مدیریت نیتروژن
کمبود نیتروژن، مهمترین عامل محدودکننده تولید مطلوب محصول در دنیا می‌باشد. از این رو مصرف آن در مقادیر بسیار زیادي رایج است. کارآیی مصرف کود به عواملی مانند اسیدیته خاك، ظرفیت تبادل کاتیونی، ماده آلی، بافت خاك، نوع و مقدار رس، تهویه و تراکم خاك، عوامل آب و هوایی (دما، مقدار و پراکنش بارندگی)، عملیات زراعی (شخم، تناوب و مدیریت آفات)، نوع محصول و مدیریت کاربرد کود بستگی دارد. به طور کلی کارآیی مصرف کود نیتروژن در نواحی گرمسیري کمتر از 50 و در نواحی معتدل کمتر از 70 درصد و در غلات به طـور متوسط 33 درصد می‌باشد. از سویی همزمان با مدیریت نیتروژن، مدیریت کربن آلی خاك در سیستم‌هاي خاكورزي حفاظتی اهمیت شایانی دارد.
مدیریت کود نیتروژن توسط چهار عامل مقدار، منبع، زمان و جایگذاري آن شرح داده می‌شود. کوددهی نیتروژن باید ضمن تامین نیاز گیاه به مقدار کافی، از بالاترین کارآیی مصرف برخوردار باشد، به طوري که عملکرد محصول در حد بهینه باشد و پایداري و کیفیت خاك لطمه نبیند.
راه‌های اتلاف نیتروژن از خاک
نیتروژن به طور پیوسته بین گیاه، جانداران خاك، ماده آلی خاك و اتمسفر در حال چرخش است که اصطلاحا به آن چرخه یا سیکل نیتروژن می‌گویند. بدیهی است آشنایی با این فرآیندها میتواند به مدیریت بهینه این عنصر کمک کند.
نیتروژن خاك در معرض تصعید (Volatilization)، غیرمتحرك شدن نیتروژن (Immobilization)، نیترات‌زدایی (Denitrification) و آبشویی (Leaching) می‌باشد.
آمونیم و آمونیاك تولیدي از منابع نیتروژن نظیر اوره، وقتی که بر سطح خاك بکار رود از طریق تصعید آمونیاك (NH3) به صورت گاز هدر می‌رود. میزان تصعید در ارتباط با عواملی همچون دماي خاك، اسیدیته بالاي هفت و سرعت باد که تبخیر را افزایش می‌دهند و نیز وجود بقایاي زیاد محصول، زیاد می‌شود.
منابع نیتروژن آمونیاکی و نیتراتی در طول دوره رشد و تولید مثل، توسط ریزجانداران خاك جذب می‌شوند (Immobilization) . غیرمتحرك شدن نیتروژن با میزان بالاي نسبت کربن به نیتروژن در بستر خاك زیاد می‌شود. در این شرایط چنین رخدادي نیتروژن قابل دسترس براي گیاه را براي دوره‌اي، مخصوصا در اوایل فصل رشد کم می‌کند.
نیترات‌زدایی (Denitrification)، یا تبدیل نیترات به اشکال گازي نیتروژن (N2 و N2O) زمانی رخ می‌دهد که اکسیژن قابل دسترس در خاك محدود باشد. این امر اساسا وقتی اتفاق می‌افتد که خاك در شرایط غرقابی یا کاملا متراکم شده باشد. اما حتی موقعی که خاك غرقاب هم نباشد، نیترات‌زدایی در خاك در خلل و فرج‌ریزي که اکسیژن در آن‌ها محدود است نیز رخ می‌دهد. مضافا اینکه نیترات به دلیل عدم نگهداشت آن توسط ذرات خاك در معرض آبشویی نیز است.
پتانسیل تلفات نیتروژن از طرق مذکور به نوع خاك، شرایط محیطی و سیستم کشاورزي بستگی دارد. به منظور کاهش تلفات نیتروژن و به حداکثر رساندن کارآیی مصرف آن، بایستی منبع نیتروژن، زمان و جایگذاري آن با توجه به شرایط خاك و محیط انتخاب گردد.
شکل 1- راه‌های اتلاف نیتروژن از خاک
راه‌های افزایش نیتروژن
مهمترین راه‌هاي تامین و افزایش نیتروژن، مصرف کودهاي نیتروژنه، استفاده از کودهاي کُندرها مانند اوره با پوشش گوگردي، استفاده از ارقام و گونه‌هاي اصلاح شده با کارآیی بیشتر در جذب نیتروژن، مصرف کود سرك به صورت تقسیط و محلول-پاشی، استفاده از بازدارنده‌هاي نیتراته شدن، استفاده از تناوب‌هاي مناسب توام با گیاهان تثبیت‌کننده نیتروژن مثل ماشک، سویا و خلر و توصیه و ترویج کشت‌هاي علوفه‌اي می‌باشد.
امروزه در بسیاري از نواحی جهان تولیدکنندگان به منظور بهبود کارآیی مصرف آب، افزایش تنوع و شدت کشت، بهبود تولید اقتصادي محصول و کاهش فرسایش و تخریب خاك و نیز افزایش کربن آلی خاك، در حال توسعه استفاده از سیستم‌هاي خاكورزي حفاظتی هستند. هنگامی که شدت خاكورزي کم می‌شود، باقیمانده محصول بر سطح خاك قرار می‌گیرد. باقیمانده محصول بر روي سطح خاك موجب تعدیل دماي خاك می‌شود. از این‌رو، به طورکلی خاك پوشش داده شده با بقایاي گیاهی در بهار و تابستان سردتر و در طول پاییز و زمستان گرم‌تر خواهد بود.
باقیمانده محصول در روش بدون خاكورزي منجر به کاهش تبخیر و حفظ رطوبت در خاك می‌گردد. بنابراین در مجموع رطوبت خاك در بدون خاكورزي بـیشتر از خاكورزي مرسوم است. حفظ ساختمان خاك به واسطه عدم خاكورزي ممکن است منجر به افزایش توانایی خاك براي حفظ رطوبت گردد. جرم مخصوص ظاهري خاك در شرایط بدون خاكورزي نسبت به خاكورزي مرسوم تمایل به افزایش دارد. این امر ممکن است به دلیل زیاد شدن مقاومت نفوذ و حفظ آب توسط حجم تخلخل پر از آب در ظرفیت مزرعه باشد. لذا، تعدیل درجه حرارت و افزایش رطوبت خاك باعث کندي معدنی شدن بقایا و در عین حال باعث افزایش آنزیم اوره‌آز می‌شود.
از سویی، حفظ بقایاي گیاهی در سطح خاك به دلیل کاهش تماس بین باقیمانده محصول و ریزجانداران خاك میتواند مستقیما در چرخه مواد غذایی تاثیر داشته باشد؛ این امر سبب می‌شود که مواد غذایی موجود در بقایاي محصول به آهستگی آزاد شود.
در خاكورزي مرسوم، شدت تجزیه ماده آلی به دلیل خرد شدن ذرات آلی و خاکدانه و افزایش سطح ویژه آن‌ها و نیز تهویه خاك، بیشتر از روش بدون خاكورزي است. بررسی‌هاي صورت گرفته در ارتباط با تاثیر بقایاي محصول بر پویایی نیتروژن نشان داده است که مقدار نیترات در خاكورزي مرسوم نسبت به بدون خاكورزي بیشتر بود که مشخص کننده بالاتر بودن سرعت معدنی شدن تحت شرایط خاكورزي مرسوم در مقایسه با بدون خاكورزي است. به بیان دیگر، کاهش شدت خاكورزي میتواند سبب کند شدن و یا ممانعت از هدر رفت کربن آلی خاك شود. نیتروژن آلی نیز همچون کربن آلی خاك، با کاهش شدت خاكورزي زیاد می‌شود.
سیستم خاكورزي حفاظتی و اثرات متقابل با کود نیتروژن
سیستم خاكورزي به دلیل تاثیر بر پتانسیل تلفات نیتروژن از طریق تصعید، غیرمتحرك شدن نیتروژن و نیترات‌زدایی و آبشویی بر تامین و تدارك مواد غذایی مورد نیاز گیاه تاثیر می‌گذارد که در نهایت منجر به تاثیر بر کارآیی منبع، زمان مصرف و جایگذاري کود و بهینه‌سازي کارآیی مصرف کود می‌شود.
شکل 2- تاثیر خاکورزی حفاظت شده بر مدیریت نیتروژن خاک