آبشویی
کارآیی مصرف نیتروژن (NUE)[21] اصطلاحی است که برای بیان کارآیی جذب گیاه استفاده شده است. (NUE) بسته به منبع نیتروژن تغییر می کند اما به دلیل پیچیدگی فرایندهای تبدیل و تغییر نیتروژن میزان آن اغلب پایین است .
دلایل متعددی برای پایین بودن (NUE) وجود دارد که عبارتند از:
- رقابت بین جذب گیاه و فرایندهای ازخاک که مصرف کننده نیتروژن می باشند.
- غیر متحرک شدن نیتروژن از طریق ورود آن به مواد آلی خاک
- اتلاف نیتروژن کودی در حین کاربرد ( مثلاً تبخیر ) یا پس از آن ( آب شویی و دنیتریفیکاسیون )
- نیتروژن مصرفی ممکن است به شکلی باشد که به آسانی برای گیاهان قابل دسترس نباشد مانند کود دامی
- وضعیت توسعه ریشه گیاهان دارای ریشه های کم عمق نسبت به گیاهان دارای ریشه های عمیق از کارآیی مصرف نیتروژن برخوردارند.
- کاهش جذب نیتروژن به دلایل:
- کمبود فسفر یا دیگر عناصر غذایی
- شرایط بسیار خشک یا مرطوب
- خسارت آفات یا بیماری ها به گیاه
۱-۳۲- ذخایر نیتروژن خاک
ماده آلی خاک یک منبع عمده نیتروژن برای گیاهان است. فرایندهای میکروبی خاک هم نیتروژن معدنی را رها ساخته و هم آن را به صورت ترکیب های آلی تثبیت کرده و در خاک نگه می دارند. اندازه گیری یا پیش بینی دقیق موازنه نیتروژن بسیار مشکل بوده و غالباً معادل صفر فرض می شود. این فرض ممکن است برای محاسبه های سالانه کافی باشد اما واقعیت این است که تجمع و یا کاهش تدریجی در ذخایر نیتروژن خاک می تواند اتفاق بیفتد.
بخش عمده ای از نیتروژن موجود در ماده آلی خاک به شکل هوموس پایدار است که با سرعتی بسیار کند وارد خاک می شود. بخش کوچکی از ماده آلی خاک بلافاصله برای گیاهان و جانوارن خاک قابل استفاده است. نتیجه این که مقادیر اندکی از ماده آلی خاک هرساله طی دوره ای که درجه حرارت خاک و میزان آب برای فعالیت میکروبی و جانوران مطلوب است، معدنی می شود. نرخ معدنی شدن می تواند به وسیله ی شخم زدن افزایش یابد.
نیترات حاصل از فرایند معدنی شدن، در طی دوره هایی که گیاهان رشد نمی کنند در خاک تجمع می یابد. نیترات تجمع یافته برای گیاهان بعدی قابل دسترس خواهد بود. اما در معرض خطر تلف شدن به خصوص در زمان بارندگی های شدید بوده و می تواند تبدیل به یک منبع عمده افزایش در آب های زیر زمینی شود.
۱-۳۳- ورود نیتروژن ازجو و آب
میزان ته نشست سالانه نیتروژن از جو به طور مستقیم در محاسبات مقادیر نیتروژن یعنی میزان کودی که برای یک گیاه به کار می رود گنجانده نمی شود. هر چند ته نشستی که در زمستان انجام می شود بخشی از نیتروژن معدنی اندازه گیری شده در بهار را تشکیل می دهد و آن چه که در طی فصل رشد ته نشست می شود در فرایند بهینه سازی نیتروژن دخیل می گردد. زیرا به روش مشابه با نیتروژن حاصل از معدنی شدن مواد آلی آزمایش های مزرعه ای را تحت تأثیر قرار می دهد.
آب آبیاری ممکن است دارای نیتراتی باشد که از هرز آب منشأ گرفته یا از زمین های کشاورزی آب شویی شده است. این ورودی نیتروژن باید هنگامی که مقدار آن از نظر زراعی قابل توجه است به حساب آورده شود.
۱-۳۴- مواد گیاهی – بقایای گیاهی - بقولات و کودهای سبز
بقایای گیاهی دارای نیتروژنی هستند که با تجزیه این بقایا آزاد می شود. میزان نیتروژنی که از طریق این بقایا فراهم می شود بستگی به نوع گیاه و نسبت C:N آن ها دارد.
هنگامی که بقایای غنی از نیتروژن روی سطح خاک رها می شوند، بخش عمده ای از نیتروژن آن از طریق نشست NH3تلف می شود. بقایایی که با خاک مخلوط می گردند سریعاً آزاد سازی نیتروژن معدنی را انجام می دهند.
بقولات قادر به تثبیت نیتروژن موجود در اتمسفر هستند. ولی این نیتروژن تنها پس از مرگ بقولات و معدنی شدن برای سایر گیاهان قابل دسترسی می شود. غلظت در خاک پس از برداشت بقولات بالاتر از میزان آن پس از برداشت سایر گیاهان است. یک دلیل آن است که گیاهان مقدار کمتری از نیتروژن آزاد شده به وسیله ی معدنی شدن ماده آلی خاک را مصرف می نمایند[۴۲ و ۳۷] این امر همراه با پایین بودن نسبت C:N و سرعت سریع معدنی شدن بقایای گیاهان خانواده بقولات خطر تلف شدن نیتروژن را پس از این گیاهان افزایش میدهد.
۱-۳۵- کود دامی
بخشی از نیتروژن موجود در کود دامی به صورت اوره و محلول در آب بوده و بخشی از آن به صورت مواد آلی می باشد. نیتروژن آلی باید معدنی شودولی تمام آن در اولین فصل زراعی آزاد نمی شود. معدنی شدن به چند عامل غیر قابل کنترل وابسته است. آزاد شدن لزوماً منطبق با زمان نیاز گیاه نیست. درمقابل نیتروژن کودی بلافاصله برای گیاه قابل استفاده است. بنابراین میزان کل نیتروژن به صورت کود دامی می بایست بیشتر از میزان آن در کودهای مصنوعی باشد تا عملکرد یکسانی تولید نماید [۴۵].
۱-۳۶- نیتروژن کودی (کودهای شیمیایی )
عناصر غذایی موجود در این نوع از کودها معمولاً در شکل های بسیار قابل جذب هستند. هر چند که نیتروژن کودی حتی تحت شرایط مطلوب هرگز به طور کامل به وسیله گیاه جذب نمی شود. گیاه تنها بخشی از نیتروژن را جذب می کند در حالی که بخشی از آن به صورت نیتروژن آلی در بقایای گیاهی، میکروب ها و غیره در خاک رها شده و مقداری نیز از طریق تبخیر، آبشویی و دنیتریفیکاسیون از چرخه خارج می شود. مقدار نیتروژن کودی جذب شده توسط گیاه به مقدار مصرف شده تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله نوع کود ، زمان کاربرد، گونه گیاهی اقلیم و شرایط خاک می باشد.
۱-۳۷- تلفات نیتروژن در کشاورزی
۱-۳۷-۱- تلفات نیتروژن از طریق آب شویی
بعضی اشکال آلی نیتروژن ( اوره، اسیدهای آمینه و پروتئین های کوچک ) در آب محلول بوده ومستعد آب شویی می باشند. مقادیر آب شویی شده این ترکیبات احتمالاً اندک بوده است و پژوهش های انجام شده در این مورد نیز به صورت پراکنده می باشند. با این وجود عمده تمرکز بر روی آب شویی نیترات است.
۱-۳۷-۲- نیترات آبشویی شده به آب های سطحی و زیر زمینی
آبشویی نیترات دلیل عمده پایین بودن کارایی مصرف نیتروژن (NUE) و تلفات آن در کشاورزی می باشد. مشکلات عمده ناشی از آبشویی نیترات عبارتند از:
- مغذی شدن آب های سطحی
- افزایش تولید اکسید نیتروژن از آب های دریافت کننده نیترات
- افزایش غلظت نیترات در آب آشامیدنی
۱-۳۷-۳- حرکت آب و آبشویی نیترات در خاک
نیترات (NO3) یک آنیون است. یون ها به تنهایی شسته نمی شوند بلکه همواره با یکدیگر و به همراه یک یون مخالف[۲۲] (یون خنثی کننده) که در این حالت یک کاتیون است مورد آبشویی قرار می گیرد. بنابراین آبشویی نیترات خاک ها را از عناصر غذایی هم چون کلسیم ، منگنز و پتاسیم تهی می سازد.
نیترات به طور ضعیف به ذرات خاک متصل شده و بنابراین از حرکت آب پیروی می کند. آب در شکل ها و کانال های خاک حرکت می کند. حرکت در مجاری باریک، آهسته بوده و آب موجود در خلل و فرج خاک غیر متحرک در نظر گرفته می شود. جذب فعال نیترات توسط گیاه موجب می شود که نیترات به سمت ریشه ها حرکت کرده و از طریق انتشار درون آب غیر متحرک به خلل و فرج راه یافته و یا از آن خارج شود.
گیاهان تأثیر زیادی روی حرکت آب در خاک می گذارند. گیاهان آب را به همراه عناصر غذایی محلول از طریق ریشه ها جذب کرده و آن را از طریق تعریق به وسیله ی برگ ها به داخل جو منتشر می کنند. آب هم چنین از طریق تبخیر از سطح خاک تلف می شود. این تبخیر و تعرق اغلب مانع آبشویی طی فصل رشد شده و می تواند آب را از لایه های عمیق تر به سطح خاک بکشاند. چنین حرکت صعودی آب می تواند نیتراتی را که به طور موفقت از دسترس گیاه خارج شده است قابل دسترس سازد[۴۵].
آبشویی [۲۳] هنگامی رخ می دهد که خاک کاملاً مرطوب شده و ورود آب از خروج آن به وسیله ی تبخیر و تعرق تجاوز کند. تمایز سهولت حرکت آب و نیترات در خاک بستگی به ساختمان و تخلخل [۲۴] خاک دارد. یک بارندگی سنگین معمولاً نیترات را در یک خاک شنی تا عمق بیشتری نسبت به یک خاک رسی جابجا می کند. هم چنین خاک های زهکشی شده دارای پتانسیل آبشویی بیشتری نسبت به خاک های زهکشی نشده هستند، اما خاک های زهکشی شده ظرفیت نیتریفیکاسیون بیشتری دارند. آب آبشویی از درون خاک به سمت زهکش ها راه آب ها و آب های زیر سطحی حرکت کرده و از دسترس اغلب گیاهان خارج می شود.
۱-۳۸- منشأ نیترات آبشویی شده
مهم ترین منابع نیترات آبشویی شده عبارتند از:
