خصوبة الأراضي الزراعية

من المعلوم أن الأرض نظام طبيعي Natural open system في وضع مستمر من الفقد والإضافة أي أنها تأخذ من النظم الأخرى ( الجوية ، المائية ، البيولوجية ) كما وأنها تضيف إلى هذه الأنظمة ويتكون هذا النظام من مخلوط متباين التركيب من معادن في مراحل مختلفة من التجوية (weathering ) بفعل العوامل الطبيعية والكيميائية والحيوية وكذلك مواد عضوية في درجات مختلفة من التحليلDecomposition ويظهر هذا النظام في شكل مقطع profile متميز إلى أفاق(Horizons ) حقيقية واضحة أو تخيلية نتجت من التغيرات والتحولات الطبيعية والكيميائية والحيوية المستمرة وإذا ما أحتوى هذا النظام على الماء والهواء والعناصر الغذائية فأنه يشكل البيئة الطبيعية التي تزود النبات بالدعم الميكانيكي ومتطلبات الحياة والنمو .

ومن المعلوم أن الأرض نظام متعدد المكونات حيث يتكون الجزء الصلب Solid phase من معادن في مراحل مختلفة من التجوية ومواد عضوية ويتكون الطور السائل Liquid phase من ماء التربة والطور الغازي Gaseous phase والذي يتكون من الهواء الأرضي ويحتوي على غازات نفس غازات الهواء الجوي وكذلك المكون البيولوجيBiological component ويحتوي على كائنات حيه تعيش فيها وعلى سطحها مثل الديدان ؛ الطحالب ؛ الفطريات والبكتيريا .

وفيما يلي نبذة مختصرة عن كل مكون من المكونات الأربعة السابقة :

1) الطور الصلب Solid phase

يكون الطور الصلب أكثر من نصف حجم الأرض وأكثر من 75 % من وزنها ويكون الجزء المعدني نسبة كبيرة من وزن الجزء الصلب وذلك بالمقارنة بالجزء العضوي .

2) الطور السائل Liquid phase

ويشمل الماء الذي يملأ مسام التربة بعد سقوط الإمطار أو بعد الري ، هذا الماء يحتوي على المواد سهلة الذوبان عضوية كانت أم غير عضوية ويطلق عليه أسم المحلول الأراضي soil solution هذا المحلول يعتبر مصدراً رئيسا للعناصر الغذائية الضرورية التي تمتصها الجذور.

3) الطور الغازي Gaseous phase

تشغل الفراغات والمسام بين حبيبات التربة بغازات تعرف باسم الهواء الجوي ولكن مع اختلاف نسبة كل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء الأرضي عنه في الهواء الجوي حيث تكون نسبة CO2 أكبر نتيجة تنفس جذور النبات والكائنات الحية بالأرض مما يزيد من قدرة الماء الأرضي على إذابة الكثير من المعادن والمركبات صعبة الذوبان في الماء العادي غير المحتوي على ثاني أكسيد الكربون الذائب ، وتؤثر نسبة الأكسجين في الهواء الأرضي على حالات الأكسدة والاختزال الكثير من العناصر ذات حالات الأكسدة المختلفة .

4) المكون البيولوجي Biological component

يشتمل المكون البيولوجي على الكائنات الحية الدقيقة ( البكتيريا – الطحالب – الفطريات – الاكتينوميستات ) كذلك الحشرات والديدان الأرضية بالإضافة إلى جذور النباتات الراقية وتختلف إعداد الكائنات الحية بين أرض وأخري أو في الأرض الواحدة نتيجة للعوامل البيئية التي تؤثر على نمو وتكاثر هذه الكائنات ومكونات التربة في حالة تداخل وتفاعل مستمر نتيجة للعمليات الفيزيائية والتفاعلات الكيميائية والبيوكيميائية والشكل رقم(1) الأتي يوضح ذلك :-

Mineral solid component of soil) )

تتكون التربة نتيجة عمليات تغير طويلة في مواد الأصل نتيجة عمليات التجوية الطبيعية والكيميائية والحيوية للصخور والرواسب التي تتكون منها الأرض لهذا فإنها تعكس صفات الصخور الأصلية التي نشأت منها الأرض والمادة المعدنية تمثل نسبة كبيرة من وزن الجزء الصلب في الأراضي المعدنية والتي قد تصل إلى 95 % أو أكثر وتوجد الغرويات المعدنية في الجزء المعدني مثل معادن الطين (Clay Minerals ) واكاسيد الحديد والألومونيوم وكذلك الأملاح .

وتعتبر دراسة ومعرفة خواص المعادن المختلفة الموجودة في الأراضي وتحولاتها من معدن لأخر ضرورة أساسية لفهم مكونات خصوبة الأرض قد نشأت من مواد نتجت أصلاً من صخور ومعادن القشرة الأرضية فسوف نتناول لمحة سريعة عن التركيب الكيميائي والمعدني للقشرة الأرضية .

1) التركيب الكيميائي للقشرة الأرضية :

يدخل في تركيب القشرة الأرضية حوالي 92 عنصراً كيميائياً أمكن التحقق من وجودها. هذه العناصر تكون حوالي 2000 معدن باتحاد مجموعات منها مع بعضها البعض الا أنه رغم وجود هذا العدد الهائل من العناصر والمعادن فأن عدد قليل منها فقط هو الذي يكون الجزء الأكبر من القشرة الأرضية .

والجدول التالي يوضح متوسط التركيب الكيماوي للقشرة الأرضية وذلك لعمق عشرة أميال

ويتضح من الجدول رقم ( 1 ) أن ثمانية عناصر فقط تكون حوالي 98 % بالوزن من تركيب القشرة الأرضية وأن بقية العناصر تكون فقط حوالي 2 % من التركيب وفي الحقيقة فإن عنصرين فقط هما الأكسجين والسيليكون يكونا أكثر من 74 % من تركيب القشرة الأرضية على أساس الوزن . وعليه فأن القشرة الأرضية تبدو في هيئة هيكل من ذرات الأكسجين تترك فيما بينها فراغات صغيرة تدخلها أيونات السليكون والألومنيوم بصفة أساسية وهي الأيونات صغيرة الحجم كبيرة الشحنة .

2) التركيب المعدني للقشرة الأرضية :

العناصر السابق ذكرها توجد في صورة اتحادات بين عنصرين أو أكثر مكونة المعادن المختلفة. ومخلوط هذه المعادن التي يوجد في الطبيعة يسمي صخراً وتشكل الصخور النارية أكثر من 95 % من صخور القشرة الأرضية بينما تشكل الصخور الرسوبية والمتحولة حوالي 5 % من صخور القشرة الأرضية لهذا نجد أن التركيب الكيماوي والمعدني للقشرة الأرضية هو عبارة عن متوسط تركيب الصخور المكونة لها . أما المعادن فتتكون من اتحاد بين مجموعة من العناصر في صورة مركبات كيمائية معدنية والتي تقسم إلى معادن أولية ومعادن ثانوية .

ويمكن تقسيم الصخور المختلفة حسب نشأتها إلى :

1) الصخور النارية Igneous Rocks

وتشمل جميع المواد الأرضية التي نتجت من تجمد الصهير سواء فوق سطح الأرض أو في باطن الأرض مكونة الصخور النارية المختلفة وأهم المعادن السائدة في القشرة الأرضية والتي تدخل في تركيب الصخور النارية هي :

الفلسبارات – البيروكسينات – الأمفيبولات – الأوليفينات – الأبيدوت – الجرانيت – الميكا – الكلوريت – السربنتين – التلك – الكاولينيت – الكوارتز – الهيماتيت – الدول وميت – الجبس – الأنهيدريت – الهاليت .

2) الصخور الرسوبية Sedimentary Rocks

وتشمل جميع المواد الأرضية التي ترسبت بفعل عوامل طبيعية مثل المياه والرياح والثلاجات.

3) الصخور المتحولة Metamorphic Rocks

وهي صخور كانت في الأصل أما نارية أو رسوبية ثم تعرضت لعوامل الضغط أو الحرارة الشديدين أوالأثنان معا ، مما أدي إلى صخر ذو صفات ومعالم جديدة ليست للصخر الأصلي ومن امتلتها الشيست والنيس والإردواز والرخام .

الطور الصلب للأراضي يتكون من خليط من الصخور والمعادن المجواه والتي نتجت من عمليات التجوية المختلفة سواء الطبيعية أو الكيميائية للصخور والمعادن الأصلية التي نشأت منها الأرض . تحدث تحولات كيماوية في المعادن الأولية للصخر تؤدي إلى تكوين معادن ثانوية جديدة لم تكن موجودة أصلاً في الصخر الأصلي هذه المعادن الثانوية تختلف عن تلك المعادن التي ترثها الأرض من الصخر الناري الأصلي والتي تسمي معادن أولية . ونظراً لأن عمليات التجوية تزداد فاعليتها بزيادة السطح النوعي للحبيبات فنجد مثلاً أن معظم معادن الطين عبارة عن معادن ثانوية تتواجد في الجزء الناعم من الأرض أو ما يطلق علية الجزء الغروي المعدني من الأرض . بينما تتركز المعادن الأولية مثل الفاسبارات و الكوارتز والميكا في الجزء الخشن من الأرض التي تتمثل في الرمل والسلت .

1) التركيب المعدني للرمل والسلت :

يطلق لفظ الرمل Sand على الحبيبات التي تتراوح أقطارها بين 0.02 – 2 مم أما لفظ السلت Silt فيطلق على الحبيبات التي تتراوح أقطارها بين 0.002 – 0.02 مم ومن الناحية المعدنية فأن الرمل والسلت يحتوي على معادن أولية مثل معادن السليكا والفلسبارات والامفييول بالإضافة إلى مركبات ومعادن ثانوية مثل الاكاسيد وتقسم المعادن الشائعة في التركيب المعدني للرمل والسلت إلى :

‌أ- المعادن السليكانية مثل معادن السليكا والفلسبارات والمايكا وغيرها .

‌ب- المعادن الغير سليكانية مثل معادن الكربونات والكبريتات والفوسفات والاكاسيد والايدرو كسيدات .

2) التركيب المعدني للمكون الطيني ( الغروي ) للأرض :

يطلق على الجزء الناعم من الأرض الأقل من 0.002 مم أسم الطين Clay وهو يتكون من معادن ثانوية ناتجة من التفاعلات الكيماوية لعمليات التجوية ويتركب الطين من حبيبات تختلف في تركيبها الكيماوي والمعدني وتنتمي إلى أكثر من مجموعة من المركبات والمعادن المختلفة الا أن هناك مجموعة من المعادن يطلق عليها اسم " معادن الطين " تشكل أكبر نسبة من حبيبات الطين المتبلورة هذه المجموعة من المعادن عبارة عن حبيبات متبلورة تركيبها الكيميائي عبارة عن سيليكات الومنيوم مائية يحل في بعضها الماغنيسيوم والحديد محل كل أو جزء من الألمنيوم مع وجود الكالسيوم والماغنيسيوم والصوديوم والبوتاسيوم فيها كمكونات أساسية في بعضها .

ويطلق أحياناً على مكون الطين " المكون الغروي للأرض " وهذا الاصطلاح يشمل مكون الطين بالإضافة إلى المكون العضوي والذي يتكون من بقايا عضوية في مراحل مختلفة من التحلل .

نشأة معادن الطين :

معادن الطين هي معادن ثانوية تتكون من سيليكات الومنيوم مائية وتشمل معادن الايليت والمونتموريلليت والكاوليت وتتكون هذه المعادن الثانوية بحدوث تحولات لمعادن موجودة أو معادن أولية أو أنها تتكون بالتخليق من محاليل مكوناتها الكيميائية . ويتوقف نوع هذه المعادن على نوعية المعادن الأولية الموجودة والتي يحدث لها تغيرات كيماوية وكذا على كمية المكونات التي يعاد اتحادها لتعطي معدن طين ثانوي .

Structure of clay minerals

معادن الطين تتبع مجموعات السيليكات الورقة phyllosilicates ويتميز تركيب معادن الطين المختلفة وكذلك الميكات بأنه يتكون من طبقات Sheets فوق بعضها ، هذه الطبقات تتكون من وحدات أساسية هي وحدة التتراهيدرا ووحدة الأكتاهيدار على النحو الآتى:

1) وحدة النتراهيدرون : Tetrahedron unit

وهي الوحدة الأساسية في بناء معادن السليكات عملة Silicate Minerals والتي تتكون من أيون السليكون (si)+4 نصف قطره يساوي 0.42 إتجستروم ، محاط بأربع أيونات أكسجين كبيرة نسبياً حيث يبلغ نصف قطرها 1.42 انجستروم مكونة شكلاً هرمياً له أربعة أوجه ثلاثية الشكل و فيه نسبة السيليكون : الأكسجين 4 : 1 وله الرمز 4-( SiO4 ) العام وتعتبر النتراهيدرون Tetrahedron وحده البناء الأساسية لكل مركبات السليكات الموجودة في الطبيعة مثل الكوارتز ، سليكات الألمنيوم وسليكات الحديد وتتميز وحدة 4-(SiO4 ) بوجود شحنات سالبة فائضة غير مشبعة ويمكن للشحنات السالبة الفائضة أن تتشبع بالأرتباط مع الكانيونات وكذلك مع الأكسجين المشترك .

 

إذا كان الكاتيون الرابط هو المغنسيوم يكون معدن الفورسترايت forstqite

ورمزه ( Mg2SiO4 ) وعندما يكون حديدوز يتكون معدن الفيا ليت fayalite

ورمزه (Fe2SiO4 ) أما إذا اشترك هاذين الكاتيونين في ربط وحدة النتراهيدرا فإن المعدن المتكون يسمى r1 الاوليفين Olivine ورمزه SiO4 ( Mg , Fe ) والبناء الناتج في هذه المعادن يسمى بالوحدات المنعزلة Nesosilicate .

2) وحدة الاوكتاهيدرون : Octahedron unit

وهي تتكون من كاتيون مركزي عادة يكون الالومنيوم أو المغنسيوم محاطاً بستة ايونات اكسجين او مجموعات هيدروكسيل في مستويين اذا تكون المعدن من طبقة سليكا واحدة + طبقة واحدة الاوكتاهيدرا واحدة سمي معدن 1:1 وذا تكون المعدن من طبقتين من السليكا بينهما طبقة واحدة من الاوكتاهيدرا سمي المعدن 2 : 1 واذا تكون المعدن من طبقتين من السليكا بينهما الاوكتاهيدرا وفوقهم طبقة أخري من الاوكتاهيدرا سمي المعدن 2 : 1 : 1 .

تقسيم معادن الطين

تقسم معادن الطين تبعاً لعدد الطبقات المكونة لها كما يأتي :

1) معادن طين مجموعة 1 : 1

وهي تتكون من أتحاد طبقة نتراهيدرا مع طبقة اكتاهيدرا والمعدن المشهور في هذه المجموعة معدن الكاؤلينت Kaolinite .

2) معادن طين مجموعة 2 : 1

وهي تتكون من اتحاد طبقتين من طبقات النتراهيدرا مع طبقة واحدة من طبقات اكتاهيدرا بنظام تبادلي أي ( تترا – اكتا – تترا ) ومن معادن هذه المجموعة المونتموريلليت montmorillite واللاليت illite والفيرمكيولبيت Vermiculite .

3) معادن طين مجموعة 2 : 2

وهي تتكون من أتحاد طبقتين من طبقات النتراهيدرا مع طبقتين من طبقات اكتاهيدرا بنظام تبادلي أي ( تترا – اكتا – تترا – اكتا ) ومن المعادن الهامة في هذه المجموعة معدن الكلوريت Chlorite .

Oraganic Solid Components in Soil

الجزء الصلب من نظام التربة يتكون من شقين أحدهما معدني الذي ينتج من تحلل وتفتت الصخور والمعادن والأخر عضوي وهو ما يطلق عليه المكون العضوي للتربة والذي يشمل الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في المكون الصلب بما فيه الحبيبات المعدنية والحبيبات العضوية الناتجة من تحلل المادة العضوية في الأرض .

وتعرف المادة العضوية على أنها عبارة عن بقايا المخلفات النباتية والحيوانية والكائنات الحية الدقيقة التي حدثت لها عملية تحلل خلال فترة طويلة من الزمن وتتركب المادة العضوية من عدد من العناصر الغذائية أهمها الكربون والنتروجين و الهيدروجين والاكسجين والكبريت و الفوسفور وغيرها من العناصر الصغري .

مصادر المادة العضوية

1. بقايا المحاصيل الزراعية من جذور وسيقان وأوراق حيث أن وزن الجذور قد يبلغ ثلث وزن النبات الكلي .

2. محاصيل السماد الأخضر التي تزرع لغرض حرثها في التربة وهي خضراء عند مرحلة التزهير وهي في الغالب محاصيل بقوليه مثل البرسيم والترمس .

3. المخلفات الحيوانية التي تضاف للتربة على هيئة أسمدة مثل روث الحيوانات والدم المجفف وبقايا الأسمدة .

4. الاسمدة العضوية الصناعية وهي التي تصنع من المخلفات النباتية مثل القش ومخلفات الذرة والحشائش ( الاسمدة العضوية للمخلفات النباتية ) .

5. الخلايا الميتة للكائنات الحية الدقيقة حيث أن بقايا الكائنات الحية الدقيقة تحتوي على جزء كبير من العناصر الغذائية .

6. المخصبات العضوية مثل سماد اليوريا التي يتم تحليلها بواسطة أنزيم اليوريز.

 

3) أهمية المادة العضوية من الناحية الزراعية :

1) تغذية النبات:

تعتبر المادة العضوية كمصدر ومخزن للعناصر الغذائية اللازمة لنمو النبات عند انحلالها التدريجي ينطلق CO2 الذي يدخل في عملية التمثيل الضوئي ( تمثيل الكلورفيل ) بعد نفاذه إلى الهواء الجوي وأيضا تساعد في تحويل الأزوت والفوسفور والكبريت وغيرها من العناصر الصغرى الموجودة في المادة العضوية إلى صورة ميسرة التي يستفاد منها النبات .

2) تحسين بناء التربة :

للأجزاء الغروية من المادة العضوية أهمية كبيرة في تحسين صفات الأرض الفيزيائية فهي تمنع تماسكها في كتل وتحسين تهويتها وتسهل اختراق الجذور ونموها فيها وفي الأرض الرملية تزيد تماسكها فتقلل مساميتها وتزيد قدرتها على الاحتفاظ بالماء وتقليل فقد العناصر الغذائية منها ( تكوين الحبيبات المركبة ).

3) تحويل العناصر الغذائية إلى صورة ميسرة للنبات :

تتكون مركبات حامضية أو أحماض عضوية أثناء انحلال المادة العضوية وهذا راجع إلى مجموعة الكربوكسيل ( COOH ) مثل حامض الخليك الناتج من انحلال الكربوهيدرات وحامض الكربونيك Co3 H2نتيجة لذوبان ثاني أكسيد الكربون في الماء وكذلك حامض الديباليك وتؤثر هذه المركبات والأحماض على مكونات المادة العضوية على النحو الأتي :

‌أ. تتحول المركبات الغير الذائبة التي تحتوي على البوتاسيوم إلى مركبات ذائبة .

‌ب. تتحول الفوسفات الغير ذائبة إلى فوسفات كالسيوم أو فوسفات حديد ذائبة .

‌ج. تترسب الأحماض العضوية باتحادها مع الكالسيوم والماغنيسيوم فلا تفقد مع ماء الصرف .

‌د. تتكون بيكربونات كالسيوم ذائبة نتيجة اثر ثاني اكسيد الكربون والماء على كربونات الكالسيوم .

4) زيادة ضغط الأرض للماء وذلك لارتفاع سطحها النوعي .

5) زيادة تدفئه الأرض نتيجة للون الغامق الذي تكتسبه الأرض من المادة العضوية .

6) تشكل المادة العضوية في التربة مصدراً غذائياً لبعض الكائنات الحية الدقيقة مثل ديدان الأرض والبكتيريا التكافلية المثبتة للنيتروجين وبعض الفطريات الأخرى .

7) تساعد المادة العضوية على زيادة قدرة التربة على مقاومة التغيرات السريعة التي تنتج بسبب زيادة الحموضة أو القلوية أو الملوحة ( مساعدة التربة على قدرة الفعل التنظيمي لها) .

8) منع الانجراف حيث الأراضي الغنية باستمرار بالمادة العضوية لها بناء جيد والذي يؤدي إلى تحسين نفاديه الماء في التربة عند هطول الأمطار ، ينخفض الجريان السطحي للماء ومن ثم تقليل انجراف التربة .

Gaseous phase component of soil

هو عبارة عن مجموعة الغازات التي تتواجد في الفراغات البينية للتربة ويطلق عليها هواء التربة (Soil air) أو يشكل المكونات السائل الغازي معاً حوالي نصف حجم التربة الكلي ، وتختلف نسبة كل منها للأخر حسب ظروف الري والجفاف نتيجة تسرب الماء بالصرف أو استعماله بواسطة النبات والمكونات التي تتكون منها التربة في حالة تداخل وتفاعل مستمر نتيجة للعمليات الفيزيائية والكيميائية والبيوكيميائية .

ويتكون هواء الأرض مثل الجو الخارجي من النتروجين والأكسجين مع كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون وبعض الغازات الأخرى حيث تكون نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء الأرضي أكبر نتيجة لتنفس جذور النباتات والكائنات الحية الدقيقة بالأرض مما يزيد من قدره الماء الأرضي على إذابة الكثير من المعادن والمركبات صعبة الذوبان في الماء العادي غير المحتوى على ثاني أكسيد الكربون الذائب وتؤثر نسبة الأوكسجين في الهواء الأرضي على حالات الأكسدة والاختزال لكثير من العناصر ذات حالات الأكسدة المختلفة والجدول التالي رقم (2) يوضح مقارنة بين تركيب كل من الهواء الجوي والهواء الأرضي :

جدول (2) مقارنة بين تركيب كل من الهواء الجوى والهواء الأرضي.

البــاب الثاني

المحلول الأرضي

 

1. نسبة الرطوبة بالأرض :

يتأثر تركيب وتركيز المحلول الأرضي بكميات الرطوبة وبذلك فأن طرق الحصول عليه من العوامل الأساسية التي تحدد كل من التركيب والتركيز حيث تحدد نسبة الأرض : الماء ( التخفيف ) توزيع وسلوك الايونات المختلفة .

2. نوع الأرض وعوامل تكوينها .

3. المناخ ( الحرارة والإمطار ).

4. المعاملات الزراعية ( الري – الصرف – الزراعة – التسميد ) .

صور الماء الأرضى فى التربة

تركيب وتركيز المحلول الأرضي يختلف تبعاً لكمية الرطوبة في الأرض ، وعادة يتم الحصول على المحلول الأرضي بترشيح مخلوط الأرض والماء عند مستويات مختلفة من الرطوبة ، وتبعاً للهدف من الدراسة فأنه توجد عدة طرق للحصول على المحلول الأرضي عند مستويات رطوبة مختلفة ، ويمكن أجمالها في الطرق الآتية وهي الأكثر شيوعاً :

1. طرق الإحلال Displacement

2. طريقة غشاء الضغط Pressure membrane

3. طريقة التفريغ Suction

4. طريقة الترشيح Filtration

5. طريقة ايتون ( 0.1 ضغط جوي )Eaton

6. طريقة الطرد المركزي السريع Rapid centrifugation

مدلول نتائج تحليل المحلول الأرضي

يمتص النبات العناصر الغذائية على صورة ذائبة في المحلول الأرضى ، حيث أن تركيز العناصر الذائبة في المحلول الأرضي ليس ثابتاً وإنما يتغير باستمرار نتيجة للعمليات الزراعية وكذلك نتيجة للتفاعل المستمر بينها وبين المكونات الصلبة في الأرض .

ويمكن توضيح علاقة الاتزان مابين العناصر في المحلول الأرضي وتلك الموجودة في المكونات الأخرى للأرض بالشكل التالي :

 

ومن هذا الشكل يتضح أن الاتزان بين المحلول الأرضي وكل مكون من مكونات الأرض أتزان عكسي، وأن التغير في الاتزان بين المحلول الأرضي وأحد مكونات الجسم الصلب يؤثر بالتالي على الاتزان بين المحلول الأرضي وباقي المكونات الأخرى .

وإذا أنخفض تركيز المحلول الأرضي ، مثلاً نتيجة لامتصاص العناصر بواسطة النبات ( تفاعل1) أو غسل العناصر من الأرض في مياه الصرف ( تفاعل 7 )فأن ذلك يتبعه خروج بعض العناصر من مكونات الأرض الصلبة إلى المحلول لتعويض هذا النقص فتنطلق بعض الأيونات المدمصة من على سطوح الغرويات ( تفاعل 4) أو يزيد ذوبان بعض الأملاح والأكسيد ( تفاعل 6) أو يرتفع معدل معدنة المادة العضوية ( تفاعل 10 ) وهكذا بالعكس فأن زيادة تركيز المحلول الأرضي نتيجة إضافة الأسمدة مثلاً ( تفاعل 8) يؤدي إلى عكس التفاعلات السابقة مما يؤدي إلى خفض تركيز المحلول مرة أخري فيحدث مثلاً إدمصاص لبعض الأيونات من المحلول على سطح الغرويات ( تفاعل 3) أو ترسيب لبعض المركبات ( تفاعل 5) أو حدوث تمثيل لبعض العناصر بواسطة الكائنات الدقيقة (تفاعل 9) وهكذا .

ومن شرح الاتزان السابق يتضح أن التفاعل المستمر ما بين المحلول الأرضي ومكونات الأرض يتأثر ببعض العمليات الكيميائية والتي أهمها :

1. تبادل و إدمصاص الايونات .

2. عمليات ذوبان وترسيب يتحكم فيها رقم pH الأرض .

3. عمليات أكسدة واختزال يتحكم فيها جهد الأكسدة والاختزال في الأرض .

وسنتناول فيما يلي كل عملية من هذه العمليات وأثرها على توفر العناصر الغذائية في صورة ذائبة.

ومن الشكل السابق يتضح أن التفاعل المستمر ما بين المحلول الأرضي ومكونات الأرض يتأثر ببعض العوامل التي تكمن في العمليات الكيمائية والتي أهمها

أولا : تبادل وادمصاص الايونات

1- تبادل الكاتيونات Cation Exchange

سبق القول أن معادن الطين تحمل سطوحها شحنة سالبة تنتج من الإحلال التماثلي أو تأين مجاميع (OH) على السطح أو نتيجة لتكسير حواف البلورات ، وتجذب هذه الشحنات السالبة إليها الأيونات موجبة الشحنة في المحلول ( الكاتيونات ) بقوي جذب الكتروستاتيكيه كما في الشكل ( اللاحق ) وتتناسب شدة التجاذب بين الكاتيونات وسطح الطين تناسباً طردياً مع حاصل ضرب شحنة الكاتيون ( الشحنة الموجبة ) فى شحنة الطين ( الشحنة السالبة ) وكذلك تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين الشحنتين حسب ( قانون كولوم Coloumb ) .

حيث :

F = قوة الجذب

D = تابت

a+ = شحنة الكاتيون

a-= شحنة الاتيون

r = المسافة بين الشحنتين

 

وأكثر الكاتيونات شيوعاً على سطح الطين هي الكالسيوم (ca++) ، المغنسيوم (Mg++) ، الصوديوم ( Na+) البوتاسيوم ( +k ) ، الأيدروجين (H+ ) ، والالومنيوم ( AL+++ ) . حيث أن كلا من الأيدروجين و الالومنيوم لا يوجدان على صورة متبادلة على سطح الطين الا في الأراضي الحامضيه .

ويمكن توضيح عملية التبادل الكاتيوني بالاستعانة بالتفاعل التالي :

 

مثال :

عند تسميد الأرض بكبريتات البوتاسيوم ( ذائبة ) يزيد تركيز كاتيون البوتاسيوم في المحلول الأرضي بسرعة ولذلك يدخل هذا الكاتيون إلى سطح الطين ويخرج بدلاً منه كاتيونات أخري من على سطح الطين إلى المحلول الأرضي . وهذا التبادل سريع جداً ويتم بطريقة مكافئه Stoichiometric حيث يتبين أن كاتيون واحد من الكالسيوم يتم أحلاله من سطح الطين بكاتيونين من البوتاسيوم أي بمعني أخر دخل على سطح الطين شحنتين موجبتين من ( 2 كاتيون + k أحادي التكافؤ) وخرج منها شحنتين موجبتين ( كاتيون(Ca++) ثنائي التكافؤ ) .

وإذا افترضنا أن البوتاسيوم سوف يحل محل كاتيون الومنيوم (AL+++ ) على سطح الطين فإنه يلزم في هذه الحالة ثلاثة كاتيونات من البوتاسيوم (3 شحنة موجبة) لتحل محل كاتيون واحد من الالومنيوم ثلاثي التكافؤ .

2- تبادل وادمصاص الانيونات Anion Exchange

يقوم بعملية تبادل وادمصاص الانيونات في الأراضي كثيراً من المواد الغروية مثل معادن الطين والاكاسيد السداسية وتتميز هذه الغرويات باحتوائها على مجاميع ايدروكسيل (oH) ظاهرة على السطح الخارجي للغروي. تتحمل بشحنات كهربائية يختلف نوعها باختلاف pH الوسط ويتضح ذلك الظاهرة في حالة اكاسيد الحديد.

 

وتنقسم مجاميع الايدروكسيل في الوسط القلوي ليتحمل الغروي بشحنة كهربائية سالبة تجذب إليها الكاتيونات . أما في الوسط الحامضي فتقوم هذه الغرويات بادمصاص أيونات الإيدروجين مما يكسبها شحنات موجبه على السطح تقوم ( الشحنات الموجبة ) يجذب الانيونات مثل (H2PO4 ) والنترات ( NO3- ) الكلوريد (CL-) وتصبح قابله للتبادل كما يلي :

 

ثانياً : الرقم الايدروجيني للأرض Soil pH

ويعرف الرقم الهيدروجيني بأنه اللوغاريتم السالب لتركيز أيون الإيدروجين معبراً عنه بالمول / لتر

[pH = - Log [ H+

تفاعل التربة مصطلح يشير إلى طبيعة التفاعلات التي تحدث في التربة أي أنها حامضية أو متعادلة أم قلوية وتختلف الترب في درجة تفاعلها باختلاف التركيب الكيمائي لها أي مادة الأصل المتكونة منها والظروف التي تكونت فيها أو تحتها .

وبصفة عامة يمكن القول أن الحالات التي يمكن أن توجد عليها الترب الزراعية من حيث درجة تفاعلها هي :

1) ترب حامضيه وهي تلك الترب التي تكون درجة التفاعل في محلولها منخفضة أي أقل من 6.5 تقريباً .

2) ترب متعادلة وهي تلك الترب التي تكون درجة التفاعل في محلولها تتراوح بين 6.5 و 7.5 تقريباً .

3) ترب قلوية وهي تلك الترب التي تكون درجة التفاعل في محلولها 7.5 تقريبا .

مصادر ايونات الهيدروجين في الأراضي :

وتتمثل مصادر أيون الهيدروجين في الأرض في الأتي :

1) حمض الكربونيك الذائب في محلول الأرض .

2) الأحماض العضوية التي تفرزها جذور النباتات والكائنات الحية الدقيقة .

3) أكسدة مركبات النتروجين العضوية إلي حمض نتريك .

4) أكسدة الامونيا من الأسمدة النتروجنية إلى حمض نيتريك .

5) التحلل المائي ( انقسام جزئ الماء ) .

ثالثاً : الاكسدة والاختزال ( ( Eh

يؤدي غمر الأرض بالماء إلى سيادة الظروف اللاهوائية نتيجة استهلاك الكائنات الدقيقة للأوكسجين الذائب في الماء الأرضي ( في تنفسها للحصول على الطاقة اللازمة للحياة ) وذلك بمعدل أسرع من انتشار أكسجين الهواء إلى داخل الأرض المغمورة ويؤدي هذا النقص في الأكسجين إلى سيادة بعض أنواع من البكتيريا التي تسبب اختزال بعض المركبات الكيميائية في الأرض مما يؤثر على صلاحية العناصر الغذائية للنبات .

عند سيادة ظروف التهوية الجيدة في الأرض ، تعمل البكتيريا على استخدام الأكسجين كمستقبل للإلكترونات خلال تنفسها .

أما عندما تسود الظروف اللاهوائية ( اختفاء الأكسجين ) فأن البكتيريا تستخدم بعض المركبات المعدنية كمستقبل للالكترونات خلال عملية التنفس ويمكن لبعض المركبات الحاملة للأكسجين مثل النترات والكبريتات وكذا بعض المركبات عالية التكافؤ ، أن تستقبل الالكترونات مما يؤدي إلى اختزالها وبالتالي إلى تغير درجة صلاحيتها .