معلومة

31.0: مقدمة لتغذية التربة والنبات - علم الأحياء

31.0: مقدمة لتغذية التربة والنبات - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

القرعيات هي عائلة من النباتات زرعت لأول مرة في أمريكا الوسطى ، على الرغم من أن العديد من الأنواع موطنها أمريكا الشمالية. تضم الفصيلة العديد من الأنواع الصالحة للأكل ، مثل القرع والقرع ، وكذلك القرع غير الصالح للأكل. من أجل النمو والتطور إلى نباتات ناضجة تحمل الفاكهة ، يجب تلبية العديد من المتطلبات وتنسيق الأحداث. يجب أن تنبت البذور في ظل الظروف المناسبة في التربة ؛ لذلك ، تعتبر درجة الحرارة والرطوبة وجودة التربة من العوامل المهمة التي تلعب دورًا في الإنبات وتطور الشتلات. جودة التربة والمناخ مهمان لتوزيع النباتات ونموها. ستنمو الشتلات الصغيرة في النهاية لتصبح نباتًا ناضجًا ، وستمتص الجذور العناصر الغذائية والمياه من التربة. في الوقت نفسه ، تمتص الأجزاء الموجودة فوق سطح الأرض من النبات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتستخدم الطاقة من ضوء الشمس لإنتاج مركبات عضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي. سوف يستكشف هذا الفصل الديناميكيات المعقدة بين النباتات والتربة ، والتكيفات التي طورتها النباتات للاستفادة بشكل أفضل من الموارد الغذائية.


31.0: مقدمة لتغذية التربة والنبات - علم الأحياء

مجلة دولية حول العلاقات بين النبات والتربة

النبات والتربة ينشر أوراقًا أصلية ومقالات مراجعة تستكشف واجهة بيولوجيا النبات وعلوم التربة ، والتي تعزز فهمنا الآلي للتفاعلات بين النبات والتربة. وهذا يشمل الجوانب الأساسية والتطبيقية للتغذية المعدنية ، والعلاقات بين النبات والمياه ، والتفاعلات التكافلية والممرضة بين النبات والميكروبات ، وتشريح الجذور والتشكل ، وبيولوجيا التربة ، والبيئة ، والكيمياء الزراعية ، والفيزياء الزراعية. المقالات التي تناقش مكونًا جزيئيًا أو رياضيًا رئيسيًا تقع أيضًا في نطاق المجلة. تظهر جميع المساهمات باللغة الإنجليزية.

رئيس التحرير هو هانز لامبرز ، جامعة غرب أستراليا ، كراولي ، أستراليا.

لماذا تنشر معنا

  • نستكشف واجهة بيولوجيا النبات وعلوم التربة .
  • نحن نقدم مستويات عالية من رضا المؤلف ، مع 96% لدينا المؤلفون المنشورون الإبلاغ عن أنهم بالتأكيد أو على الأرجح أنشر معنا مرة أخرى .
  • عبر اتفاقيات Springer المدمجة ، يمكن للمؤلفين من المؤسسات المشاركة نشر Open Choice دون أي تكلفة على المؤلفين .

ثالثا. ملف تعريف التربة

تحتوي التربة غير المضطربة التي تحدث بشكل طبيعي على ثلاث طبقات متميزة ذات سماكة متغيرة. الطبقات هي التربة السطحية ، وباطن التربة ، و المواد الأم. يمكن أن تحتوي كل طبقة على طبقتين فرعيتين أو أكثر تسمى آفاق. بشكل جماعي ، تشكل الآفاق ملف التربة. تختلف المواد الرئيسية السائدة حسب الموقع في ولاية كارولينا الشمالية. في بييدمونت نورث كارولاينا والجبال ، عادة ما تكون المادة الأم عبارة عن صخر قاع مُجدد يُعرف باسم سابروليت. في قيعان النهر ومصاطب مجرى نهر نورث كارولاينا بيدمونت والجبال ، فإن المواد الأم هي رواسب السهول الفيضية التي يتم تسليمها من أعلى المنبع حيث حدث التعرية. في السهل الساحلي لولاية نورث كارولاينا ، المواد الأم هي رواسب بحرية ترسبت على مدى دهور بينما تمر المحيطات بالدورات الطبيعية للتقدم والتراجع. في السهل الساحلي في أقصى شرق نورث كارولاينا ، تكون المادة الأم المهيمنة هي المادة العضوية. توجد هذه التربة العضوية عادةً في المناطق التي كانت قبل 50000 عام فقط تحت مستوى سطح البحر. هذه المناطق عبارة عن مستنقعات حيث تنمو النباتات وتزدهر. لكن هذه المناطق رطبة جدًا بحيث لا تتحلل بقايا النبات (الأوراق والأغصان والجذور والجذوع وما شابه) بكفاءة.

تختلف خصائص التربة و rsquo باختلاف عمق التربة. عادةً ما تحتوي التربة السطحية ، أو طبقة التربة السطحية (الأفق O و A في الشكل 1 و ndash2) ، على كمية أقل من الطين ، ولكن تحتوي على المزيد من المواد العضوية والهواء ، من طبقات التربة السفلية. عادة ما تكون التربة السطحية أكثر خصوبة من الطبقات الأخرى ولديها أكبر تركيز لجذور النباتات.

الطبقة تحت السطحية (أفق B و C في الشكل 1 و ndash2) ، والمعروفة باسم التربة التحتية ، عادة ما تحتوي على محتوى طيني أعلى ومحتوى عضوي أقل من التربة السطحية.

غالبًا ما تحد خصائص التربة من العمق الذي يمكن أن تخترقه جذور النباتات. على سبيل المثال ، لن تنمو الجذور من خلال طبقة لا يمكن اختراقها. قد تكون هذه الطبقة عبارة عن حجر أساس (الشكل 1 و ndash3) ، أو تربة مضغوطة ، أو حاجزًا كيميائيًا ، مثل حامضي (منخفض جدًا) الرقم الهيدروجيني. يمكن أن يؤدي ارتفاع منسوب المياه أيضًا إلى تقييد نمو الجذور بسبب سوء تهوية التربة. ينمو عدد قليل من الأشجار الكبيرة في التربة الضحلة لأن الأشجار الكبيرة غير قادرة على تطوير نظام جذر قوي بما يكفي لمنعها من الانقلاب. تميل التربة الضحلة أيضًا إلى أن تكون أكثر عرضة للجفاف لأنها تحتوي على كمية أقل من الماء وبالتالي تجف بشكل أسرع من التربة العميقة. وبدلاً من ذلك ، فإن المياه المفقودة في الجريان السطحي في التربة الضحلة ستمتصها التربة العميقة. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح التربة العميقة للجذور باستكشاف حجم أكبر ، مما يعني أن الجذور يمكن أن تحتفظ بمزيد من الماء والمغذيات النباتية.

تتغير التربة في ثلاثة أبعاد. البعد الأول من أعلى إلى أسفل ملف تعريف التربة. البعدان الآخران هما من الشمال إلى الجنوب ومن الشرق إلى الغرب. المعنى العملي لهذا التباين ثلاثي الأبعاد هو أنه كلما تحركت عبر ولاية أو مقاطعة أو حتى حقل ، تتغير التربة. خمسة عوامل لتكوين التربة تفسر هذا الاختلاف:

  1. المواد الأم
  2. النشاط البيولوجي
  3. مناخ
  4. الطبوغرافيا
  5. زمن

ستؤدي الاختلافات في أحد هذه العوامل إلى نوع تربة مختلف. تختلف التربة المكونة من مواد مختلفة عن الأم. تختلف التربة التي تتكون من نفس المادة الأم في مناخات مختلفة. تختلف التربة الموجودة في الجزء العلوي من التل عن التربة الموجودة في الأسفل. يفقد الجزء العلوي من التل المواد بسبب التآكل الطبيعي ، ويكسب الجزء السفلي المادة من الأعلى. بالنظر إلى عدد التوليفات المحتملة لهذه العوامل الخمسة ، فليس من المستغرب أن يتم حاليًا تعيين أكثر من 450 سلسلة تربة فريدة في ولاية كارولينا الشمالية. على الصعيد العالمي ، تحدث أكثر من 20000 سلسلة تربة مختلفة. يمكن العثور على سلسلة التربة على مستوى الحي بكتابة & ldquoWeb Soil Survey & rdquo في أي محرك بحث على الإنترنت.

جون أ. كيلي ، وزارة الزراعة الأمريكية - دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية

الشكل 1-2. آفاق التربة.

جون أ. كيلي ، وزارة الزراعة الأمريكية - دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية

الشكل 1-3. سلسلة التربة Craggey مثال على التربة الضحلة.

جون أ. كيلي ، وزارة الزراعة الأمريكية - دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية

الشكل 1-3. سلسلة التربة Craggey مثال على التربة الضحلة.

جون أ. كيلي ، وزارة الزراعة الأمريكية - دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية


التكافل الميكوريزي

يتم استعمار جذور معظم النباتات بواسطة الفطريات التكافلية لتكوين الفطريات الفطرية ، والتي تلعب دورًا مهمًا في التقاط العناصر الغذائية من التربة وبالتالي في تغذية النبات. التكافل الميكوريزي معترف به باعتباره العمل النهائي في هذا المجال. منذ أن تم نشر الإصدار الأخير ، كان هناك تقدم كبير في هذا المجال ، لا سيما في مجال البيولوجيا الجزيئية ، وتم مراجعة النسخة الجديدة وتحديثها بالكامل لتضمين هذه التطورات الجديدة المثيرة.

يتم استعمار جذور معظم النباتات بواسطة الفطريات التكافلية لتكوين الفطريات الفطرية ، والتي تلعب دورًا مهمًا في التقاط العناصر الغذائية من التربة وبالتالي في تغذية النبات. التكافل الميكوريزي معترف به باعتباره العمل النهائي في هذا المجال. منذ أن تم نشر الإصدار الأخير ، كان هناك تقدم كبير في هذا المجال ، لا سيما في مجال البيولوجيا الجزيئية ، وتم مراجعة النسخة الجديدة وتحديثها بالكامل لتضمين هذه التطورات الجديدة المثيرة.


نطاق

تغذية النبات هو مجال يتجاوز الحدود ويمس أركان العديد من التخصصات في مجال علوم التغذية. من ناحية ، تتطلب النباتات عددًا كبيرًا من العناصر الغذائية الأساسية وغير الأساسية من أجل القوت والتنمية المناسبة. يجب تنظيم امتصاص ونقل وتراكم هذه المغذيات الدقيقة والكبيرة بشكل صارم من أجل تجنب كل من النقص والسمية ، ولتنظيم الحالة التغذوية للنبات للحفاظ على توازن مثالي. من ناحية أخرى ، اكتسبت الألياف والبروتين والدهون غير المشبعة والمواد الكيميائية النباتية (مثل الكاروتينات وحمض الفوليك والقلويدات والبوليفينول) ، إلى جانب وظائفها الحاسمة التي يمكن إثباتها في التمثيل الغذائي للنبات ، وضوحًا واضحًا في التغذية البشرية نظرًا لارتباطها بالصحة. فوائد. في الواقع ، يعد توفير الغذاء النباتي الآمن والكافي أمرًا ضروريًا للبشرية ، نظرًا لأن الأطعمة النباتية تشكل بشكل مباشر أو غير مباشر أهم مصدر للمغذيات الغذائية.
في هذا السياق ، سينظر قسم تغذية النبات في التقارير التي تتناول جوانب تغذية النبات من وجهة نظر النبات (على سبيل المثال ، الدراسات التي تهدف إلى فهم العمليات المتنوعة لامتصاص العناصر الغذائية ، والنقل ، والتمثيل الغذائي ، والتخزين) ومن منظور الإنسان (مثل استراتيجيات التعديل المحتوى الغذائي والمضاد للتغذية للأغذية النباتية التوافر البيولوجي للمغذيات النباتية في الأمعاء البشرية مصادر الغذاء النباتية الجديدة ذات المحتوى الغذائي العالي للتحقق من صحة النشاط الحيوي للمغذيات النباتية لصحة الإنسان). على هذا النحو ، نرحب بالأوراق التي تغطي النطاق الكامل لتغذية النبات ، وتقديم منتدى متكامل يتناول أنشطة ووظائف المغذيات الدقيقة والكبيرة اللازمة لنمو النبات ، ولكنه يعرض أيضًا الدور المهم للأغذية النباتية في توصيل المغذيات للإنسان الأمثل وصحة الحيوان.

يرجى النظر في متطلبات الدراسات التجريبية على النحو المبين أدناه

يجب أن تستند الدراسات التي تستخدم نباتات معدلة وراثيًا أو متحولة إلى بيانات من أليلات مستقلة متعددة (2 على الأقل) تعرض نمطًا ظاهريًا شائعًا ومستقرًا. تشمل الأمثلة ، T-DNA ، و transposon ، و RNAi ، و CRISPR / Cas9 ، والمستحثة كيميائيًا ، و overexpressors ، واندماج المراسل (GUS ، FPs ، LUC) إلخ. يجب أن يذكر صراحة في النص. يجب اشتقاق البيانات الكمية من أليلات متعددة (2 على الأقل) ويجب عرضها بشكل منفصل لكل أليل (مع 3 مكررات مستقلة على الأقل لكل أليل). يمكن اعتبار الدراسات التي تشير إلى وجود أليلات مفردة مقبولة عندما:

ط) يستخدم التكميل عبر التحويل للتأكيد
ب) تم تمييز الأليل مسبقًا ونشره وهو يمثل خطوطًا مستقلة متعددة
3) الأنظمة التي يكون فيها التحول الجيني صعبًا أو غير ممكن بعد ، يجب تقديم أدلة بديلة تدعم الأليل المبلغ عنه.


الملخص

قصب السكر (السكّار spp.) تحولت أنظمة الزراعة على مستوى العالم إلى حد كبير بعيدًا عن حرق المحصول قبل الحصاد. ينتج عن حصاد محصول قصب السكر "الأخضر" ترك كميات كبيرة من مخلفات الكتلة الحيوية على التربة. على الرغم من ذلك ، هناك القليل من الأدلة على زيادة مخزون الكربون العضوي في التربة. لقد درسنا دور التطبيق السطحي أو الدمج (طبقة تربة 0-200 مم) من مخلفات الحصاد (15 طنًا من بقايا الوزن الجاف هكتار) والفحم الحيوي (5.4 طن هكتار استنادًا إلى كمية الموارد المستعادة بعد الانحلال الحراري) على تحضير الكربون العضوي الأصلي في التربة (SOC) ، وتمعدن التعديلات العضوية ومصدر امتصاص النيتروجين (N) (التربة ، التعديل العضوي أو اليوريا). تلقت جميع المعالجات اليوريا عند 180 كجم نتروجين هكتار 1. لتحقيق فصل مصادر C و N ، تم استخدام بقايا قصب السكر المخصب مزدوج 13 درجة مئوية و 15 نيوتن والفحم الحيوي المقابل (350 درجة مئوية) في دراسة بيئة خاضعة للرقابة لمدة 84 يومًا. تم تطبيق نموذج خلط نظائر ثلاثي المسابح ، باستخدام مستويين من إثراء 13 درجة مئوية في البقايا (16.6 و 23.8 ‰) والفحم الحيوي (16.8 ‰ و 24.1 ‰) ، لتقسيم C من ثلاثة مصادر: 1) تنفس الجذر ، 2) تمعدن التعديل العضوي ، و 3) فتيلة SOC. تمت زيادة تمعدن SOC بعد كل من البقايا المطبقة على السطح والمدمجة ، على المعدل العضوي (التحكم) بنسبة 72.3 و 78.3 من ثاني أكسيد الكربون2–C م −2 على التوالي خلال 84 يومًا. في المقابل ، قلل الفحم الحيوي من تمعدن SOC بمقدار 62.9 جم من ثاني أكسيد الكربون2–C م −2 مقارنة بالتحكم. التمعدن التراكمي لمخلفات قصب السكر biochar (18.9 جم CO2–C m −2) كان أقل (ص = 0.03) من البقايا المطبقة على السطح (50.1 جرام من ثاني أكسيد الكربون2–C m −2) والمخلفات المدمجة (71.9 جم CO2–C m −2) خلال فترة الدراسة. بينما لا توجد فروق في إجمالي امتصاص المحصول N بين التربة المعدلة عضويًا والشاهد ، كان مصدر النيتروجين مختلفًا بشكل كبير. استخدمت نباتات قصب السكر 31.0٪ و 29.4٪ من نيتروجين اليوريا الموردة في الضوابط المعدلة العضوية الصفرية ومعالجة الفحم الحيوي ، على التوالي. تم تقليل هذا بشكل كبير إلى 24.8٪ و 20.6٪ في بقايا السطح ومعاملات البقايا المدمجة ، على التوالي. في المقارنة ، كان امتصاص النبات للنيتروجين المشتق من التعديلات العضوية 27.8٪ و 15.4٪ و 6.4٪ من المخلفات المدمجة والمخلفات المطبقة على السطح والفحم الحيوي على التوالي (ص & lt 0.001). تشير النتائج إلى أن زيادة تمعدن SOC ، مدفوعًا جزئيًا بارتفاع نسبة C: N (73: 1) وقياس العناصر الغذائية غير المتوازنة قد يؤدي إلى انخفاض تراكم SOC من تطبيق بقايا السطح وأن الفحم الحيوي لبقايا قصب السكر يؤدي إلى استقرار SOC وزيادة في كفاءة استخدام السماد N في أنظمة قصب السكر.


قوة الأرض & # 8217s عالية الكالسيوم حبيبات الجير يوفر مستويات عالية من الكالسيوم إلى التربة من أجل مكافحة الحموضة داخل التربة. في شركة Ground Force ، نقوم بسحق الحجر الجيري المُستخرج منه وتحويله إلى مسحوق ناعم قبل تكويره للسماح بإطلاقه سريعًا عند الاستخدام.

  • الكالسيوم (كا): 33٪
  • ما يعادل كربونات الكالسيوم: 86٪
  • مادة رابطة للذوبان في الماء: 2٪
  • الرطوبة (الحد الأقصى): 1٪
  • يمنح إجراء التكوير الخاص بنا انتشارًا متساويًا لمنتجنا لضمان وضع الكالسيوم بالتساوي في التربة. الكالسيوم عنصر أساسي في جدار الخلية النباتية ، ويجب أن يكون موجودًا حتى تنمو الخلايا الجديدة.
  • يساعد على زيادة الرقم الهيدروجيني في التربة الحمضية (التربة ذات الرقم الهيدروجيني أقل من 7).
  • يمكن أن تساعد في القضاء على سمية الألومنيوم.
  • يساعد على زيادة كفاءة العناصر الغذائية الرئيسية الأخرى مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم التي تحتاجها النباتات.
  • يساعد النباتات على امتصاص النيتروجين وتصنيع البروتينات.
  • يحسن العمل الميكروبي للمساعدة في تكسير مبيدات الآفات والمواد العضوية.

يمكن العثور على سلسلة التوقيع هذه في متجر قريب منك! قائمة المتاجر قريبا.

قوة الأرض & # 8217s الجبس هو مصدر ممتاز للكالسيوم والكبريت للنباتات والتربة على حد سواء. يساعد استخدام الجبس المحبب على تحسين بنية التربة ، ويسمح بزيادة الأكسجين وتغلغل المياه ، ويزيل الملح المتبقي من مياه الصرف ويصلح أضرار الملح الناتجة عن إزالة الجليد في فصل الشتاء والحيوانات الأليفة.

  • الكالسيوم (كا): 21٪
  • الكبريت: 14٪
  • كبريتات الكالسيوم (CaSo4): 68٪
  • مادة رابطة للذوبان في الماء: 2٪
  • الرطوبة (الحد الأقصى): 1٪
  • يمنح إجراء التكوير الخاص بنا انتشارًا متساويًا لمنتجنا لضمان توصيل كل من الكالسيوم والكبريت إلى التربة.
  • يحسن بنية التربة وضغط التربة الطينية ، مما يؤدي بدوره إلى تحسين تغلغل الماء والأكسجين.
  • يحفز نمو الكائنات الحية الدقيقة.
  • يساعد في التخفيف من تعفن نهاية الزهر.

يمكن العثور على سلسلة التوقيع هذه في متجر قريب منك! قائمة المتاجر قريبا.

عندما تحتاج النباتات إلى كل من الكالسيوم والمغنيسيوم ، فإن الجير الدولوميتي من شركة Ground Force & # 8217s هي طريقة رائعة للحصول على هذه العناصر الغذائية المهمة في المكان المطلوب. الدولوميت الجير هو مصدر طبيعي لكلا هذين المعدنين ، ولا يوجد في معظم الأسمدة. يلعب المغنيسيوم دورًا رئيسيًا في عملية التمثيل الضوئي للنباتات وهو حيوي في النظم الشاملة لنمو النبات. يساعد الكالسيوم في بناء وتقوية جدران خلايا النبات.

  • الكالسيوم (كا): 17.5٪
  • مغنيسيوم (ملغ): 10.1٪
  • ما يعادل كربونات الكالسيوم: 80٪
  • أكسيد الكالسيوم (CaO): 17٪
  • أكسيد المغنيسيوم (MgO): 17٪
  • مادة رابطة للذوبان في الماء: 2٪
  • الرطوبة (الحد الأقصى): 1٪
  • يمنح إجراء التكوير الخاص بنا انتشارًا متساويًا لمنتجنا لضمان توزيع كل من المغنيسيوم والكالسيوم بالتساوي في جميع أنحاء التربة.
  • يساعد في عملية التمثيل الضوئي في النباتات.
  • يزود المغنيسيوم للتربة الحمضية.
  • يحسن العمل الميكروبي للمساعدة في تكسير المبيدات الحشرية والمواد العضوية.

يمكن العثور على سلسلة التوقيع هذه في متجر قريب منك! قائمة المتاجر قريبا.


JARS v55n3 - التناضح وتغذية النبات

التناضح وتغذية النبات
مايكل هامر
ساسافراس ، فيكتوريا ، أستراليا

أعيد طبعه من The Rhododendron ، المجلد. 40 ، 2000 ، مجلة جمعية رودودندرون الأسترالية.

ما هو التناضح؟
تخيل أننا نأخذ وعاء ونملأه بالماء. يتكون الماء من العديد من الجزيئات الصغيرة في حركة مستمرة. عندما تتحرك هذه الجزيئات حولها تصطدم بجدران الحاوية وترتد مرة أخرى ، ملايين الملايين من الاصطدامات في الثانية. يمارس كل تصادم دفعة صغيرة على الحائط والنتيجة الإجمالية لكل هذه الاصطدامات هي قوة محصلة على جدران الحاوية والتي نسميها "الضغط". الضغط هو ببساطة مقياس لعدد الاصطدامات لكل متر مربع في الثانية.

بعد ذلك ، تخيل أننا وضعنا حاجزًا في منتصف الحاوية (انظر الشكل 1) بحيث يكون هناك ماء على جانبيها. علاوة على ذلك ، نصنع هذا الحاجز من مادة بها ثقوب صغيرة. هذه الثقوب صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها ، لكنها كبيرة بما يكفي للسماح لجزيء الماء بالمرور. سوف تتصادم جزيئات الماء مع هذا الحاجز تمامًا كما تصطدم مع جميع أسطح الجدران الأخرى. في معظم الأوقات يصطدمون بجزء صلب من الحاجز ويعودون إلى الوراء ، لكن في بعض الأحيان يصطدمون بالحاجز حيث يوجد ثقب ويمرون خلاله. وبالتالي ، بالإشارة إلى الشكل 1 ، سينتهي الأمر ببعض جزيئات الماء من الجانب أ إلى الجانب B والعكس صحيح.

الشكل 1. حاجز بالماء على كلا الجانبين.

تخيل الآن أننا نذوب بعض الملح في الجانب أ من الوعاء. جزيئات الملح أكبر من جزيئات الماء ، وإذا كانت الثقوب الموجودة في الحاجز الخاص بنا بالحجم المناسب ، فيمكن أن تكون كبيرة بما يكفي لتمرير جزيئات الماء من خلالها ولكنها صغيرة جدًا للسماح لجزيئات الملح بالمرور. نظرًا لأن الضغط على جانبي الحاجز هو نفسه ، فإن العدد الإجمالي للتصادمات في الثانية على جانبي الحاجز سيكون هو نفسه ، ولكن على الجانب B ، فإن جميع الاصطدامات ناتجة عن جزيئات الماء (التي يمكن أن تتناسب مع ثقوب) ، بينما في الجانب أ ، يرجع بعضها إلى جزيئات الملح (التي لا يمكن أن تدخل في الثقوب). عدد جزيئات الماء التي تصطدم بالحاجز في الثانية الواحدة على الجانب A أقل من تلك الموجودة على الجانب B ، وبالتالي فإن عدد جزيئات الماء التي تمر عبر الحاجز من الجانب A إلى B أقل من جزيئات الماء من B إلى A. هناك حركة صافية للمياه من جانب تركيز الملح المنخفض إلى جانب ارتفاع تركيز الملح.

يسمى هذا التأثير "التناضح" ، وهذا النوع من الحاجز الذي تحدثنا عنه للتو ، مع وجود ثقوب كبيرة بما يكفي لبعض الجزيئات وصغيرة جدًا بالنسبة للجزيئات الأخرى ، يسمى "غشاء شبه منفذ". بالطبع ليس علينا استخدام الملح ، فأي مادة تذوب ولها جزيئات كبيرة ستسبب نفس التأثير.

الضغط الاسموزي
يحدث تدفق الماء من جانب واحد من الغشاء إلى الجانب الآخر ببساطة بسبب وجود المزيد من تصادمات الماء في كل ثانية على جانب واحد من الغشاء أكثر من الجانب الآخر. سيستمر التدفق حتى يصبح عدد التصادمات في الثانية لجزيئات الماء كما هو على جانبي الغشاء. يمكن أن يحدث هذا بطريقتين.

أولاً ، يمكن أن يحدث إذا تسبب هجرة الماء في تساوي تركيز المواد الصلبة الذائبة على جانبي الغشاء. يمكن أن يحدث هذا إذا كانت هناك مادة مذابة في السائل على جانبي الغشاء ولكن بتركيزات مختلفة.

ثانيًا ، يمكن أن يحدث إذا أدت هجرة الماء إلى زيادة الضغط المادي على الجانب الأكثر تركيزًا من الغشاء. المزيد من الضغط يعني المزيد من الاصطدامات في الثانية ، وإذا ارتفع الضغط بدرجة كافية ، فإن عدد الاصطدامات بسبب مكون الماء سوف يتوازن. هذا يشكل طريقة ملائمة لقياس القوة التناضحية لمحلول ما ويؤدي إلى التعبير "الضغط الاسموزي" كمقياس للقوة التناضحية لحل معين.

تخيل أن لدينا غشاء شبه منفذ على شكل كيس مغلق بداخله محلول مائي من الأملاح. إذا وضعنا هذا الكيس في محلول به المزيد من المواد الصلبة الذائبة (ضغط أسموزي أكبر) ، فسيتم سحب الماء من الكيس وسيبدأ في الانهيار. إذا وضعنا الكيس في محلول به قدر أقل من المواد الصلبة الذائبة (ضغط تناضحي منخفض) ، فسوف يتدفق الماء إلى الكيس وسيبدأ في الانتفاخ.

فلماذا كل هذا وثيق الصلة بنا كبستانيين؟ حسنًا ، اتضح أن العديد من الأغشية في الطبيعة شبه قابلة للاختراق. على وجه الخصوص ، جدران الخلايا عبارة عن أغشية شبه منفذة. قد لا ندرك ذلك ولكننا نعاني باستمرار من آثار التناضح في الحياة اليومية. فيما يلي بعض الأمثلة اليومية.

بعض الأمثلة على التناضح
أنت تقطع نفسك ، تضع عليها ماء البحر وهذا مؤلم. الضغط التناضحي لمياه البحر أعلى بكثير من الضغط الداخلي لخلاياك (مياه البحر حوالي 2-3٪ ملح) تبدأ الخلايا المكشوفة في فقدان الماء والانهيار. وضع الماء العذب عليه كما أنه يؤذي الضغط الأسموزي للمياه العذبة بشكل منخفض جدا ، وتكتسب الخلايا الماء وتبدأ في الانتفاخ. إذا استحممت الجرح في الماء بنسبة 0.9٪ ملح (محلول ملحي) ، فلن يؤلمك ذلك على الإطلاق: الضغط الاسموزي للمحلول الملحي مناسب تمامًا. جربه في المرة القادمة التي تريد فيها غسل الجرح أو الرعي. أضف 9 جرام من الملح (حوالي 2 ملعقة صغيرة أو 1 ملعقة صغيرة ممتلئة) إلى لتر من الماء المغلي. يجب أن تجد أنه أقل إيلامًا بكثير. بالطبع ، كن حذرًا - لا تضيف الكثير من الملح وإلا سيصبح الضغط الأسموزي مرتفعًا جدًا وسيؤذي مرة أخرى.

في الماضي اعتاد الناس على ملح اللحوم لمنعها من التلف. لماذا ا؟ البكتيريا التي تهاجم اللحوم ليس لها جلد غير منفذ ، بل لها أغشية خلوية شبه منفذة. الضغط الاسموزي للملح مرتفع للغاية لدرجة أنه يمتص الماء من خلايا البكتيريا ويقتلها. بالمناسبة ، هذا هو أساس الاعتقاد بأن غسل الجرح في مياه البحر يساعد في محاربة العدوى.

الملح ليس المادة الكيميائية الوحيدة التي ترفع الضغط الأسموزي. أي جزيء قابل للذوبان كبير بما يكفي ليتم حظره بواسطة الثقوب الموجودة في الغشاء له تأثير مماثل. فئة واحدة مهمة جدًا من الجزيئات ذات التأثير المماثل هي السكريات. تستخدم البكتيريا السكر في الغذاء تمامًا كما نفعل نحن. على الرغم من ذلك ، فإن محلول السكر القوي بدرجة كافية سيرفع الضغط الأسموزي عاليًا بما يكفي لقتل البكتيريا وبالتالي يمنع التلف - وهذا هو سبب بقاء المربى والعسل جيدًا دون تبريد. إذا كنت لا تصدقني ، فحاول تخفيف العسل ببعض الماء واتركه في الخارج لبضعة أيام. قارن خصائصه الدائمة بالعسل غير المخفف.

كما أن أغشية الخلايا النباتية شبه منفذة. هناك بعض التجارب البسيطة التي يمكنك القيام بها لإظهار ذلك. ضعي بعض شرائح الخيار النيئة في وعاء من الماء العذب والبعض الآخر في وعاء به ماء مالح مشبع. تنتفخ الشرائح في الماء العذب وتصبح شديدة الانكسار. تلك الموجودة في الماء المالح تنهار وتصبح عرجاء تمامًا.

نأخذ نصف حبة بطاطس نيئة ، ونغرف فترة راحة في الوجه المقطوع ونضع ملعقة من الملح أو السكر. اتركه لمدة ساعة أو نحو ذلك وستجد العطلة مليئة بالسائل ، بينما البطاطس حول السائل أصبحت طرية وأسفنجية. يذوب بعض الملح أو السكر في القليل من الماء حول الوجه المقطوع ويسحب الضغط الأسموزي المرتفع لهذا المحلول المزيد من الماء من خلايا البطاطس. جربها مع البطاطس المطبوخة ولن يحدث شيء. لماذا ا؟ يدمر الطهي أغشية الخلايا بحيث لا يحدث التناضح مرة أخرى.

تأثير التناضح على جمع النباتات للمياه
الشعر الجذري على النباتات ، مثل الخلايا الأخرى ، هو أيضًا شبه منفذ. يمر الماء بسهولة ولكن لا يمكن للمغذيات الذائبة. في الواقع ، تعتمد النباتات على تدرج ضغط تناضحي لتجميع المياه. يرتفع تركيز المواد الصلبة الذائبة ، وبالتالي الضغط التناضحي ، بشكل مستمر من التربة حول الجذور إلى مركز المياه الموصلة الأساسية للجذر (يسمى نسيج الخشب) وهذا يتسبب في تدفق الماء إلى النبات. تذكر أننا قلنا أن التناضح يمكن أن يؤدي إلى اختلاف في الضغط المادي عبر الغشاء - وهذا يعني أن الضغط المادي أعلى في لب الجذر منه في التربة المحيطة بالنبات. في الصباح البارد على وجه الخصوص ، عندما تكون التربة رطبة ، يمكنك أحيانًا رؤية قطرات من الماء حول حواف الأوراق في بعض النباتات. ينشأ هذا بسبب أن تدرج الضغط الاسموزي قد دفع الكثير من الماء إلى النبات بحيث يتدفق عبر نهايات الأوردة عند حواف الأوراق ويتجمع في شكل قطرات. يطلق علماء النبات على هذه العملية اسم "الإمساك".

بالمناسبة ، كإجراء جانبي ، هل تعلم أن النباتات تبرد نفسها عن طريق تبخير الماء بنفس الطريقة التي نتصرف بها عندما نتعرق؟ يفسر هذا جزئيًا سبب احتراق النباتات بسهولة أكبر عندما تجف. بدون كمية كافية من الماء لتبخر ، لا يمكنهم تبريد أنفسهم بشكل كافٍ وتسخن الأوراق وتموت.

الجزيء الأساسي الذي يرفع الضغط الأسموزي داخل جذور النبات هو السكر - يُصنع في الأوراق وينتقل إلى أسفل في أنسجة اللحاء إلى الجذور. يمكن للنباتات إلى حد ما التحكم في الضغط الأسموزي داخل جذورها. يتم ذلك عن طريق تحويل السكر إلى نشاء أو العكس. النشا قابل للذوبان بشكل ضئيل فقط ، لذلك لا يساهم كثيرًا في الضغط الاسموزي. إذا أراد النبات تقليل ضغطه الأسموزي فإنه يحول بعض السكر إلى نشا. لرفع الضغط الأسموزي يمكن أن يحول بعض النشا مرة أخرى إلى سكر.

لا تقوم شعيرات الجذر فقط بجمع الماء من أجل النبات ولكنها تجمع أيضًا العناصر الغذائية من خلال عملية منفصلة تسمى "النقل النشط". ولكن لكي تنجح هذه العملية ، يجب إذابة العناصر الغذائية في الماء. العناصر الغذائية غير القابلة للذوبان لا يمكن أن يمتصها النبات. على سبيل المثال ، لا يمكنك معالجة نقص الحديد في الأزالية عن طريق وضع بعض برادة الحديد حول النبات. قد يكون الحديد موجودًا ، لكنه ليس في شكل قابل للذوبان ، لذلك لا يمكن للنبات تناوله. وهنا تكمن المفارقة ، تمامًا مثل البكتيريا الموجودة في العسل. نظرًا لأن العناصر الغذائية قابلة للذوبان في الماء ، فإنها ترفع أيضًا الضغط الاسموزي خارج الشعيرات الجذرية. يعني ارتفاع مستوى المغذيات المزيد من الطعام ولكنه أيضًا يجعل من الصعب على النبات جمع الماء. إذا أصبح تركيز المغذيات مرتفعًا جدًا ، يصبح الضغط الاسموزي خارج الجذور أكبر منه داخل الجذور. عندما يحدث ذلك ، ينعكس تدفق السائل. بدلًا من أن تمتص النبتة الماء والمواد المغذية ، لا يمكنها تناول أي شيء. بدلاً من ذلك ، يبدأ في فقد الماء في التربة المحيطة. يجف النبات ، وتتضور الأوراق جوعًا من الماء ، وتجف ، وتموت وتتحول إلى اللون البني حول الحواف. نقول أن المصنع يحترق. إذا استمر الوضع لفترة طويلة ، فإن النبات يموت.

التحكم في الضغط الأسموزي حول جذور النبات
كيف يمكن أن يكون الضغط الأسموزي أعلى في التربة منه في النبات؟ أولاً والأكثر وضوحًا ، تضع الكثير من الأسمدة حول النبات. أقل وضوحًا ، تقوم بتخصيب النبات عندما تكون التربة رطبة جدًا ، ويكون السماد مخففًا جيدًا وبتركيز معقول للنبات. ثم تأتي فترة جفاف وتبدأ التربة حول النبات في الجفاف. يُفقد الماء ولكن العناصر الغذائية لا يمكن أن تتبخر فهي تبقى في التربة ويزداد التركيز ويزيد. في نهاية المطاف يصبح مرتفعًا جدًا بحيث ينعكس الضغط الاسموزي ويودع النبات. هناك مشكلة أخرى ذات صلة خاصة بنباتات الأصيص. في كل مرة تقوم فيها بالتخصيب ، تضيف المزيد من العناصر الغذائية إلى الوعاء. عادةً ما تضيف عناصر غذائية أكثر بكثير مما يمكن للنبات أن يستخدمه بالفعل. لا يمكن أن يهرب الفائض ويتراكم حول جذور النبات. في النهاية يصل المستوى إلى مستويات سامة ، وكما ذكرنا بالفعل ، يتفاقم هذا عندما يجف المزيج في التربة قليلاً. لتجنب ذلك ، يُطلب من المرء أن ينقع بشكل دوري نباتات وعاء عميق لغسل العناصر الغذائية الزائدة.

لكن هناك قضية أخرى يجب أخذها في الاعتبار أيضًا. ما هو الضغط الأسموزي داخل النبات؟ إذا كان هذا مرتفعًا بدرجة كافية ، فيمكن للنبات أن يتعامل مع تركيز أعلى من العناصر الغذائية في التربة. تذكر أن السكر كان الجزيء الرئيسي الذي يرفع الضغط الأسموزي داخل النباتات. من المحتمل أن يكون الضغط الأسموزي أعلى عندما يكون هناك الكثير من السكر حوله وهذا يحدث عندما ينتج النبات أكبر كمية من السكر - ومتى يتم ذلك؟ عندما يكون أكثر نشاطًا ، عندما ينمو بسرعة أكبر. على العكس من ذلك ، من المرجح أن يكون مستوى السكر في أدنى مستوياته عندما يكون النبات نائمًا. ومن هنا تأتي النصيحة بتخصيب النباتات عندما تنمو بسرعة والحذر من التسميد عندما يكون النبات خامدا.

ماذا عن قصاصات؟ أكبر مشكلة للقطع هي فقدان الماء. علاوة على ذلك ، يستخدم التقطيع احتياطيات الطعام لإنتاج جذور جديدة. من المحتمل أن تكون مستويات السكر منخفضة جدًا وهذا يعني أن الضغط الأسموزي داخل النبات سيكون أيضًا منخفضًا. مزيج سيء. آخر شيء يمكن للقطع في هذا الوضع مواجهته هو الضغط الأسموزي المرتفع خارج الجذور الوليدة. نريد أن نجعل الضغط الاسموزي خارج القطع عند أدنى مستوى ممكن. السماد للقطع مثل السم. لا يعني ذلك أن القطع لا يمكنه استخدام العناصر الغذائية. هذا غير ذي صلة ، فهذا يعني فقط أن الأسمدة قد ضاعت. المشكلة هي أن العناصر الغذائية ترفع الضغط الاسموزي وتجفف القطع. في الواقع ، ربما يجب أن نغسل مزيجنا جيدًا لإزالة كل أثر للمواد الصلبة الذائبة للحصول على الضغط الاسموزي إلى أدنى مستوى ممكن.

تنظيم مستوى المغذيات حول النباتات
أحد التحديات التي تواجهنا كبستانيين هو تنظيم مستوى المغذيات حول نباتاتنا. يمكن للنباتات أن تتكيف مع تباين كبير في مستوى العناصر الغذائية حول الجذور ، لكنها تعمل بشكل أفضل إذا كان المستوى أكثر استقرارًا. لهذا السبب تم التعليق على أنه من الأفضل التسميد في كثير من الأحيان باستخدام سماد ضعيف جدًا بدلاً من استخدام سماد أقوى في بعض الأحيان.

دعونا نلقي نظرة على الطرق التي يمكن من خلالها تثبيت مستويات المغذيات حول النباتات. المفتاح هنا هو أن العناصر الغذائية متوفرة للنباتات وتؤثر على الضغط الأسموزي فقط إذا كانت في المحلول. المغذيات غير الموجودة في المحلول تكون خاملة تمامًا فيما يتعلق بالنبات. تعلمون ، ما سيكون لطيفًا حقًا هو وجود آلية لتخزين العناصر الغذائية في التربة بشكل غير قابل للذوبان وتحويلها ببطء إلى شكل قابل للذوبان بمعدل يحافظ على مستوى ثابت حول النبات. غالبًا ما تسمع تعليقات مفادها أن الأسمدة العضوية - السماد ، والسماد ، وما إلى ذلك - أفضل بكثير من الأسمدة الكيماوية. غالبًا ما يقوم دعاة حماية البيئة و "الخضر" بالشمع الغنائي بحيث يبدو أن العناصر الغذائية من الأسمدة العضوية جيدة وصحية بينما العناصر الغذائية في الأسمدة الكيماوية شريرة وسامة. هذا بالطبع قمامة مطلقة أيون البوتاسيوم هو أيون البوتاسيوم مهما كان مصدره. ومع ذلك ، فإن الأسمدة العضوية لها ميزة كبيرة. المغذيات في الأسمدة الكيماوية هي في شكل قابل للذوبان بسهولة. بعد وقت قصير جدًا من تطبيق الأسمدة على التربة ، تذوب العناصر الغذائية ، مما يرفع مستوى المغذيات والضغط الاسموزي. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم حبس العناصر الغذائية في الأسمدة العضوية في مركبات عضوية معقدة ولا تذوب بسهولة. عندما يتم تطبيقها على التربة ، فإنها تتطلب عمل الميكروبات في التربة لتفكيك هذه المركبات العضوية وبالتالي إطلاق العناصر الغذائية لتذوب في مياه التربة. وبالتالي فإن الأسمدة العضوية توفر إطلاقًا بطيئًا وثابتًا للمغذيات. في السنوات الأخيرة ، أصبحت الأسمدة غير العضوية متاحة والتي يمكن أن تتطابق جزئيًا على الأقل مع هذا الإجراء. حبيبات السماد مغلفة ببوليمر يمنع الأسمدة من الذوبان دفعة واحدة. بدلاً من ذلك ، تتسرب المادة الغذائية ببطء عبر حاجز البوليمر. اعتمادًا على سمك هذا الحاجز وتكوينه ، يمكن أن تستغرق عملية الترشيح ثلاثة أو ستة أو تسعة أشهر. تتوفر العديد من العلامات التجارية المسجلة الملكية ، أشهرها على الأرجح Osmocote (ربما يأتي الاسم من انكماش "الطلاء الأسموزي").

هناك ميزة أخرى للأسمدة العضوية. تترك بقايا مادة عضوية متحللة جزئيًا في التربة تسمى "الدبال". يغير هذا الدبال الطريقة التي تلتصق بها جزيئات التربة معًا ، وله أيضًا خاصية الارتباط وحبس كل من الماء والمواد الغذائية. يمكن للمغذيات أن تلتصق باستمرار وتفكك نفسها بجزيئات الدبال (تسمى "تفاعل التوازن"). عندما يكون تركيز المغذيات في التربة مرتفعًا ، فإن معدل الارتباط يتجاوز معدل الفصل. التأثير النهائي هو أن بعض العناصر الغذائية ترتبط بجزيئات الدبال وتتم إزالتها بشكل فعال من المحلول. عندما ينخفض ​​مستوى المغذيات المذابة ، يتأرجح التوازن في الاتجاه الآخر وتعود الجسيمات المتصلة إلى المحلول. باختصار ، يعمل الدبال على استقرار مستوى المغذيات الذائبة في مياه التربة - وهو بالضبط ما ناقشناه من قبل. يطلق الكيميائيون على هذه العملية اسم "التخزين المؤقت". وبالتالي ، فإن الأسمدة العضوية توفر مصدرًا مؤقتًا للعناصر المغذية في حين أن الأسمدة الكيماوية هي مصدر غير مخزّن.

الدبال ليس الشيء الوحيد الذي يمكنه فعل ذلك. جزيئات الطين مثل الفلسبار والسيليكات وما إلى ذلك ، هي مواد نشطة كيميائيًا. يمكن أن تلتصق العناصر الغذائية بها وتنفصل عنها ، تمامًا كما يحدث مع الدبال. مرة أخرى ، عندما تكون مستويات المغذيات عالية ، يسود التعلق ويتم إزالة العناصر الغذائية من المحلول ولكنها تظل مقيدة في التربة حتى لا يتم غسلها بعيدًا. عندما تنخفض المستويات المذابة مرة أخرى ، تنفصل العناصر الغذائية المقيدة ، مما يؤدي إلى رفع مستويات الذوبان مرة أخرى. على النقيض من ذلك ، فإن الرمل هو ثاني أكسيد السيليكون وهو خامل كيميائيًا. لا يمكن أن تلتصق العناصر الغذائية بجزيئات الرمل. ونتيجة لذلك ، يتقلب مستوى المغذيات في التربة الرملية أكثر بكثير مما هو عليه في الطين ، ويتم غسل وفقدان العناصر الغذائية بسهولة أكبر. قد تواجه التربة الطينية مشاكل في التهوية الضعيفة والضغط وتقطيع المياه ولكنها بشكل عام أكثر خصوبة من الرمال.

توافر المغذيات مقابل الرقم الهيدروجيني
يشرح التناضح كيف تمتص النباتات الماء من التربة ولكنه لا يفسر الطريقة التي يجمع بها النبات العناصر الغذائية. بشكل عام ، يعتبر جمع العناصر الغذائية عملية نشطة أكثر تعقيدًا (عملية ضخ تتطلب من المصنع إنفاق الطاقة). إنها أيضًا عملية تختلف اختلافًا كبيرًا من نوع نبات إلى آخر. بشكل عام ، إذا كان أحد الأنواع النباتية ينمو في بيئة يكون فيها عنصر غذائي معين نادرًا جدًا ، فإنه يطور طرقًا فعالة للغاية لجمع تلك المغذيات. على العكس من ذلك ، إذا كان النبات ينمو في بيئة يكون فيها عنصر غذائي معين وفيرًا جدًا ، فمن المتوقع أن تكون كفاءة جمع هذا العنصر الغذائي منخفضة جدًا. في الواقع ، إذا كانت المغذيات موجودة بشكل طبيعي بكميات زائدة ، فقد يطور النبات آليات لرفض تلك المغذيات المعينة. مثال بسيط على ذلك هو عندما تستعمر النباتات هوامش المد والجزر مثل غابات المانغروف في المياه المالحة. في هذه المواقع ، تكون تركيزات الصوديوم (على الأقل) أعلى بكثير مما يمكن للنبات أن تستخدمه وتحتاج هذه النباتات إلى تطوير آليات لإفراز الصوديوم الزائد بشكل انتقائي.

إذا تطور نبات في منطقة يكون فيها عنصر غذائي معين منخفضًا جدًا وتم وضعه فجأة في بيئة بها كمية كبيرة من المغذيات ، فإن آلية التجميع فائقة الكفاءة تعني أنه سيجمع الكثير جدًا من العناصر الغذائية - ربما مستوى سام. مثل هذا النبات ليس لديه وسيلة للتخلص من الفائض ، لأنه تطور في بيئة لم تكن هذه الآلية ضرورية فيها. هذا هو ، على سبيل المثال ، حالة العديد من الأستراليين الأصليين فيما يتعلق بالفوسفور. هذا لا يعني أن السكان الأصليين الأستراليين يستخدمون كميات أقل من الفوسفور للنمو. هذا يعني فقط أنها أكثر كفاءة في جمعها وبالتالي تتطلب مستويات أقل من هذا العنصر في التربة.

على العكس من ذلك ، إذا تطورت أنواع نباتية في منطقة كان فيها المغذيات وفيرة جدًا ، وتم وضعها في بيئة جديدة حيث يكون هذا العنصر الغذائي أقل وفرة ، فقد يعاني النبات من نقص لمجرد أنه لم يطور آليات فعالة للتجميع هذا المغذي. وخير مثال على ذلك هو جنس Rhododendron فيما يتعلق بالحديد. الرودوديندرون غير فعالة في جمع الحديد لدرجة أنها يمكن أن تعاني من الإصابة بالكلور عند مستويات الحديد المتاحة والتي ستكون أكثر من كافية للخضروات ، على سبيل المثال.

تذكر أن المغذيات متوفرة فقط إذا كانت في محلول. من الممكن تمامًا وجود الكثير من المغذيات ولكن ليست في المحلول - قد تكون موجودة كملح غير قابل للذوبان. العامل الرئيسي الذي يؤثر على هذا هو الرقم الهيدروجيني للتربة. يمكنك إظهار ذلك بسهولة من خلال تجربة بسيطة. ضع بعض كبريتات الحديدوز (كبريتات الحديد) في الماء ورجها. تذوب كبريتات الحديدوز لتشكيل محلول أخضر صافٍ. أضف الآن بعض صودا الغسيل (كربونات الصوديوم) أو بعض الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم) ورج مرة أخرى أي من هذه المواد سيجعل الماء قلويًا. على الفور يتشكل ترسب بني متسخ ويختفي اللون الأخضر. يحتوي هذا الراسب البني على الحديد الذي تم تحويله إلى شكل غير قابل للذوبان ، وهو شكل لا فائدة منه للنباتات. هذا هو السبب في أن إضافة كبريتات الحديدوز إلى التربة القلوية لا تحدث فرقًا كبيرًا في الرودوديندرون ، حيث يتم تحويل كبريتات الحديدوز على الفور إلى شكل غير قابل للذوبان.

يحتاج المرء إلى تغيير درجة حموضة التربة ، وليس مستوى الحديد الكلي. الحل البديل هو إضافة الحديد بشكل غير قابل للذوبان بسهولة - مخلب الحديد (الحديد في هذا الشكل مكلف نسبيًا للأسف).

هذا الترابط بين التوافر ودرجة الحموضة ينطبق على معظم مغذيات التربة. يمكن أن تظهر في شكل رسم بياني (الشكل 2). إن مسألة توافر المغذيات هي في الواقع السبب الرئيسي وراء حساسية النبات لدرجة الحموضة. وهكذا فإن الخضروات ، التي تنمو بسرعة وتحتاج إلى كميات كبيرة من العناصر الغذائية الرئيسية مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم ، تنمو بشكل أفضل عند درجة حموضة تتراوح بين حوالي 6.5-7.5. النباتات التي تواجه مشكلة في جمع كمية كافية من الحديد (الأزاليات ، الرودودندرون ، إلخ) تنمو بشكل أفضل عند درجة حموضة تتراوح بين حوالي 5 و 6.

الشكل 2. آيات توافر المغذيات الرقم الهيدروجيني. كلما ارتفع الرسم البياني ،
توفر المزيد من العناصر الغذائية.

التحكم في الرقم الهيدروجيني
إذا وجدنا أن تربتنا قلوية للغاية (درجة الحموضة عالية جدًا) ، ألا يمكننا خفضها بإضافة حمض؟ على سبيل المثال ، هل يمكننا إضافة بعض حمض الهيدروكلوريك (حمض تنظيف الطوب أو حمض البركة)؟ بالمقابل ، إذا كان الرقم الهيدروجيني منخفضًا جدًا ، فهل يمكننا إضافة بعض هيدروكسيد الصوديوم - الصودا الكاوية؟ الجواب البسيط هو لا ، هذا لن ينجح - إما أنه لن يفعل شيئًا أو سيقتل نباتاتك. المشكلة تشبه إلى حد ما مشكلة الأسمدة الكيماوية التي تذوب تمامًا بمجرد تطبيقها. تخيل أنني آخذ لترًا واحدًا من الماء المقطر الذي سيكون الرقم الهيدروجيني 7 - متعادل. إذا أضفت قطرة واحدة من حمض الهيدروكلوريك فإن الرقم الهيدروجيني سينخفض ​​من 7 إلى 3. حسنًا ، حسنًا ، نحن نعلم أن حمض الهيدروكلوريك حمض قوي جدًا ، لذا ربما استخدمت كثيرًا. إذا أعطت قطرة واحدة لكل لتر الرقم الهيدروجيني 3 ، فيجب أن تعطي قطرة واحدة لكل 100 لتر الرقم الهيدروجيني 5. صحيح ، ستحصل ، ولكن بعد ذلك ستعيدك قطرة واحدة من الصودا الكاوية ذات القوة المماثلة إلى الرقم الهيدروجيني 7 وستأخذك قطرتان إلى الرقم الهيدروجيني 9! قد تتمكن من رفع درجة حموضة الماء إلى 5 باستخدام حمض الهيدروكلوريك ولكن لا يمكنك الاحتفاظ به هناك. المشكلة هي أن كل الحمض معبر عنه بالكامل. هذا يعني أولاً أن تأثيره الأولي شديد للغاية ، وثانيًا لا يوجد شيء احتياطي للحفاظ على استقرار الأس الهيدروجيني ضد العوامل الخارجية التي يمكن أن تغيره. لذا فهو يتأرجح لأعلى ولأسفل مثل اليويو. Just as with fertilizers, we come up against the concept of buffering. We want the pH not only to be correct but also to stay correct despite perturbing factors. In practice all soils have natural buffering they all resist changes to pH to some degree. The smaller the amount of buffering the easier it is to change the pH, but the more readily the pH will drift away from the desired level, i.e., the less stable the soil. The greater the buffering the more stable the soil but the harder it is to change the pH. That, by the way, is why adding a bit of hydrochloric acid to the soil would probably have no effect the natural buffers in the soil would neutralize it without any significant change to the overall pH.

Just as we discussed before, and for much the same reasons, sands exhibit a low level of buffering, whereas clays and humus rich soils exhibit a high level of buffering. We need more material to change the pH of clay soils than we need for sandy soils. Indeed, in some cases the soil can be so well buffered that it is almost impossible to make any meaningful change to pH. This is especially the case for limestone rich soils which are naturally alkaline.

If we want to make any meaningful change to soil pH we need to use materials which exert a strong buffered effect. They may not push the pH very far, but they exert a lot of force to maintain the change despite other influences. Just as for fertilizers, this implies materials which are expressed slowly. Materials expressed quickly may make a short-term change to the pH but it will tend to drift back as the material added becomes exhausted.

There is a very convenient material we can use to make soil more alkaline (raise the pH) and that is lime. It is rapid in initial action and the effect lasts for quite a long time. Unfortunately the word lime is used for two distinctly different chemicals. Slaked lime or "builders lime" (sold under the name Limil around here) is calcium hydroxide. By contrast, "garden lime" is calcium carbonate. Another similar material often recommended is dolomite, which is a mixture of calcium carbonate and magnesium carbonate. Calcium hydroxide - builders lime - is much more strongly alkaline, and therefore more likely to burn plants and even unprotected skin. Therefore, in principle, calcium carbonate is a better choice. In practice, calcium hydroxide rapidly absorbs carbon dioxide from the air and in the process it is converted from calcium hydroxide to calcium carbonate, so in the long term there is not much difference. (By the way, that is why formulations which call for calcium hydroxide lime, for example Bordeaux mixture, always stipulate that the lime should be fresh.) Nonetheless, garden lime, or (probably even better) dolomite, would be the better first choice for making soil more alkaline.

There is no equivalent material for making soil more acid. Sulphates in general, e.g., ferrous sulphate, magnesium sulphate, aluminum sulphate (hydrangea blueing agent) or ammonium sulphate will all have a fairly rapid acidifying effect but it is not particularly long term. Elemental sulphur lasts longer because it is slowly converted into sulphates by the actions of soil bacteria and water, but for the same reason it is significantly slower in its initial action. A good alternative, however, is to use compost. Compost is naturally acidic and, as stated earlier, improves the buffering of the soil both with regard to pH and also nutrients and water retention.

الاستنتاجات
Gardening is a very rewarding pursuit and you don't need to be a chemist to be a good gardener. Nonetheless, sometimes just a little background knowledge can help to give greater insight and avoid problems that can otherwise lead to much frustration and lost plants. In this way it can make gardening an even more rewarding pastime and hobby.

Mike Hammer has been interested in both science and gardening since early childhood. The former interest was encouraged by his parents and the latter by the privilege of growing up on a 2 acre property which in the 1950s was semi-rural (although now well inside the suburbs). He studied electrical engineering at the University of Melbourne, graduating in 1975 with bachelor's and master's degrees. Since then he has worked as a research engineer and manager for Varian Australia, a high technology manufacturer and exporter of scientific instruments. Mike and his wife, Inge, always dreamed of living on a large property in the mountains but still close to the city. In 1989 a chance remark from a business colleague led them to look into a 6 acre property for sale at Sassafras on Mount Dandenong. It turned out to be the encapsulation of their dream - half temperate rain forest with a creek, and half rhododendron jungle (from plantings in the 1920s and 1930s). Residents there since 1991, they've been happily building a new house and redeveloping the extensive garden.


4. مناقشة

4.1 Regulation of SOM decomposition and the rhizosphere priming effect

In contrast to our first hypothesis, pine induced a positive RPE and spruce induced a negative RPE on SOM decomposition. The RPE varied between −31% and 47%, which is within the range found in previous studies (Cheng et al., 2014 ). There are at least four hypotheses that can explain why spruce seedlings reduced SOM decomposition, resulting in a negative RPE (a) The concentration of available N was low enough to result in plant-microbial competition for N, leading to suppressed microbial activity and enzyme synthesis (Kuzyakov, 2002 ). (b) Preferential microbial utilization of root C exudates (Cheng, 1999 ), meaning that the microbial community switched its C acquisition from SOM-derived C to energy-rich root-derived C, leading to a concurrent reduction in SOM decomposition (Cheng, 1999 ). (c) Microbial N use was dominated by organic N in the spruce treatment, leading to an underestimated RPE. (d) A distinct opportunistic subset of the microbial community, which grew on root-derived 13 C while at the same time depleting available N, resulted in suppressed activity of microbial SOM decomposers. In our evaluation of these hypotheses below, we find reasons to reject the first three, and conclude that the fourth hypothesis is the most likely explanation for our results.

The RPE has been reported to decrease when inorganic N immobilization exceeds N mineralization (Bengtson et al., 2012 ). Plant competition may aggravate this effect by enhancing the competition for below-ground resources (Dijkstra et al., 2010 ). Since the 15 N recovery in shoots was higher in pots with multiple seedlings than in pots with a single seedling, while gross N mineralization remained constant, competition for N might have contributed to reducing the RPE and lowering the priming efficiency at high seedling density in the pine treatment. However, neither microbial C production (Figure 2B), D incorporation into microbial biomarker PLFAs (Figure 2D), nor potential hydrolytic enzyme activities (Figure 2E) increased in response to cutting the seedlings in the spruce treatment, meaning that plant-microbial competition for N was not the cause of the negative RPE in the spruce treatment.

The second proposed explanation for negative RPEs, the preferential substrate utilization hypothesis, suggests that the microbial community switches its C acquisition from SOM-derived C to energy-rich root-derived C, leading to a concurrent reduction in SOM decomposition (Cheng, 1999 ). This is believed to occur when there is sufficient available N to support microbial growth on labile C compounds (Cheng, 1999 ). However, inorganic N concentrations were lower in the spruce than in the pine treatment. It is, therefore, unlikely that preferential utilization of root-derived C would occur to a higher degree in the spruce treatment. The results further suggest that the negative RPE was not the result of a shift in C acquisition from SOM-derived C to root-derived C by the microbial community as a whole, since a distinct fungal-dominated subset of the microbial community that did not differ between the two species incorporated the most root-derived 13 C (Figure 3A). Water-derived D was incorporated into microbial biomarker PLFAs in a proportion that was more representative of the total microbial community (Figure 3B,C), meaning that most microbes still relied on SOM-derived C for their metabolic processes. These results combined suggest that the preferential substrate utilization hypothesis cannot explain the findings in this study.

The third possible explanation to the negative RPE found in the spruce treatment is that higher microbial assimilation of organic N by micro-organisms (Geisseler et al., 2009 Moreau et al., 2019 ) in the presence of spruce seedlings relative to the control resulted in an underestimated RPE. However, the potential activity of N-targeting enzymes such as LAP did not differ between control and treatments, and was even lower in spruce soil than in pine soil. Therefore, it is not likely that microbial N use was dominated by organic N sources (e.g. amino acids) in the spruce soil but not in the pine soil or control.

We instead propose that a distinct opportunistic subset of the microbial community, which grew on root-derived 13 C while at the same time depleting available N, resulted in negative RPEs by suppressing the activity of microbial SOM decomposers in the spruce treatment. Several of our results support this conclusion. Soil microbes that are responsible for priming are assumed to invest root C exudates into increasing the decomposition of SOM, in order to acquire SOM-derived C and N needed for growth (Hungate et al., 2015 ). A more opportunistic microbial strategy is to grow directly on the root-derived 13 C, without investing it into decomposing SOM in order to release bioavailable C and N. Competition between these microbial strategies can result in the depletion of available N, resulting in reduced SOM decomposition rates (a negative RPE). Our novel SIP method, which simultaneously measure the incorporation of root-derived 13 C and water-derived D, allowed us to separate microbes that grew directly on root exudates from microbes growing on C and N released by SOM decomposition. If competition between these two microbial strategies occurred, we would expect low inorganic N concentrations and high 13 C/D incorporation ratios into PLFAs. Accordingly, both the inorganic N concentration and the 13 C/D incorporation ratio into fungi were higher in the spruce than in the pine treatment (Figure 2C). We hence suggest that opportunistic fungi suppressed microbial decomposer activity by competing for N in the spruce treatment, resulting in a negative RPE. Laboratory experiments (Allison et al., 2014 ), as well as theoretical studies (Allison, 2005 Wakano et al., 2009 ) of interactions between microbial SOM decomposers and such opportunistic ‘cheaters’, have shown that their coexistence is facilitated by spatial separation. The absence of separation leads to gradually increased abundance of cheaters (Allison et al., 2014 ) and reduced abundance and decomposition activities by microbial SOM decomposers (Allison, 2012 Kaiser et al., 2015 ). It is possible that this occurred in the relatively constrained and homogenous pot environment, and while the available N concentrations were still high enough to support the increased activity of SOM decomposers in the presence of pine roots, this was not the case in the spruce treatment.

Fungal and bacterial D incorporation (Figure 2B) as well as inorganic N concentrations (Table 1) were higher in pine soil than in spruce soil, suggesting that fungal as well as bacterial growth rates were higher in the pine treatment. This is to be expected if competition for N occurred in the spruce treatment but not in the pine treatment. Furthermore, as the 13 C/D incorporation ratio of fungi was lower in pine than in the spruce treatment (Figure 2C), the fungal community likely relied on C released during SOM decomposition to a greater extent in the pine treatment than in the spruce treatment. Fungal growth was also higher in pots with intact pine seedlings than in control pots and tended to increase with the number of intact seedlings (Figure 2A,D). The opposite was the case for bacterial growth, and neither fungal nor bacterial growth responded to the presence of seedlings in the spruce treatment (Figure 2A,D). These results combined are in line with our third hypothesis and suggest that fungi were responsible for the positive RPE that occurred in the pine treatment. The observation that fungal decomposition activities and growth on SOM increased in the presence of pine seedlings further emphasize the prominent role of fungi in the decomposition of complex SOM (Nicolás et al., 2019 Yuste et al., 2011 ). However, as discussed above fungi also seemed to be the causative agents of negative RPE induced by spruce seedlings. These contradictory findings highlight the metabolic and ecological diversity of fungi, and suggest that measurements of the biomass and growth of the combined fungal community are not sufficient for elucidating their role in soil C and N cycling.

The vast majority of priming studies have quantified the priming effect using microbial respiration of SOM as a proxy for SOM decomposition rates. Less attention has been paid to how labile C input influences another indicator of SOM decomposition, namely gross N mineralization. Given that both C and N are contained in SOM, there is generally a coupling between SOM respiration and gross N mineralization (Hart et al., 1994 ) and immobilization rates (Barrett & Burke, 2000 ). However, in this experiment the presence of living roots did not influence the gross N mineralization rate, meaning that no RPE on N mineralization occurred even if roots induced RPE of SOM decomposition measured in C units (Table 2). Although soil C and N dynamics are coupled to a large extent, the immobilization and stabilization of C and N in SOM, including the microbial biomass, are at least partially decoupled. Hence, SOM-N can be mobilized independently of C and vice versa. Such decoupling of SOM-C and N mineralization rates in response to labile C input has previously been documented (Ehtesham & Bengtson, 2017 Rousk et al., 2016 ). Proposed explanations include reduced mineralization of N-rich compounds such as chitin and protein (Wild et al., 2018 ) and more efficient microbial use of already available N (Wild et al., 2017 ). Yet another and more speculative explanation for the absence of RPE on gross N mineralization is that there is a finite amount of reactive N groups susceptible to priming and that this N was already depleted at the onset of the experiment. There is also a possibility that the 15 N addition in itself might have resulted in reduced N mineralization rates, due to the relatively low inorganic N concentrations in our soil. However, the inorganic N concentration and daily gross N mineralization rate was still several times higher than the 15 N addition. We, therefore, find it unlikely that the addition had a major influence on the estimated gross N mineralization rates. Regardless of the reason, the results demonstrate that accelerated turnover of SOM in the presence of living roots does not always result in increased mineralization of SOM-N into plant available N.

4.2 Root exudation rates and enzyme activity

We hypothesized that a high density of living roots would result in high root exudation rates, and hence more pronounced RPEs (Bengtson et al., 2012 ). Accordingly, the root exudation rate expressed per gram soil increased with increasing seedling numbers in both the pine and spruce treatment. However, in contrast to the hypothesis, the RPE decreased at higher root exudation rates in the pine treatment, and there was no relationship between the root exudation rate and the negative RPE detected in the spruce treatment. However, soil micro-organisms respond to conditions in their immediate vicinity (Kuzyakov & Blagodatskaya, 2015 ), meaning that root exudation rate per pot or even per gram soil might not be a relevant measure of the conditions at the scale experienced by micro-organisms. If the RPE is controlled by root exudate concentrations experienced by individual microbes, root exudation rates per gram living roots might be a better predictor of the RPE. Accordingly, both priming efficiency (i.e. µg primed-C µg −1 root exudate) and the RPE decreased in pots with multiple seedlings in the pine treatment, probably since the root exudation rate expressed per gram root was reduced by up to almost 50% in pots with five seedlings compared to pots with one seedling (Figure 1B).

SOM decomposition is mediated by extracellular enzymes secreted by soil micro-organisms (Marx et al., 2001 ). The input of labile C substrates can serve as an energy source for the synthesis of such enzymes, resulting in an increase in SOM decomposition (Blagodatskaya & Kuzyakov, 2008 ). Accordingly, changes in extracellular enzyme production, promoted by the addition of labile C, have been suggested as a possible explanation for priming effects. Differences in the potential activity of oxidative and C- and N-targeting extracellular hydrolytic enzymes can, however, not explain why the RPE differed between the two species in this study. The presence of seedlings did not increase potential enzyme activities, and SOM decomposition proceeded at similar rates in pine and spruce soil, despite higher potential enzyme activities of C- and N-targeting enzymes in the pine soil. The concentration of enzymes did therefore not limit the decomposition rate, and was not the cause of different RPEs in the pine and spruce treatments.

The lack of relationship between hydrolytic enzyme concentrations and SOM decomposition suggests that the SOM decomposition rate was limited by the substrate availability rather than enzyme concentrations. Compounds targeted by hydrolytic enzymes might first have to be released from SOM by oxidative enzymes, such as peroxidases and phenol oxidases (Hofrichter et al., 2010 ). Several of these enzymes require constant regeneration of H2ا2 by accessory enzymes such as glucose oxidase (Ander & Marzullo, 1997 ). Sugars exuded by plant roots could, therefore, stimulate the activity of enzymes involved in the oxidative decomposition of SOM by providing the substrate for accessory H2ا2-generating enzymes, as suggested by Bengtson et al. (2012). If this is the case and the activity of H2ا2-generating oxidases is limited by the concentration of substrate, not the enzyme concentration, this would explain why we did not find a relationship between the concentration of oxidative enzymes and SOM decomposition or RPE in this study. It can also explain the previous observations of first-order or Michaelis–Menten type kinetics of priming (Paterson & Sim, 2013 ). First-order or Michaelis–Menten type kinetics of oxidative SOM decomposition is also partly consistent with our observation that priming efficiency decreased with an increasing number of pine seedlings, since there was a concurrent decrease in the exudation rate per gram root. It does not, however, explain the negative RPE in the spruce treatment. Nevertheless, our results demonstrate that hydrolytic and oxidative enzyme activities are poor indicators of SOM decomposition and the RPE, probably since the assays detect the potential activity of enzymes in a sample, but not the actual enzyme activity in situ (Tiedje, 1982 ).

In this study, we used pots with seedlings that were cut 5 days before the experiment as controls, and not root-free soil like most previous studies. This was an effort to reduce changes in inorganic N and microbial growth, biomass and community composition that occurs over time in an unplanted control, which can confound the effect of root exudates on SOM decomposition. By minimizing the differences in these variables between the control and treatments, the direct effect of root exudates on SOM decomposition can be better understood. The underlying assumptions of the method have been tested and confirmed in a separate experiment, demonstrating that the microbial biomass and community composition, as well as inorganic N concentration and potential enzyme concentrations, were preserved in the control with cut seedlings, but differed significantly in the unplanted control (J. Li & P. Bengtson, unpubl. data). The same experiment showed that 5 days were sufficiently long for root exudation to cease, while at the same time no significant decomposition of dying roots was observed. However, the method is not suitable for species that will still release root exudates after above-ground cutting, or if the aim is to quantify the cumulative RPE over long time periods.

An interesting point in this study is that the potential activities of C- and N-targeting extracellular hydrolytic enzyme were significantly lower in spruce than in pine treatments. The activity and biomass of some microbial groups were also lower in spruce treatments compared to pine treatments. This is surprising, considering that the soil used was a mixture of spruce and pine soil at a ratio of 4:1. Clearly there was no evidence of a ‘home-field advantage’ of microbes in the spruce treatment, but we cannot rule out a ‘home-field disadvantage’ caused by the soil mixture.


احصل على إشعارات عندما يكون لدينا أخبار أو دورات أو أحداث تهمك.

بإدخال بريدك الإلكتروني ، فإنك توافق على تلقي اتصالات من Penn State Extension. عرض سياسة الخصوصية.

شكرا لتقريركم!

Nutrient Management Planning: An Overview

مقالات

The Penn State Agronomy Guide

أدلة ومنشورات

خريطة موارد الأرض في ولاية بنسلفانيا

أدلة ومنشورات

Soil Sampling

Pennsylvania Certified Crop Adviser Study Guide

دروس مباشرة على الإنترنت


شاهد الفيديو: المحاضرة السادسة - فسيولوجى نبات فسيولوجيا تغذية النبات الجزء الأول (أغسطس 2022).