II. انواع کودهای نیتروژنه: شناخت ویژگی‌ها و دسترسی اشکال مختلف نیتروژن

درک ویژگی‌های هر یک از اشکال نیتروژن کلید مدیریت نیتروژن موثر است.

• نیتروژن آمونیومی (NH₄⁺): این یون دارای بار مثبت (کاتیون) است. بار مثبت آن به آن اجازه می‌دهد تا توسط ذرات خاک با بار منفی، مانند کانی‌های رسی و مواد آلی، جذب و نگهداری شود. این اتصال الکترواستاتیکی به طور قابل توجهی تحرک آن را در پروفیل خاک کاهش می‌دهد و آن را کمتر مستعد آبشویی نیترات (پس از تبدیل احتمالی) می‌کند. آمونیوم در کشاورزی یک منبع مهم نیتروژن است.
• نیتروژن نیتراتی (NO₃⁻): در مقابل، نیترات یک یون با بار منفی (آنیون) است. از آنجا که ذرات خاک عموماً دارای بار منفی هستند، یون‌های نیترات دفع می‌شوند و به ماتریس خاک متصل نمی‌شوند. در نتیجه، نیترات در کشاورزی به شدت در آب محلول است و آزادانه با آب خاک حرکت می‌کند. این تحرک بالا آن را به شدت مستعد تلفات آبشویی نیترات و آلودگی آب با نیترات می‌کند.
• کود اوره ((NH₂)₂CO): اوره یک مولکول آلی خنثی و بدون بار و از رایج‌ترین کودهای نیتروژنه است. این ماده به شدت جاذب رطوبت است. هنگامی که کود اوره به خاک اضافه می‌شود، در حضور رطوبت به سرعت حل شده و تحت فرآیند هیدرولیز اوره توسط آنزیم اوره‌آز (که به طور طبیعی در خاک وجود دارد) به کربنات آمونیوم تبدیل می‌شود. این تبدیل معمولاً بسیار سریع است (اغلب کمتر از دو روز). متعاقباً، بخشی از آمونیوم تازه تشکیل شده می‌تواند به گاز آمونیاک (NH₃) تبدیل شود که منجر به تصعید آمونیاک می‌شود. به دلیل تبدیل سریع اوره، اوره و آمونیوم اغلب به طور کلی به عنوان “نیتروژن آمونیاکی” شناخته می‌شوند.

خواص شیمیایی بنیادی، به ویژه بار الکتریکی، تعیین‌کننده‌های اصلی رفتار و سرنوشت این اشکال نیتروژن در خاک هستند. تفاوت نیترات و آمونیوم در رفتار خاک بسیار حائز اهمیت است.

III. جذب و متابولیسم نیتروژن توسط گیاه: از خاک تا سلول

مکانیسم‌های جذب نیتروژن گیاه: نقش ناقل‌ها و سرعت جذب

گیاهان نیتروژن را عمدتاً به صورت یون‌های غیرآلی آمونیوم (NH₄⁺) و نیترات (NO₃⁻) جذب می‌کنند. در خاک‌های کشاورزی، به دلیل فرآیند گسترده نیتریفیکاسیون (تبدیل آمونیوم به نیترات)، بخش عمده‌ای از جذب نیتروژن توسط گیاه به صورت نیترات رخ می‌دهد. یون‌های نیترات، به دلیل تحرک بالا، عمدتاً از طریق جریان توده‌ای به سمت ریشه‌های گیاه حرکت می‌کنند. گیاهان از ناقل‌های پروتئینی خاصی (NRT1/2 برای نیترات، AMT1/2 برای آمونیوم) برای جذب نیتروژن استفاده می‌کنند. سیستم‌های جذب نیترات بسیار سازگار هستند.

پس از جذب، نیترات (NO₃⁻) باید به شکل NH₂ تبدیل و سپس در ترکیبات آلی جذب شود. این متابولیسم نیتروژن در گیاه می‌تواند هم در ریشه‌ها و هم در شاخساره‌ها (که از نظر انرژی کارآمدتر است) اتفاق بیفتد. در مقابل، آمونیوم (NH₄⁺) جذب شده یا نیترات تبدیل شده به آمونیوم در ریشه‌ها، باید به سرعت در ریشه‌ها به ترکیبات آلی نیتروژن‌دار تبدیل شود. این فرآیند توسط کربوهیدرات‌های منتقل شده از برگ‌ها تأمین می‌شود و می‌تواند بر سایر فرآیندهای حیاتی گیاه تأثیر بگذارد.

مقایسه سرعت جذب و تاثیر اولیه نیترات و آمونیوم بر رشد گیاه

کودهای نیتروژنه مبتنی بر آمونیوم/اوره تمایل به ایجاد رشد رویشی سرسبز و نرم با برگ‌های بزرگ‌تر و رنگ سبز تیره‌تر دارند. تحقیقات نشان می‌دهد که نسبت مناسب آمونیوم به نیترات می‌تواند به طور قابل توجهی رشد کلی گیاه (ارتفاع و تعداد گره‌ها) را افزایش دهد. با این حال، مقادیر بیش از حد آمونیوم ممکن است باعث آسیب سلولی شود، اگرچه باکتری‌های نیتریفیکاسیون در شرایط عادی این خطر را کاهش می‌دهচ্ছেন. تاثیر نیتروژن بر محصولات بسته به شکل آن متفاوت است.

نسبت بهینه آمونیوم به نیترات تحت تأثیر دما، مرحله رشد، pH ریزوسفر و خواص خاک است. در دماهای بالاتر، نسبت آمونیوم/نیترات پایین‌تر ترجیح داده می‌شود. برعکس، در دماهای پایین‌تر، تغذیه با آمونیوم می‌تواند مناسب‌تر باشد.

IV. مدیریت کود اوره: چالش هیدرولیز، تصعید آمونیاک و راهکارهای کاهش تلفات

کود اوره به دلیل درصد بالای نیتروژن بسیار محبوب است، اما مدیریت آن چالش‌هایی دارد.

فرآیند هیدرولیز اوره در خاک: یک تبدیل سریع

اوره پس از تماس با رطوبت خاک، به سرعت توسط آنزیم اوره‌آز هیدرولیز شده و به کربنات آمونیوم تبدیل می‌شود. معادله شیمیایی: H₂NCONH₂ (اوره) + H₂O (آب) → 2NH₃ (آمونیاک) + CO₂ (دی‌اکسید کربن). بخش قابل توجهی از آمونیوم تازه تشکیل شده می‌تواند به گاز آمونیاک (NH₃) فرار تبدیل شود، که منجر به تصعید آمونیاک می‌گردد. این تبدیل سریع (اغلب کمتر از دو روز) یک چالش حیاتی در مدیریت کود اوره است.

عوامل کلیدی موثر بر تصعید آمونیاک (NH₃) از کود اوره

• pH خاک: خاک‌های قلیایی (pH > 7.0) و افزایش موقتی pH خاک در اطراف گرانول اوره، تصعید آمونیاک را افزایش می‌دهند.
• دمای خاک: دماهای بالا (بالای 21°C) سرعت هیدرولیز اوره و تصعید را افزایش می‌دهند.
• رطوبت خاک: سطح خاک مرطوب سرعت هیدرولیز را افزایش و حرکت اوره به داخل خاک را کاهش می‌دهد، در نتیجه تصعید بیشتر می‌شود.
• بافت خاک و ظرفیت بافری: خاک‌های با CEC، رس یا مواد آلی بالا، به دلیل بافر کردن pH و جذب NH₄⁺، تصعید را کاهش می‌دهند.
• روش کاربرد: کاربرد سطحی کود اوره بدون اختلاط فوری، علت اصلی تصعید آمونیاک است (می‌تواند بیش از 50% نیتروژن را هدر دهد)
• شرایط آب و هوایی: هوای گرم، مرطوب یا بادخیز تصعید را تشدید می‌کند.

استراتژی‌های کارآمد برای کاهش تلفات نیتروژن از کود اوره

برای کاهش تلفات نیتروژن از کود اوره و افزایش کارایی مصرف نیتروژن، راهکارهای زیر توصیه می‌شود:

• اختلاط با خاک (Incorporation): از طریق شخم‌زنی، آبیاری/بارندگی (حداقل 0.5 اینچ) یا نواری کردن زیرسطحی/تزریق مستقیم (4-8 اینچ زیر سطح).
• استفاده از مهارکننده اوره‌آز: ترکیباتی مانند N-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT) فعالیت آنزیم اوره‌آز را تا 10-14 روز به تأخیر می‌اندازند، که پنجره زمانی برای اختلاط اوره با خاک فراهم می‌کند. این امر به ویژه در سیستم‌های بدون شخم مفید است.
• زمان‌بندی دقیق کاربرد: تطبیق با حداکثر نیاز محصول و شرایط آب و هوایی خشک و خنک.
• آزمایش خاک و بافت گیاه: برای تعیین نیاز دقیق و جلوگیری از کاربرد بیش از حد کودهای نیتروژنه. نحوه کاهش تصعید آمونیاک از کود اوره یک دغدغه مهم است.

V. اشکال نیتروژن، pH ریزوسفر و تعاملات پیچیده مواد مغذی

تاثیر متفاوت جذب نیترات و آمونیوم بر pH ریزوسفر

جذب آمونیوم (NH₄⁺) معمولاً منجر به آزادسازی یون هیدروژن (H⁺) و اسیدی شدن pH ریزوسفر می‌شود. تاثیر کود آمونیومی بر اسیدیته خاک قابل توجه است. برعکس، جذب نیترات (NO₃⁻) اغلب با آزادسازی یون‌های هیدروکسید (OH⁻) یا بی‌کربنات (HCO₃⁻) همراه است که منجر به قلیایی شدن یا خنثی‌سازی pH ریزوسفر می‌شود. این تاثیر نیتروژن بر pH خاک بسیار مهم است.

پیامدهای تغییر pH ریزوسفر بر دسترسی و جذب فسفر و ریزمغذی‌ها

pH ریزوسفر بر دسترسی مواد مغذی تأثیر می‌گذارد. اسیدی شدن توسط آمونیوم می‌تواند حلالیت و دسترسی فسفر (P)، منگنز (Mn)، روی (Zn) و سیلیسیم (Si) را افزایش دهد (بهبود جذب فسفر و نیتروژن و جذب ریزمغذی‌ها و نیتروژن). قلیایی شدن توسط نیترات ممکن است دسترسی آهن (Fe)، Mn و Zn را کاهش دهد.

ترجیحات نیتروژنی محصولات مختلف: از سبزیجات برگی تا گیاهان میوه‌ده

بیشتر گیاهان نیترات را ترجیح می‌دهند، اما برخی مانند برنج، آمونیوم را به خوبی تحمل می‌کنند.

• سبزیجات برگی (کلم، کاهو، اسفناج): نسبت آمونیوم/نیترات پایین‌تر (نیترات بیشتر برای رشد سریع) ترجیح داده می‌شود. بهترین شکل نیتروژن برای سبزیجات برگی اغلب نیترات است.
• گیاهان میوه‌ده (گوجه‌فرنگی، خیار، فلفل): نیز ممکن است نسبت آمونیوم/نیترات پایین‌تری را ترجیح دهند. نیترات بیش از حد می‌تواند منجر به رشد رویشی بیش از حد به قیمت تولید گل و میوه شود.
• مراحل رشد: انتخاب کود نیتروژنه مناسب برای گندم یا سایر محصولات به مرحله رشد بستگی دارد.

VI. پیامدهای زیست‌محیطی کودهای نیتروژنه: چالش‌ها و راهکارها

استفاده نادرست از کودهای نیتروژنه می‌تواند منجر به خطرات زیست محیطی شود.

آبشویی نیترات: مسیرها، عوامل و خطرات آلودگی آب‌های زیرزمینی

نیترات (NO₃⁻) به دلیل بار منفی و حلالیت بالا، پتانسیل آبشویی بسیار بالاتری نسبت به آمونیوم (NH₄⁺) دارد. آبشویی نیترات در سال‌های مرطوب، خاک‌های شنی و با آبیاری بیش از حد، بیشتر است. نیترات آبشویی شده می‌تواند منابع آب آشامیدنی را آلوده کند (آلودگی آب با نیترات) و باعث یوتریفیکاسیون آب‌های سطحی شود.

فرآیندهای میکروبی و انتشار گازهای گلخانه‌ای: نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون و تولید اکسید نیتروژن (N₂O)

انتشار اکسید نیتروژن (N₂O)، یک گاز گلخانه‌ای قوی، از چالش‌های مهم است. نقش باکتری‌های خاک در چرخه نیتروژن و تولید N₂O کلیدی است.

• نیتریفیکاسیون: فرآیند هوازی تبدیل آمونیوم به نیترات توسط باکتری‌ها؛ N₂O می‌تواند به عنوان محصول جانبی تولید شود. استفاده از مهارکننده نیتریفیکاسیون می‌تواند این فرآیند را کند کند.
• دنیتریفیکاسیون: فرآیند بی‌هوازی تبدیل نیترات به گاز دی‌نیتروژن (N₂)؛ N₂O یک محصول میانی است.

محتوای رطوبت خاک تنظیم‌کننده اصلی تولید N₂O است.

VII. نوآوری در کودهای نیتروژنه: کودهای آهسته رهش و کنترل شده رهش (SRFs/CRFs)

کودهای آهسته رهش نیتروژن و کودهای کنترل شده رهش نیتروژن راه‌حل‌هایی نوین برای افزایش کارایی مصرف نیتروژن هستند.

انواع و مکانیسم‌های آزادسازی تدریجی نیتروژن در کودهای پیشرفته

• کودهای پوشش‌داده‌شده با پلیمر (PCFs): مانند اوره با غشای پلیمری.
• کودهای پوشش‌داده‌شده با گوگرد (SCUs): پوشش گوگردی به مرور تجزیه می‌شود.
• نیتروژن‌های آلی تغییریافته شیمیایی/سنتز شده: مانند اوره-فرمالدهید (UF) و ایزوبوتیلیدن دی‌اوره (IBDU).
• کودهای آلی آهسته‌رهش: مانند کمپوست.

مزایای کودهای آهسته رهش برای کارایی مواد مغذی، سلامت محصول و حفاظت از محیط زیست

مزایای کودهای نیتروژن آهسته رهش شامل بهبود کارایی مواد مغذی، کاهش آبشویی نیترات و رواناب، کاهش انتشار N₂O، افزایش سلامت گیاه، و کاهش دفعات کاربرد است.

معایب و ملاحظات برای پذیرش کودهای آهسته رهش

هزینه اولیه بالاتر، نتایج تأخیری، و آزادسازی غیرقابل پیش‌بینی از معایب احتمالی هستند. با این حال، کودهای آهسته رهش نقش مهمی در کشاورزی پایدار و نیتروژن ایفا می‌کنند.

VIII. نتیجه‌گیری: به سوی مدیریت پایدار نیتروژن برای آینده کشاورزی

این بررسی ویژگی‌های متمایز اشکال نیتروژن شامل نیترات، آمونیوم و اوره، مکانیسم‌های جذب نیتروژن توسط گیاه، تأثیرات فیزیولوژیکی و سرنوشت‌های زیست‌محیطی آن‌ها را روشن ساخت. مدیریت نیتروژن به طور مؤثر نیازمند یک رویکرد یکپارچه است که شامل تطبیق شکل نیتروژن با نوع محصول و مرحله رشد، درک خواص خاک، و استفاده از نوآوری‌های تکنولوژیکی (مانند مهارکننده اوره‌آز و کودهای آهسته رهش نیتروژن) باشد.

مسیرهای آینده برای کشاورزی پایدار بر کشاورزی دقیق، مدیریت سلامت خاک، و نوآوری مستمر در فناوری کود متکی خواهد بود. چگونه کارایی مصرف نیتروژن را افزایش دهیم? با اتخاذ این استراتژی‌ها، بخش کشاورزی می‌تواند بهره‌وری محصول را افزایش و خطرات زیست محیطی کودهای نیتروژنه را کاهش دهد.

برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره تخصصی در زمینه انتخاب و مدیریت بهینه کودهای نیتروژنه، با کارشناسان ما در ارتباط باشید:

تماس با کارشناس: 09120542252
تماس با کارشناس: 09120542246
صفحه رسمی اینستاگرام: damafarm.company
ایمیل: www.damafarm.agro@gmail.com

آدرس: تهران – میدان هفت تیر-خیابان بهارشیراز –ساختمان رویال