نقش فسفر در رشد و نمو گیاهان

فسفر (P) عنصری ضروری برای تمام موجودات زنده است. درختان برای رسیدن به رشد طبیعی و بلوغ نیاز مبرم به فسفر دارند. فسفر نقش اساسی در فتوسنتز، تنفس، ذخیره و انتقال انرژی، تقسیم سلولی، بزرگ‌شدن سلول و بسیاری دیگر از فرآیندهای موجود در گیاه را دارد. برای تکمیل چرخه تولید طبیعی در گیاهان فسفر باید وجود داشته باشد.

نقش حیاتی فسفر در گیاهان

فسفر هم به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی در ساختار گیاه محسوب می‌شود و هم به‌عنوان یک کاتالیزور در بسیاری از واکنش‌های بیوشیمیایی اصلی، نقش دارد. فسفر به‌طور اختصاصی در جذب و تبدیل انرژی خورشیدی به ترکیبات قابل استفاده گیاه مؤثر است.

فسفر یکی از اجزی مهم در DNA («واحد حافظه» ژنتیک در تمامی موجودات زنده) است. همچنین در RNA هم وجود دارد. RNA ترکیبی است که با خواندن کد ژنتیکی DNA به ساخت پروتئین و سایر ساختارهای ضروری در ساختمان گیاه، دانه‌دهی و انتقال ژنتیک می‌پردازد. ساختار DNA و RNA به‌کمک پیوندهای فسفری باهم در ارتباط هستند.

فسفر در ساخت ATP (واحد انرژی گیاهان) نیز نقش دارد. ATP در حین فرآیند فتوسنتز شکل می‌گیرد. در این واحد انرژی فسفر نقش ساختاری داشته و از ابتدای رشد بذر تا تشکیل دانه و بلوغ گیاه در فرآیندهای گیاهی شرکت می‌کند. بنابراین فسفر برای حفظ سلامت و قوت گیاه ضروری است. بعضی از فرآیندهای رشد که مختص فسفر هستند شامل:

• تحریک رشد ریشه
• افزایش استحکام ساقه و شاخه‌ها
• بهبود تشکیل گل و تولید دانه
• بلوغ سریع‌تر و یکنواخت‌تر محصولات
• افزایش ظرفیت تثبیت نیتروژن در لگوم‌ها
• بهبود کیفیت محصولات
• افزایش مقاومت در مقابل عوامل بیماری‌زا
• حمایت از رشد و توسعه گیاه در طول چرخه زندگی آن

کمبود فسفر در گیاه

تشخیص کمبود فسفر در گیاه از کمبود سایر اجزا مانند نیتروژن و پتاسیم دشوارتر است. در مراحل رشد اولیه گیاه، معمولاً گیاه علائم خاصی از کمبود فسفر، نسبت به سایر کمبودهای دیگر، نشان نمی‌دهد. وقتی که کمبود فسفر واضح شد، برای اصلاح محصول سالیانه بسیار دیر شده‌است. برخی از گیاهان مانند ذرت، زمانی که کمبود فسفر پیش می‌آید تغییر رنگ غیرعادی از خود نشان می‌دهند. علائم کمبود فسفر در گیاهان معمولاً رنگ آن‌هاست، در برگ‌ها رنگ به‌سمت سبز مایل به آبی تیره می‌رود و رنگ ساقه نیز به‌سمت بنفش تغییر می‌یابد. درجه بنفش بودن ساقه به ساختار ژنتیکی گیاه مربوط است، در برخی از هیبریدها میزان تغییر رنگ به‌مراتب بیشتر است. بروز رنگ بنفش به‌علت انباشت قندهایی است که باعث سنتز آنتوکیانین می‌شود (رنگدانه بنفش) و در برگ‌های گیاه موجود است.

فسفر تحرک زیادی در اندام‌های گیاه دارد، وقتی کمبود آن ایجاد می‌شود، از بافت‌های پیر به‌سمت بافت‌های جوان و قسمت‌هایی که در حال رشد فعال هستند حرکت می‌کند. در نتیجه، واکنش‌های گیاهی به فسفر سریعاً در گیاه مشاهده می‌شود. زمانی که یک گیاه در حال بلوغ است، فسفر به‌سمت قسمت‌های تولید میوه حرکت می‌کند، در این قسمت‌ها برای تولید دانه و میوه به انرژی بالایی نیاز است. کمبود فسفر در مراحل انتهایی رشد گیاه بر روی رشد دانه و تکمیل رشد محصول تأثیر می‌گذارد. درصد کلی جذب هر یک از مواد مغذی در مراحل انتهایی رشد در فسفر نسبت به نیتروژن و پتاسیم بیشتر است.

علائم کمبود فسفر در ذرت

عکس زیر گیاه ذرت را نشان می‌دهد که با کمبود فسفر مواجه شده‌است. برگ‌های پیر در هنگام کمبود فسفر سریع‌تر از برگ‌های جوان تحت تأثیر قرار می‌گیرند زیرا توزیع فسفر در هنگام کمبود آن تغییر می‌کند. در ذرت ممکن است در برگ‌ها و ساقه‌های پایینی رنگ بنفش یا قرمز ایجاد شود. این شرایط به‌علت تجمع قندهایی است که در صورت کمبود فسفر در گیاه ایجاد می‌شود، این حالت به‌خصوص در دماهای پایین بیشتر رخ می‌دهد.

فسفر در خاک

میزان کل فسفری که در بالاترین سطح از خاک وجود دارد، کم است، این مقدار به حدود ۰٫۶٪ می‌رسد. مقدار متوسط نیتروژن در این شرایط ۰٫۱۴٪ و مقدار پتاسیم ۰٫۸۳٪ است. محتوای فسفر در خاک‌ها بسیار متنوع است، در دشت‌های ساحلی اقیانوس اطلس و خلیج‌های آن که خاک شنی دارند مقدار P₂O₅ به کمتر از ۰٫۰۴٪ رسیده و حتی در بعضی خاک‌ها مقدار فسفر به بیش از ۰٫۳٪ می‌رسد. عواملی که میزان فسفر را در خاک تحت تأثیر قرار می‌دهند شامل:

• نوع ماده اولیه‌ای که خاک از آن بوجود آمده است
• درجه هوادیدگی و فرسایش خاک
• شرایط آب‌وهوایی
• برداشت محصول و حاصل‌خیزی خاک

فسفر ارگانیک

شکل‌های طبیعی فسفر در خاک به‌صورت آپاتیت (منبع اصلی انواع فسفرها)، ترکیبات فسفات‌های آهن و آلومینیوم و فسفری که بر روی ذرات رس جذب می‌شود، یافت می‌شوند. قابلیت حل‌شدن ترکیبات فسفر مانند فسفرهای ارگانیک به‌شدت کم است و فقط مقدار خیلی کمی از فسفر خاک به حالت محلول در می‌آید. در انواع خاک‌ها، در هر هکتار، کمتر از ۰٫۵ کیلوگرم فسفر محلول وجود دارد،‌ حتی در برخی از خاک‌ها این مقدار کم‌تر است.

به‌کمک کوددهی کافی فسفر و مدیریت خاک/محصول، فسفر محلول در خاک را می‌تواند به‌اندازه کافی و به‌سرعت بالا برد تا تولید محصولات کشاورزی به حد بهینه خود برسد.

دسترسی به فسفر خاک

فسفر محلول، چه از طریق کودک و چه از طریق هوادیدگی طبیعی بدست آمده باشد، با رس، آهن و ترکیبات آلومینیوم موجود در خاک واکنش می‌دهد. در نتیجه در فرآیند تثبیت فسفر، مقدار فسفر قابل دسترس کاهش می‌یابد. به‌علت وجود فرآیندهای تثبیتی، حرکت فسفر در اغلب خاک‌ها بسیار ناچیز است (کمتر از ۲٫۵ سانتی‌متر)، این ماده نزدیک به منشأ تولیدی‌اش باقی می‌ماند. همچنین گیاهان تنها قادرند که پس از کوددهی فسفر، در اولین فصل زراعی، تنها ۲۰٪ از کود فسفر را جذب نمایند. در نتیجه، مقداری از فسفر توسط آب‌شویی به‌هدر می‌رود. مقدار ثابتی از فسفر که در اطراف منطقه ریشه باقی می‌ماند کم‌کم در اختیار محصولات قرار می‌گیرد. فرسایش خاک و حذف محصولات کشاورزی دلایل اصلی از بین رفتن فسفر در خاک است.

عوامل دسترسی به فسفر در خاک

pH خاک

در خاک‌های آهکی با pH حدود ۸، فسفر تبدیل به فسفات کلسیم محلول شود. در شرایط اسیدی، فسفر به‌شکل فسفات‌های آلومینیوم و آهن رسوب می‌کند که حلالیت کمی دارند. بیشترین قابلیت دسترسی به فسفر در حالت کلی در محدوده pH بین ۶ تا ۷ اتفاق می‌افتد. این موضوع یکی از مزایای آهکی‌کردن خاک‌های اسیدی است. باقی‌ماندن pH خاک در این محدوده موجب افزایش حضور یون ^-H₂PO₄ می‌شود،‌ این یون نسبت به یون ⁺HPO₄ که در pH های بالای ۷ تولید می‌شوند، توسط گیاه به راحتی جذب می‌شوند.

تغذیه متعادل محصول

وجود منابع کافی از سایر مواد مغذی در گیاه باعث می‌شود که جذب فسفر از خاک افزایش یابد. با استفاده از نیتروژن به شکل آمونیوم به‌همراه فسفر میزان جذب فسفر از کود افزایش می‌یابد. این حالت نسبت به زمانی که از کود فسفر به‌تنهایی استفاده می‌شود یا کودهای نیتروژن و فسفر هر کدام جداگانه به‌کار گرفته می‌شوند، کارایی بیشتری در جذب فسفر دارد. استفاده از گوگرد اغلب میزان دسترسی به فسفر در خاک طبیعی را افزایش می‌دهد،‌ این در شرایطی است که فسفر به شکل فسفات کلسیم موجود باشد.

ماده ارگانیک

خاکی‌هایی که از ماده ارگانیک غنی‌اند حاوی مقادیر قابل توجهی از فسفر ارگانیک (مشابه با نیتروژن ارگانیک) هستند که به‌شکل معدنی است و برای رشد گیاه به‌راحتی در دسترس هستند. برای افزودن ذخیره فسفر، ماده ارگانیک به‌عنوان عامل تعدیل‌کننده با آهن ترکیب می‌شود، در نتیجه از تشکیل فسفات آهن غیرمحلول جلوگیری می‌شود. استفاده زیاد از مواد ارگانیک مانند کود، بقایای گیاهی یا محصولاتی که کود سبز به‌شمار می‌روند برای خاک‌هایی که مقدار pH بالایی دارند، نه‌تنها مقدار ذخیره فسفر خاک را زیاد می‌کند، بلکه به‌خاطر عملیات تجزیه، ترکیبات اسیدی را فراهم می‌آورد، در نتیجه دسترسی به شکل‌های معدنی فسفر در خاک افزایش می‌یابد.

انواع رس

ذرات رس تمایل دارند که فسفر را در خاک نگه‌دارند یا به تثبیت آن بپردازند. در نتیجه، خاک‌هایی که بافت نرم دارند مانند خاک‌های لوم رسی، نسبت به خاک‌های شنی با بافت درشت، قادرند مقادیر بیشتری از فسفر را در خاک تثبت کنند. رس‌های نوع 1:1 (کائولینیت) دارای ظرفیت تثبیت بیشتری نسبت به رس‌های نوع 2:1 (مونت‌موری‌لونیت، ایلیت، ورمی‌کولیت) هستند. خاک‌هایی که تحت بارش زیاد و دماهای بالا قرار می‌گیرند مقادیر زیادی از رس‌های کائولینیت دارند، در نتیجه نسبت به رس‌های نوع 2:1 ظرفیت تثبیت بالاتری در مورد فسفر دارند. دمای بالا و بارندگی زیاد موجب افزایش مقدار آهن و اکسیدهای آلومینیوم در خاک می‌شود که در تثبیت فسفر موجود در این خاک‌ها شرکت می‌کنند.

زمان استفاده از کود فسفر

با افزایش زمان تماس فسفر محلول و ذرات خاک، میزان تثبیت فسفر هم افزایش می‌یابد. در نتیجه، برای افزایش تأثیر کود فسفر عموماً باید این کود را در فاصله زمانی کوتاهی قبل از کاشت محصول به خاک وارد کرد. این روش روی خاک‌هایی که ظرفیت تثبیت فسفر بالایی دارند به‌خوبی چاره‌ساز است. در دشت‌های ساحلی، کودها ممکن است چند ماه قبل از کاشت استفاده شوند،‌ در این حالت دسترسی به کود فسفر برای محصول یا کم نمی‌شود و یا تغییرات آن بسیار ناچیز است. در خاک‌هایی که ظرفیت تثبیت بالایی برای فسفر دارند، نسبت به خاک‌های کم ظرفیت، استفاده از کود فسفر در کشت‌های ردیفی موجب افزایش راندمان استفاده از کودهای فسفری می‌شود.

دما، تهویه، رطوبت و تحکیم خاک

وقتی دما خاک و میزان تهویه آن کاهش می‌یابد، جذب فسفر توسط گیاه کم می‌شود. در هوای سرد کودهای آغازین که دارای فسفر محلول در آب هستند، به احتمال زیاد بیشتر موجب افزایش رشد محصول می‌شوند. رطوبت و تحکیم مازاد خاک موجب کاهش اکسیژن خاک شده و توانایی ریشه‌های گیاه را برای جذب فسفر خاک کم می‌کنند. تحکیم میزان هوای خاک را کم کرده و فضای متخلخل در اطراف ریشه را کاهش می‌دهد. نتیجه آن می‌شود که جذب فسفر و رشد گیاه نیز با مشکل مواجه می‌گردد. همچنین خاک‌هایی ک با تحکیم مواجه هستند، میزان حجمی از خاک را که ریشه توانایی نفود در آن دارد کاهش داده و در نتیجه دسترسی ریشه به فسفر خاک کم می‌شود.

آزمون سطح فسفر خاک

واکنش گیاه به کود فسفر در خاک‌هایی که فسفر آزمایشی اندکی دارند نسبت به مقدار زیاد آن،‌ هم قوی‌تر و هم با تعداد دفعات بیشتر است. با این حال، برداشت محصول با سطوح آزمایشی بالایی از فسفر معمولاً بیشتر است. واکنش به کود فسفر در خاک‌هایی که مقدار بالایی از آن دارند در حال افزایش است. برای اطمینان از تولید محصول بهینه باید سطح فسفر موجود در خاک را بالا نگه‌داشت.