة الطحالب الخضراء المزرقة تتراوح ما بين 30-60 كجم/ فدان/ العام . وتوجد عدة عوامل تؤثر على معدل تثبيت النيتروجين حيوياً أهمها :

 

1- رقم الـ pH حيث تقل كفاءة التثبيت كلما انخفض رقم  pH الأرض الزراعية ويرجع ذلك لأن بكتيريا الريزوبيم حساسة للحموضة .

2- محتوى الأرض من النيتروجين حيث يقل معدل التثبيت كلما زاد محتوى الأرض من النيتروجين الميسر .

3-  يزداد معدل التثبيت كلما توافر فى الأرض كمية ملائمة من عناصر P  Ca , K  فى صورة ميسرة .

4- تعتبر عناصر الموليبدنم والكوبلت ضرورية لكل أنواع البكتيريا المثبتة للنيتروجين ، حيث يزداد معدل التثبيت بزيادة محتوى الأرض من هذه العناصر.

5- تلعب الحالة الغذائية للنباتات البقولية دوراً هاماً فى مقدار كمية النيتروجين المثبتة ،  حيث يزداد معدل التثبيت كلما زاد معدل التمثيل الضوئى فى النبات والتى يتوقف عليها كمية الكربوهيدرات التى تُعطى للبكتيريا من النبات .

 

        مما سبق نجد أنه من خلال عملية التثبيت البيولوجى للنيتروجين يتحول هذا العنصر إلى صورة عضوية من خلال تحوله إلى أحماض أمينية وبروتينات ، وبذلك يمكن اعتبار هذه الحالة نقطة البداية لتراكم النيتروجينAccumulation of nitrogen  بالأرض الزراعية فى صورة مركبات عضوية .

التالى / السابق

1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12

13-14-15-16-17-18-19-20-21-22-23-24