چگونه نیتروژن خاک را حفظ کنیم؟ گیاهان تثبیت کننده نیتروژن کدامند؟

نیتروژن یکی از عناصر کلیدی برای رشد و توسعه گیاهان است و به عنوان یک عنصر مغذی اصلی در کشاورزی شناخته می شود. حفظ سطح مناسب نیتروژن در خاک، یکی از چالش های بزرگ کشاورزان و باغداران است. یک روش طبیعی برای تامین نیتروژن مورد نیاز کشاورزی، حفظ و تثبیت نیتروژن خاک است.
در این مطلب روش های حفظ نیتروژن خاک را توضیح داده و گیاهان تثبیت کننده نیتروژن را معرفی می کنیم. با شناخت این گیاهان و بهره گیری از آن ها، می توانیم به کشاورزی پایدار و سالم دست یابیم که نه تنها به بهبود کیفیت خاک کمک می کند، بلکه باعث حفظ محیط زیست می شود.

اهمیت نیتروژن در کشاورزی و اکوسیستم

نیتروژن یکی از عناصر اساسی برای رشد و توسعه گیاهان است. این عنصر به عنوان یک جزء کلیدی در ترکیبات مهمی مانند پروتئین ها و آنزیم ها عمل می کند و نقش حیاتی در فرآیندهای متابولیکی گیاهان ایفا می کند. در کشاورزی، نیتروژن به عنوان یکی از پرمصرف ترین عناصر غذایی (به همراه فسفر و پتاسیم) شناخته می شود. این عنصر به گیاهان کمک می کند تا رشد کنند، محصولات بیشتری تولید کنند و کیفیت میوه ها و سبزیجات را بهبود ببخشند. وقتی برگ ها به میزان کافی نیتروژن دارند، سرعت فتوسنتز در آن ها بیش تر است. کمبود نیتروژن باعث زرد شدن و کم رنگ شدن برگ ها می شود.
با توجه به میزان نیاز گیاهان به نیتروژن، کشاورزان باید از کودهای ازته استفاده کنند. اما کود ازته چیست؟ کود ازته به کودهای شیمیایی حاوی نیتروژن گفته می شود که به تنظیم نیتروژن در خاک کمک می کنند. شاید برایتان جالب باشد اما نیتروژن علاوه بر گیاهان، در اکوسیستم هم اهمیت دارد. بسیاری از موجودات زنده موجود در خاک، از نیتروژن تغذیه می کنند و به این ترتیب تنوع زیستی حفظ می شود. تعادل در اکوسیستم، خود باعث افزایش باروری زمین های کشاورزی می شود.

روش های افزایش نیتروژن در خاک

برای بهبود حاصلخیزی خاک و افزایش بازدهی محصولات کشاورزی، باید نیتروژن و سایر مواد غذایی لازم، در اختیار گیاهان قرار بگیرند. کوددهی به تنهایی نمی تواند راه حل افزایش نیتروژن گیاهان باشد؛ زیرا کوددهی بیش از حد برای گیاهان و اکوسیستم مضر است. مهم ترین روش ها برای افزایش نیتروژن خاک عبارتند از:

• استفاده از کودهای نیتروژنه (از جمله کود سولفات آمونیوم بارنو): اصلی ترین روش افزایش نیتروژن خاک، کوددهی با کودهای ازته می باشد. سولفات آمونیوم، نیترات آمونیوم و اوره اصلی ترین کودها برای تامین نیتروژن گیاهان هستند. علاوه بر این ها کود NPK نیتروژن بالا نیز، می تواند تا حدودی نیتروژن را به خاک اضافه کند.
• گیاهان تثبیت کننده نیتروژن: گیاهان تثبیت کننده نیتروژن، از جمله حبوبات (مانند لوبیا، نخود و عدس) و شبدرها، توانایی جذب نیتروژن از هوا و انتقال آن به خاک را دارند. این گیاهان با همکاری با باکتری های تثبیت کننده نیتروژن، نیتروژن موجود در هوا را به شکل قابل استفاده برای گیاهان تبدیل می کنند. بعد از برداشت این گیاهان، ریشه ها و بقایای آن ها می توانند نیتروژن را در خاک حفظ کنند.
• کشت تناوبی: در کشت تناوبی، محصولات کشاورزی را به صورت دوره ای در یک زمین کشاورزی می کاریم. در این روش، گیاهانی با یکدیگر در تناوبند که یک دوره مصرف کننده نیتروژن و یک دوره تثبیت کننده نیتروژن هستند.
• کودهای آلی: کمپوست ها و کودهای حیوانی، به بهبود کیفیت خاک و افزایش مواد مغذی مثل نیتروژن کمک می کنند.
• جلوگیری از آبشویی نیتروژن: آبشویی عناصر غذایی از خاک، یکی از چالش های مهم کشاورزان است. یکی از راه های حفظ نیتروژن خاک، این است که از آبشویی مواد غذاایی جلوگیری کنیم. برای این منظور کاهش آبیاری، استفاده از مالچ ها، اصلاح بافت خاک، مصرف کودهای آهسته رهش و… توصیه می شود.
• مصرف متعادل آفت کش ها و علف کش ها: مصرف بیش از حد مواد شیمیایی همچون آفت کش و علف کش، باعث از بین رفتن باکتری های مفید خاک می شود. این باکتری ها در تثبیت نیتروژن خاک نقش دارند؛ بنابراین از بین رفتن آن ها تثبیت نیتروژن را کاهش می دهد.

فرایند تثبیت نیتروژن توسط گیاهان چگونه است؟

نیتروژن یکی از عناصر مهم طبیعت است. 78 درصد از حجم هوا از مولکول های نیتروژن تشکیل شده است. با این وجود این نیتروژن برای گیاهان قابل جذب نیست. به همین دلیل نیتروژن مولکولی ابتدا باید برای مصرف گیاهان کاربردی شده و سپس به عنصر موجود در ترکیبات آلی تبدیل شود. بخش قابل توجهی از گاز نیتروژن موجود در طبیعت به وسیله باکتری های خاک، به آمونیاک، نیترات و نیتریت تبدیل می شود.
باکتری های تثبیت کننده نیتروژن دو نوع زندگی آزاد و همزیست دارند. باکتری های همزیست، به صورت همزیست با گیاهان زندگی می کنند. ریزوبیوم ها، باکتری های همزیست با حبوبات هستند و در گرهک ریشه این گیاهان زندگی می کنند. از طرفی فرانکیا همزیست با غیر حبوبات بوده و در گرهک ریشه این گیاهان زندگی می کند. باکتری های آزاد به موجود دیگری وابسته نیستند و بیش تر در چرخه کربن نقش دارند. برخی از سویه های این باکتری ها می توانند در تثبیت نیتروژن نیز موثر باشند.

ریشه گیاهان تثبیت کننده نیتروژن از جمله نخود، حاوی باکتری های ریزوبیوم است. این باکتری ها نیتروژن را از هوا می گیرند و آن را به شکلی تبدیل یا «تثبیت» می کنند که برای رشدشان ضروری است. وقتی کار آن ها با نیتروژن به اتمام رسید، باکتری ها خودشان را در اختیار گیاه قرار می دهند. این مورد نمونه ای از رابطه هم زیستی بین گیاه و باکتری است و نام این فرآیند “تثبیت نیتروژن” می باشد.

به طور ساده فرایند تثبیت نیتروژن شامل مراحل زیر است:

• جذب نیتروژن: باکتری های ریزوبیوم نیتروژن گاز را از جو جذب می کنند.
• تبدیل نیتروژن: این باکتری ها با استفاده از آنزیم های خاص، نیتروژن گاز را به آمونیاک تبدیل می کنند.
• تغذیه گیاه: آمونیاک تولید شده به ترکیبات دیگری مانند نیترات تبدیل می شود که سپس توسط گیاه جذب می شود.

انواع گیاهان تثبیت کننده نیتروژن کدامند؟

گیاهان تثبیت کننده نیتروژن به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: گیاهان لگومینوز و گیاهان غیرلگومینوز. گیاهان لگومینوز از خانواده ای به نام لگومینوز (Leguminosae) هستند و ویژگی های خاصی در تثبیت نیتروژن دارند. مهم ترین گیاهان تثبیت کننده نیتروژن شامل نخود، انواع لوبیا، باقلا، لپه و ماشک است. تحقیقات نشان می دهند که گیاه آلوئه ورا و بوته برگ بو نیز می توانند به تثبیت نیتروژن کمک کنند اما تاثیرگذاری این گیاهان در تثبیت نیتروژن کمتر از حبوبات می باشد.

کشاورزان از ویژگی تثبیت نیتروژن حبوبات، برای تقویت خاک بهره می برند. به این صورت که یک سال محصول مورد نظر خود را کاشته و سال بعد، حبوبات یا سایر گیاهان تثبیت کننده نیتروژن را می کارند.

مزایای استفاده از گیاهان تثبیت کننده نیتروژن

• افزایش باروری خاک: گیاهان تثبیت کننده نیتروژن با تبدیل نیتروژن گاز به فرم های قابل جذب، سطح نیتروژن موجود در خاک را افزایش می دهند. این امر به بهبود کیفیت خاک و افزایش باروری آن کمک می کند.
• کاهش نیاز به کودهای شیمیایی: با تثبیت نیتروژن طبیعی در خاک، نیاز به استفاده از کودهای شیمیایی کاهش می یابد. این امر نه تنها هزینه های کشاورزان را کاهش می دهد، بلکه به حفظ محیط زیست و کاهش آلودگی کمک می کند.
• بهبود ساختار خاک: ریشه های گیاهان تثبیت کننده نیتروژن به تقویت ساختار خاک کمک می کنند. این ریشه ها می توانند خاک را نرم کرده و آب و هوا را به بهتر نفوذ دهند.
• تنوع زیستی: استفاده از این گیاهان به افزایش تنوع زیستی در مزارع کمک می کند. وجود گیاهان مختلف می تواند به جذب حشرات مفید و کنترل آفات کمک کند.
• کاهش فرسایش خاک: گیاهان تثبیت کننده نیتروژن با ایجاد پوشش گیاهی، می توانند از فرسایش خاک جلوگیری کرده و به حفظ رطوبت آن کمک کنند.
• تقویت زنجیره غذایی: این گیاهان با تأمین نیتروژن، به بهبود کیفیت محصولات زراعی کمک کرده و در نتیجه زنجیره غذایی را تقویت می کنند.
• حفظ و بهبود محیط زیست: کاهش استفاده از کودهای شیمیایی و بهبود کیفیت خاک، به حفظ اکوسیستم ها و منابع آب کمک می کند. همچنین، این گیاهان می توانند به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک کنند.