العناصر الغذائية الضرورية للنبات

Essential Nutrient Elements

    الاهتمام بتغذية النبات و البحث العلمي في مجال العناصر الغذائية وأهميتها للنبات بدأ منذ أكثر من  200 عام. وكانت البداية في أوربا حيث أجريت دراسات هامة قام بها   De Saussure عام 1804 من خلالها حدد بعض العناصر وصنفها كعناصر غذائية هامة للنبات مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. وبعدها توالي اكتشاف العديد من العناصر ومعرفة أهميتها في تغذية النبات. والجدول التالي يوضح تاريخ معرفة العناصر الغذائية وكذلك السنة التي تم فيها تحديد أهميتها للنبات مأخوذاً عن Kalra 1998.

*  العنصر معروف منذ زمن بعيد وغير محدد بالضبط.

والكون بصفة عامة يتكون من حوالي 102 عنصر. وعند تحليل النبات وجد أن الرطوبة تمثل حوالي من 80 % إلى 90 % من الوزن والـ 10 إلى 20% المتبقية تتكون من 90 % مادة عضوية و10% فقط مواد غير عضوية (رماد). وعند تحليل الرماد وجد أنه يحتوي علي حوالي 90 عنصر. هذه العناصر منها مجموعة مهمة جدا لنمو النبات ولا يكمل دورة حياته بصورة طبيعية في غياب أحد منها هذه المجموعة يطلق عليها العناصر الضرورية لنمو النبات Essential Nutrient Elements. والسؤال الذي يطرح نفسه هنا  ما هي الصفات أو الملامح الرئيسية للعنصر الضروري ؟

 ويمكن أيجاز هذه الصفات أو المواصفات في التالي:

1        أن النبات لا يستطيع أن يكمل دورة حياته بنجاح في غياب هذا العنصر

2        لا تزول أعراض نقصه علي النبات إلا بإضافة ذلك العنصر سواء عن طريق التربة أو الرش علي المجموع الخضري.

3        لا يستطيع عنصر أخر القيام بدور ذلك العنصر في النبات, أي أنه لا يمكن استبداله بعنصر أخر.

4   أن يكون له دور حيوي وجوهري في النبات. فقد يدخل في عمليات التمثيل (الميتابوليزم) ونشاط الأنزيمات النباتية وقد يدخل في تركيب النبات أو يعمل كعامل مساعد للتفاعلات الأنزيمية والتي لا تتم بدونه.

5   أن يكون له أثر مباشر في تغذية النبات ولا يكون الاحتياج له مؤقت أو استثنائي (كما في حالات الوقاية من الآفات الحشرية والمرضية).

والعناصر الضرورية جميعها هام ولاٌزم للنبات ولا يمكن للنبات الاستغناء عن أحدها. ولكن لسهولة دراستها تم تقسيم هذه العناصر علي أساس الكمية التي يحتاجها النبات منها إلى: عناصر غذائية ضرورية كبري Macro Nutrients Essential   وهي التي يحتاجها النبات بكميات كبيرة مثل الكربون والأكسجين (ويحصل عليهم النبات من الهواء الجوي) والنيتروجين والفسفور والبوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم والكبريت.  وعناصر غذائية صغري Micro Nutrients  Essential  وهي تلك العناصر التي يحتاجها النبات بكميات قليلة مثل الحديد والزنك والمنجنيز و البورون و الموليبدنم والنحاس والكلور

من المعروف أن التربة هي المصدر الطبيعي والرئيسي للعناصر الغذائية ويحصل النبات علي العناصر اللازمة لنموه منها عن طريق امتصاص الجذور لهذه العناصر .وذلك تحت تأثير الغلاف الجوي الذي يوفر للنبات بعض العناصر مثل الأزوت "التي تستطيع  النباتات البقولية الاستفادة منه وكذلك بعض كائنات التربة الدقيقة حيث تقوم بتثبيت جزء منة بالتربة" وكذلك الأكسيجين والكربون ومياه الأمطار التي تحمل معها بعض العناصر مثل الكبريت والنيتروجين في حالة الأمطار الحمضية.

والتربة هي الوسط الذي يزرع فيه النبات ويحصل منه علي احتياجاته ومحتوي التربة من العناصر الغذائية يختلف وبشدة من منطقة لأخرى علي حسب العديد من العوامل مثل الصخور الأصلية التي نشأت منها التربة وعوامل التجوية التي مرت بها تلك الصخور والمناخ السائد في المنطقة والنشاط الميكروبي للتربة و... وبصفة عامة فأن العناصر الغذائية توجد في التربة في أربع صور كالتالي :

1  الصورة المثبتة في معادن التربة soil minerals . ومعادن التربة هي المصدر الرئيسي للعناصر الغذائية (فيما عدا النيتروجين الذي لا يدخل في تركيب تلك المعادن) وهي المخزن الرئيس لتلك العناصر وتتحلل عن طريق التجوية علي المدى الطويل لتـمد الأرض الزراعية باحتياجها من تلك العناصر. والعناصر الداخلة في تركيب الصخور لا يستطيع النبات الاستفادة منها إلا بعدد تجوية تلك الصخور وتحرر هذه العناصر.

2   المادة العضوية  :Organic matterوتمد النبات بالعديد من العناصر الغذائية عند تحللها وتعتبر مستودع لكل من النيتروجين والفوسفور والكبريت بالإضافة لبعض العناصر الصغرى الأخرى. وعند تحللها تزيد من ميسورية العديد من العناصر نتيجة إطلاق أحماض تؤدي إلى خفض الـ pH وتذيب الصور المعقدة الغير ذائبة لتلك العناصر. كما تعمل بعض المركبات العضوية المتحررة من تحلل لمادة العضوية كمواد مخلبية تمنع فقد بعض العناصر من التربة عن طريق الغسيل أو عن طريق التثبيت وتجعلها متاحة وميسرة للنباتات.

3   العناصر المدمصة علي أسطح حبيبات الطين و الدبال  Absorbed nutrients : ويرجع هذا الادمصاص إلى وجود شحنات سالبة علي أسطح تلك الغرويات أو الحبيبات نتيجة وجود مجاميع الهيدروكسيل أو الكربوكسيل تقوم بجذب الأيونات الموجبة و ادمصاصها علي أسطحها. وغالباً ما تكون قوة جذب جذور النبات لهذه الأيونات أكبر من قوة ادمصاصها علي غرويات التربة بالتالي هي صورة ميسرة وصالحة للامتصاص بواسطة جذور النبات.

4   الصورة الرابعة هي الأيونات الذائبة في المحلول الأرضي Dissolved ions وتلك الصورة هي الأكثر ميسورية للنبات حيث يمتصها النبات بصورة مباشرة من المحلول. كما إن هذه الصورة هي أكثر الصور عرضة للفقد من التربة مع مياه الصرف عن طريق الغسيل.

     وهناك عدة عوامل مؤثرة علي امتصاص النبات لعنصر غذائي معين منها عوامل مرتبطة بالعنصر نفسه مثل الصورة التي يوجد عليها العنصر  وتركيز العنصر في المحلول الأرضي وعومل أخري مرتبطة بالبيئة المحيطة به مثل العناصر الغذائية الأخرى السائدة في المحلول وصور وجودها ورطوبة التربة وحموضة التربة والنشاط الميكروبي بالتربة...

وكيفية حصول النبات علي العناصر الغذائية من التربة أو طريقة امتصاصها ودخولها إلى داخل خلايا الجذر تم تفسيرها بواسطة العديد من العلماء وكذلك العديد من النظريات لن نتوسع في دراستها هنا. وبصفة عامة فأن الامتصاص أما أن يكون سلبي أي لا يحتاج إلى طاقة لإتمامه أو امتصاص نشط يلزمه الطاقة لإتمامه. ولفهم كيفية امتصاص العناصر الغذائية من التربة سوف نذكر بعض الطرق والنظريات التي توضح ذلك اعتمادا علي المراجع المتاحة في هذا المجال مثل:

Mengel & Kirkby (1982) و Marschner (1995):  , طلعت البشبيشي ومحمد شريف (1997) ,عبد المنعم بلبع (1998) وجورجي نسم ( (2005 

#        الامتصاص البسيط أو السلبي للعنصر

وخلال هذا يحدث تدفق للأيونات الذائبة في المحلول الأرضي (ذات التركيز المرتفع) إلى الجدر الخلوية للشعيرات الجذرية (ذات التركيز المنخفض) حتى يحدث اتزان في التركيز وهذا ما يعرف بالانتشار أو التدفق الكتلي للعنصر. ويطلق علي الجزء من الخلية الذي يحدث خلاله الانتشار الحر بالفراغ الحر free space وبالتالي فأن الأيون ينتقل من المحلول الأرضي إلى الفراغ الحر للخلية عن طريق هذا الانتشار. وهذا الانتشار لا يحتاج إلى طاقة مبذولة من النبات كما أنه غير اختياري بالنسبة للنبات ولكن يعتمد علي تركيز الأيون في المحلول وهو طريقه بطيئة وليست هي الطريقة الرئيسية للامتصاص.

#        الانتشار Diffusion

عند وضع الخلية النباتية في محلول ملحي ذات تركيز معين فأن الأيونات تنتقل تلقائيا من المحلول إلى الخلية حتى يحدث أتزان في تركيز الأيون ما بين المحلول خارج جدار الخلية وداخل جدار الخلية وهذا ما يطلق علية الانتشار الحر للأيونات

#         الادمصاصAbsorption

من المعروف أن هناك شحنات سالبة علي الخلايا الجذرية كنتيجة لوجود مجموعات الكربوكسيل ((R-COO- أو الهيدروكسيل بالتالي فأن هناك تجاذب ما بين الشحنات السالبة هذه وبين الكاتيونات والذي يؤدى إلى تراكم الكاتيونات علي الجدر الخلوية ودخوله إلى منطقة الفراغ الحر وهذا لا يحتاج إلى طاقة مبذولة من النبات والأمر سوف يكون العكس بالنسبة للأنيونات والتي يحدث لها تنافر مع الجدر الخلوية.

#       أتزان دونان أو توزيع دونان Donnan distribution

وهنا نفترض أن لدينا غشاء شبة منفذ أي أنة منفذ لأيون دون الأخر فأن تركيز  هذا الأيون علي جانبي الغشاء يكون غير متساوي. بالتالي تحدث هجرة من الجانب الأكثر تركيز إلى الجانب الأقل في التركيز حتى يتساوى تركيز الأيون علي جانبي الغشاء.  ووفقا لهذا التوزيع يزداد تركيز الأيونات داخل الخلية كلما ذاد تركيزها في المحلول الخارجي

#        نظرية الامتصاص التبادلي:

 الأساس فيها هو تتناسب كمية الأيونات الممتصة بواسطة الجذور مع تركيز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن التنفس تناسب طردي. ويطلق علي هذا بالتنفس الأيونى أو الملحي. بالتالي هناك علاقة ما بين تركيز حامض الكربونيك H2CO3 في المحلول الأرضي الناتج عن ذوبان CO2 في الماء وامتصاص الأيونات. وسبق أن أشرنا إلى أن الجذور لها سعة تبادل كاتيوني لما تحمله من شحنات سالبة بالتالي تدمص علي أسطحها الكاتيونات ويحدث هذا التبادل ما بين المحلول الأرضي وبين أسطح الجذور.أي أن هناك أيونات ممسوكة علي أسطح الجذور وهذه الأيونات يمكنها التبادل مع الأيونات الموجودة في المحلول الأرضي مثل تبادل كاتيون الصوديوم مع كاتيون البوتاسيوم.

والنظريات السابقة لم توضح لنا بدقة كيفية امتصاص النبت للأنيونات السالبة الشحنة واختراقها للجذور التي تحمل شحنة سالبة أيضا كما أنها لم توضح كيفية تراكم الأيونات في خلايا الجذور ضد منحدر التركيز

§   التبادل Exchange: ويحدث هذا التبادل ما بين المحلول الأرضي وبين الخلايا الجذرية, وك