کاربرد کودهای زیستی تثبیت کننده نیتروژن در کشاورزی
کاربرد کودهای زیستی حاوی ریزجانداران آزادزی تثبیت کننده نیتروژن در کشاورزی
نیتروژن یکی از عناصر پرنیاز و مهم برای رشد گیاهان است. با وجود اینکه بیش از ۷۸ درصد ترکیب گازی جو زمین را نیتروژن مولکولی تشکیل می دهد، اما این عنصر به شکل مولکولی برای گیاهان قابل جذب نبوده و بنابراین نیتروژن همچنان مهمترین عامل محدود کننده تولید محصول در جهان است .مصرف کودهای شیمیایی نیتروژنی یکی از راههای معمول برطرف کننده این محدودیت می باشد که از یک سو مهمترین نهاده کشاورزی مؤثر در افزایش تولید بوده و از سویی دیگر از پتانسیل آلوده سازی بالایی برخوردار است. مصرف بی رویه و غیر اصولی کودهای شیمیایی نیتروژنی باعث آلودگی نیتراتی آبهای سطحی و زیر زمینی و در نهایت موجب مسمومیت انسان، دام و آبزیان می شوند.
همچنین مشکل افزایش نیترات زدایی (دی نیتریفیکاسیون) و در نتیجه تولید بیشتر گازهای اکسید نیتروژنی و تخریب لایه حیاتی اوزن را به همراه دارند. ظهور این قبیل مسائل مخرب و بسیاری مسائل دیگر ضرورت تجدیدنظر در روش های افزایش تولید محصولات و لزوم فراهم سازی شرایط برای استفاده بیشتر از فرآیندهای مفید طبیعی مانند تثبیت زیستی نیتروژن بجای کودهای شیمیایی نیتروژنی را ایجاب می کند.
مونوآمونیوم فسفات محصولی حاوی ۱۲% آمونیوم سریع الجذب
همانطور که اشاره شد N۲ برای گیاهان قابل استفاده نیست زیرا برای شکستن پیوند سه گانه انرژی فوق العاده زیادی لازم است. در صنعت برای استفاده از مولکول نیتروژن و تهیه آمونیاک معروفترین روش، هابر-بوش می باشد. بر اساس این رابطه با ایجاد درجه حرارتی معادل ۴۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد و فشاری بیش از ۲۰۰ اتمسفر، مولکول نیتروژن شکسته شده و از طریق پیوند با هیدروژن، مولکول آمونیاک تولید می گردد.
تثبیت بیولوژیک نیتروژن در انحصار انواع خاصی از موجودات پروکاریوت می باشد که توانائی تولید آنزیم نیتروژناز را دارند. نیتروژناز نقش یک کاتالیزور در احیای N۲ به NH۳ را بر عهده دارد و در دما وفشار معمولی عمل تثبیت نیتروژن را انجام می دهد. آمونیوم حاصل، در مراحل بعدی به شکل اسیدهای آمینه و سایر ترکیبات نیتروژنی مورد نیاز سلول در می آید و یا در مورد دیازوتروف های تغذیه کنندگان از نیتروژن همزیست، در اختیار گیاه میزبان قرار می گیرد. به این ترتیب به یاری دی ازوتروف ها این عنصر حیات بخش بطور مداوم به درون سیستم خاک تزریق می شود و ادامه زندگی را برای سایر موجودات امکان پذیر می سازد.
اوره فسفات محصولی حاوی ۱۷% نیتروژن به فرم اوره
. فرآیند تثبیت بیولوژیک نیتروژن، نیز فرآیندی است که همواره با مصرف مقداری زیادی انرژی می باشد، لیکن عمل شکستن پیوند سه گانه در مولکول نیتروژن و احیاء بعدی آن در درجه حرارت و فشار معمولی صورت می گیرد. ریزجانداران به منظور انجام فرآیند تثبیت نیتروژن مولکولی به آنزیم نیتروژناز، ماده انتقال دهنده الکترون، ماده دهنده الکترون و انرژی به صورت ATP نیازمند می باشند.
شکل 2 - تثبیت آنزیمی نیتروژن در ریزجانداران تثبیت کننده نیتروژن
پدیده دی ازوتروفی یا توان تغذیه از نیتروژن به عنوان تنها منبع نیتروژنی، عمل استثنایی و انحصاری گروه خاصی از باکتریهای خاکزی است که باعث تعادل نیتروژنی در همه اکوسیستم های طبیعی می شوند. به جز در مواردی که انسان قادر شود که ژنهای مسئول عمل تثبیت نیتروژن مولکولی را به موجودات یوکاریوت انتقال دهد با اطمینان میتوان گفت که هیچ کدام از موجودات تثبیت کننده نیتروژن به طور طبیعی یوکاریوت نمیباشند. ریزجاندارانی که توانائی تثبیت نیتروژن را دارند شامل انواع باکتریها، اکتینومیستها و جلبکهای سبز و آبی می باشند که به صورت همزیست و غیر همزیست توانایی ثبیت نیتروژن را دارا هستند. برای سادگی عمل تمامی موجودات دی ازوتروف را باکتری مینامیم به جز در یک مورد که پیشوند سیانو بکار برده می شود و سیانوباکتری نامیده می شود.
تنوعی کامل از انواع کودهای NPK
انواع روشهای تثبیت نیتروژن با توجه به وابستگی به گیاه
دی ازوتروف ها براساس وابستگی به گیاهان به منظور تأمین کربن و انرژی برای تثبیت نیتروژن به سه گروه: آزادزی، همیار و همزیست تقسیم بندی میشوند.
۱.باکتریهای تثبیت کننده همزیست که در ارتباط نزدیکی با گیاه هستند و با تولید اندام زیستی مشترک با گیاه قادر به تثبیت N۲ می باشند.
۲.باکتری های تثبیت کننده همیار که تماس فیزیکی ساده با گیاه برقرار نموده ولی اندام زیستی مشترک و قابل مشاهده با گیاه تشکیل نمی دهند.
- باکتریهای تثبیت کننده آزادزی که بدون نیاز به حمایت گیاه قادر به تثبیت نیتروژن می باشند . این موجودات کربن و انرژی لازم برای انجام فرآیند تثبیت نیتروژن را به طور مستقل یعنی بدون همکاری یک گیاه میزبان و اکثراً با روش هتروتروفی یعنی استفاده از مواد کربنی ساده موجود در خاک و یا فتوتروفی و از طریق انجام فتوسنتز فراهم می کنند. این مقاله به طور اجمال مروری بر جایگاه تثبیت کنندگان آزادزی نیتروژن دارد.