Bitki & beslenmesi
On yedi element veya besin bitki büyümesi ve üremesi için gereklidir. Bunlar karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N), fosfor (P), potasyum (K), kükürt (S), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg), demir (Fe) ), bor (B), manganez (Mn), bakır (Cu), çinko (Zn), molibden (Mo), nikel (Ni) ve klor (Cl). Bitkilerin yaşam döngülerini tamamlamaları için gerekli besin maddeleri temel besin maddeleri olarak kabul edilir. Bitkilerin büyümesini artıran ancak bitkinin yaşam döngüsünü tamamlamak için gerekli olmayan besinler gerekli değildir. Sağlanan karbon dioksit ve su ve nitrojen ile birlikte karbon, oksijen ve hidrojen hariç, birlikte azot bağlanması, besin toprağın mineral bileşeni başlangıçta elde. Minimum Kanunu, bir besin maddesinin mevcut bir şekilde toprak çözeltisinde yeterli oranda olmadığı zaman, o zaman diğer besin bitki tarafından optimum hızda toplandı edilemez ifade eder. Toprak çözeltisinin belirli bir besin oranı bu nedenle bitki büyümesini optimize etmek için zorunludur, bu değer bitki bileşiminden hesaplanan besin oranlarından farklı olabilir.
Besin maddelerinin bitki alımı ancak bitki tarafından temin edilebilir bir formda bulunduklarında ilerleyebilir. Çoğu durumda, besinler toprak suyundan (veya birlikte) iyonik formda emilir. Mineraller, en besin kaynağı ve birinci ve ikinci mineral olan kristalin formda tutulur toprakta besin değeri en elemanların toplu olmasına rağmen, hava hızlı bitki büyümesini desteklemek için çok yavaş yavaş eklenmiştir. Örneğin, ince öğütülmüş mineraller, feldispat ve apatitin toprağa uygulanması, besinlerin çoğu bu minerallerin kristallerinde bağlı kaldığı için nadiren iyi bitki büyümesi için yeterli bir miktarda gerekli miktarda potasyum ve fosfor sağlar.
Kil kolloidlerin ve toprak organik maddesinin yüzeylerine adsorbe edilen besinler , birçok bitki besini (örneğin K, Ca, Mg, P, Zn) için daha erişilebilir bir rezervuar sağlar. Bitkiler besinleri toprak suyundan emdikçe, çözünür havuz yüzeye bağlı havuzdan yenilenir. Toprak organik maddesinin mikroorganizmalar tarafından ayrışması, çözünebilir besin havuzunun yeniden doldurulduğu başka bir mekanizmadır - bu, bitkiden elde edilebilen N, S, P ve B'nin topraktan sağlanması için önemlidir. Gram için gram, humusun besinleri ve suyu tutma kapasitesi kil minerallerinden çok daha fazladır, çoğu organik madde üzerindeki yüklü karboksilik gruplarından kaynaklanan toprak katyon değişim kapasitesidir. Bununla birlikte, humusun suya batırıldıktan sonra suyu tutma kapasitesinin yüksek olmasına rağmen, yüksek hidrofobikliği ıslatılabilirliğini azaltır. Sonuçta, humus az miktarda belirgin bitki büyümesini teşvik etmek için toprağın kapasitesini arttırabilir.
Bitki besin maddeleri, kimyasal sembolleri ve toprakta yaygın olan ve bitki alımına uygun iyonik formlar
İyon veya molekül
CO 2 (çoğunlukla yapraklar yoluyla)
H + , HOH (su)
O 2- , OH - , CO 3 2- SO, 4 2- , CO 2
H 2 PO 4 - , HPO 4 2− (fosfatlar)
NH 4 + , NO 3 - (amonyum nitrat)
Fe 2+ , Fe 3+ (demirli, ferrik)
H 3 BO 3 , H 2 BO 3 - , B (OH) 4 -
MoO 4 2− (molibdat)
Cl - (klorür)
Alım süreçleri Topraktaki besinler bitki tarafından kökleri ve özellikle kök kılları tarafından alınır. Bir bitki tarafından alınmak için, kök yüzeyin yakınında bir besin elementi bulunmalıdır; bununla birlikte, kök ile temas halinde olan besin maddelerinin temini ca. 2 mm. toprak çözeltisinde çözülen besi maddesi iyonlarını, bitki kökleri ile temas haline getirilir ve böylece üç temel mekanizma vardır:
Suyun kütle akışı Su içinde difüzyon Kök büyümesi ile müdahale Her üç mekanizma aynı anda çalışır, ancak belirli bir besin için bir mekanizma veya diğeri en önemli olabilir. Örneğin, toprak çözeltisinde genellikle bol kalsiyum durumunda hariç zaman rekabet eder kalsiyum üzerinde bulunan alüminyum katyon değiştirme çok asit topraklarda siteleri (pH 4'ten az), tek başına kütle akışı genellikle kök yüzeyine yeterli miktarda miktar getirebilir. Bununla birlikte, fosfor durumunda, kütle akışını desteklemek için difüzyon gereklidir. Çoğunlukla, besin iyonları kök yüzeyine ulaşmak için toprak çözeltisinde biraz mesafe kat etmelidir. Bu hareket, çözünmüş besinler aktif olarak suyu topraktan çeken bir köke doğru akan toprak suyu ile birlikte taşınırken, kütle akışı ile gerçekleşebilir. Bu tür hareketlerde, besin iyonları bir akıntıdan aşağıya doğru yüzen yapraklara benzer. Ek olarak, besin iyonları sürekli olarak daha büyük konsantrasyon alanlarından kök yüzeyi etrafındaki düşük konsantrasyonlu besin tükenmiş alanlara doğru difüzyonla hareket eder. Bu süreç Brownian hareketi olarak da adlandırılan rastgele hareketten kaynaklanıyor, azalan konsantrasyonun gradyanı içindeki moleküllerin. Olarak su sadece yavaşça kökleri içine emilir bu yoluyla bitkiler, gece bile besinleri almaya devam edebilir terleme neredeyse aşağıdaki durdurdu stoma kapanması. Son olarak, kökler sürekli olarak yeni, bitmemiş toprağa dönüştükçe kök müdahalesi devreye girer. Bu yolla kökler, nanopartikülat organik madde gibi nano malzemeleri de emebilir.
Topraktaki mısır bitki köklerine bitki besinlerini sağlama mekanizmaları olarak kütle akışı, difüzyon ve kök kesilmesinin tahmini göreceli önemi
Yaklaşık olarak sağlanan yüzde:
Yukarıdaki tabloda, fosfor ve potasyum besinleri, toprak suyu çözeltisindeki kütle akışı ile olduğundan daha fazla difüzyonla hareket ederler, çünkü köklerin yakınında neredeyse sıfır konsantrasyon oluşturan kökler tarafından hızla alınırlar (bitkiler yeterince su geçiremezler) köklerin yakınında bulunan bu besinlerden daha fazlasını çekmek için). Çok dik konsantrasyon gradyanı, bu iyonların hareketinde, kütlelerin akışla hareketinden daha büyük bir etkiye sahiptir. kütle akışı ile hareket su ve çözelti iyonları kökleri doğru hareket etmesine neden bitkiden su terlemeyi gerektirir. Bitkiler köklerini uzatması gerektiğinden, kök müdahalesiyle hareket en yavaştır. Bitkiler, kök apoplastında meydana gelen bir değişim süreci olan besinleri topraktan taşımak için iyonları köklerinden uzaklaştırır. Hidrojen H + diğer katyonlar ile değiştirilir, ve karbonat (HCO 3 - ) ve hidroksit (OH - ) anyonlar besin anyonlar için değiştirilir. toprağın su çözeltisinden de bitki kökleri kaldırma besin maddeleri, diğer iyonlar ile (kil ve humus devre dışı hareket olarak doldurulan iyon değişimi ya da desorpsiyon ) olarak eklenir, hava koşullarına, toprak mineralleri ve salgılamaktadır ayrışması organik maddelerden toprak. Bununla birlikte, bitki köklerinin besin maddelerini çıkarma hızı, bitki büyümesinde besin sınırlamasından kaynaklanan toprak çözeltisinde yeniden doldurulma hızıyla baş edemeyebilir. bitkiler tipik olarak toprağın nitrojen yaklaşık 95 oranında, toprak fosfor 5 ile yüzde 60 arasındaki ve toprak kükürt yaklaşık 80 yüzde tutan organik madde, dekompoze kendi anyon besin büyük bir kısmını elde. Ekinlerin üretildiği yerlerde, topraktaki besinlerin ikmali genellikle gübre veya organik madde ilavesiyle arttırılmalıdır. Besin alımı aktif bir metabolik süreç olduğundan, kök metabolizmasını engelleyen koşullar da besin alımını engelleyebilir. gibi durumların örnekleri arasında su basması veya toprak sıkıştırma zayıf sonuçlanan toprak havalandırma aşırı derecede yüksek veya düşük toprak sıcaklığı, ve toprak üzerinde yaşayan koşulları bitki köklerine şekerlerin düşük translokasyonu sonucu.
Karbon Bir SRS2000 sistemi kullanarak tarlada toprak solunumunun ölçülmesi. Bitkiler karbonlarını atmosferik karbondioksitten fotosentetik karboksilasyon yoluyla elde ederler, buna toprak çözeltisinden çözünmüş karbon alımı ve mikorizal ağlardan karbon transferi eklenmelidir. bir bitkinin kuru kütlesinin 45 yaklaşık % karbondur; bitki tortuları tipik olarak 13: 1 ila 100: 1 arasında bir karbon: azot oranına (C / N) sahiptir. Toprak organik maddesi mikroorganizmalar ve saprofago toprak faunası tarafından sindirildikçe, karbonlu malzeme metabolize ve karbondioksit (CO 2) C / N azalır) daha sonra topraktan ve atmosfere doğru yol alan bir yan ürün olarak salınır. Azot devri (çoğunlukla protein devirine dahil ), yaşayan karbondaki karbondan (çoğunlukla solunumla ilgilidir ), daha sonra her zaman azot bakımından bitki çöpünden daha zengin olan ayrıştırıcıların ölü maddesidir ve böylece toprakta birikir. normal CO 2 atmosferinde konsantrasyonu % 0.03 bu bitki büyüme sınırlayıcı bir faktör olabilir vardır. Büyüme mevsiminde yüksek ışık koşullarında hareketsiz bir günde mısır tarlasında, CO 2konsantrasyon çok düşük düşer, ancak bu koşullar altında mahsul normal konsantrasyonun 20 katına kadar kullanabilir. CO solunum 2 toprak organik madde ve CO dekompoze toprak mikroorganizmalar tarafından 2 kökleri tarafından teneffüs CO önemli bir miktarda katkı 2 için fotosentez CO ilave gereken bitkiler, 2 üstü bitki dokuları tarafından teneffüs. CO Kök teneffüs 2 içi boş bitkilerin sapları içinde daha fazla gün boyunca fotosentez için kullanılacak gece boyunca birikmiş olabilir. Toprakta, CO 2Konsantrasyon atmosferik seviyelerin 10 ila 100 katıdır, ancak toprak gözenekliliği düşükse veya su baskını nedeniyle difüzyon engellenirse toksik seviyelere yükselebilir.
Azot Toprak azotunun toprak sırasına göre genelleştirilmesi Azot fosfor nemli tropik ormanların dışında topraktan bitki ile elde edilen en önemli unsuru, sınırlayıcı toprak besin, ve azot eksikliği çoğu zaman bitki büyümesini sınırlar. Bitkiler ya olarak azot kullanabilir amonyum katyonu (NH 4 + ) ya da anyon nitrat (NO 3 - ). Bitkiler genellikle tercih edilen azot beslemelerine göre amonyum veya nitrat bitkileri olarak sınıflandırılır. Genellikle, toprakta azot toprakta organik madde oluşturan organik bileşikler ile çevrelenmiştir ve gereken mineralize çoğu bitki tarafından alınmadan önce amonyum veya nitrat formuna. Bununla birlikte, mikorhizal mantarlarla simbiyoz, bitkilerin, azotun mineral formlarının yetersiz olduğu ve ne zaman mevcut olduğu organik azot havuzuna erişmesini sağlar. toplam nitrojen içeriği büyük ölçüde da doku, iklim, vejetasyon, topografya, yaş ve toprak yönetiminde bağlıdır toprak organik madde içeriğine bağlıdır. Toprak nitrojen, tipik olarak 10 C sıcaklık artışı için 0.2 ila 0.3% oranında azalır. Genellikle, otlak topraklarında orman toprağından daha fazla toprak azotu vardır, çünkü otlak organik madde devir hızı daha yüksektir. Yetiştirme mikroorganizmalar tarafından bozunmaya karşı toprak organik madde maruz bırakılması ile toprak azot azaltır, en kayıp neden olan denitrifikasyon , ziraat no-sürülmüş kirlerin daha fazla kir azot muhafaza altında topraklar. Bazı mikroorganizmalar, organik maddeyi metabolize edebilir ve mineralizasyon adı verilen bir süreçte amonyumu serbest bırakabilir. Nitrifierler olarak adlandırılan diğerleri, nitrifikasyon işleminde bir ara adım olarak serbest amonyum veya nitrit alır ve nitrata okside eder . Azot bağlayıcı bakteriler N metabolize edebilen 2 şeklinde içine amonyak adı verilen bir işlem veya ilgili azotlu bileşikler azot bağlanması . Hem amonyum hem de nitrat hareketsiz hale getirilebiliramino asitler ve proteinler şeklinde geçici olarak sekestre edildiği mikrobiyal canlı hücrelere dahil edilmeleri ile . Nitrat bakteri gazlara NH bunu metabolize topraktan atmosfere kaybolabilir 3 , N 2 ve N 2 , O, adı verilen bir işlem denitrifikasyon . Azot da olabilir süzülür gelen Vadoz bölge nitrat formunda ise bir şekilde hareket ederek, kirletici ulaştığı takdirde su tablasının ya da toprak üzerinden akmaktadır daha özellikle besin gübre yüksek kullanım koşullarında tarımsal topraklarda. Amonyum ayrıca 2: 1 kil minerallerinde sekestre edilebilir. azot küçük bir miktarı, toprağın eklenir yağış aşırı kullanımı Kuzey Amerika ve Batı Avrupa geniş alanların istisna, azotlu gübre ve gübre neden olan atmosferik kirlilik dallanma, amonyak emisyonla toprak asidifikasyon ve Ötrofikasyona topraklar ve su ekosistemleri . Kazançlar Sürecinde mineralizasyon , mikrop amonyak (NH serbest, organik madde besleme 3 ), amonyum (NH 4 + ), nitrat (NO 3 - ve diğer besinler). Topraktaki taze kalıntıların karbon / azot oranı (C / N) 30: 1'in üzerinde olduğu sürece, azot azot bakımından zengin mikrobal biyokütle ( azot eksikliği ) için az miktarda olacak ve diğer bakteriler amonyum alacak ve daha az bir ölçüde nitratı ve immobilizasyon işleminde hücrelerine dahil edin . azot formundan söylenmektedir immobilize . Daha sonra, bu tür bakteriler öldüğünde, onlar da mineralleşirve azotun bir kısmı amonyum ve nitrat olarak salınır. Bakterilerin toprak faunası, özellikle protozoa ve nematodlar tarafından önlenmesi, hareketsizleştirilmiş azotun mineral formlarına dönüşünde belirleyici bir rol oynar. taze kalıntıların C / N, en az 15, mineral azot toprağa serbest ve bitkilere direkt olarak mevcut değilse. Bakteriler olabilir ortalama ekleme 25 pound akre başına (11 kg), azot ve bir döllenmemiş alanına bu kullanılabilir azot en önemli kaynağı ile. % 5 organik madde içeren bir toprakta, bunun% 2 ila 5'i böyle bir ayrışma ile toprağa salınır. Sıcak, nemli, iyi havalandırılmış topraklarda en hızlı oluşur. Genel olarak% 4 organik madde olan bir toprağın organik maddesinin% 3'ünün mineralizasyonu, dönüm başına amonyum olarak 120 kilo (54 kg) azot salar.
Çeşitli Organik Maddelerin Karbon / Azot Oranı
C: N Oranı
Yonca, yeşil tatlı
Yonca Olgun tatlı
Sıcak ekili topraklarda humus
Baklagil otu saman
Baklagiller (yonca veya yonca), olgun
Saman, mısır sapları
İçinde azot bağlanması , Rhizobium bakteri, N dönüştürmek 2 amonyak (NH'den 3 hızla dönüştürülür), amino asitler , diğer parça taşınır ise, kendi biyokütle proteinlerinin sentezi için Rhizobia'da tarafından kullanılan kısımları, ksilem arasında ev sahibi bitki. Rhizobia paylaştığını simbiyotik ilişki azot tutucu bakteriler azotla ana kaynağı ve ana diğer besin ve güvenli bir çevre ile Rhizobia sağladığından, ev sahibi bitkilerle. Tür simbiyotik bakteriler tahmin edilmektedir kökü nodüller arasında baklagillerekin için yeterli olabilecek dönüm başına 45 ila 250 kilo azot ekleyin. Diğer, serbest yaşayan azotu sabitleyen diazotrop bakteri ve arkası toprakta bağımsız olarak yaşar ve ölü bedenleri mineralizasyon yoluyla dönüştürüldüğünde mineral azot formlarını serbest bırakır . Bir miktar kullanılabilir azot, yıldırımla nitrik oksit (NO) ve azot dioksit (NO 2 - ) olarak sabitlenir. Nitrojen dioksit su içinde oluşturmak üzere çözünür olan nitrik asit (HNO 3 H olarak ayrışan) + ve NO 3 - . Amonyak, NH 3 daha önce toprak yayılan, beş yılda akr başına azot pound kadar bir oranda nitrik asit gibi çökeltme ile düşebilir. Tasfiye Bakteriler çözünür azot formları (amonyum ve nitrat) ile beslendiğinde, hareketsizleştirme adı verilen bir süreçte vücutlarındaki azotu geçici olarak dizilerler. Bu bakterilerin öldüğü daha sonraki bir zamanda, azotları yırtıcı fauna ile hızlandırılan mineralizasyon işlemiyle amonyum olarak salınabilir. Protein materyali kolayca parçalanır, ancak ayrışma hızı kilin kristal yapısına tutturulması ve kil tabakaları arasına sıkışması veya kaba kil yüzeylerine tutturulmasıyla yavaşlar. Tabakalar bakteri giremeyeceği kadar küçük olan. bazı organizmalar sekestre proteinler üzerinde hareket edebilir hücre dışı enzimler yayabilirler. Bununla birlikte, bu enzimler de kil kristalleri üzerinde hapsedilebilir, bu da proteinler, mikrobiyal enzimler ve mineral yüzeyler arasında karmaşık bir etkileşime yol açar. Amonyum fiksasyonu esas olarak illit, vermikülit veya montmorillonit gibi 2: 1 tipi kil minerallerinin katmanları arasında, benzer iyonik yarıçaplı iyonlar ve potasyum gibi düşük hidrasyon enerjisi ile birlikte oluşur, ancak silt fraksiyonunda az miktarda amonyum da sabitlenir. toprak azot sadece küçük bir kısmı, bu şekilde tutulur. Kayıplar Bu formunda olduğu zaman Kullanılabilir azot topraklardan kaybolabilir nitrat kolayca gibi, süzülür, aykırı amonyum kolayca tespit edilir. nitrojen daha kayıpları tarafından meydana denitrifikasyon toprak bakterileri dönüştürmek, böylece, nitrat (NO işlemi 3 - , N azot gazına) 2 ya da N 2 zayıf olduğunda O oluşur toprak havalandırma serbest oksijen sınırlar oksijen kullanımı bakteri zorlayarak solunum süreci için nitrat içinde. Organik tarımda olduğu gibi oksitlenebilir organik madde mevcut olduğunda denitrifikasyon artar ve topraklar ılık ve hafif asidik olduğunda, şu anda tropikal bölgelerde olduğu gibi. havalandırma yerden bir yere değişir Denitrifikasyon bir kir boyunca değişebilir. Denitrifikasyon bir gün içinde 10 mevcut nitrat yüzde 20 kaybına neden olabilir ve koşullar, bu işlem uygun olduğunda, nitrat yüzde 60 kadar kayıpları oluşabilir gübre olarak uygulandı. Amonyak buharlaşma bir alkalin toprak ile kimyasal olarak tepkimeye girer amonyum, NH dönüştürme oluşur 4 + nh 3 . gibi bir alana amonyum gübre uygulaması 30 gibi çok yüzde buharlaşma kayıplara neden olabilir. Yapışma ya da uçucu hale azot kayıpları, her türlü olup, büyük bir kısmından sorumludur aquifer kirlilik ve hava kirliliği ile birlikte etkisi ile, toprak asidifikasyon ve ötrofikasyon, çevresel tehditlere yeni bir kombinasyonu (asidite ve aşırı azot), mevcut organizmaların kötü bir şekilde adapte edildiği, doğal ekosistemlerde ciddi biyolojik çeşitlilik kayıplarına neden olur.