كشاورزي نوين

فسفر :

فسفر در مقايسه با نيتروژن که 79 درصد آتمسفر زمين را تشکيل می دهد، فسفر در نهشته های معدنی يافت می شود و به عنوان منابع طبيعی غيرقابل تجديد محسوب می گردند. نگرانی جهانی در رابطه با انرژی و هزينه های لازم برای استخراج سنگ فسفات و انتقال آن به کارخانه همچنين ساخت کودهای مختلف و حمل آنها به مزارع و مصرف آنها برای محصولات وجود دارد. اين مسئله برای تعداد زيادی از کشورهايی که بدون سنگ فسفات می باشند، بسيار مهم و جدی است. استخراج کانی های فسفردار و پخش کود فسفر دار در اراضی به علت محدود بودن منابع فسفر، پايدار نيست و آينده توليد اين کود با مشکل روبروست.

تفاوت ديگری که بين نيتروژن و فسفر وجود دارد اين می باشد که نيتروژن توسط فرآيند های مختلفی مانند تصعيد آمونياک، آبشويی و نيترات زدايی به آسانی از خاک تلف می شود ولی بخش عمده فسفر در محل مصرف به علت غيرپويايی در نتيجه واکنش با يون های Fe, Ca و Al که در محلول خاک وجود دارند، باقی می ماند. بنابراين کودهای حاوی ترکيبات محلول فسفر پس از پخش در مزرعه بسرعت به شکل کم محلول يا نامحلول در می آيند. فقط 15 تا 20 درصد از کود فسفره مصرفی به صورت قابل جذب گياه در می آيد و جزء کمتری از اين کود جذب گياهان بعدی می شود (اثر باقيمانده). بنابراين مديريت موثر فسفر بويژه در خاکهائی با تثبيت فسفر زياد مانند اولتی سول و اکسی سول های مناطق حاره می تواند بسيار پيچيده باشد.

فسفر خاک:

مقدار فسفر خاکها کمتر از مقدار نيتروژن کل يا پتاسيم آنها و حدود يک چهارم تا يک دهم نيتروژن و يک دوازدهم پتاسيم می‌باشد (برادی 1990). مقدار فسفر کل خاک سطحی و تحت الارض ممکن است از چند ميلی گرم درکيلوگرم تا يک گرم در کيلوگرم متغير باشد و نيز بر خلاف نيتروژن که در سطح‌الارض انباشته می شود مقدار فسفر در تحت الارض ممکن است کمتر، مساوی يا بيشتر از مقدار آن در سطح الارض باشد.

فسفر معدنی:

فسفر معدنی در خاک به صورت ترکيبات کلسيم، آلومينيم و آهن يافت می شود و فسفات های کلسيم در خاکهای خنثی تا قليايی غالب هستند در حالی که در خاکهای اسيدی فسفات های آهن و آلومينيم غالب می باشند. مقدار بسيار کمی فسفر در محلول خاک وجود دارد که با فاز جامد معدنی درتعادل است. غلظت فسفر در محلول خاک غالباً درحدود 0.05 ميلی گرم در ليتر بوده و بندرت درخاکهای کود نخورده از 0.3 ميلی گرم در ليتر تجاوز می کند. هنگامی که يک کود فسفاته محلول در آب مانند سوپر فسفات يا فسفات آمونيوم به خاک اضافه می شود بلافاصله بعد از انحلال، يونهای فسفات در محلول خاک با يونهای Fe,Ca و Al موجود در محلول واکنش نشان داده و به صورت ترکيبات نامحلول در می آيد و يا جذب سطحی ذرات رس ميگردد. اين فرآيند به تثبيت فسفات معروف است و ترکيبات تشکيل يافته را فرآورده های واکنش فسفات می نامند.

فرم هاي يونی فسفر معدنی به pH وابسته هستند. در pH بين 4 تا 6 بخش اعظم فسفر در محلول خاک به صورت يون 4 َH2po است و از آنجا که در آب محلول می باشد براحتی توسط ريشه گياه جذب می شود. در pH بين 6.5 تا 7.5 فسفر در خاک به صورت 4 َH2po و 4 َHpo می باشد. به خوبی يون 4 َH2po نمی تواند جذب گياه شود. در pH برابر 8 تا 10 يون غالب است. در چنين شرايطی يون سديم نيز در فاز تبادلی خاک غالب بوده و مقداری از فسفات، به شکل سديم فسفات در می آيد و با هيدروليز، حلاليت آن زياد می شود. در pH بيشتر از 10 فرم غالب فسفر، است و در صورت عدم وجود سديم فسفات، فسفر برای گياهان قابل جذب نيست. در pH کمتر از 3 که در خاکهای زراعی مشاهده نمی شود فسفر به شکل H3po4 (اسيد فسفريک) وجود دارد و بسيار فرم فعال و واکنش پذيری ميباشد و گويای اين واقعيت است که درخاکهای خيلی اسيدی اولتی سول و اکسی سول تثبيت فسفر سريع بوده و به منظور تأمين رشد مطلوب گياه مقادير زيادی کودهای فسفردار بايستی مصرف شود.

فسفر آلی:

مقدار فسفر آلی خاک از چند ميلی گرم تا نيم گرم در کيلوگرم خاک متغير است (20 تا 80 درصد فسفر کل). مقدار فسفر آلی بستگی به عواملی مانند اقليم، پوشش گياهی، بافت خاک، کاربری زمين، مصرف کود، زهکشی، آبياری و غيره دارد. تعدادی از اين عوامل به هم وابسته می باشند. به طور مثال فسفر آلی خاک سطحی جزء کمتری از کل فسفر خاک را در مناطق گرم شامل می شود و اين جزء درمناطق سرد جهان بيشتر است. در مناطق گرم حدود 35.2 درصد و در مناطق سرد 48.6 درصد فسفر به شکل آلی وجود دارد. همچنين مقدار فسفر آلی درخاکهای آلی و پيت، نسبت به خاکهای معدنی بيشتر است. در خاکهای معدنی با بافت سنگين نيز نسبت به خاکهای سبک بافت، فسفر بيشتری به شکل آلی وجود دارد. فسفر آلی تمايل به تجمع در سطح خاک دارد زيرا فسفر آلی بخشی از ماده آلی است. هرچند خاکهای آلی رسوبی نيز موجود هستند که مقدار فسفر آنها در تحت الارض بيش ازخاک سطحی می باشد. در مراحل اوليه شروع فرآيند های خاک سازی قسمت اعظم فسفر موجود در سنگ ها به صورت آپاتيت است که بتدريج توسط فرايند های شيميايی و زيستی به حالت محلول در می آيد.

فسفری که به اين ترتيب واردمحلول می شود، يا دوباره به صورت فسفات های معدنی ثانويه رسوب می کند يا به وسيله ميکروارگانيسم ها وگياهان مصرف می گردد که پس از مرگ آنها و تجزيه و تخريب فسفر قابل استفاده را تشکيل می دهند پس هر چه فرآيند های خاک سازی پيشرفت نمايند، فسفر آلی تجمع می يابد. هرچند در مراحل پيشرفته پروسه خاک سازی وقتی که کليه عناصر بازی و سيليکات خارج شده باشند (اولتی سول ها يا اکسی سول ها) اکسيد و اکسی هيدروکسيد آهن و آلومينيم در خاک غالب ميشوند و فسفات آهن و آلومينيم تشکيل و رسوب می کند. ممکن است رسوب هيدروکسيدهای آهن و آلومينيم روی فسفات آهن و آلومينيم را بپوشاند. خاکهايی که در مراحل پيشرفته هواديدگی قرار دارند، ممکن است مقدار قابل ملاحظه ای از اين فسفات ثانويه و معدنی پوشيده شده داشته باشند. فسفر آلی، در چنين خاکهايی به شدت کاهش می يابد. اولتی سول و اکسی سول هايی که درمناطق حاره جهان يافت می شوند، به دلايل متعددی مقدار ماده آلی کم و ناچيزی دارند که اين دليل کمی فسفر آلی در چنين خاکهايی است، هر چند اگر فسفر اين خاکها زياد هم باشد مقدار فسفر آلی آنها زياد نخواهد بود. سه نوع فسفر آلی، اينوزيتول فسفات (استرفسفات اينوزيتول) C6H6 (OH)6 ، نوکلئيک اسيد و فسفو ليپيد تا به حال شناخته شده اند. اين سه فرم ممکن است 50 تا 70 درصد فسفر آلی خاک را شامل شوند.

علائم کمبود فسفر در گياهان:

فسفر در گياهان به راحتی پويا بوده و وقتی کمبود آن ايجاد می شود، فسفر موجود در بافت های مسن به بافت های مريستمی و جوان منتقل می شوند. برگهای کوچک با رنگ سبز تيره تر از حالت معمولی، نوارهای قرمز و خشکيدگی نوک برگها نشان دهنده کمبود فسفر می باشند. علائم ديگر در محصولات دانه ريز مانند گندم شامل توقف و کند شدن رشد، پنجه دهی ضعيف و تأخير در رسيدن محصول است.

کودهای فسفاتی :

بجز پلی فسفات که از فسفر عنصری به دست می آيد، تمام کودهای فسفاتی از سنگ فسفات توليد می شوند. کل سنگ های فسفاته موجود در جهان 41000 ميليون مگاگرم تخمين زده می شود. کشورهايی که مهم ترين ذخائر را دارند، عبارتند از مراکش (20000 ميليون مگاگرم)، شوروی سابق (8000 ميليون مگاگرم )، ايالات متحده (5700 ميليون مگاگرم)، جمهوری آفريقای جنوبی (1800 ميليون مگاگرم)، چين (1000 ميليون مگاگرم)، صحرای غربی (850 ميليون مگاگرم) و استراليا (800 ميليون مگاگرم)می باشند. کشورهای ديگری که از لحاظ ذخيره فسفات اهميت دارند تانزانيا، سنگال، الجزاير، مصر، توگو در آفريقا، مکزيک، برزيل و پرو در آمريکای جنوبی، اردن و سوريه در آسيا هستند.

کانی های غالب سنگ های فسفاته شامل: فلورايد، هيدروکسيد، کلريد و کربنات- آپاتيت هستند. آپاتيت ساختمان خاصی دارد و بنابراين فسفات آن برای گياهان قابل دسترس نمی باشد، مگر اينکه اين ساختمان توسط فرآيند هايی شکسته شود که اين به دو روش امکان دارد؛ واکنش سنگ فسفات با يک اسيد قوی مانند اسيد های سولفوريک، نيتريک، هيدروکلريدريک، فسفريک و يا حرارت دادن (در دمای بالای 1400 درجه سانتی گراد) در فشار زياد که منجر به شکسته شدن ساختمان می شود وقتی يک اسيد مصرف می گردد ساختمان بلوری کانی را به هم می ريزد و ترکيبات آنيونی مانند با کلسيم سنگ، واکنش نشان داده و ترکيب می شوند. وقتی حرارت به کار گرفته می شود يون های فلورايد، کلرايد، هيدروکسيل و کربنات موجود در کانی به صورت گازهای CO2, Cl,F يا بخار آب آزاد می گردند و ساختمان کانی از هم می پاشد. وقتی سنگ فسفات درخاکهای اسيدی مصرف می شود، اسيدهای خاک نيز مانند اسيدهای قوی ولی بسته به pH بکندی ساختمان بلوری کانی را در هم می ريزند. سنگ های فسفات حدود 11 تا 16 درصد فسفر (25 تا 37 درصد P2O5 ) و 33 تا 36 درصد کلسيم دارند.

آشنايی با اصطلاحات:

فسفات موجود در کودها ممکن است به صورت يک يا چند شکل ،.و يا پلی فسفات های غليظ (مانند پيروتری پلی فسفات )باشند. به دليل اينکه حلاليت اين فرم ها با هم متفاوت می باشد اصطلاحات خاصی برای تعريف آنها به کار رفته است.

1- فسفر محلول در آب :

مقدار کمی کود پس از کوبيدن در يک زمان مشخص با آب مقطر عصاره گيری و سپس فيلتر می شود (1960, AOAC) مقدار فسفر عبور کرده از صافی پس از اندازه گيری بر اساس درصد وزن کود بيان می گردد که اين بخش، فسفر قابل حل در آب ناميده می شود. منوکلسيم فسفات [Ca(H2PO4)2] (مهمترين ترکيب کودهای معمولی يا غليظ) منوآمونيوم فسفات [NH4H2PO4] دی آمونيوم فسفات [NH4)2HPO4)] و فسفات پتاسيم [KH2PO4] محلول در آب هستند.

2- فسفر محلول در سيترات:

کودی که بعد از استخراج فسفر محلول در آب باقی می ماند در يک زمان معين توسط محلول يک نرمال سيترات آمونيوم در pH برابر هفت عصاره گيری می شود (1960, AOAC) . مقدار فسفر محلول صاف شده اندازه گيری شده و بر حسب درصد وزن کود محاسبه و بيان می گردد. که اين بخش را فسفر محلول در سيترات گويند. در بعضی کشورهای اروپايی به جای سيترات آمونيوم خنثی از سيترات آمونيوم قليايی برای استخراج فسفر از کود استفاده می کنند.

محلول عصاره گير قليايی مقدار فسفر کمتری استخراج می کند و بعضی محققين مشاهده کرده اند که اين مقدار با رشد گياه وجذب فسفر همبستگی بهتری دارد. هر چند که در اغلب کشورهای جهان برای استخراج فسفر محلول در سيترات از محلول سيترات آمونيوم خنثی استفاده می شود.

3- فسفر قابل جذب:

به مجموع فسفر محلول در آب و فسفر محلول در سيترات که برای گياهان قابل استفاده می باشد، فسفر قابل جذب گفته می شود.

4- فسفر کل :

به مجموع محلول در آب، فسفر محلول در سيترات و فسفر غير محلول در سيترات (فسفر باقيمانده پس از استخراج فسفر محلول در سيترات) فسفر کل کود گفته می شود. فسفر کل می تواند يکجا و مستقيماً نيز اندازه گيری شود.

کودهای فسفاتی :

سوپر فسفات ساده :

اين کود از واکنش سنگ فسفات با اسيد سولفوريک قوی توليد می شود. 7 تا 9.5 درصد فسفر (16 تا 22 درصد P2O5 ) به شکل منوکلسيم فسفات (MCP) دارد. و 90 درصد آن در آب قابل حل است. 11 تا 12 درصد گوگرد به صورت سولفات کلسيم دارد و برای خاکهايی که کمبود گوگرد دارند، مناسب می باشد.

سوپر فسفات تريپل:

اين کود از واکنش سنگ فسفات با اسيد فسفريک توليد مي شود و حدود 19 تا 32 درصد فسفر (44 تا 52 درصد P2O5 ) به شکل MCP دارد و تمام آن در آب محلول است.

سوپر فسفات غنی شده:

اين کود از واکنش سنگ فسفات با مخلوطی از اسيدهای سولفوريک و فسفريک ايجاد می شود و حدود 11 تا 13 درصد فسفر (25 تا 30 درصد - P2O5 ) دارد و 95 درصد آن در آب محلول است.

سوپر فسفات آمونيومی:

اين ماده حاصل واکنش سوپر فسفات معمولی يا تريپل با آمونياک بی آب يا محلول آمونياک است و در حدود 2 تا 6 درصد نيتروژن و 6 تا 21 درصد فسفر (14 تا 49 درصد P2O5 )دارد. آمونياکی کردن سوپر فسفات روش ارزانی برای افزودن نيتروژن به کود است. ولی اين عمل مقدار فسفر قابل حل در آب را در سوپر فسفات معمولی به مقدار 20 درصد و در سوپر فسفات تريپل به ميزان 50 درصد کاهش می دهد. برای گياهان زراعی که به فسفر محلول در آب کود فسفری پاسخ نشان می دهند، آمونياکی کردن زياد سوپر فسفات معمولی بر قابليت جذب فسفر توسط گياهان اثر بازدارنده دارد.

فسفات آمونيوم :

اين ماده واکنش اسيد فسفريک با آمونياک توليد می شود و هر دو ترکيب MAP (منو آمونيوم فسفات) و DAP (دی آمونيوم فسفات) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گيرند. منوآمونيوم فسفات معمولی دارای 0-48-11 (21 درصد P ) تا 0-55-11 (26 درصد P ) و دی آمونيوم فسفات دارای 0-48-16 (21 درصد P ) 0-46-18(20 درصد P ) 0-53-21 (23 درصد P ) نيتروژن و فسفر می باشد.

وقتی مخلوط سولفوريک اسيد با فسفريک اسيد و آمونياک ترکيب شود، فرآورده حاصل آمونيوم سولفات فسفات 0-20-16 (8.6 درصد P ) می باشد. براي به دست آوردن فسفات آمونيوم اوره 0-28-28 (12.2 درصد P ) می توان اوره را به دی آمونيوم فسفات اضافه کرد.

نيتريک يا نيتروفسفات :

اين مواد بر اثر واکنش اسيد نيتريک با سنگ فسفات به دست می آيند. به دليل اينکه يکی از فرآورده های حاصل کلسيم نيترات است و اين ماده بسيار جاذب الرطوبه می باشد، سعی می شود که اين ماده را به وسيله سرد نمودن و سانتريفوژ کردن خارج نموده و با تزريق کربن دی اکسيد به کلسيم کربنات تبديل نمود. در بعضی از فرايند ها از سولفوريک اسيد يا فسفريک اسيد همراه با نيتريک اسيد برای تبديل بخشی از کلسيم نيترات به کلسيم سولفات يا کلسيم فسفات استفاده می شود. به خمير اسيدی حاصل، آمونياک اضافه می گردد محصول نهايی حاوی نمک های گوناگون آمونيوم فسفات، دی کلسيم فسفات، آمونيم نيترات و کلسيم سولفات است.

بسته به نوع فرايند به کار گرفته شده مقدار حلاليت نيتريک فسفات ممکن است از 0 تا 8 درصد تغيير نمايد از نظر پاسخ گياه به کود، وقتی اين کود برای گياهانی که نسبت به فسفر محلول در آب واکنش نشان می دهد، به کار برده می شود، فسفات نيتريک که 30 درصد يا کمتر فسفر محلول در آب دارد ممکن است نسبت به کودهايی که اين مقدار در آنها بالاتر است نامرغوب باشد (پراساد 1976).