الحديد Iron

        يصنف الحديد ضمن العناصر الضرورية الصغرى بالنسبة لاحتياجات النبات إليه ولكنه يعتبر من العناصر الكبرى جيوكيميائياً . حيث يوجد ضمن مكونات القشرة الأرضية بكمية كبيرة فهو يحتل المرتبة الرابعة فى نسبته بالقشرة الأرضية (والتى قد تصل إلى حوالى 5 %) بعد الأكسيجين والسيليكون والألومنيوم .

 

الحديد فى الأرض Iron in Soil

يوجد الحديد فى الأرض على عدة صور يمكن إيجازها فيما يلى :

- فى تركيب المعادن السليكاتية والتى تعرف بإسم الـ Ferromagnesian silicates مثل الأوليفين olivine، والهورنبلند Hornblende ، والبيوتيتBiotite  والتى تمثل المصدر الرئيسى للحديد Fe. وأيضاً يوجد ضمن تركيب بعض المعادن الثانوية.

- فى بعض المركبات و التى يكون فيها بتركيز مرتفع كما فى الهيماتيت Fe2O3  الماجنيتيت Fe3O4  وهى أكاسيد حديد وكذلك يوجد فى صورة كربونات حديدوز كما هو الحال فى مركب السيدريت FeCO3   و كربونات الحديديك  Fe2(CO3)3 ، سلفيد كما فى البيريت  FeS2، والليمونيت  Fe2O3.3H2O والذى ربما يتكون كناتج من حدوث عمليتى التأدرت Hydration والأكسدة Oxidation لمركب السيدريت .

- كمية قليلة من الحديد الكلى الموجود بالأرض توجد على صورة متبادلة.

- يوجد الحديد ضمن مكونات بعض المواد العضوية، على هيئة معقدات أو مركبات كيلاتيه وهى مركبات مهمه من ناحية تغذية النبات.

- الحديد الذائب فى المحلول الأرضى منخفض جداً ويشمل بجانب المركبات العضوية، أيون ألحديدوز Fe+2، الحديديك Fe+3 وأيدروكسيد الحديدوز Fe(OH)2 علماً بأنه فى الأراضى جيدة التهويه قد ينعدم أيون الحديدوز.

 

الحديد الكلى:

        يختلف الحديد عن باقى العناصر الصغرى من حيث كميته بالأرض، حيث يوجد بكمية كبيرة فى معظم أنواع الأراضى لدخوله فى التركيب الكيميائى لكثير من المعادن المكونة للقشرة الأرضية. ومن الطبيعى أن تختلف كميتة من أرض إلى أخرى حسب محتوى تلك الأراضى على المعادن الحاملة لهذا العنصر،وكمتوسط عام للأراضى المختلفة يكون الحديد موجود بنسبة 5% على أساس الوزن. وفى الأراضى الغنية بالحديد Ferroginous soils يتواجد الحديد بها بنسبة تفوق 10%. وفى الأراضى الرملية تكون الكمية الكلية قليلة حيث تصل النسبة إلى حوالى 1%، وتنخفض النسبة عن 1% فى الأراضى الرملية التى تتعرض للغسيل بواسطة مياة الأمطار. وليس معنى وجود الحديد الكلى بكمية كبيرة فى أرضٍ ما بأن النباتات النامية بتلك الأرض قد لا تعانى من نقص الحديد لأن ذلك يتوقف على الكمية الميسرة من هذا العنصر للنبات.

 

الحديد الميسر:

        تعتبر كمية الحديد الميسرة بالأرض الزراعية قليلة جداً بالمقارنة بكمية الحديد الكلية بنفس الأرض. ويوجد الحديد الميسر ( الذائب ) فى المحلول الأرضى إما على هيئة صورة معدنية مثل Fe+2, Fe+3, Fe(OH)2+, FeOH+2 أوعلى صورة عضوية ذائبة مثل Fe-organic complexes  معقدات الحديد العضوية . ويتوقف ظهور أعراض نقص للحديد على النباتات على الكمية الميسرة والتى تتحكم فيها عدة عوامل يمكن إيجازها فيما يلى :

1- رقم الـ pH : تعتمد درجة ذوبان الحديد بدرجة كبيرة على pH الوسط، لدرجة أنه يحدث إنخفاض فى تركيز الحديد الذائب قدره 1000 ضعف مع كل زيادة فى الـ pH قدرها وحدة واحدة. وبالتالى يكون من الواضح أن تيسر الحديد للنبات يقل بدرجة عنيفة مع ارتفاع رقم الـ pH. وعلى ذلك يكون نقص الحديد الميسر فى الأراضى الجيرية فى الغالب نتيجة ارتفاع رقم الـpH  لها حيث يصبح أيون الحديديك هو السائد. ويمكن التقليل من شدة هذا النقص بخفض الـ pH بإضافة المركبات ذات التأثير الحامضى مثل الكبريت المعدنى لمثل هذه الأراضى. وعلى ذلك يمكن زيادة صلاحية الحديد للنبات فى الأراضى القاعدية بإضافة المواد العضوية لتلك الأراضى. وعكس ذلك فى الأراضى شديدة الحموضة يمكن أن يتواجد أيون الحديدوز بتركيز مرتفع قد يصل إلى حد السمية للنباتات النامية فى تلك الأراضى.

2- المادة العضوية: يزداد الحديد الميسر للنبات بوجود المادة العضوية حيث يوجود فى صورة مركبات مخلبية ذائبة فى المحلول الأرضى حتى ولو كان pH التربة مرتفعاً. وعلى ذلك يمكن القول بإن الأراضى الفقيرة فى محتواها من المادة العضوية قد تعانى من نقص الحديد الصالح للنبات.

3- قوام التربة: الأراضى خشنة القوام كما هو فى حالة الأراضى الرملية والتى تحتوى أصلاً على كمية قليلة من الحديد الكلى، نتوقع أن تكون كمية الحديد الميسرة بها قليلة، وبالتالى تعانى النباتات النامية بها من نقص فى الحديد.

4- تأثير كربونات الكالسيوم: بجانب تأثيركربونات الكالسيوم على رفع رقم الـpH  والذى يؤثر سلبياً على تيسر الحديد الصالح للنبات فى مثل هذه الأراضى، تلعب كربونات الكالسيوم والماغنسيوم دوراً مهماً ومباشراً فى درجة ذوبان الحديد، حيث تؤدى زيادة كمية الكربونات  إلى تحويل أيون الحديدوز الذائب إلى صورة غير ذائبة كأكسيد الحديديك أوهيدروكسيد الحديديك ويتضح ذلك من المعادلات الآتية:

     Fe2+    +   CaCO3     FeCO3   +   Ca2+  

    2 FeCO3  +   Ca(HCO3)2  +  O2   Fe2(CO3)3   +   Ca(OH)2    

     Fe2(CO3)3   +   3 H2O     Fe2O3¯     +    3 H2CO3     

       

        وعلى ذلك فوجود الكربونات بالأرض يشجع على نقص الحديد الميسر للنبات وبالتالى ظهور الاصفرار على النباتات النامى بها. وهناك تفسير آخر لظهور الاصفرار على النباتات النامية فى الأراضى الجيرية وهو أن السبب يرجع إلى عرقلة أيون البيكربونات HCO3- لامتصاص أيون الحديد وانتقاله داخل النبات. ويعتبر أيون البيكربونات ناتج طبيعى من عملية التحلل المائى لكربونات الكالسيوم كما فى المعادلة التالية:

   CaCO3   +   CO2   +   H2O       Ca2+   +   2HCO3-  

        وقد فسر Mengle and Kirkby سنة 1987، تأثير أيون البيكربونات على امتصاص الحديد بواسطة النبات، بأن امتصاص هذا الأيون يؤدى إلى رفع pH خلايا الجذور (فى الفراغات الحرة Free space) وأنسجة الأوراق وهذا يؤدى إلى ترسيب الحديد داخل النبات (الجذور)، وبالتالى تقل حركته مما يؤدى إلى ظهور الاصفرار على النموات الحديثة. وهنا يجب الإشارة إلى أن الاصفرار ليس ناتجاً من نقص الحديد الميسر بالتربة، بل نتيجة تأثير الكربونات وهو ما يعرف Lime induced iron chlorosis، ويمكن التقليل من ظاهرة الاصفرار الناتج عن نقص الحديد فى الأراضى الجيرية بمراعاة ما يلى:

- عدم زيادة الرطوبة الأرضية أكثر من اللازم تجنباً لحدوث عملية التحلل المائى للكربونات.

- يمكن الإقلال من تاثير أيون OH- الناتج من التحلل المائى للكربونات بزيادة نسبة ثانى أكسيد الكربون  CO2 فى الهواء الأرضى.

- يمكن إضافة بعض المركبات ذات التأثير الحامضى إلى مثل هذه الأراضى مثل الكبريت المعدنى.

 

5- محتوى الأرض من الرطوبة: مع ارتفاع رطوبة التربة الزراعية تقل بها التهوية، وبالتالى يتأثر نمو النبات حيث يصبح ضعيف ويكون أكثر قابلية للتعرض لنقص الحديد وخاصةً فى الأراضى الجيرية. ويشذ عن ذلك أراضى المنزرعة بالأرز والمغمورة بالماء باستمرار حيث يحدث اختزال للحديديك ويصبح فى صورة حديدوز ذائبة وصالحة للنبات وبالتالى لا تعانى معظم نباتات الأرز من نقص الحديد. وعلى ذلك فى الأراضى الجيرية يجب الحذر من ارتفاع المحتوى الرطوبى بها وذلك بتجنب الرى الذائد حيث لوحظ ظهور الاصفرار على النباتات النامية تحت هذه الظروف نتيجة حدوث التحلل المائى لكربونات الكالسيوم.

6- تأثير التضاد بين الأيونات Antagonistic ions: من الأسباب التى تؤدى إلى ظهور الاصفرار الناتج عن نقص الحديد على النباتات هو وجود أو إضافة أسمدة عناصر معينة، حيث وجد أن زيادة الفوسفور الذائب فى التربة يقلل من امتصاص الحديد (كما هو فى حالة تأثير الفوسفور على الزنك) ويعتقد بأن الفوسفات تساعد على ترسيب الحديد فى وسط النمو وتجعله فى صورة غير صالحة للامتصاص بواسطة النبات، وهناك رأى آخر يقول بإن تأثير زيادة الفوسفات على ظهور الاصفرار الناتج عن نقص الحديد يرجع إلى زيادة نسبة الفوسفور إلى الحديد P / Fe) داخل النبات. أيضاً نفس التأثير وجد مع زيادة Cu , Mn , Mo and Zn فى وسط النمو حيث يحدث تداخل أو تضاد مع امتصاص الحديد بواسطة النبات، وبالتالى يمكن أن تظهر أعراض نقص الحديد تحت هذه الظروف. وقد أشارت بعض الأبحاث أن زيادة مستوى التسميد النيتروجينى وخاصة إذا كان فى صورة نترات يؤدى إلى ظهور أعراض نقص الحديد، ويرتبط التداخل بين الحديد والنيتروجين بعدة آراء غالبيتها تؤكد أن إضافة الحديد مع التسميد النيتروجينى يزيد الإنتاج إذا أضيف النيتروجين فى صورة الأمونيوم NH4+ وذلك للتأثير الحامضى لهذا السماد والعكس مع إضافته فى صورة نترات NO3- ذات التأثير القاعدى. وأن زيادة التسميد النيتروجينى بصفة عامة يزيد النمو الخضرى وبالتالى المادة الجافة مما يسبب تخفيف تركيز الحديد فى النبات.

7- درجة الحرارة: بجانب العوامل السابق ذكرها على تيسر الحديد فى التربة، وجد أن درجة الحرارة تلعب دوراً أيضاً، حيث وجد أنه مع انخفاض درجة الحرارة ينخفض معدل نمو النبات، وأيضاً يقل معدل معدنة المادة العضوية والتى تساهم بجزء أساسى من الحديد الميسر نتيجة لقلة نشاط الكائنات الدقيقة تحت هذه الظروف وبالتالى يمكن ظهور الاصفرار الناتج من نقص الحديد الميسر.

 

الحديد فى النباتIron in Plant

الوظائف الحيوية للحديد Iron Biological Functions

      نتيجة لقدرة الحديد على الدخول فى صورة معقدات كيلاتية وكذلك إمكانية تغير تكافئه أى قدرته على التأكسد والإختزال داخل النبات، فيعتبر الحديد ذا تأثيرات فيسيولوجية مهمة.

Fe3+    +   e-              Fe2+

- يلعب الحديد دوراً أساسياً وضرورياً فى نظام العديد من الإنزيمات وخاصة الإنزيمات التى تدخل أو تساعد فى عملية التنفس  Haem enzyme systems والتى منها Catalase , Peroxidase  و Cytochrome oxidase. ويمثل اشتراك الحديد فى تكوين هذه المركبات أهمية خاصة فى عمليات الأكسدة وهو أحد الأدوار الهامة فى عمليات الميتابوليزم بالخلية.

- بالرغم من عدم دخول الحديد فى تركيب جزىء الكلوروفيل، إلا إنه مهم فى تخليق  والحفاظ على هذه المادة الخضراء داخل النبات وعلى ذلك فنقصه يؤدى إلى ظهور الشحوب الخضرى ويظهر الاصفرار على النبات.

- يلعب دوراً أساسياً فى تمثيل الأحماض النووية، والكلوروبلاست.

 

تركيز الحديد فى النبات:

        تختلف كمية الحديد فى النباتات المختلفة، وعادةً يكون تركيز الحديد فى مدى يتراوح بين 50 إلى 100 جزء فى المليون. وعموماً، تكون النباتات البقولية غنية فى محتواها من الحديد بالمقارنة بالنباتات العشبية (المراعى). وأيضاً الأجزاء النباتية المسنة يكون محتواها من الحديد أكبر من الأجزاء حديثة النمو لنفس النبات ويرجع ذلك إلى عدم حركة هذا العنصر داخل النبات. وعلى ذلك يكون من المهم مراعاة هذا عند أخذ العينات النباتية للتحليل.

 

الحدود الحرجة للحديد فى النبات:

        بصفة عامة، إذا كان تركيز الحديد داخل أنسجة النبات أقل من 50 جزء فى المليون فهذا يعنى أن هذه النباتات تعانى من نقص فى الحديد ويتضح ذلك من جدول (7-8). لكن يجب القول بأنه فى بعض الحالات يكون مستوى الحديد الكلى داخل النبات مرتفع ومع ذلك يظهر عليه الاصفرار  Chlorois، ويرجع ذلك لأن النبات يستفيد من الحديد فى صورة حديدوز أكثر منه فى صورة حديديك، ولذلك يعمل النبات على اختزال الحديديك بمجرد امتصاصه إلى حديدوز. ووجد أن النباتات تختلف فيما بينها فى قدرتها على اختزال الحديديك. حيث أثبتت الأبحاث أن محتوى الأوراق الخضراء من أيون الحديدوز Fe2+ يفوق بكثير محتوى الأوراق التى يظهر عليها الاصفرار لنفس النبات. وعلى ذلك يمكن القول بأنه فى داخل النبات يوجد حديد نشط  Active iron (Fe2+) وهو الحديد الذائب وله علاقة مباشرة بتكوين الكلوروفيل وباقى العمليات الحيوية التى تحتاج إلى الحديد فى عملها، بينما الحديد الغير نشط Inactive iron (Fe3+) يكون مترسب وليس له علاقة بالعمليات الحيوية.

        يلعب المنجنيز دوراً أساسياً فى أكسدة الحديدوز (النشط) إلى حديديك (غير نشط)، وبالتالى فزيادة المنجنيز داخل النبات يسبب الاصفرار بالرغم من أن الحديد الكلى موجود بتركيز مرتفع ويعرف ذلك بما يسمى بنقص الحديد الناتج عن زيادة المنجنيز Mn-induced iron deficiency. وأيضاً يمكن تعليل سبب ظهور الاصفرار على الأوراق Iron chlorotic leaves  بالرغم من ارتفاع محتواها من الحديد الكلى إلى أن الحديد يكون مرتبطاً بإصول كيميائية داخل النبات مثل أنيونات H2PO4- , OH- , HCO3-  أو مركبات مخلبية فى خلايا الورقة، وبالتالى لايرتبط الحديد مع المركبات العضوية التى تستخدم الحديد فى العمليات الحيوية بالخلية.

        أما بالنسبة للسمية الناتجة عن زيادة الحديد فهى قليلة الحدوث بالنسبة للمحاصيل المختلفة، والتركيز المسبب لحدوث السمية غير معروف. ويشذ عن هذا نباتات الأرز فى بعض مزارعه وخاصة فى الأراضى شديدة الحموضة حيث تظهر أعراض السمية بظهور اللون البرونزى Bronzing على الأوراق، ويكون تركيز الحديد أكثر من 300 جزء فى المليون فى هذه النباتات.

 

جدول ( 7-8 )

  الحدود الحرجة للحديد فى بعض النباتات

المحصول	الجزء المأخوذ للتحليل	تركيز الحديد (جزء فى المليون)
		حدود النقص	الحدود الطبيعية
الذرة الأرز فول الصويا عباد الشمس البرسيم الحجازى القطن	الأوراق الناضجة حديثاً الأوراق السيقان(فى عمر34 يوم) الأوراق الناضجة حديثاً  بطول 15سم من القمة الأوراق الناضجة حديثاً	24 - 56 <63 28 - 38 80 < 30 < 50		56 - 178 > 80 44 - 60 113 30 -400 50 - 350

عن الـ (FAO) سنة 1983