الكبريت ودورة في النبات

وظيفته

تكونت أهمية الكبريت مع تجارب زراعة النباتات المائية في الستينات (ساكس وكنوب). الكبريت هو واحد من مكونات حمضين أمينيين سيستيين والميثيونين ( Cysteine) (Methionine ( الضروريين لتركيب البروتين. بالإضافة إلى هذا الدور يعتبر الكبريت مهما في التركيب الأولي للبروتينات وهمومهم في الروابط التي تشكل وتحافظ على سلامة تركيبة الأنزيمات وغيرها من البروتينات. وهو واحد من مكونات العديد من الفيتامينات والعديد من العوامل المصاحبة للتفاعلات الأنزيمية للنباتات (تيامين، بيوتين، لبوييك، والأنزيم المساعد  A...). الكبريت هو جزء من العديد من المركبات التي تعطي النكهات والروائح الخاصة للخردل (بما فيه الملفوف، والبروكلي، وغيرها والثوم والبصل).

أشكال نقص الكبريت في النباتات

قليلاً ما تظهر عوارض نقص الكبريت في المحاصيل. المحاصيل المزروعة بأساليب عضوية، قليلاً ما تظهر نقص كبريت بسبب الاستعمال الواسع لبقايا نباتات وأسمدة عضوية وأسمدة مزرعة تحتوي على الكبريت في الزراعة العضوية. كما أن مياه الري في المناطق شبه الجافة ومياه الأمطار في المناطق الرطبة غالباً ما تحتوي على كبريت كافٍ لتغذية النبتة. وتختلف كمية الكبريت المترسب بحسب الموقع، لكن نحو 15 رطلاً من الكبريت تترسب مع المطر سنوياً في مناطق الغرب الأوسط ومناطق الشرق الشمالي في الولايات المتحدة، وهي كافية لإشباع نصف متطلبات المحاصيل من الكبريت أو أكثر. ومناطق أخرى من البلاد تتلقى كميات أقل. الكثير من الكبريت في الجو يأتي من احتراق الفحم في توليد الطاقة الكهربائية، وبعضها يأتي من احتراق النفط والغاز في محطات الكهرباء ومن انبعاثات السيارات. قد تدخل الجو كمية صغيرة من الكبريت من المواد العضوية المتحللة في المستنقعات. المحاصيل التي تنمو في مناطق بعيدة عن المناطق الصناعية أو خارج تيار الريح الآتي من هذه المناطق قد تتلقى جزءاً صغيراً من الكبريت [من المطر] فقط، وتعتمد كلياً على التربة للحصول عليه. تحت هذه الشروط، ومع إنتاج محسن للمحاصيل، يكون الكبريت مستنزفاً في معظم أرض المحصول، وخصوصاً إذا كانت المحاصيل مسمدة بالأسمدة الكيميائية الحديثة التي بطبيعتها تكون قليلة الكبريت.

الأسمدة الحديثة المركزة بالنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم تكون عادة مصنوعة من اليوريا ( Urea ) [البَوْلة] ، والسوبرفوسفات المركز وكلوريد البوتاسيوم، وبالتالي تكون أساساً خالية من الكبريت. ومع ارتفاع مردود إنتاج المحاصيل واستهلاك التربة للحصول على الكبريت (حصاد المحصول من دون إضافة العناصر الغذائية)، يصبح النقصُ شائعاً أكثر من الماضي.

بعض أنواع التربة لديها نسبة كبريت منخفضة بالطبيعة. فالتربة الرملية القليلة المواد العضوية من المحتمل أن ينقصها الكبريت لإنتاج المحاصيل. بعض أنواع التربة [في مناطق الولايات المتحدة] في الشمال الغربي، والجنوب الشرقي، والسهول الكبرى العليا مكونة من الصخور القليلة الكبريت. وقد تم تدوين تقارير عبر التاريخ عن نقص الكبريت في هذه الأنواع من التربة.

إن تسميد المحاصيل بمواد تطبق خصوصاً لمحتواها من الكبريت أصبح ممارساً في الكثير من عمليات الزراعة التجارية الناتجة لأن الأسمدة الحديثة المركزة هي أساساً خالية من الكبريت. هناك عدد كبير من المواد التي تحتوي على الكبريت في الزراعة التقليدية. السوبرفوسفات العادي ( S %12 )، وكبريتات البوتاسيوم ( S %18 )، وكبريتات الأمونيوم ( S %23 ) معروفة جيداً بأنها مواد تحتوي على الكبريت. مع ذلك، لا تستخدم هذه المواد بشكل واسع في الأسمدة المركزة الحديثة. والأسمدة ذات التحليل المرتفع تحتوي على القليل من الكبريت، لأنها مكونة من أملاح لا تحتوي على هذه المادة، وبشكل رئيسي بهدف الحد من كلفة شحن المواد الغذائية الأولية والنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم. في مناطق الزراعة المكثفة التي تعتمد على أسمدة تجارية بتحليل مرتفع، زاد الاهتمام باستهلاك مخزون الكبريت في التربة، لأن كمية قليلة منه تضاف بهذه الأسمدة.

عوارض نقص الكبريت في النباتات

يظهر على النباتات التي ينقصها الكبريت لون أخضر فاتح يشبه إلى حد ما اللون الذي يظهر على النباتات التي ينقصها النيتروجين. لكن عوارض النقص تظهر أولا على الأوراق الفتية، بينما يظهر عجز النيتروجين أولا على الأوراق القديمة. ويتأتى وجه الشبه بين نقص النيتروجين والكبريت لأنهما [كليهما] مطلوبان في تركيب البروتين. فالصباغ الأخضر، الكلوروفيل، في النباتات يكون مركب معقد مع البروتين في الكلوروبلاست، وإذا تقلص تركيب البروتين تتقلص كمية الكلوروفيل في الأوراق.

الكبريت متحرك في النباتات بشكل محدود، على عكس حركية النيتروجين العالية. كما أن نقص الكبريت لا ينتقل بسرعة من الأوراق القديمة، وتظهر الأعراض عادةً على الأوراق الفتية في أعلى النبتة أو أطراف الأغصان. يمكن أن تكون الأوراق في الأعلى مخططةً بالأصفر والأخضر، لدى الذرة والأعشاب الأخرى. في مراحل متقدمة من النقص قد يظهر الاصفرار على كل النبتة في كافة المحاصيل.

النباتات العشبية التي ينقصها الكبريت تكون واهنةً وقصيرةً. وقد تظهر هذه العوارض قبل الاصفرار، وقد تكون العوارض الوحيدة ويمكن أن لا يتم اكتشافها من دون مقياس مقارنة. كما يلاحظ نقص الكبريت غالباً على النباتات الفتية. يمكن أن تختفي هذه العوارض مع تحلل المواد العضوية ومع اختراق الجذور للتربة. مع أن عوارض النقص قد تختفي مع تقدم سن النباتات، يمكن استعادة مردود إنتاج المحصول، لأن الآثار الضارة للنقص تبقى طول حياة النبتة. مثل عوارض لنقص أي من المواد الغذائية ينتج نقص الكبريت خراباً لا يمكن إصلاحه.

تأثير الكبريت في نمو النبتة ونوعيتها

يتقلص مردود إنتاج المحاصيل التي ينقصها الكبريت بالمقارنة مع مردود محاصيل النباتات الجيدة التغذية. فالنباتات النحيلة لا يمكنها إنتاج مردود محاصيل جيد. مع الأعلاف، قد تكون النصبة نحيفة والنمو ضعيفاً. كما تتأخر المحاصيل التي ينقصها الكبريت في الإزهار والإثمار والنضوج. في المحاصيل المعمرة، قد يظهر النقص في السنة الثانية أو الثالثة من الإنتاج. كما يقلل نقص الكبريت من طاقة البقوليات والخضار على تثبيت النيتروجين؛ بالتالي قد تظهر البقوليات والخضار التي ينقصها الكبريت عوارض نقص نيتروجين أيضاً.

امتصاص المحاصيل للكبريت

تتطلب المحاصيل نحو 15 إلى 30 رطلاً أو أكثر من الكبريت في السنة للفدان الواحد. عموماً، تختلف متطلبات الكبريت والفوسفور بين المحاصيل. الفالفا (Alfalfa)، والنفل ( Clover )، وفول الصويا، والشمندر السكري، والملفوف، واللفت، والبصل هي أمثلة عن المحاصيل التي تتطلب الكبريت بكثرة (30 رطلاً للفدان الواحد أو أكثر). البقوليات لديها تركيز كبريت مرتفع نسبياً وهي ذات مردود عال في الإنتاج. تحتوي البقوليات والخضار كميات فوسفور وكبريت متساوية تقريباً. متطلبات الكبريت المرتفعة للبقوليات والبصل تركيز المركبات التي تحتوي الكبريت. قد تراكم هذه المحاصيل الكبريت مرتين أو ثلاث مرات ما تراكم من الفوسفور. للذرة والسورغوم تركيز كبريت منخفض مساوي تقريباً للفوسفور، في أنسجتها، ولكنها محاصيل ذات مردود إنتاجٍ عالٍ، بحيث تكون كمية الكبريت التي يتم امتصاصها من قبل هذه النباتات كبيرة. الحبوب الصغيرة والبساتين والبقوليات والخضار ضعيفة مردود الإنتاج قد تمتص فقط 15 رطلاً من الكبريت لكل فدان في السنة.

يتراوح تركيز الكبريت في الأوراق السليمة بين 0.2 و 0.5 % من الوزن الجاف. مع أن تركيزات الكبريت تختلف كثيراً مع العمر والفصيلة، إلا أن القيم تحت 0.15 % هي إشارات لنقص الكبريت في معظم النباتات.

كثافة الكبريت في الأسمدة

النباتات التي تنمو بالأساليب العضوية تحصل على معظم الكبريت من المواد العضوية في التربة أو من الأمطار ومياه الري. والكبريت كعنصر هو مادة عضوية. يمكن أن يطبق الكبريت على التربة الناقصة للكبريت لإصلاح هذا النقص. كما يستخدم الكبريت كمبيد للفطريات، وفي مثل هذا الاستعمال يوفر الغذاء للمحاصيل [في نفس الوقت]. يجب أن يؤكسد الكبريت إلى كبريتات بعملية ميكروبية في التربة قبل أن يصبح ذا قيمة كمغذ. والجبس الزراعي هو مصدر عضوي مهم للكبريت. تركيزات الكبريت في بعض المواد الشائعة موجودة في الجدول التالي.

جدول الأسمدة التي تحتوي على الكبريت وغيرها من المواد التي تحتوي الكبريت

* مقبولة كأسمدة عضوية من قبل بعض المنظمات إذا كانت المصادر من المناجم.

تختلف تركيزات الكبريت في المواد العضوية- الكبريت العنصري والجبس الزراعي وبقايا النباتات والأسمدة العضوية وأسمدة المزرعة- باختلاف المصادر والنقاوة.

الكبريت في التربة

يكون معظم الكبريت في المناطق الرطبة هو في المواد العضوية في نطاق سطح التربة. تكون المحتويات النموذجية للكبريت في 6 بوصات الأعلى من كل فدان من التربة المعدنية في المناطق الرطبة نحو 800 رطل. وفي هذه المناطق، يكون الحفاظ على مستوى وافر من المواد العضوية في التربة ضرورياً لتأمين تموين الكبريت للمحاصيل. في المناطق شبه الجافة، قد تبلغ محتويات الكبريت نحو 1600 رطل في الفدان وهي تكون مركزة أيضاً في نطاق السطح، وقد يظهر الكثير من كبريتات في سولفات الكالسيوم (الجبس)، الذي هو إلى حد ما قابل للذوبان بشكل محدود ولا يرشح بسهولة.

لا يكون الكبريت في المواد العضوية متاحاً مباشرة للنباتات، ويجب أن يتم تحويله إلى تربة ممعدنة من قبل الكائنات المجهرية في التربة. تحولات الكبريت في التربة تشبه تحولات النيتروجين. ومعدنة الكبريت تشبه التحول إلى أمونيوم في معدنة النيتروجين. ويمكن أن يجمد الكبريت غير العضوي بامتصاصه من قبل الكائنات المجهرية في التربة، والتي يضاف إليها بقايا النباتات الكربونية (نباتات ناضجة، وأوراق ميتة، وقش، ونشارة). ويمكن أن يصبح الكبريت المجمد متاحاً في وقت لاحق حيث إن نسبة الكربون إلى الكبريت قد تقلصت في المواد العضوية، بمجرد أن يصبح النيتروجين متاحاً مع تقلص نسبة الكربون إلى الكبريت C:S.

لا تلتصق الكبريتات بالطين والمواد العضوية الكبريت، بالتالي، تكون قابلة للرشح. بسبب مركبات تحتوي الكبريتات التي تكون أحياناً محدودة الذوبان، لا ترشح الكبريتات بسهولة كالنترات، ولكنها عرضة للرشح أكثر من الفوسفور. الكبريت ليس مثبتاً في التربة، على نقيض الفوسفور الذي يثبت بقوة بالحديد والألمنيوم. وبالتالي لا يمكن أن يقل توفر الكبريت بالتثبيت في التربة إذا كان الكبريت موجوداً في المواد العضوية أو في الجبس أو غيرها من الكبريتات، فهو سوف يكون متاحاً للنباتات عندما تكون الظروف البيئية (الحرارة والرطوبة) مناسبة.