صور الفوسفور في الاراضي

صور الفوسفور فى الأراضى Forms of soil Phosphorus
كما هو معروف أن الفوسفور المعدنى هو المصدر الرئيسى والأساسى للفوسفور فى الأراضى الزراعية. حيث إنه مع بداية تكوين الأراضى لا يكون بها إلا الفوسفور المعدنى والناتج من تجوية مادة الأصل التى يكون الفوسفور أحد مكوناتها، ثم بعد ذلك ومع استغلال هذه الأراضى زراعياً يُمتص هذا الفوسفور بواسطة النباتات والكائنات الحية الدقيقة الموجودة بالتربة الزراعية، ويصل أيضاً إلى الحيوانات التى تتغذى على هذه النباتات، وبالتالى يتحول جزء من هذا الفوسفور المعدنى إلى فوسفور عضوى داخل أنسجة هذه الكائنات ضمن المركبات العضوية التى يدخل الفوسفور فى تركيبها. وبعد موت هذه الكائنات الحية وتحلل بقاياها يعود الفوسفور مرة أُخرى إلى الأرض فى صورة عضوية وأخرى غير عضوية. وعلى هذا يمكن تقسيم صور الفوسفور فى الأراضى الزراعية بشكلٍ عام إلى قسمين :

1- الفوسفور المعدنى Inorganic Phosphates
الفوسفور المعدنى فى الأرض الزراعية مصدره الأصلى وبشكل كبير يكون ناتج تجوية وتحلل الصخور المحتوية على الفوسفور. وعلى ذلك فإنه يوجد على هيئة مركبات تحتوى على الكالسيوم ، الألومنيوم ، الحديد، الفلوريد أو عناصر أخرى. ولخصائص الأرض الطبيعية والكيميائية دور كبير فى تحديد سيادة هذه المركبات فى الأرض الزراعية.
وتُعتبر جميع مركبات الفوسفور قليلة الذوبان فى الماء مما يؤثر سلبياً على الكمية الميسرة من هذا العنصر للنبات، حيث تكون هذه الكمية قليلة جداً فى المحلول الأرضى أو قد تكون معدومة، وتُمثل مجموعة الأباتايت Apatite group المصدر الرئيسى له مثل الهيدروكسى أباتايت، فلور أباتايت (والتى تُعتبر أكثر الأنواع شيوعاً)، الكلورو أباتايت والكربونات أباتايت (جدول 5-2).

جدول (5-2)

المركبات الفوسفاتية الشائعة الانتشار فى الأراضى

المركب

الرمز

هايدروكسى أباتيت

Hydroxy apatite

Ca10(PO4)6(OH)2

فلورو أباتيت

Flour apatite

Ca10(PO4)6(F)2

فوسفات ثنائى الكالسيوم

Dicalcium phosphate

CaHPO4

فوسفات ثلاثى الكالسيوم

Tricalcium phosphate

Ca3(PO4)2

الفيرسيت

Variscite

ALH2PO4(OH)2

السترنجيت

Strengite

FeH2PO4(OH)2

عنMengel and Kirkbyسنة 1987
وفى الأراضى الحامضية تنتشر معادن الفوسفات المرتبطة بالحديد والألومنيوم وهى أيضاً قليلة الذوبان. وبصفة عامة لا يمكن النظر إلى هذه المركبات بأنها ثابتة بل إنها تتأثر بخواص التربة والزمن والظروف الأُخرى المحيطة ومما يؤكد ذلك تعدد صور المركبات الفوسفاتية وخصائصها المنتشرة فى الأراضى.

2-الفوسفور العضوى Organic Phosphorus
يوجد الفوسفور العضوى بالأرض الزراعية إما فى صورة مركبات فوسفورية عضوية أو مركبات فوسفورية غير عضوية مرتبطاً بمركبات عضوية، وتُمثل هذه الصورة كما سبق ذكرها من 20 إلى 80% من الفوسفور الكلى بالطبقة السطحية للتربة الزراعية، ومن هذا المدى نجد أن هناك اختلافاً شاسعاً بين الأراضى المختلفة فى محتواها من الفوسفور العضوى.
ومصدر الفوسفور العضوى بالأرض هو المادة العضوية الناتجة من جذور وبقايا النباتات والأسمدة العضوية المضافة. ويضم الفوسفور العضوى بالأرض العديد من المركبات ولكن عدد كبير منها غير معروف حتى الآن. وتتحلل بعض المركبات الفوسفورية العضوية الموجودة بأجزاء النباتات سريعاً بوصولها إلى الأرضمثل: مركبات السكر المفسفرة Phosphorylated sugar ولكن الفوسفور العضوى الذى يُستخلص من الأرض يُعتبر شديد المقاومة لفعل الكائنات الأرضية الدقيقة، وأهم هذه المركبات هو الفيتين phytin وهو أحد أملاح الكالسيوم أو الماغنسيوم لحامض الفايتيك phytic acid ، وينتج حمض الفايتيك من اتحاد حمض الفوسفوريك مع الإينوسيتول Inositol . وبالتالى تكون المركبات الشائعة هى فوسفات الإينوسيتول Inositol phosphate ويُمثل من 30-50% من الفوسفور العضوى الكلى كما ذكرها Anderson سنة 1969، الفوسفوليبيدات Phospholipids وتتراوح نسبته مـن 5,-7% من الفوسفور العضوى الكلى، والحـمض النـووى Nucleic acids phytin والذى يُعتقد بأنه هو ومشتقاته يُمثل من صفر إلى 10% من الفوسفور العضوى الكلى بالأرض كما ذكرها بلبع سنة 1988.
ونسبة الفوسفور العضوى بالمحلول الأرضى عادةً ماتكون صغيرة فأكثره فى الصورة الصلبة وغالباً ما تكون غير صالحة للامتصاص بواسطة النبات، وبالتالى تتوقف صلاحية المركبات العضوية لتغذية النبات على عوامل كثيرة يُعتبر رقم pH الأرض أهمها. وعلى ذلك لكى يستفيد النبات من الفوسفور العضوى يجب أولاً أن يتحول إلى فوسفور معدنى بواسطة عملية يُطلق عليها اسم المعدنة Mineralization والتى بها يتحول الفوسفور العضوى إلى فوسفور معدنى نتيجة تعرض مركبات الفوسفور العضوى بالأرض إلى نشاط أنواع مختلفة من الكائنات الدقيقة. وتعتبر عملية المعدنة أو التمثيل للفوسفور مشابهة لما يحدث للنيتروجين، وكقاعدة عامة فإن معدنة الفوسفور تكون أكثر سرعة تحت الظروف المناسبة لعملية النشدرة Ammonification ، حيث أشارت الدراسات بوجود ارتباط معنوى قوى بين معدنة النيتروجين والفوسفور. وهناك عدة عوامل تؤثر على معدنة الفوسفور العضوى منها:

1- نسبة الكربون إلى الفوسفور فى المادة العضوية الموجودة بالتربة الزراعية (C/P ratio) حيث إن إضافة المادة العضوية إلى التربة لا يعنى إنها تؤدى إلى سيادة عملية المعدنة للفوسفور العضوى بل قد يكون لعملية التمثيل Immobilization تأثير مباشر على عملية المعدنة. وعلى ذلك تكون نسبة C / P هى المٌحددة للاتجاه السائد بعد إضافة المادة العضوية، فإذا كانت النسبة 1:200 أو أقل تكون السيادة لعملية المعدنة، فى حين أن النسبة 1:300 أو أكثر تٌعنى فقد الفوسفور المٌيسر نتيجة لعملية التمثيل.
2- نشاط الكائنات الأرضية المٌتخصصة ( مثل:Penicillium, Mucor Aspergillus Pseudomonas ,Bacillus,) وكمية إنزيم الفوسفاتيز Phosphatase enzyme المٌنطلق من هذه الكائنات وجذور النباتات النامية. ولذلك فإن جميع العوامل المؤثرة على نشاط الأحياء الأرضية وخاصةُ المٌتخصصة منها مثل درجة الحرارة - الرطوبة - التهوية -رقم pH التربة -وكثافة الغطاء النباتى يكون لها تأثير كبير على عملية المعدنة. وتوضح المعادلة التالية كيفية انطلاق الفوسفور المعدنى خلال عملية المعدنة ودور إنزيم الفوسفاتيز فى ذلك كما أوضحهاMengel & Kirkby,1987 سنة 1987.
بعد استعراض الصور المختلفة للفوسفور فى التربة، وبالنظر لتلك الصور من زاوية أٌخرى عند إدخال عامل الزمن وكذلك معدل تيسر الصور المختلفة للنبات يمكن تقسيم جميع الصور إلى ثلاث مجاميع ذات خصائص كيميائية وفيزيوكيماوية محددة وهى:

1- الفوسفات الذائبة فى المحلول الأرضى Soluble phosphate in soil solution .
2- الفوسفات غير المستقرة (القابل للإحلال أو التغير) Phosphate in the Labile pool.
3- الفوسفات المستقر Phosphate of the non-Labile fraction.

أولاً: الفوسفات الذائبة فى المحلول الأرضى:
تمتص النباتات الفوسفور بشكل رئيسى فى صورة أيونات الفوسفات المعدنيةالأحادية والثنائية H2PO4- ، HPO42- ، وهذه الأيونات تكون موجودة فى المحلول الأرضى وفى أى وقت بتركيزات قليلة جداً ، وذلك على الرغم من كِبر محتوى الأرض من الفوسفور الكلى . وبصفة عامة لا يزيد التركيز عن بِضعة أجزاء فى المليون ، وفى الغالب يكون أقل من واحد جزء فى المليون ، ويٌعزى هذا التركيز المٌنخفض إلى سرعة تثبيت الفوسفور بالطرق المختلفة فى التربة . ويعتبر الفوسفور الذائب فى محلول التربة على الرغم من قلة تركيزه مهماً جداً من ناحية تغذية النبات . فهو أول من يتحرك لسد احتياجات النباتات النامية ، وعلى ذلك يجب أن يٌجدد باستمرار وإلا فإن المحصول لن يحصل على الكفاية اللازمة من الفوسفور التى تمكنه من النمو فى مرحلة النضج . وعلى ذلك تعتبر السرعة التى يتجدد بها تركيز الفوسفور فى المحلول الأرضى ذا أهمية قصوى . ومن جهة أخرى، فان النبات يمتص كميات كبيرة من الماء لانتاج المادة الجافة والتى تقدر بحوالى 500 كيلوجرام ماء (محلول أرضى) لكل واحد كيلوجرام مادة جافة،الأمر الذى يجعل كمية الفوسفور الممتصة مع هذه الكمية من الماء قليلة وغير كافية ، ولذلك يجب تجديد تركيز الفوسفور الذائب فى المحلول الأرضى . ويمكن توضيح أهمية تجديد محلول التربة من الفوسفور من خلال الأمثلة التالية :

1- إذا كانت كثافة الأرض الظاهرية هى 1.5 جم/سم3 (1.5 طن/م3)، ومحتواها من الرطوبة 25% على أساس الوزن الجاف ، وتركيز الفوسفور فى المحلول الأرضى 0.5 جزء فى المليون ، ويلزم المحصول النامى 20 كجم فوسفور خلال موسم النمو . المطلوب حساب عدد المرات التى يلزم أن يتجدد فيها تركيز الفوسفور فى المحلول الأرضى خلال موسم نمو هذا المحصول :

الحل:

وزن الفدان لعمق 15سم = 4200 x 1.5 x 15, = 945 طن
= 945000 كجم
وزن المحلول الأرضى للفدان = 945000 x 25 ÷ 100
= 236250 كجم
كمية الفوسفور الذائبة فى المحلول الأرضى= 236250 x 0.5 = 18125 مجم
=0.12 كجم

فإذا كان الامتصاص والتجديد للفوسفور فى المحلول الأرضى متعاقبين ويتم بصورة تامة فى الأرض فإن:
عدد المرات التى يلزم أن يتجددها المحلول الأرضى =

20 ¸ 0.12 = 167 مرة تقريبا

2- إذا كان معدل النتح Transpiration ratio لنباتٍ ما = 500، وتركيز الفوسفور فى أنسجة هذا النبات = 0.3 % ، وتركيز الفوسفور فى المحلول الأرضى = 0.03 جزء فى المليون .
أى أن كل واحد كيلوجرام مادة جافة بها 0.3% ´ 10.000 = 3000 ملليجرام فوسفور .
والـ 500 كيلو محلول أرضى بها (500 ´ 0.03 =15.00 ملليجرام فوسفور).

وعلى ذلك يكون من المفروض أن يمتص النبات 100.000 كيلوجرام ماء (500 ´ 300) ¸15 = 100.000 ) وهذا لا يمكن تحقيقه عملياً لأن هذه الكمية أكبر من معدل النتح بـ 200 مرة، وبالتالى لابد من تجديد تركيز الفوسفور فى المحلول الأرضى( والحفاظ عليه 0.03 جزء فى المليون ) 200 مرة خلال امتصاص النبات لـ 500 كيلوجرام ماء. وهذا يبين أهمية انتشار الفوسفور خلال المحلول الأرضى من على أسطح الغرويات الأرضية ومن المناطق ذات التركبز المرتفع إلى المناطق ذات التركيز المنخفض، وبالتالى يتضح أهمية الماء فى امتصاص النبات لاحتياجاته من الفوسفور. ويطلق على قدرة الأرض على تجديد تركيز الفوسفور الذائب فى المحلول الأرضى عند انخفاضه اسم السعة التنظيمية للفوسفور Phosphorus buffering capacity. وتتوقف هذه السعة على كمية الفوسفور القابل للحرك، وعلى السرعة التى يخرج بها هذا الفوسفور من على أسطح الجسم الصلب إلى المحلول الأرضى. وكلما كان معدل خروج الفوسفور إلى المحلول الأرضى سريع فإن ذلك يدل على قدرة الأرض على تجديد المحلول. أى أن للأرض سعة تنظيمية عالية. وتُعتبر السعة التنظيمية من العوامل الهامة فى تحديد كمية السماد الفوسفاتى الواجب إضافتها، حيث تقل الكمية الواجب إضافتها مع زيادة السعة التنظيمية للأرض، وعادةً تكون السعة التنظيمية للأرض ناعمة القوام أعلى منها فى الأراضى خشنة القوام.
وكما هو معروف بأن السطح الفعال للامتصاص على جذور النبات هو قمته المرستيمية ، وكلما تحركت الجذور فى التربة فإنها تلامس مناطق جديدة لم يسبق أن حدث امتصاص فيها ( الاعتراض الجذرى ) ؛ لذا فإن إعادة تجهيز المحلول الأرضى بالفوسفور من المحتمل أن يكون سريعاً فى مناطق صغيرة حول نهاية الجذور وبشكل بطئ فى مناطق كبيرة حول الأجزاء القديمة من الجذر حيث يكون الامتصاص بطيئاً .
إن تركيز الأنواع المختلفة من أيونات الفوسفات فى المحلول الأرضى مرتبط بشكل وثيق برقم pH الأرض ، فأيون الفوسفات الأحادية H2PO4- يسود فى الوسط الحامضى، بينما أيون الفوسفات الثنائى HPO42-يسود فى الوسط ذات pHأكثر من 7 وهذه العلاقة موضحة فى شكل (5-1) .

شكل (5-1)

تأثير رقم الـ pH على نوع أيون الفوسفات فى المحلول الأرضى

ومع افتراض عدم وجود أيونات مثل الحديد والألومنيوم والكالسيوم أو الماغنسيوم ، وذلك لأن فى وجود هذه الأيونات تتكون فوسفات الحديد والألومنيوم غير الذائبة والمترسبة وهذا يحدث فى الوسط الحامضى ، وأيضاًً يحدث ترسيب لفوسفات الكالسيوم والماغنسيوم فى الوسط القاعدى (pH أكبر من 7) . وتوجد سلسلةُ من المركبات الفوسفاتية والمختلفة فى درجة ذوبانها تتكون تحت ظروف الأراضى المختلفة سوف نتعرض لها بشىء من التفصيل فى جزء لاحق .
وبصفة عامة وكقاعدة فإن أكبر درجة تيسر للفوسفور فى الأرض لأكثر المحاصيل الزراعية تكون فى مدى pH يتراوح بين (5,5 - 7) . وبجانب رقم pH الأرض هناك عوامل أخرى تؤثر على تيسر الفوسفور، وبالتالى تركيز الفوسفور الذائب فى المحلول الأرضى منها: