مسمومیت آمونیومی

Ammonium Toxicity

گیاهان ازت را به فرم آمونیوم +NH4 و نیترات -NO3 جذب می کنند . جذب کل نیتروژن، ترکیبی از این دو شکل است و نسبت بین این دو شکل مهم است .

گیاهان توانایی جذب چندین شکل شیمیایی نیتروژن را دارند. رایج ترین آنها عبارتند از: آمونیوم (NH4+) که دارای بار مثبت است. نیترات (NO3-) که دارای بار منفی است. و اوره ((NH2)2CO) که بار ندارد. بسیاری از مخلوط‌های کود تجاری حاوی ترکیبی از هر سه شکل نیتروژن هستند.

گیاهان ازت را به فرم آمونیوم +NH4 و نیترات -NO3 جذب می کنند . جذب کل نیتروژن، ترکیبی از این دو شکل است و نسبت بین این دو شکل مهم است .

برای جذب بهتر، هر گونه گیاهی ممکن است به نسبت متفاوتی از آمونیوم و نیترات نیاز داشته باشد. و این نسبت صحیح با دما، مرحله رشدی گیاه، PH در محیط ریشه و خواص خاک متفاوت است.

زیادی آمونیوم در خاک و یا در محیط ریشه موجب مسمومیت آمونیومی می شود.

علائم سمیت آمونیوم شامل پیچ خوردگی به سمت بالا یا پایین برگ های پایینی بسته به گونه های گیاهی است. و زرد شدن بین رگبرگهای برگهای مسن تر که می تواند منجر به مرگ سلولی شود.

نیترات:

نیترات جذب شده توسط گیاه در ریشه و شاخه قرار می گیرد . در ادامه نیترات تبدیل به نیتریت و نیتریت تبدیل به آمونیوم می شود.

این فرایند توسط آنزیم کنترل می شود.

اینکه نیترات در ریشه تبدیل شود یا در شاخه، به عوامل زیادی از جمله میزان نیترات عرضه شده به ریشه ها و نوع گونه گیاهی بستگی دارد.

وقتی نیترات محدود باشد  در ریشه سریعا تبدیل (متابولیزه) می شود.

وقتی که نیترات نسبت بالایی داشته باشد، نیترات به شاخه منتقل می شود و در آنجا متابولیزه می شود.

 نیتریت یک محصول واسطه است و بسیار واکنش پذیر و سمی می باشد. لذا به سرعت به بخش های خاصی (پلاستیدها) منتقل می شود تا از سایر فرایند های حیاتی در سلول ها جدا باشد.

پلاستید ها در تمام سلول های گیاهی از ریشه تا برگ های بالایی وجود دارد. پلاستید های در ریشه  نقش ذخیره قند را دارند. پلاستید برگ کلروپلاست می باشند. نیتریت در کلروپلاست تبدیل به آمونیوم می شود.

تبدیل نیتریت به آمونیوم در برگ فرایندی انرژی خواه است که انرژی آن توسط نور خورشید تامین می شود.

وقتی نیترات توسط ریشه جذب می شود ۸۰- ۷۰ درصد آن در برگ قرار می گیرد. سپس نیترات به محلول آمونیاک تبدیل و این محلول سریعا با قند ها ترکیب و تولید اسید آمینه می کند (گلوتامات).

آمونیوم:

آمونیوم در ریشه ابتدا به ترکیبات آلی تبدیل می شود و انرژی این فرایند از طریق کربوهیدرات تامین می شود (کربوهیدارت در برگ تولید می شود و به ریشه منتقل می شود).

سپس آمونیوم سریعا به گلوتامات (یک اسید آمینه اصلی و به عنوان منبعی برای سایر اسید های آمینه و بعنوان واحد سازنده برای پروتئین می باشد) تبدیل می شود.

سطح آمونیوم موجود در خاک و یا ریشه گیاهان (مسومییت آمونیومی) به دمای بالا و پائین خاک (محیط ریشه) بستگی دارد.

آمونیم و دمای بالا:

در دمای بالا تنفس بیشتر است، قند ها سریعتر مصرف می شوند لذا قند کمتری برای انتقال به ریشه برای متابولیسم آمونیوم موجود است . در دمای بالا حلالیت اکسیژن در آب نیز پایین می آید و اکسیژن کمتر در دسترس ریشه قرار می گیرد  . لذا  ممکن است تجمع آمونیوم را در ریشه شاهد بود.

بنابراین در دمای بالا توصیه می شود از کودهایی استفاده شود که ازت آمونیوم کمتر و ازت نیترات بالاتری دارند.

آمونیوم و دمای پائین:

در دمای پائین تر تغذیه آمونیومی انتخاب مناسب تر است چونکه اکسیژن و قند در سطح ریشه بیشتر می باشند و انتقال نیترات به برگ ها در دمای پایین محدود می شود. لذا کود دهی براساس نیترات تنها رشد گیاه را به تاخیر می اندازد (این موضوع مطلق نمی باشد و در محیط گلخانه و گیاهانی که دائم در حال رشد هستند، کاملا صدق نمی کند).

اما بایست به این نکنه نیز توجه شود در دمای پائین پاییز و زمستان، فعالیت باکتری ها نیز بعلت کاهش دما بسیار محدود می شود. بارندگی های مداوم ممکن است موجب غرقاب شدن خاک و کاهش اکسیژن خاک شود. بعلت کاهش نور و  کاهش دما، میزان فالیت فتوسنتزی نیز بسیار پائین می آید. لذا با وجود اینکه در فصول سردتر توصیه به استفاده از نسبت بالا ترازت آمونیومی می شود، در شرایط سرد و مرطوب زمستان و اوایل بهار بیشترین احتمال مسمومینت آمونیومی نیز وجود دارد.

در طول زمستان زمانی که محیط رشد به زیر ۵۵-۶۰ درجه فارنهایت (۱۳-۱۵.۵ درجه سانتیگراد) می رسد، فعالیت این باکتری ها به شدت کاهش می یابد. در نتیجه آمونیوم کمی به نیترات تبدیل می شود.

برای جلوگیری از سمیت آمونیوم توصیه می شود در شرایط خنک و مرطوب از کود هایی استفاده شود که درصد آمونیوم آن ها ۴۰ درصد یا کمتر (درصد نیترات آن ها ۶۰ درصد یا بشتر) باشد . هنگامی که هوای سرد خاکستری رخ می دهد، یک استراتژی رایج که توسط پرورش دهندگان استفاده می شود، جایگزینی متناوب کود ها با ۱۵-۰-۱۵ “Dark WeatherForumla” است. این امر ورودی اضافی آمونیوم را به طور موقت حذف می کند، اما پس از بهبود شرایط رشد به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا به فرمول طبیعی خود باز گردند.

اگر میزان آمونیوم موجود در ریشه مناسب باشد تمام آمونیوم توسط قند هایی که از طریق آوند آبکش به ریشه منتقل می شوند، مصرف می شوند. بنابراین در فصول با دمای پائین از مصرف زیاد و یا بیش از حد ازت آمونیومی برای تغذیه گیاهان به شدت بایست خودداری نمود.

درمجموع می توان گفت برای کود دهی ازته به خاک در هوای گرم نسبت  نیترات را بالاتر و در هوای سرد نسبت آمونیوم را بالاتر در نظر بگیرید.

در گیاهانی مانند گوجه فرنگی و خیار و گیاهانی که رشد برگی بالاتری دارند (کلم، کاهو و اسفناج) اگر کود ازته با سطح آمونیومی بالا استفاده شود. قند ها از برگ بایستی به ریشه منتقل شوند تا آمونیوم متابولیزه شود ولی در این گیاهان قند ها به سرعت در محل نزدیک به محل تولید خود مصرف می شوند و برای انتقال به ریشه بسیار کمتر در دسترس هستند و آمونیوم به طور ویژه متابولیزه نمی شود و تجمع آمونیوم را در محل ریشه خواهیم داشت.

لذا توصیه می شود از کود های ازته که آمونیوم کمتری دارند و نیترات بالاتری دارند استفاده شود.

گوجه فرنگی که ازت نیتراتی  دریافت کرد، حجم ریشه بالاتری داشت.

گیاهانی که حساس به آمونیوم هستند، مقدار کم آمونیوم نیز می تواند مسئله ساز باشد.

همواره ترجیح گیاهان به استفاده از نیتروژن نیتراتی است.

قند ها با دو هدف به ریشه منتقل می شوند:

1. تنفس ریشه
2. متابولیسم آمونیوم

وقتی دمای محیط بالا باشد، تنفس ریشه نیز بالاست. در نتیجه غلظت قند ریشه کم می شود و زمانی که میزان قند ریشه ناکافی باشد قند موجود برای متابولیزه نمودن آمونیوم کم می آید و آمونیوم آزاد موجود در ریشه متابولیزه نمی شود و تنفس ریشه مختل می شود و به دنبال آن ریشه می میرد.

در زمان  تنفس سلول های ریشه، قند های انتقالی مصرف می شوند (می شکنند)، اکسیژن جذب می شود، دی اکسید کربن آزاد می شود و انرژی  (ATP) تولید می شود. این ATP دوباره برای تولید قند استفاده می شود.

اگر میزان آمونیوم در ریشه بالاتر از حد معمول باشد. ریشه دچار کاهش میزان مواد قندی حاصل از فتوسنتز می شود. بخشی از قند های انتقالی نیز صرف متابولیزه نمود آمونیوم می شود و سلول های گیاه بعلت کاهش قند موجود دچار کاهش تنفس و در ادامه از بین می روند .

تعادل الکتریکی ریشه و محیط اطراف ریشه

تعادل الکتریکی در ریشه و محیط اطراف ریشه همواره حفظ می شود یعنی اگر ریشه یون مثبت جذب کرد یک یون مثبت آزاد می کند و همچنین اگر ریشه یک یون منفی جذب کرد یون منفی آزاد می کند.

اگر ریشه NH_۴+ از خاک بگیرد H⁺ به خاک اضافه می کند. افزایش H⁺ در محیط ریشه موجب می شود PH اسیدی تر شود.

اگر ریشه NO_۳^– از خاک بگیرد HCO_۳^–  آزاد می کند و افزایش  HCO_۳^– در محیط ریشه موجب می شود PH  قلیایی تر شود.

این تغییرات در محیط های بدون خاک (جایی که ریشه ها با سرعت بالایی روی PH محیط اثر می گذارند) بسیار مهم است و در محیط های خاکی به علت فعالیت میکروبی خیلی تحت تاثیر قرار نمی گیرد.

گیاهانی که ازت خود را بیشتر به فرم نیترات از خاک می گیرند PH خاک را کم کم افزایش می دهند.

اگر فرایند نیتریفیکاسیون (تبدیل آمونیوم به نیتریت) در خاک مختل شود تجمع آمونیوم در خاک داریم.

نیتریفیکاسیون نیاز به باکتری های هوازی، PH مناسب (نیتریفیکاسیون در سطوح pH اندازه گیری شده ۵.۵ به طور کامل متوقف می شود) و کمی قلیایی و اکسیژن نیاز دارد.

خاک های غرقاب با  اکسیژن کم و رسی سنگین  نیتریفیکاسیون کمی دارند و تجمع آمونیوم را شاهد خواهیم بود.

وجود آمونیوم بالا و یا استفاده زیاد از کود های آمونیومی، رقابت کاتیونی بین NH_۴⁺ با K⁺, Ca⁺, Mg_۲⁺ بوجود می آورد و جذب این کاتیون ها کاهش می یابد.

لذا استفاده دقیق از آمونیوم بویژه برای گیاهانی که به کمبود کلسیم حساسند، توصیه می شوند. بویژه زمانی که انتقال کلسیم به میوه بعلت شرایط آب و هوایی محدود شده است. فلفل دلمه و گوجه فرنگی به پوسیدگی گلگاه حساسند که ناشی از کمبود کلسیم در میوه است و توسط هوای گرم و خشک تحریک می شود. در چنین شرایطی هر کاهش در جذب کلسیم خطرناک است و این ممکن است استفاده از کود های آمونیوم باشد. لذا از کود سولفات آمونیوم کمتر استفاده شود بهتر است.

نیترات بعد از جذب وارد ریشه و یا برگ می شود در آنجا متابولیزه می شود (نیاز به انرژی نورانی دارد) و زیادی آن نیز در گیاه مسئله ای بوجود نمی آورد. گیاه نیترات بالا را به راحتی در خود ذخیره می کند. اما بایستی توجه داشت که تجمع نیترات در برگ، درست است که مسِئله ای  برای گیاه بوجود نمی آورد و گیاه زیادی آن را در برگ های خود ذخیره می کند  و بدین صورت زیادی نیترات را تحمل می کند ولی اگر برگ گیاه مصرف خوراکی داشته باشد، تجمع نیترات در برگ برای سلامتی انسان خطرناک است.

همین موضوع  و اینکه نیترات به راحتی شسته می شود و موجب آلودگی آب های سطحی و زیر سطحی می شود، موجب شده است که آمونیوم منبع مفید ازت برای تغذیه گیاهان تحت شرایط  مختلف باشد.

آمونیوم بعد از جذب وارد ریشه می شود و در ریشه متابولیزه می شود (نیاز به کربوهیدرات دارد).

آمونیوم نسبتا در خاک ثابت است و کمتر شسته می شود.

 نیتروژن آمونیومی نقش مهمی در تولید محصولات باغی دارد.

آمونیوم در زودرسی، تعداد میوه و تولید گیاهان زینتی نقش دارد.

آمونیوم رنگ برگ های دیفن باخیا را بهتر می کند.

برنج و بلوبری ازت آمونیومی را ترجیح می دهند.

گندم، خیار و گوجه فرنگی به غلظت های پائیین آمونیوم نیز حساسند. خیار بسیار حساس به سمیت آمونیوم است.

 دلایل سمیت آمونیومی

1. مهیا نبودن شرایط نیتریفیکاسیون در خاک
2. استفاده بیش از حد از کود آمونیومی

مواد آلی در خاک طی فرایند آمونیفیکاسیون به آمونیوم تبدیل می شوند. کودهای آمونیومی نیز به همین فرم به خاک اضافه می شوند . بخشی از این یون های آمونیوم مستقیم توسط ریشه گیاهان جذب می شوند . در شرایط طبیعی خاک، املاح آمونیومی به صورت ثابت باقی نمی مانند و تجمع نمی یابند بلکه با بوجود شرایط مناسب (باکتری های هوازی، اکسیژن و PH کمی قلیایی)  و طی فرایند نیتریفیکاسیون، به یون واسطه نیتریت تبدیل میشوند و در ادامه این فرایند، یون نیترات بوجود می آید (یون نیترات نیز توسط ریشه گیاهان جذب می شود).

اگر فرایند نیتریفیکاسیون (تبدیل آمونیوم به نیترات) در خاک مختل شود، تجمع آمونیوم در خاک بو جود می آید.

در خاک هایی غرقابی، رسی  و سنگین معمولا به علت اینکه  شرایط مناسب فرایند نیتریفیکاسیون به صورت مناسب وجود ندارد بسته به شرایط خاک ممکن است تجمع آمونیوم در خاک محیط ریشه بوجود بیاید.

میزان آمونیوم بالا در خاک به دو طریق به ریشه صدمه می زند و ممکن است نشانه های هر دو خسارت به صورت توام مشاهده شود.

آمونیوم بالا در محیط خاک:

 با وجود مناسب بود شرایط تهویه خاک، عامل باکتری و PH  خاک، میزان مناسب ازت آمونیومی در دمای بالای خاک به نیترات تبدیل می شود و جای نگرانی نیست (اگر شرایط بالا مهیا نباشد برای میزان مناسب هم جای نگرانی است). ولی اگر حجم بالایی ازت آمونیومی استفاده شود میزان آمونیوم در خاک و محیط اطراف ریشه افزایش می یابد. همانطور که در بالا توضیح داده شد میزان بالای آمونیوم در خاک و پایین بودن ازت نیتراتی، رقابت کاتیونی بین یون آمونیوم با  کلسیم، پتاسیم و منیزیم ایجاد می کند.

 گیاه نیاز به ازت دارد برای دروازه های ورود یا کانال های ورود آنیونی در ریشه هیچ نیتراتی وجود ندارد  یا بسیار اندک است که ازت گیاه را تامین کند، گیاه از طریق دروازه های ورود کاتیونی به دنبال ازت آمونیومی می رود.  در مسیر جذب کاتیونی، کاتیون های پتاسیم، منیزیم و کلسیم و… نیز قصد جذب از طریق ریشه را دارند چونکه اولویت گیاه جذب ازت است کاتیون های دیگر در رقابت برای جذب با آمونیوم باز می مانند. در نتیجه ریشه گیاه آمونیوم را جذب  می کند و جذب کاتیون های دیگر متوقف می شود. در این شرایط گیاه با قرار داشتن در خاکی با عناصر کافی، کمبود عناصر فوق را در بخش هوایی خود نشان می دهد. بدین صورت آمونیوم بالا در محیط ریشه موجب کاهش جذب عناصر دیگر بویژه کاتیون ها می شود. در این حالت مسمومیت آمونیومی اتفاق می افتد و رشد گیاه مختل می شود.

آمونیوم بالا در داخل ریشه:

زمانی که آمونیوم در محیط ریشه بالا باشد، بالطبع ریشه گیاه میزان بالاتری از آمونیوم را نیز جذب می کند.

آمونیوم بالا در داخل سلول های ریشه موجب آسیب به سلول ها می شود.

1. گیاهان دچار سمیت آمونیومی محیط ریشه آن ها اسیدی است و تعداد زیادی یون H+ از ریشه آن ها خارج می شود (تعادل بار).

با کاهش شدیدتر PH درمحیط ریشه، جذب خیلی از عناصر ریز مغذی همانند روی و منگنز (که در محیط های خنثی  جذب می شوند) متوقف می شود یا بسیار کند می شود و گیاه علایم کمبود این عناصر را نشان می دهد.

بدین صورت جذب بالای آمونیوم در خاک های خنثی و کمی اسیدی، با کاهش PH در محیط ریشه مانع جذب  عناصر روی و منگنر می شود. با استفاده از  نیترات، گیاهان H⁺ را با انتقال همزمان با نیترات در غشای پلاسمایی سلول‌های ریشه جذب می‌کنند و در نتیجه pH بالاتری در آپوپلاست ریشه و ریزوسفر ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، هنگامی که NO_۳– جذب می شود،  OH^–  آزاد می شود که همچنین pH خاک را در ریزوسفر افزایش می دهد و جذب سایر عناصر ریز مغذی بهبود میابد.

• اگر میزان آمونیوم در سول های ریشه ریشه بالاتر از حد معمول باشد. ریشه دچار کاهش میزان مواد قندی حاصل از فتوسنتز می شود. بخشی از قند های انتقالی نیز صرف متابولیزه نمود آمونیوم می شود و سلول های گیاه بعلت کاهش قند موجود دچار کاهش تنفس و در ادامه از بین می روند .
• سمیت آمونیوم به ریشه های گیاه و بافت های رسانای آب ( آوند چوبی ) آسیب می رساند. از آنجایی که آوند چوبی فرو می ریزد و ریشه ها آسیب می بینند، جذب آب محدود می شود و پژمردگی و کوتاهی رشد رخ می دهد.

اوره:

یکی از منابع مهم نیتروژن مورد نیاز گیاه کود اوره می باشد.

اوره در محیط خاکی سریعا به آمونیوم تبدیل می شود و سپس آمونیوم به وجود آمده طی فرایند نیتریفیکاسیون (در حظور باکتری، PH مناسب، دما و رطوبت مناسب  تبدیل به نیترات می شود.

در منابعی آمده است اوره در خاک طی ۸-۱ روز به فرم آمونیوم تبدیل می شود و آمونیوم طی ۴-۱ هفته به فرم نیترات تبدیل می شود.

 در صورت مهیا نبودن شرایط فوق آمونیوم به همان صوت خود باقی می ماند و در محیط ریشه تجمع می یابد.

آمونیوم توسط ناقلین آمونیوم و نیترات توسط ناقلین نیترات جذب می شوند.

نیترات پس از جذب از طریق آوند چوبی وارد سلول های برگ می شود و در سیتوسول تبدیل به نیتریت می شود.

سرعت جذب ملکول های نیترات بیشتر از آمونیوم است.

در خاک هایی مواد آلی کمی دارند، از نظر باکتری های مفید فقیرند، و بافت رسی سنگین دارند در ابتدا فصل کاشت که دمای زمین کم است ولی گیاه به نیتروژن نیاز دارد (نیتریفیکاسیون به خوبی انجام نمی شود) از کود های آمونیومی خیلی استفاده نشود در این زمان کود های نیتراتی  عملکرد بهتری از طریق ریشه و محلول پاشی  از خود نشان می دهند.

استفاده از نیتروژن مخلوط آمونیومی و نیتراتی و افزایش پتاسیم می تواند درجه سمیت آمونیوم را کاهش دهد.

پدیده مسمومیت آمونیومی بسیار رایج است و در گونه های مختلف با سنین مختلف، متفاوت است.

در گیاهان جوان علائم مسمومیت روی برگ های جدید و جوان مشاهده می شود.

در گیاهان بالغ علائم مسمومیت آمونیومی روی برگ های پیر و پائینی مشاهده می شود.

گیاهان گوجه فرنگی، سیب زمینی، جو، نخود فرنگی، کرچک، خردل، چغندر، توت فرنگی و مرکبات به سمیت آمونیوم حساسند.

پیاز و برنج به سمیت آمونیوم مقاومند.

مقاومت به سمیت آمونیوم بسته به گونه گیاهی و دوره رشد آن گیاه متفاوت است.

افزایش PH، بهینه سازی نور، افزایش عناصر غذایی بویژه کاتیون ها، افزایش غلظت پتاسیم و استفاده از مخلوط نیتروژن نیتراتی و آمونیومی در کاهش و کنترل سمیت آمونیوم بسیار موثر است.

اگر سمیت آمونیوم رخ داده است، اقدامات اصلاحی عبارتند از: قطع مصرف کود فعلی، محیط رشد را شسته، یک کود مبتنی بر نیترات اضافه کنید و دما را افزایش دهید.

در شرایط سمیت شدید آمونیوم یک روش موثر کاهش، شستشو با گچ است. روی هر کدام ۱ قاشق غذاخوری گچ (سولفات کلسیم) را بپوشانید گلدان ۶ اینچی را با آب زلال آب دهید. دو ساعت بعد ۵۰ قسمت در میلیون نیترات کلسیم را مصرف کنید. آمونیوم با سولفات گچ پیوند می زند و بسیار محلول می شود و به آن اجازه می دهد به راحتی از محیط خارج شود.

نوع نیتروژن مورد استفاده می تواند بر تن یا پوشش گیاهان تأثیر بگذارد. کودهای مبتنی بر آمونیوم / اوره تمایل به ایجاد رشد شاداب یا نرم دارند که منجر به برگ‌های بزرگ‌تر و گیاهان سبز تیره‌تر می‌شود. هنگامی که این گیاهان مستقیماً به عنوان گیاهان پاسیو یا سبدهای آویزان به مصرف کنندگان فروخته می شوند، رشد سرسبز و رنگ سبز تیره ناشی از آمونیوم-نیتروژن ممکن است مطلوب باشد. گیاهان همچنین باید فشارهای ناشی از حمل و نقل و محیط خرده فروشی را تحمل کنند.

پرورش دهندگان گیاهچه یا نهال معمولا از کود های نیترات برای تغذیه گیاهچه ها استفاده می کنند این موضوع موجب ایجاد گیاهچه های قوی می شود. اما استفاده مداوم از کودهای نیترات موجب افزایش تدریجی PH در محیط ریشه می شود و در نتیجه کمبود مواد غذایی را به دنبال خواهد داشت. خزانه داران با اضافه کردن اسید های مختلف در بخش کشاورزی، بالا رفتن اسیدیته را کنترل می کنند.

در مواردی نیز از کودهای ازته ای استفاده می کنند که میزان آمونیوم آن ها کم (کمتر از ۵ درصد) باشد این ترکیب زمانی استفاده می شود که مقدار کمی اسیدیته و جذب کمی فسفر، برای شاخه های قوی مورد نیاز است.