مزایا و نقش گوگرد در کشاورزی

تاثیر استفاده از گوگرد

در نیم قرن گذشته به دلیل اقدامات نامناسب زراعی، خروج زیاد زیست‌توده گیاهی از زمین های کشاورزی و …، کمبود گوگرد در خاک بسیاری از مناطق جهان، به طور فزاینده ای در حال افزایش است. در این مقاله، اهمیت و نقش گوگرد برای گیاهان، اشکال گوگرد آلی و غیرآلی در خاک و چگونگی تبدیل آن‌ها به یکدیگر، به ویژه روند اکسیداسیون میکروبیولوژیکی گوگرد عنصری مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

اهمیت استفاده از گوگرد در کشاورزی بیش از یک قرن است که شناخته شده است، با این حال، عواملی همچون استفاده مداوم از کودهای نیتروژنه و کود های فسفره که فاقد گوگرد هستند، کاهش استفاده از سموم دفع آفات حاوی گوگرد، خروج زیاد زیست توده گیاهی از زمین های کشاورزی پر محصول، کاهش ورودی گوگرد از طریق آب باران و کاهش انتشار دی اکسید گوگرد حاصل از سوختن سوخت های فسیلی منجر به کمبود گوگرد در خاک شده است.

وجود گوگرد برای رشد و عملکرد مناسب گیاهان ضروری است. سولفات جذب شده توسط ریشه منبع اصلی گوگرد برای رشد است، علاوه بر این گیاهان قادرند گوگرد را توسط برگ ها از هوا جذب کنند.

گوگرد در ساختار پروتئین ها و عملکرد آنزیم ها بسیار مهم است و نقش مهمی در دفاع از گیاهان در برابر تنش ها و آفات دارد. عواملی همچون ترکیبات ثانویه گوگرد (به عنوان مثال گلوکوزینولات ها، پپتیدها، گلوتامیل و آلیین ها)، فیتوآلکسین ها، پروتئین های غنی از گوگرد (تیونین ها)، رسوبات موضعی گوگرد (در اطراف ریشه) و آزاد شدن ترکیبات گوگرد فرار به صورت گاز، می‌توانند مقاومت گیاه را در برابر عوامل بیماری زا و آفات گیاهخوار افزایش دهند. از آنجا که جذب گوگرد و نیتروژن به شدت با هم در ارتباط هستند، کمبود گوگرد در گیاهان را می‌توان با نسبت نیتروژن به گوگرد موجود در بافت گیاه تشخیص داد.

یک مدیریت پایدار کشاورزی برای اطمینان از تأمین گوگرد کافی برای گیاهان، نیاز به درک صحیح از چرخه گوگرد و میزان تغییرات گوگرد در خاک، از جمله فرآیندهای میکروبیولوژیکی تثبیت گوگرد، معدنی سازی، اکسیداسیون و احیا (کاهش) دارد.

در اکوسیستم های کشاورزی، با استفاده از گوگرد معدنی به عنوان کود جایگزین ارزان برای جبران مجدد گوگرد از دست رفته، امکان استفاده بیشتر از کودهای تجاری نیتروژن و فسفر را فراهم نموده و از طرفی از عوارض جانبی منفی محیطی مثل نشت نیترات از طریق زهکشی به آب‌های زیرزمینی، جلوگیری می‌شود، البته باید توجه داشته باشید که گونه های گیاهی از نظر نیاز به گوگرد تا حد زیادی متفاوت هستند و تغذیه مناسب و متعادل گوگرد برای تولید بیشتر، کیفیت بهتر و سلامتی آن‌ها بسیار مهم است.

از آنجا که بدن انسان­ها و حیوانات اهلی نیز به میزان متعادلی از گوگرد نیاز دارد، توجه به تأمین نیاز گیاهان و برطرف نمودن کمبودهای احتمالی می­تواند تأثیر زیادی در حفظ سلامت ما انسان ها داشته باشد از این رو به کشاورزان عزیز توصیه می‌شود با مطالعه این مقاله اطلاعات بیشتری در مورد اهمیت گوگرد و تأثیر مثبت آن بر روی کمیت و کیفیت محصولات کشاورزی کسب نموده و مصرف بیشتر گوگرد را مدنظر قرار دهند.

نقش گوگرد در اکوسیستم‌های کشاورزی و طبیعی

اهمیت و میزان وجود گوگرد در گیاهان

گوگرد یکی از مواد غذایی ضروری برای گیاهان است و بعد از ازت، فسفر و پتاسیم به عنوان چهارمین ماده غذایی اصلی مورد نیاز گیاه شناخته می‌شود. محتوای کل گوگرد در بافت گیاهان از ۰.۳ تا ۷.۶ درصد است که میزان بالای آن (۷.۶ درصد) معمولاً در گیاهانی که در خاک‌های گچی زندگی می‌کنند، یافت می‌شود. به طور کلی، گیاهان به سولفات جذب شده توسط ریشه ها به عنوان منبع گوگرد وابسته هستند.

بیشتر سولفات جذب شده توسط گیاه پس از احیا به سیستئین و متیونین متابولیزه می‌شود که هر دو پروتئین از اهمیت بالایی در رشد گیاه برخوردار هستند. سولفات باقیمانده در بافت های گیاهی به واکوئل ها منتقل شده و در آنجا ذخیره می‌شود، البته انتقال مجدد گوگرد در برخی گونه ها ممکن است به قدری کند باشد که با وجود حضور گوگرد در واکوئل ها، گیاه علائم کمبود را از خود بروز دهد.

نسبت نیتروژن به گوگرد

جذب گوگرد و نیتروژن به شدت با هم مرتبط هستند و نسبت نیتروژن به گوگرد در گیاه می‌تواند نشان دهنده وضعیت گوگرد در گیاه باشد، این نسبت معمولاً برای گیاهان زراعی بین ۳۰ تا ۳۵ است.

بدیهی است که تأمین گوگرد به مقدار کافی برای گیاه، تأثیر تعیین کننده ای در رشد، عملکرد، تناسب اندام و مقاومت گیاهان در برابر تنش‌های بیوتیکی (تنش هایی که توسط عوامل زنده بر گیاه اعمال می‌شود) و تنش های غیر زنده دارد. علاوه بر این، گوگرد به شدت بر کیفیت غذایی گیاهان زراعی تأثیرگذار است.

نیاز به گوگرد در گیاه

جذب سولفات توسط ریشه گیاهان به نیاز آن‌ها به گوگرد بستگی دارد و گیاهان بسته به نوع و رقم و همچنین مراحل مختلف رشد، به مقادیر متفاوتی گوگرد نیاز دارند. سرعت رشد گیاه، مقدار نیاز به گوگرد و جذب سولفات را می‌توان با استفاده از فرمول‌های زیر اندازه گیری نمود.

(ln W_۲ − ln W_۱)/(t_۲ − t_۱) = نرخ رشد

در این فرمول W_۱ و W_۲ به ترتیب وزن کل گیاه (g) را در زمان t_۱ و t_۲ نشان می‌دهند و t_۲ − t_۱ فاصله زمانی تا برداشت را به روز نشان می‌دهد.

میزان رشد (گرم یک گیاه در روز) × محتوای گوگرد (میکرو مول در گرم گیاه) = نیاز گیاه به گوگرد (میکرو مول در گرم گیاه در روز)

نیاز به گوگرد (میکرو مول گرم بوته در روز) × (نسبت ساقه به ریشه) = جذب سولفات (میکرو مول گرم ریشه در روز)

جذب گوگرد توسط گیاهان از طریق هوا

گیاهان علاوه بر سولفات گرفته شده توسط ریشه های خود، قادر به جذب و متابولیسم گازهای گوگردی (SO_۲ و H_۲S) توسط شاخه های خود نیز هستند. میزان جذب SO_۲ به طور مستقیم به درجه باز شدن روزنه ها بستگی دارد و به دلیل حلالیت زیاد آن در آب، مقاومت داخلی در برابر جذب گاز SO_۲ بسیار کم است و در نتیجه هر چه غلظت گاز SO_۲ در جو بالاتر باشد مقدار جذب آن نیز توسط گیاه بیشتر خواهد بود. SO_۲ پس از جذب در مزوفیل ممکن است به صورت سولفیت یا پس از اکسیداسیون به صورت سولفات وارد مسیر کاهش گوگرد شود. در مورد گاز H_۲S میزان متابولیسم آن در سیستئین تعیین کننده است و حضور این گاز باعث تجمع سریع سیستئین و گلوتاتیون در شاخه ها می‌شود.

اهمیت گوگرد در عملکرد گیاه و سازگاری آن با تنش‌ها و آفات

سیستئین نقش مهمی در سنتز متیونین دارد و همچنین پیش ساز چندین ترکیب گوگردی دیگر مثل گلوتاتیون، کوآنزیم A، بیوتین و ترکیبات ثانویه گوگردی در گیاهان است.

اسیدهای آمینه حاوی گوگرد از اهمیت بالایی در ساختار، ترکیب و عملکرد پروتئین ها و آنزیم ها برخوردار هستند. همچنین مقادیر بالای این اسیدهای آمینه ممکن است به عنوان پروتئین های ذخیره ای، در گیاه (مثلاً در دانه ها) موجود باشد.

برخی از متابولیت های گوگردی مثل فیتوآلکسین ها، پروتئین های غنی از گوگرد (تیونین ها) و رسوبات سلولی گوگرد عنصری (به صورت موضعی)، می‌توانند در مقاومت گیاهان در برابر استرس و آفات نقش داشته باشند.

نیاز به تغذیه گوگردی در اکوسیستم‌های کشاورزی و طبیعی

نیاز گیاهان به گوگرد بسیار متفاوت است. به عنوان مثال محصولات خانواده براسیکا تقاضای زیادی برای گوگرد دارند و به دنبال آن محصولات خانواده آلیوم مانند تره و پیاز قرار دارند، در مقابل محصولاتی همچون حبوبات به مقادیر نسبتاً کمی گوگرد نیاز دارند. نیاز بالای خانواده های براسیکا و آلیوم می‌تواند به خاطر سنتز متابولیت های ثانویه حاوی گوگرد، گلوکوزینولات ها، تجمع سولفات در بافت‌های رویشی و … باشد، همچنین عملکرد محصول نقش زیادی در تعیین میزان نیاز گیاه به گوگرد دارد.

از آنجا که مقدار قابل توجهی از گوگرد مورد نیاز گیاهان از جو تأمین می‌شود، تغییرات آب و هوایی می‌تواند تأثیر زیادی بر تغییر نیاز گیاهان داشته باشد به گونه ای که در دهه های اخیر به دلیل کاهش چشمگیر ورودی گوگرد از جو، گیاهان (خصوصاً گونه هایی که به مقدار زیادی گوگرد نیاز دارند) با کمبود گوگرد مواجه شده اند. به عنوان مثال، در بسیاری از مناطق انگلستان، رسوب گوگرد جوی از ۷۰ کیلوگرم در هکتار در سال (در دهه ۱۹۷۰) به کمتر از ۱۰ کیلوگرم در هکتار در سال (در اوایل دهه ۲۰۰۰) کاهش یافته است.

عوامل دیگری همچون استفاده بیش از حد از کودها و سموم شیمیایی بدون گوگرد و افزایش روزافزون عملکرد محصولات کشاورزی نیز در کاهش دسترسی گیاهان به گوگرد مؤثر بوده است.

کمبود گوگرد معمولاً در نتیجه عدم تعادل مواد غذایی به ویژه نیتروژن اتفاق می‌افتد و یکی از شاخص های رایج برای تشخیص کمبود گوگرد، نسبت نیتروژن به گوگرد است. به عنوان مثال نسبت نیتروژن به گوگرد بیشتر از ۱۷ به ۱ در دانه گندم نشان می‌دهد که محصول با گوگرد ناکافی تولید شده است. در بافت برگ ها، مقدار بحرانی نسبت نیتروژن به گوگرد تقریباً ۱۵ به ۱ برای غلات و ۶ تا ۱۰ به ۱ برای دانه های روغنی کلزا است.

آثار منفی زیست‌محیطی کمبود گوگرد

علاوه بر آثار منفی کمبود گوگرد بر رشد و توسعه گیاهان، در صورت کمبود گوگرد گیاهان نمی‌توانند به طور کارآمد از نیتروژن استفاده کنند و این موضوع خود باعث افزایش هدررفت نیتروژن و در نتیجه شستشوي نيترات از طریق زهكشي آب می‌شود، ورود نیترات به محیط زیست می‌تواند آسیب زیادی به محیط زیست وارد نماید.

انواع کودهای گوگردی

کودهای گوگردی به چندین شکل شیمیایی در دسترس هستند که متداول‌ترین آن‌ها سولفات و گوگرد معدنی است. فرم سولفات برای گیاه به راحتی در دسترس و قابل جذب است، اما سولفات در خاک‌های تقریباً خنثی و قلیایی بسیار متحرک و مستعد تلفات و شستشو است، در مقابل، گوگرد معدنی برای گیاه قابل جذب نیست و ابتدا باید به سولفات اکسید شود.

گوگرد به شکل‌های مختلفی در دسترس کشاورزان قرار می‌گیرد که برخی از انواع اصلی در ادامه شرح داده می‌شوند.

گوگرد معدنی

این نوع گوگرد مستقیماً از معدن استخراج شده و در اختیار کشاورز قرار می‌گیرد. این گوگردها ممکن است حاوی عناصر سمی مثل آلومینیوم باشند.

گوگرد پالایشگاهی

 مقدار زیادی از گوگرد مصرفی از منابع گاز و نفت تأمین می‌شود و با فرآوری که بر روی آن‌ها انجام می‌گیرد به خالص‌ترین حالت ممکن یعنی ۹۹ درصد می‌رسند.

گوگرد پودری

این نوع گوگردها در پالایشگاه پس از تولید و فرآوری، بسته‌بندی شده و به بازار عرضه می‌شوند.

گوگرد پاستیلی و یا گرانوله

گوگردهای پاستیلی و گرانوله همان گوگردهای پالایشگاهی هستند ولی برای مصرف آسان‌تر آن‌ها را به شکل های مختلف گرانوله و پاستیلی فرآوری می‌کنند.

گوگرد مایع

از این محصول می‌توان به عنوان کود گوگرد کشاورزی برای تغذیه گیاهان در داخل خاک استفاده نمود؛ اما باید توجه داشت که گوگرد مایع برای اصلاح ساختمان خاک کارایی چندانی ندارد

نقش گوگرد در اصلاح و بهبود وضعیت خاک‌های آهکی

عوامل اصلی و محدود کننده در خاک های آهکی، کربنات های آزاد کلسیم و منیزیم هستند که در اکثر نقاط ایران به خاطر بارندگی کم، به وفور در خاک ها تجمع یافته و به خاطر کمبود مواد آلی و pH بالای خاک، قابل انحلال نیستند و در نتیجه باعث کاهش جذب عناصر کم مصرفی همچون روی و آهن می‌گردند همچنین فسفر نیز در این خاک ها برای گیاهان قابل جذب نیست.

موادی مثل گوگرد، گچ و اسیدسولفوریک می‌توانند برای کاهش اسیدیته و اصلاح خاک های آهکی مورد استفاده قرار گیرند، در بین این مواد، گوگرد به خاطر کارایی مناسب و در دسترس بودن آن خصوصاً در کشور ما (به خاطر امکان تولید آن از طریق مواد نفتی)، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عملکرد گوگرد پس از ورود به خاک

گوگرد پس از اضافه شدن به خاک، به طور مستقیم نمی‌تواند باعث اسیدی شدن خاک و افزایش جذب مواد غذایی توسط گیاهان شود بلکه باید ابتدا گوگرد اکسید شده و اسید سولفوریک تولید شود تا اسید تولید شده بتواند pH خاک را به خوبی کاهش دهد.

اکسیداسیون گوگرد

گوگرد به طور معمول توسط باکتری های جنس تیوباسیلوس (Thiobacilus) و طیف گسترده ای از باکتری های هتروتروف و قارچ ها در خاک، اکسید می‌شود، در نتیجه برای اکسیداسیون بیولوژیکی گوگرد لازم است که خاک غنی از این باکتری ها باشد تا بتوانند اکسیداسیون گوگرد را تسریع نموده و علاوه بر تولید سولفات که در تغذیه گیاهان نقش به سزایی دارد، میزان اسیدیته خاک (خصوصاً در اطراف ریشه گیاهان) را کاهش داده و در نتیجه جذب عناصر غذایی ارزشمندی مثل فسفر، روی، آهن و بسیاری از مواد غذایی کم مصرف را به وسیله ریشه ها افزایش دهند.

اکسیداسیون تحت تأثیر موارد زیر است:

• حضور میکروارگانیسم های قادر به اکسیداسیون گوگرد
• وجود سطح مؤثری از ذرات گوگرد
• دمای مناسب خاک
• پتانسیل مناسب آب خاک
• تهویه مناسب خاک

گوگرد بیش از حد ممکن است روی رشد گیاه تأثیر منفی داشته باشد، با این حال، گیاهان ممکن است با شرایط سازگار شده و با تجمع گوگرد به عنوان سولفات در واکوئل یا از بین بردن گوگرد مازاد با ترشح آن از طریق غدد نمکی موجود در بافت های خود (مثل هالوفیت ها) یا انتشار، با بیش‌بود گوگرد مقابله کنند.

در خاک هایی با زهکشی ضعیف و غرقاب (به عنوان مثال شالیزارهای برنج)، سطح دائمی یا موقتی فیتوتوکسیک H_۲S محلول در ریزوسفر ممکن است باعث آسیب رسیدن به محصول شود.

نقش گوگرد در کیفیت غذا

تغذیه مناسب محصولات کشاورزی با گوگرد به دلیل نقش اساسی گوگرد در سنتز اسیدهای آمینه، پروتئین ها و برخی متابولیت های ثانویه، در اغلب موارد تأثیرات متنوع و چشم‌گیری بر کیفیت محصول دارد.

به طور کلی، کمبود گوگرد باعث کاهش سنتز پروتئین های ذخیره ای غنی از گوگرد می‌شود، اما سنتز پروتئین هایی که از نظر گوگرد فقیر هستند را افزایش می‌دهد، در نتیجه، کمبود گوگرد در محصولاتی مثل حبوبات باعث کاهش ارزش غذایی بذرها می‌شود.

مطالعات زیادی در اروپا و استرالیا نشان داده اند که میزان کاربرد گوگرد در تولید گندم تأثیر زیادی بر ترکیب پروتئین های گلوتن، خصوصیات خمیر و عملکرد نهایی برای تولید نان دارد و به طور کلی، افزایش غلظت گوگرد در دانه گندم با افزایش قابلیت ورآمدن خمیر و حجم گیری نان همراه است در نتیجه واضح است که تأمین گوگرد کافی در گندم برای تولید نان با کیفیت، مهم و ضروری است.

بر اساس آزمایش های انجام شده، در صورت کمبود گوگرد، میزان ماده آکریل آمید که دارای اثرات منفی بر سیستم اعصاب و تولید مثلی انسان و احتمالاً سرطان زا است، ۵ تا ۱۰ برابر افزایش خواهد یافت.

چند نکته قابل توجه در تغذیه حیوانات

• استفاده از مواد غذایی با نسبت کمتر از ۱۵ به ۱ (نیتروژن به گوگرد)، برای تغذیه حیوانات مفید است.
• گوسفندان به خاطر تولید پشم نسبت به گاوها، حساسیت بیشتری به کمبود گوگرد دارند.
• گوگرد بیش از حد در علوفه، ممکن است با تشکیل ترکیبات تیو مولیبدات در شکمبه که با اتصال به مس، آن را برای حیوان غیرقابل دسترس می‌کنند، باعث کمبود مس در گاو شود.
• همچنین گوگرد می‌تواند باعث کاهش جذب سلنیوم شود که این کمبود را می‌توان با افزودن مکمل سلنیوم به خوراک دام یا با افزودن سلنیوم در کودها جبران نمود.

جمع‌بندی

گوگرد یکی از مواد غذایی ضروری برای گیاهان است و بعد از ازت، فسفر و پتاسیم به عنوان چهارمین ماده غذایی اصلی مورد نیاز گیاهان به شمار می‌رود، کمبود گوگرد آثار منفی فراوانی بر رشد و توسعه گیاهان دارد و در صورت کمبود گوگرد گیاهان نمی‌توانند به طور کارآمد از نیتروژن استفاده کنند، این موضوع خود باعث افزایش هدررفت نیتروژن و شستشوي نيترات از طریق زهكشي آب شده و در نتیجه می‌تواند آسیب زیادی به محیط‌زیست وارد نماید.

به علت وجود شرایط نامساعد، مثل کمبود مواد آلی و عدم استفاده از گوگرد و مایه تلقیح تیوباسیلوس، در بیشتر خاک‌های ایران جمعیت باکتری‌های اکسید کننده گوگرد کم است، بنابراین کاربرد گوگرد باید همراه با مایه تلقیح تیوباسیلوس یا مواد آلی (مثل کودهای دامی) باشد، البته باید توجه داشت که عوامل دیگری همچون دمای خاک، رطوبت، تهویه و pH خاک نیز در فرایند اکسیداسیون گوگرد نقش دارند، همچنین مصرف گوگرد مایع و یا پودری می‌تواند برای کنترل آفات و بیماری‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

با توجه به مزایای یاد شده، استفاده از گوگرد در مورد محصولات مختلف خصوصاً دانه های روغنی توصیه می‌شود البته میزان و نحوه مصرف گوگرد باید تحت نظر کارشناس و بر اساس شرایط مزرعه شما انجام شود، برای تهیه انواع گوگرد، شما می‌توانید به سایت تجارت سبز آبان مراجعه کنید، امیدوارم مطالب فوق مورد توجه و استفاده شما قرار بگیرد.

منابع:

• https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-06832012000500001
• https://www.irankeshavarzi.com/article/detail/sulfur-fertilizing
• https://www.researchgate.net/publication/227214215
• www.agrodayan.com