کود های نیتروژنه
اوره
ترکیب اوره، که با نام کاربامید نیز شناحته می شود، دارای عنصر کربن و بنیان آلی در ساختار شیمیایی خود (CO(NH2)2) بوده، و به عنوان یکی از مرسوم ترین کود های تامین کننده نیتروژن در سراسر دنیا، مورد استفاده قرار می گیرد. تغییرات بیوشیمایی اوره، بلافاصله پس از افزوده شدن آن به خاک، آغاز می گردد. در این رابطه، وجود رطوبت، لازمه فعال شدن واکنش های اوره در خاک است. فعالیت ریزجاندارن خاکزی، که با تولید آنزیم اوره آز همراه است، در کنار وجود مقادیر کافی از رطوبت، موجب هیدرولیز اوره به آمونیوم و دی اکسید کربن، از طریق واکنش های 1 و 2 می شود.
(1) CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3
(2) NH4)2CO3 + 2H+ = 2NH4+ + CO2 + H2O)
واکنش های تبدیل اوره به آمونیوم، بین 2 تا 4 روز پس از افزوده شدن آن به خاک، صورت می گیرد. در این راستا، ویژگی های محیط خاک، از جمله pH، دما و نیز میزان رطوبت موجود، بر سرعت واکنش های فوق موثر است. آمونیوم تولید شده، می تواند مورد استفاده گیاهان و جامعه زیستی خاک قرار گیرد، جذب سطحی مکان های تبادلی ذرات خاک شود، بین لایه های فیلوسیلیکات ها تثبیت یابد و یا در معرض فرایند های تصعید، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون قرار گیرد. واکنش شماره 3، تبدیل آمونیوم به آمونیاک را در محیط خاک کنترل می کند. همانطور که مشخص است، افزایش قلیاییت محیط خاک و نیز کاهش میزان رطوبت در آن، موجب افزایش هدر رفت اوره، از طریق تصعید آمونیاک خواهد شد. مقدار بالای نیتروژن در اوره (46 درصد)، دسترسی و کاربرد آسان و نیز قیمت مناسب آن، این کود را به یک گزینه مناسب جهت تامین نیاز نیتروژنی گیاهان زراعی، تبدیل ساخته است.
(3) -NH3 + H2O = NH4+ + OH
سولفات آمونیوم ((NH4)2SO4)، یکی از اولین ترکیباتی است که به منظور تامین نیاز تغذیه ای گیاهان زراعی به عناصر نیتروژن و گوگرد، مورد کاربرد گسترده قرار گرفت. اگرچه مقدار نیتروژن موجود در این کود (حدود 21 درصد) نسبت به سایر منابع کودی کمتر است، وجود مقادیر قابل توجهی از گوگرد (حدود 24 درصد) در آن، امکان استفاده از سولفات آمونیوم را به عنوان یک کود چند عنصره (Multi-nutrient)، فراهم می سازد. با توجه به آنکه تحت شرایط احیایی، اشکال نیتراتی نیتروژن در معرض فرایند دنیتریفیکاسیون قرار دارند، وجود فرم آمونیومی نیتروژن در ساختار کود سولفات آمونیوم، آن را به گزینه ای محبوب جهت کاربرد در اراضی غرقاب و شالیزار ها تبدیل ساخته است. حلالیت بالای سولفات آمونیوم، موجب شکسته شدن سریع آن به اجزای آمونیومی و سولفاتی خود، در محلول خاک می شود. در این رابطه، باقی ماندن کود در سطح خاک، موجب افزایش احتمال هدر رفت آن، از طریق تصعید آمونیوم خواهد شد. لذا، مخلوط کردن کود با خاک و یا کاربرد آن پیش از آبیاری یا بارش پیش بینی شده، توصیه می گردد. موارد پیش گفته پیرامون سرنوشت آمونیوم در خاک، در رابطه با آمونیوم آزاد شده از ترکیب سولفات آمونیوم نیز صادق است. یکی از مهم ترین اثرات سولفات آمونیم بر محیط خاک، مشارکت آن در افزایش اسیدیته و کاهش pH است. این امر، عمدتا، از طریق واکنش زیر صورت می پذیرد. کاهش pH خاک به دنبال کاربرد سولفات آمونیوم، از جمله اهداف استفاده از آن در خاک های قلیایی قلمداد می شود.
(4) +2NH4+ + 4O2 = 2NO3- + 2H2O + 4H
کود های فسفاته
دی آمونیوم فسفات (DAP)
کود DAP، مرسوم ترین کود فسفاته در دنیا بشمار می رود، که تحت شرایط کنترل شده، طبق واکنش شماره 5، از واکنش بین آمونیاک و اسید فسفریک تولید می گردد. سوسپانسیون تولید شده دارای ویسکوزیته بالا بوده، که پس از سرد شدن، گرانوله و نهایتا، الک می شود. فرمولاسیون استاندارد DAP، به ترتیب، دارای حدود 18 و 46 درصد نیتروژن و فسفر (P2O5) می باشد. حلالیت بالای DAP، موجب حل شدن سریع آن در محلول خاک و تولید آنیون و کاتیون های قابل دسترس H2PO4- و NH4+ برای گیاه می شود. همانطور که در واکنش شماره 6 نشان داده شده است، کاربرد DAP در خاک، با افزایش موضعی pH در نزدیکی گرانول کودی همراه است. لازم به ذکر می باشد که این افزایش در pH موقتی بوده، و شرکت آمونیوم در فرایند نیتریفیکاسیون، مشابه به واکنش بحث شده در بالا، موجب کاهش pH و افزایش اسیدیته خاک در بلند مدت می شود. تولید آمونیوم از حل شدن گرانول DAP در خاک، می تواند تصعید آمونیاک را نیز به همراه داشته باشد. در این رابطه، افزایش غلظت آمونیاک در نزدیکی ریشه های گیاهان جوان، موجب بروز سمیت و اثرات منفی در این گیاهان می شود. بنابراین، پیشنهاد می گردد تا از جایگذاری مقادیر بالای DAP در نزدیکی بذور در حال جوانه زدن، به ویژه در خاک ها با pH بیش از 7، اجتناب بعمل آید.
(5) 2NH3 + H3PO4 = (NH4)2HPO4
(6) -NH4)2HPO4 + H2O = 2NH4+ + H2PO4- + OH)
سوپر فسفات
همانطور که در واکنش های شماره 7 و 8 نشان داده شده است، سوپر فسفات ها (سوپر فسفات ساده و سوپر فسفات تریپل) از واکنش بین سنگ فسفات با اسید های سولفوریک و فسفریک تولید می شوند. کود سوپر فسفات، منبع مناسبی از سه عنصر پر مصرف کلسیم، فسفر و نیز گوگرد (به واسطه گچ موجود در منبع کودی)، برای گیاه می باشد. لذا، کاربرد آن در خاک هایی که با فقر این عناصر همراه است، از نظر زراعی، سودمند است. در مقابل، به دلیل کم بودن محتوای فسفر در سوپر فسفات نسبت به سایر کود های فسفاته، منابع جایگزین دیگر همچون DAP، کاربرد آن را در اراضی زراعی، محدود کرده است. پس از کاربرد سوپر فسفات در خاک و حرکت آب به سمت گرانول های کودی، حل شدن سوپر فسفات، موجب تولید فسفریک اسید و کاهش شدید pH (تا 5/1) در نزدیکی گرانول می شود. در این راستا، حل شدن سایر کانی های موجود در خاک، می تواند موجب افزایش غلظت کاتیون هایی مانند کلسیم، منیزیم، منگنز، آلومینیوم و آهن در نزدیکی محل کاربرد کود سوپر فسفات گردد. متعاقبا، pH خاک، پس از خنثی شدن فسفریک اسید ، مجددا افزایش می یابد. محصولات تولید شده ناشی از واکنش های سوپر فسفات در خاک، تحت تاثیر پاره از ویژگی های خاک، شرایط محیطی، ماهیت و نیز واکنش پذیری محصولات قرار دارند. در طی چندین روز تا بیش از یک سال پس از مصرف سوپر فسفات در خاک، ترکیباتی همچون کلسیم هیدروژن فسفات و فسفات اُکتاکلسیم و رسوب های آهن، آلومینیوم، کلسیم و منیزیم فسفات در خاک، قابل انتظار است. به طور کل، هیدرولیز ترکیبات فسفاته در محیط خاک، به عواملی همچون میزان و شدت فعالیت زیستی، دما، رطوبت و pH بستگی دارد.
(7) 2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HF
(8) Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 = 5Ca(H2PO4)2 + HF
کود های پتاسه
سولفات پتاسیم
در گذشته، واکنش بین اسید سولفوریک و کلرید پتاسیم، اصلی ترین روش تولید سولفات پتاس یا K2SO4 بود. امروزه، دست ورزی برخی از کانی ها، به عنوان روشی دقیق تر و مورد تایید سامانه های کشت ارگانیک، برای تولید سولفات پتاسیم محسوب می شود. در این روش، ترکیبات طبیعی حاوی پتاسیم، پس از استخراج از معادن، با آب و محلول های نمکی به خصوص، جهت جداسازی اجزای نامطلوب و فرآورده های جانبی، شسته می شوند. حلالیت این منبع کودی (111 تا 120 گرم در لیتر)، به اندازه سایر منابع کودی پتاسیم (به طور مثال، کلرید پتاسیم با حلالیتی برابر با 253 گرم در لیتر)، بالا نیست. با وجود این، فرم پودری آن در سامانه های کودآبیاری، مورد استفاده قرار می گیرد. از طرف دیگر، استفاده از سولفات پتاسیم برای محصولاتی که در برابر یون کلرید حساس هستند (مانند تنباکو و سیب زمینی) و یا کمبود پتاسیم، در معرض کمبود عنصر پر مصرف گوگرد نیز قرار دارند، مناسب می باشد. پس از حل شدن در محلول خاک، سولفات پتاسیم، موجب آزاد شدن یون های قابل دسترس K+ و SO42- برای گیاه می شود (واکنش 9). یون پتاسیم آزاد شده می تواند به صورت یون آزاد (همراه با کره آبپوشی) و یا ساختار های کمپلکسی (زوج یون ها و کمپلکس های محلول) در فاز محلول خاک، باقی بماند. از طرف دیگر، پتاسیم قادر است تا جذب سطوح باردار کانی های خاک و مواد آلی موجود در آن شود. مقداری از پتاسیم نیز، به شکل غیر قابل دسترس، در ساختار کانی های خاک، تثبیت می شود.
(9) -K2SO4 = 2K+ + SO42
کلرید پتاسیم
به دلیل قیمت نهایی پایین و محتوای بالای پتاسیم در کلرید پتاسیم (50 تا 52 درصد پتاسیم خالص)، این منبع کودی، به عنوان مرسوم ترین منبع تامین کننده پتاسیم گیاه شناخته شده و به شکلی گسترده در اراضی کشاورزی، مصرف می شود. معادن زیادی از کلرید پتاسیم در سراسر دنیا موجود است. پس از انتقال سنگ معدن استخراج شده به واحد های تولید، کانی ها خرد شده، و نمک های پتاسیم از نمک های سدیم جدا می گردند. رنگ ترکیب نهایی، با توجه به ماهیت سنگ معدن و کانی اولیه (به طور مثال، وجود مقادیر کم اکسید آهن در آنها) و روش های فرآوری، می تواند قرمز یا سفید باشد. در اراضی کشاورزی، کلرید پتاسیم به صورت پخش سطحی و یا در نوار هایی در نزدیکی گیاهان، به خاک افزوده می شود. لازم به ذکر است، استفاده بی رویه از کلرید پتاسیم، موجب تجمع کلرید در خاک ها و افزایش شوری در آنها می شود. این امر، با اثرات منفی بر رشد گیاهان و جوامع زیستی خاک همراه است.
پس از کاربرد در خاک، حلالیت بالای ترکیب کلرید پتاسیم در آب، موجب تولید یون های کلرید و پتاسیم در محلول خاک می شود (واکنش شماره 10). پتاسیم آزاد شده، در معرض جذب سطحی توسط سطوح تبادلی با بار منفی قرار دارد. در این رابطه، میزان و نوع کانی های رس موجود در خاک، تا حد زیادی، رفتار پتاسیم آزاد شده در خاک را کنترل می کند. تحرک بالای یون کلرید نیز، موجب حرکت آن در خاک، همراه با آب موجود می شود. به عبارت دیگر، حرکت یون کلرید، با جبهه رطوبتی در پروفیل خاک، تطابق دارد.
(10) -KCl = K+ + Cl
منابع
تیسدیل، ساموئل. 1956. حاصلخیزی خاک و کود ها مقدمه ای بر مدیریت عناصر غذایی. (ترجمه دکتر حسین میرسید حسینی و مهندس هادی کوهکن). تهران: انتشارات نشر پلک.
فرحبخش، م. 1398. تقریرات درس کود های شیمیایی و آلی. گروه علوم و مهندسی خاک، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران.
Cajuste, L. J., Sánchez-A, E., & Laird, R. J. 1996. Behaviour of urea and ammonium sulfate fertilizers and their N uptake relationships in calcareous soils. In Nitrogen Economy in Tropical Soils (pp. 347-353). Springer, Dordrecht.
Extension at the University of Minnesota. 2018. Fertilizer urea. University of Minnesota. https://extension.umn.edu/nitrogen/fertilizer-urea#losing-urea-due-to-soil-temperature-and-ph-755164.
Kafkafi, U., Xu, G., Imas, P., Magen, H., & Tarchitzky, J. (2001). Potassium and chloride in crops and soils: the role of potassium chloride fertilizer in crop nutrition. Basel: International Potash Institute.
Kongshaug, G., Brentnall, B. A., Chaney, K., Gregersen, J. H., Stokka, P., Persson, B., ... & Skauli, Ø. (2000). Phosphate fertilizers. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.
Mosaic Crop Nutrition. (n.d.). Ammonium Sulfate. Mosaic Crop Nutrition. https://www.cropnutrition.com/resource-library/ammonium-sulfate.
Mosaic Crop Nutrition. (n.d.). Diammonium Phosphate. Mosaic Crop Nutrition. https://www.cropnutrition.com/resource-library/diammonium-phosphate.
Mosaic Crop Nutrition. (n.d.). Single Superphosphate. Mosaic Crop Nutrition. https://www.cropnutrition.com/resource-library/single-superphosphate.
Mosaic Crop Nutrition. (n.d.). Potassium Sulfate. Mosaic Crop Nutrition. https://www.cropnutrition.com/resource-library/potassium-sulfate.
Mosaic Crop Nutrition. (n.d.). Potassium Chloride. Mosaic Crop Nutrition. https://www.cropnutrition.com/resource-library/potassium-chloride.
Pereira, David Gabriel Campos, Santana, Isadora Alves, Megda, Marcio Mahmoud, & Megda, Michele Xavier Vieira. (2019). Potassium chloride: impacts on soil microbial activity and nitrogen mineralization. Ciência Rural, 49(5), e20180556.