"Pejman"
دستیار مدیر مهندسی کشاورزی گیاهان دارویی
متخصصین تغذیه گیاه سه عنصر ازت (N)، فسفر (P) و پتاسیم (K) را که غلظت آنها در برگهای گیاهان در حدود 50/2، 15/0 و 00/2 درصد است، جزء عناصر اصلی (Macronutrients) و گوگرد (S) را جزو عناصر غذایی ثانویه ((Secondary nutrients طبقه بندی کرده‌اند. ولی بنا به دلایل متعدد، از جمله زیادی غلظت گوگرد در اندامهای گیاهی (25/0درصد)، در مقایسه با فسفر (15/0 درصد) و نقش بسیار مثبت این عنصر در مواردی مانند افزایش قابلیت جذب عناصر غذایی و بهبود کمّی و کیفی محصولات کشاورزی، اصلاح خصوصیات فیزیکو شیمیایی خاکهای آهکی و سدیمی و همچنین افزایش نفوذپذیری و کاهش pH و حذف بیکربنات از آب آبیاری و نقش بسیار مؤثر و مثبت آن در کاهش تنشهای شوری و سدیمی، باید جایگاه فعلی این عنصر تغییر یابد و در ردیف عناصر اصلی قرار گیرد و مصرف سالانه آن از مصرف کودهای فسفاتی (700 هزار تن در سال) فراتر رود. البته نظر به اینکه شکل قابل جذب گوگرد توسط گیاهان به صورت یون سولفات (SO4=) است، بنابراین لازم است گوگرد با کمک ریز جانداران اکسید کننده گوگرد به صورت یون سولفات درآید.
گوگرد، عنصری حیاتی برای تغذیه گیاهان است و نقش آن برتر از فسفر می‌باشد. نقش گوگرد در گیاهان، به طور عمده ساخت پروتئین، روغن و بهبود کیفیت محصولات کشاورزی است. مقدار گوگرد مورد نیاز برای برداشت هر تن دانه‌های روغنی 12 کیلوگرم، برای بقولات 8 کیلوگرم و برای غلات 4 کیلوگرم است. در ذکر اهمیت گوگرد از دید تغذیه گیاه، همین کافی است که در اکثر محصولات کشاورزی نسبت ازت به گوگرد (N/S) لازم است در محدوده 15-10، و در دانه‌های روغنی این نسبت برای دستیابی به افزایش عملکرد و بهبود کیفیت، باید کمتر از 10 باشد.
نتایج آزمایشها نشان داده‌است که اگر گوگرد به همراه مواد آلی و باکتریهای تیوباسیلوس با روش صحیحی جایگذاری شود و رطوبت نیز در حد مطلوب باشد، می‌تواند تا حد 60 درصد عملکرد محصولات کشاورزی را افزایش دهد. شکل قابل استفاده گوگرد توسط گیاهان، به صورت یون سولفات است. ازاین رو برای تبدیل گوگرد به سولفات باید شرایط اکسیداسیون در خاک مهیا باشد.
برای قابل استفاده شدن گوگرد، از راه تبدیل آن به سولفات، مهیا کردن چهار شرط (رطوبت، مواد آلی، جایگذاری عمقی و میکروارگانیسمهای اکسیده‌کننده گوگرد) الزامی است. از سوی دیگر چون خاکهای کشاورزی کشور آهکی و شور هستند و آب آبیاری نیز محتوی بیکربنات فراوان است، بنابراین در اولویت قرار دادن ساخت انواع کودهای سولفاتی مخصوصاً اوره با پوشش گوگردی، سولفات آمونیوم، فسفات سولفات آمونیوم و سولفات پتاسیم که دارای خاصیت اسیدزایی نیز هستند، توسط شرکت ملی صنایع پتروشیمی و نیز بخش خصوصی الزامی است.
امروزه، بیش از هر زمان دیگر، تأمین نیاز گیاهان به عناصر غذایی کافی به منظور تضمین تولید محصول و در نتیجه تأمین امنیت غذایی جامعه بشری، اهمیت دارد. کشاورزان به طور مداوم در تلاشند تا با رفع کمبودهای این عناصر و استفاده بهینه از مصرف کود، تولید محصول را به حد پتانسیل (ژنتیکی) نزدیک کنند
گوگرد یکی از عناصر غذایی ضروری برای رشد گیاه و تولید محصولات به شمار می‌رود. نیاز گیاهان به این عنصر، مشابه فسفر و حتی بیشتر نیز است. در سالهای گذشته، به دلیل آلودگی زیاد هوا، مقدار بیشتری گوگرد از طریق اتمسفر و همچنین قارچ‌کشهای حاوی گوگرد، وارد خاک می‌شد و کمبود آن کمتر مشاهده می‌شد، ولی در سالهای اخیر با کاهش بارانهای اسیدزا، حذف این منابع گوگردی، استفاده از محصولات پر نیاز به عناصر غذایی و کشاورزی متمرکز، کمبود این عنصر در مناطقی از جهان تشدید شده است. گوگرد برای ساختن پروتئین و آنزیم از طریق شرکت در ساختمان اسیدهای آمینه متیونین و سیستئین الزامی است. بنابراین در عملکرد و کیفیت محصولات بسیار تأثیرگذار است.
گوگرد به شکلهای مختلف در خاک و هوا یافت میشود. تجزیه مواد آلی و احیاء سولفات توسط موجودات زنده نیز یکی از راههایی است که باعث ورود گوگرد به اتمسفر میشود. قسمت اعظم گوگرد در اثر سوزاندن سوختهای فسیلی به صورت SO2 وارد هوا میشود. بنابراین مقدار گوگرد موجود در اتمسفر مناطق مختلف، به دوری و نزدیکی آنها به مراکز صنعتی بستگی دارد (بختیاری و همکاران، 1380). پوستة زمین دارای 06/0 درصد گوگرد است و گوگرد از نظر مقدار در طبیعت، در ردیف ششم و از لحاظ میزان نیاز گیاه، پس از سه عنصر اصلی قرار دارد.
مقدار گوگرد در خاک از 002/0 درصد تا 5 درصد متغییر بوده و به طور متوسط بین 5/0 تا 01/0 درصد است. گوگرد در خاک به دو شکل معدنی و آلی یافت میشود، تقریباً تمام گوگرد موجود در نواحی خشک و درصد کمی از گوگرد موجود در مناطق مرطوب به‌صورت معدنی است. نسبت مقدار گوگرد آلی و معدنی بسیار متفاوت است و به طبیعت خاک pH)، وضعیت زه‌کشی، مقدار مواد آلی، ترکیبات کانی‌ها) و عمق پروفیل بستگی دارد. گوگرد معدنی در خاک به طور عمده به صورت سولفات است. اگر چه ترکیبات در وضعیت اکسایش مانند سولفیدها (سولفید آهن)، سولفیت، تیوسولفات کمتر یافت میشود، اما در شرایط غرقابی، گوگرد معدنی در شکلهای احیاء شده مانند H2S و Fe S2 تشکیل میشود.
پیریت (FeS2) شکل عمده گوگرد در خاکهای غرقابی و مردابی است و در برخی شرایط نیز گوگرد عنصری می‌تواند تشکیل شود. اما بخش عمدة گوگرد در خاکهای آهکی و شور به شکل گچ (CaSO4.2H2O) وجود دارد. نظر به تأثیر بیکربنات در کاهش جذب مقدار عناصر غذایی گیاه به ویژه ریزمغذیها، عملکرد محصولات تحت تأثیر گوگرد قرار می‌گیرد. مطالعات نشان می‌دهد که احیاء ریبونوکلوتید به دی‌اکسی ریبونوکلوتید به وسیله احیاء کننده‌ای که آهن جزء ساختمانی آن است، انجام می‌پذیرد. بنابراین در شرایط بیکربنات بالا، سنتز DNA که برای رشد سلول و تقسیم آن ضروری است، کاهش یافته و در نتیجه رشد سلولها و عملکرد نیز کاهش می‌یابد.
مطالعات محققین فراوان از جمله شهابی و ملکوتی (1380) نشان داد که بیکربنات آب آبیاری باعث کاهش عملکرد میشود. گوگرد عنصری که به خاک اضافه شود، به وسیله باکتریهای اکسید کننده گوگرد اکسیده شده و به سولفات تبدیل میشود. این فرآیند اسیدزاست و در نهایت تولید اسیدسولفوریک می‌کند و پروتون اسیدسولفوریک باعث اسیدی شدن خاک می‌گردد. میزان اثر گوگرد و سرعت تبدیل آن به اسید سولفوریک به مقدار رطوبت، جمعیت و قدرت اکسیدکنندگی میکروارگانیسمهای موجود در خاک و دما بستگی دارد. سرعت این واکنش کُند است. گوگرد عنصری حداقل دو سال زمان لازم دارد تا کاملاً به اسید سولفوریک تبدیل شود. در این واکنش، در نهایت حلاّلیت آهن، روی و منگنز افزایش می‌یابد و زردبرگی کاهش می‌یابد.
در مطالعه‌ای که توسط محققین انجام شد، تأثیر 300 گرم سکوسترین آهن و 10 و 20 کیلوگرم گوگرد به ازاء هر درخت در رفع کلروز هلو مؤثر بود. بعد از یکسال مصرف 10 و 20 گیلوگرم گوگرد، به ترتیب باعث کاهش اسیدیته از 2/8 به 6/6 و 4/6 گردید و بدین‌ترتیب زردبرگی ناشی از کمبود آهن بهبود یافت.
بسیاری از صاحبان گلخانه‌ها اسیدسولفوریک را در آب گلخانه‌ها تزریق میکنند تا قلیائیت بالای آن پایین بیابد. در واقع اگر در گلخانه کمبود آهن و ریزمغذیها مشخص شود یا pH بستر کشت بالا باشد و یا گیاهان حساس به قلیائیت زیاد، دچار زردبرگی شوند، حتماً بیکربنات آب آبیاری بالاست و باید از اسید سولفوریک برای پایین آوردن آن استفاده شود. اسیدی کردن آب آبیاری باعث کاهش تصاعد آمونیاک (NH3)، افزایش نفوذپذیری خاک و کاهش خطر زیادی بُر (B) خاک می‌گردد. برای این کار می‌توان حتی از اسیدسولفوریک سه درصد همراه با آب آبیاری استفاده کرد. استفاده از اسیدسولفوریک و دیگر مواد اسیدزا در خاکهای آهکی می‌تواند حلاّلیت ریزمغذیها را از طریق حذف بیکربنات خاک و کاهش اسیدیته افزایش دهد.
در خاکهای آهکی، اسید اضافه شده به وسیله ترکیبات بازی خنثی شده و pH خاک پایین می‌آید. بدین‌ترتیب حلاّلیت عناصری مثل فسفر، آهن، منگنز، روی و مس افزایش می‌یابد. از سوی دیگر اسیدی کردن باعث افزایش فسفر قابل تبادل خاک میشود. در واقع تری‌فسفات کلسیم در اثر اسید سولفوریک، تبدیل به دی‌کلسیم فسفات و مونو کلسیم فسفات میشود که محلولتر هستند. محققین نشان دادند که در سویا با دو آزمایش گلخانهای و مزرعه‌ای، با مصرف 250 میلی‌گرم بر کیلوگرم اسیدسولفوریک، در شرایط گلخانهای و 560 کیلوگرم بر هکتار اسیدسولفوریک، عملکرد محصول از 434 به 2164 کیلوگرم در هکتار افزایش یافت. یک آزمایش گلخانهای دیگر نشان داد که تزریق اسید سولفوریک به خاکهای با کمبود فسفر، حلاّلیت فسفر را در ناحیه تیمار شده بهبود بخشیده و جذب فسفر را نیز افزایش داد.
در آزمایش دیگری مقادیر مختلف اسیدسولفوریک به سه خاک دارای کمبود فسفر اضافه شده و نتایج نشان داد که جذب فسفر توسط گیاه گوجه فرنگی با افزایش‌مصرف اسید سولفوریک افزایش یافت. در این آزمایش، عملکرد گیاه از 5/0 گرم برای هر بوته در تیمار شاهد به 5/3 گرم افزایش یافت و جذب فسفر از 5/0 میلی گرم برای هر بوته در شاهد به 4/7 میلی‌گرم در بوته رسید.
در آزمایش دیگری، سویای حساس به کمبود آهن را در گلدانهای 500 گرمی مورد مطالعه قرار دادند و مقدار ناچیزی از ضایعات معادن مس حاوی آهن و اسیدسولفوریک را که در مجموع 16 درصد آهن داشت، در زیر ریشه قرار دادند. مطالعات نشان داد که مقدار یک گرم و دو گرم اسیدسولفوریک برای هر گلدان بهترین تیمار بود. البته در تیمار یک گرمی، جذب آهن و عملکرد افزایش یافت و زردبرگی بر طرف شد ولی در تیمار دوگرمی، اندکی قهوه‌ای شدن ریشه‌ها مشاهده گردید. میلانی و همکاران (1378) برای افزایش قابلیت بهره‌برداری اراضی شور و قلیایی از اسیدسولفوریک در سطح مزرعه استفاده کردند . نتایج نشان داد که پس از مصرف اسیدسولفوریک و یک نوبت آبیاری سنگین، میزان شوری(ECe) و قلیائیت (SAR) در عمق 30-0 سانتیمتر، به ترتیب 6/51 و 9/28 درصد کاهش یافت.
نتایج مشاهدات اولیه مزرعه نشان داد که بوته‌های گندم کرتهایی که با اسید سولفوریک (به میزان 4/6 تن اسید غلیظ 95 درصد در هکتار) تیمار شده بودند، دارای گیاهانی به رنگ سبز و بدون علایم کمبود عناصر غذایی و شاداب بودند، در صورتی که بوته‌های گندم کاشته شده در کرت شاهد، از رشد و شادابی کمتری برخوردار بودند. همین اثر اصلاحی در باغهای سیب نیز از طریق کاهش غلظت بیکربنات آب آبیاری حادث گردید .
یکی دیگر از نقشهای گوگرد، استفاده از آن برای اصلاح خاکهای شور و قلیا است. ذکر این نکته ضروری است که کار با اسید سولفوریک بسیار خطرناک بوده و باید احتیاطهای لازم به هنگام حمل، نگهداری و مصرف آن رعایت شود. امروزه، برای جلوگیری از خطرات احتمالی اسید سولفوریک، استفاده از گوگرد به همراه مواد آلی و باکتریهای تیوباسیلوس بیشتر توصیه میشود. راههای ورود گوگرد به خاک عبارتند از مصرف کودهای مختلف حاوی گوگرد، هوادیدگی کانیهای گوگرد دار، استفاده از مواد اصلاح کننده حاوی گوگرد، افزودن بقایای آلی به خاک و ورود گوگرد از طریق اتمسفر، آفت کشها و آب آبیاری. راههای خارج شدن گوگرد از خاک، عبارتند از جذب گوگرد توسط گیاهان و میکروارگانیسمها، آبشویی، فرسایش خاک، سوزاندن بقایای گیاهی و تصعید گوگرد از خاک.
از ویژگیهای مهم گوگرد، دارا بــودن درجات مختلف اکسیداسیون (2-تا 6+) است که این امر به گردش آن در طبیعت کمک می‌کند. چرخة گوگرد شامل چهار مرحلة معدنی شدن، آلی شدن، احیاء شدن و اکسیدشدن می‌باشد. شکلهای مختلف گوگرد به طور دایم در حال تغییر و تبدیل به یکدیگر بوده و در داخل این چرخه در گردش هستند. گوگرد به طور عمده به صورت سولفات توسط گیاهان و میکروارگانیسمها جذب میشود. یونهای سولفات در اثر هوادیدگی کانیهای حاوی گوگرد و یا در اثر معدنی شدن ترکیبات آلی گوگرد دار، آزاد شده و وارد محلول خاک می‌شوند. با توجه به اینکه حدود 90 درصد گوگرد موجود در اغلب خاکها به‌صورت آلی بوده و نمی‌تواند به طور مستقیم به وسیلة گیاهان و میکروارگانیسمها جذب شود، اهمیت معدنی شدن گوگرد مشخص میشود.
معدنی شدن مواد آلی گوگرد دار فرایندی است که طی آن، این مواد توسط میکروارگانیسمها، به منظور کسب انرژی تجزیه شده و گوگرد موجود در آنها به صورت سولفات آزاد میشود. معدنی شدن فرایندی کاملاً میکروبی است و افزودن بازدارنده‌های میکروبی باعث توقف آن میشود. معدنی شدن مواد آلی، یک فرایند غیراختصاصی بوده و توسط طیف وسیعی از میکروارگانیسمها (باکتریها، قارچها و اکتینومیستها) انجام میشود. معدنی شدن ترکیبات آلی گوگرد دار به دو طریق انجام می‌گیرد.
الف) بیولوژیک: گوگرد متصل به کربن در اثر اکسیداسیون کربن به وسیلة میکروارگانیسمهای هتروتروف به منظور کسب انرژی، اکسید شده و به صورت سولفات آزاد میشود.
ب) بیوشیمیایی: گوگردی که متصل به کربن نیست، به وسیلة آنزیمهای برون سلولی معدنی میشود. مانند استرسولفاتها توسط آنزیمهای سولفاتاز مختلف که نمونه بارزی از فرایند معدنی شدن بیوشیمیایی است. هر عاملی که بتواند رشد، نمو و فعالیت میکروارگانیسمهای خاک را تحت تأثیر قرار دهد، روی معدنی شدن گوگرد نیز اثر خواهد داشت، بنابراین عوامل مؤثر بر معدنی شدن ترکیبات آلی گوگرد دار عبارتند از تناوب خشکی و رطوبت، دما، رطوبت، pH خاک، حضور یا عدم حضور گیاه، تهویه خاک، مقدار گوگرد موجود در مواد آلی و نوع مواد آلی گوگرد دار.
گوگرد 2/0 تا 5/0 درصد وزن خشک گیاهان را تشکیل می‌دهد. حدطبیعی نسبت N/S در بافتهای گیاهی، 15 گزارش شده است. اکسیداسیون گوگرد مهمترین مرحله چرخة گوگرد است. زیرا در بسیاری از خاکها منبع اصلی گوگرد، کانیهای گوگرد دار هستند که گوگرد موجود در آنها به شکل احیاء بوده و همچنین گوگرد موجود در بعضی از مواد اصلاح کننده و کودهای گوگردی به شکل احیاء است. گوگرد قابل جذب گیاهان و میکروارگانیسمها، شکل اکسید شده (سولفات) است و به‌علاوه اکسیداسیون ترکیبات گوگردی در خاک، منبع کسب انرژی برای گروهی از میکروارگانیسمهای موجود در خاک است که اثرات مفید آنها در اصلاح و بهبود تغذیه گیاه حائز اهمیت است. ترکیبات احیاء گوگرد موجود در خاک (سولفید، تیوسولفات، تتراتیونات، گوگرد عنصری و سولفیت) می‌توانند طی دو فرایند اکسیداسیون شیمیایی یا بیولوژیک اکسیده شوند. اکسیداسیون شیمیایی ترکیبات احیاء شده گوگرد در خاک طی فرایندهای پیچیده‌ای انجام می‌گیرد. اکسیداسیون بیولوژیک گوگرد یک فرایند غیر اختصاصی است، زیرا طیف وسیعی از میکروارگانیسمهای مختلف (باکتریها، قارچها، اکتینومیستها) قادر به انجام آن هستند. میکروارگانیسمهای اکسید کننده گوگرد عبارتند از میکروارگانیسمهای اکسید کننده گوگرد هتروتروف: باکتریهای فتولیتوتروف (Photolithotroph)؛ باکتریهای شیمیولیتوتروف (Chemiolithotroph)؛ تیوباسیلوس تیواکسیدانس Thiobacillus thiooxidans) (؛ تیو باسیلوس فرواکسیدانس (Thiobacillus ferrooxidans)؛ تیوباسیلوس تیوپاروس thioparus) (Thiobacillus؛ تیوباسیلوس نوولـوس(Thiobacillus novelus)؛ تیوباسیلوس دنیتروفیکانس (Thiobacillus denitrificans) و سولفولوبوس (Sulfolobus).
افزودن گوگرد به خاک به منظور تأمین نیاز گیاه به این عنصر، یا اصلاح و بهبود وضعیت تغذیه گیاه (از طریق اکسیداسیون گوگرد و آزاد شدن عناصر غذایی مثل فسفر، آهن و روی) وقتی مؤثر خواهد بود که میزان اکسیداسیون گوگرد در خاک قابل توجه باشد. از آنجا که اکسیداسیون شیمیایی گوگرد بسیار کُند بوده و قسمت اعظم گوگرد موجود در خاک توسط میکروارگانیسمها اکسید میشود، ازاین رو هر عاملی که بتواند رشد و نموّ و فعالیت میکروارگانیسمهای اکسید کنندة گوگرد را تحت تأثیر قرار دهد، بر میزان اکسیداسیون گوگرد در خاک نیز اثر خواهد گذاشت.
میزان اکسیداسیون بیولوژیک گوگرد به اثرات متقابل سه عامل اصلی (جمعیت میکروارگانیسمهای اکسید کننده، مشخصات ترکیب گوگردی و شرایط محیطی موجود در خاک بستگی دارد. مهمترین عوامل مؤثر عبارتند از: درجه حرارت، تهویه و رطوبت خاک، بافت خاک، pH خاک، مواد آلی، اتصال باکتری به سطح گوگرد، اندازه ذرات گوگرد، اثر نوع نمک، اثر آنزیم ردانز و آفت‌کشها. از آنجا که باکتریهای جنس تیوباسیلوس مهمترین اکسید کنندگان گوگرد در خاک به شمار می‌روند، تلقیح خاک با این باکتریها، باعث افزایش سرعت اکسیداسیون گوگرد میشود. نتایج تلقیح وقتی قابل توجه خواهد بود که به خاکهای قلیا، گوگرد و باکتری به طور توأم اضافه شود. چرا که بعضی از خاکهای سدیک (سدیمی) دارای جمعیت ناکافی از این باکتریها هستند. تقریباً تمام خاکها، دارای باکتریهای اکسید کنندة گوگرد هستند ولی تعداد این باکتریها به علت فقدان ترکیبات گوگردی ناچیز است.
افزودن شکلهای احیاء گوگرد به خاک (چه از طریق اتمسفر یا در کودها) موجب افزایش تعداد اکسید کننده‌ها و بالا رفتن توان اکسایش در خاک میشود، بنابراین اختلاف تیمارهای تلقیح شده با شاهد تلقیح نشده چندان چشمگیر نیست و این دلیلی است که در شرایط مزرعه تلقیح کمتر مؤثر واقع میشود (بختیاری و همکاران، 1380؛ کوچک‌زاده و همکاران، 1380).
• میزان برداشت گوگرد در مقایسه با فسفر توسط گیاهان: میزان غلظت گوگرد در برگ گیاهان، اغلب بیش از دو برابر فسفر است و این امر اهمیت نسبی گوگرد را در مقایسه با فسفر به وضوح نشان می‌دهد. غلظت گوگرد نیز باید در خاکهای زراعی بالاتر از 15 میلی‌گرم در کیلوگرم باشد.
گوگرد، عنصری حیاتی برای تغذیه گیاهان است و نقش آن برتر از فسفر می‌باشد. نقش گوگرد در گیاهان، به طور عمده ساخت پروتئین، روغن و بهبود کیفیت محصولات کشاورزی است. مقدار گوگرد مورد نیاز برای برداشت هر تن دانه‌های روغنی 12 کیلوگرم، برای بقولات 8 کیلوگرم و برای غلات 4 کیلوگرم است. در ذکر اهمیت گوگرد از دید تغذیه گیاه، همین کافی است که در اکثر محصولات کشاورزی نسبت ازت به گوگرد (N/S) لازم است در محدوده 15-10، و در دانه‌های روغنی این نسبت برای دستیابی به افزایش عملکرد و بهبود کیفیت، باید کمتر از 10 باشد.
نتایج آزمایشها نشان داده‌است که اگر گوگرد به همراه مواد آلی و باکتریهای تیوباسیلوس با روش صحیحی جایگذاری شود و رطوبت نیز در حد مطلوب باشد، می‌تواند تا حد 60 درصد عملکرد محصولات کشاورزی را افزایش دهد. شکل قابل استفاده گوگرد توسط گیاهان، به صورت یون سولفات است. ازاین رو برای تبدیل گوگرد به سولفات باید شرایط اکسیداسیون در خاک مهیا باشد.
برای قابل استفاده شدن گوگرد، از راه تبدیل آن به سولفات، مهیا کردن چهار شرط (رطوبت، مواد آلی، جایگذاری عمقی و میکروارگانیسمهای اکسیده‌کننده گوگرد) الزامی است. از سوی دیگر چون خاکهای کشاورزی کشور آهکی و شور هستند و آب آبیاری نیز محتوی بیکربنات فراوان است، بنابراین در اولویت قرار دادن ساخت انواع کودهای سولفاتی مخصوصاً اوره با پوشش گوگردی، سولفات آمونیوم، فسفات سولفات آمونیوم و سولفات پتاسیم که دارای خاصیت اسیدزایی نیز هستند، توسط شرکت ملی صنایع پتروشیمی و نیز بخش خصوصی الزامی است.
امروزه، بیش از هر زمان دیگر، تأمین نیاز گیاهان به عناصر غذایی کافی به منظور تضمین تولید محصول و در نتیجه تأمین امنیت غذایی جامعه بشری، اهمیت دارد. کشاورزان به طور مداوم در تلاشند تا با رفع کمبودهای این عناصر و استفاده بهینه از مصرف کود، تولید محصول را به حد پتانسیل (ژنتیکی) نزدیک کنند
گوگرد یکی از عناصر غذایی ضروری برای رشد گیاه و تولید محصولات به شمار می‌رود. نیاز گیاهان به این عنصر، مشابه فسفر و حتی بیشتر نیز است. در سالهای گذشته، به دلیل آلودگی زیاد هوا، مقدار بیشتری گوگرد از طریق اتمسفر و همچنین قارچ‌کشهای حاوی گوگرد، وارد خاک می‌شد و کمبود آن کمتر مشاهده می‌شد، ولی در سالهای اخیر با کاهش بارانهای اسیدزا، حذف این منابع گوگردی، استفاده از محصولات پر نیاز به عناصر غذایی و کشاورزی متمرکز، کمبود این عنصر در مناطقی از جهان تشدید شده است. گوگرد برای ساختن پروتئین و آنزیم از طریق شرکت در ساختمان اسیدهای آمینه متیونین و سیستئین الزامی است. بنابراین در عملکرد و کیفیت محصولات بسیار تأثیرگذار است.
گوگرد به شکلهای مختلف در خاک و هوا یافت میشود. تجزیه مواد آلی و احیاء سولفات توسط موجودات زنده نیز یکی از راههایی است که باعث ورود گوگرد به اتمسفر میشود. قسمت اعظم گوگرد در اثر سوزاندن سوختهای فسیلی به صورت SO2 وارد هوا میشود. بنابراین مقدار گوگرد موجود در اتمسفر مناطق مختلف، به دوری و نزدیکی آنها به مراکز صنعتی بستگی دارد (بختیاری و همکاران، 1380). پوستة زمین دارای 06/0 درصد گوگرد است و گوگرد از نظر مقدار در طبیعت، در ردیف ششم و از لحاظ میزان نیاز گیاه، پس از سه عنصر اصلی قرار دارد.
مقدار گوگرد در خاک از 002/0 درصد تا 5 درصد متغییر بوده و به طور متوسط بین 5/0 تا 01/0 درصد است. گوگرد در خاک به دو شکل معدنی و آلی یافت میشود، تقریباً تمام گوگرد موجود در نواحی خشک و درصد کمی از گوگرد موجود در مناطق مرطوب به‌صورت معدنی است. نسبت مقدار گوگرد آلی و معدنی بسیار متفاوت است و به طبیعت خاک pH)، وضعیت زه‌کشی، مقدار مواد آلی، ترکیبات کانی‌ها) و عمق پروفیل بستگی دارد. گوگرد معدنی در خاک به طور عمده به صورت سولفات است. اگر چه ترکیبات در وضعیت اکسایش مانند سولفیدها (سولفید آهن)، سولفیت، تیوسولفات کمتر یافت میشود، اما در شرایط غرقابی، گوگرد معدنی در شکلهای احیاء شده مانند H2S و Fe S2 تشکیل میشود.
پیریت (FeS2) شکل عمده گوگرد در خاکهای غرقابی و مردابی است و در برخی شرایط نیز گوگرد عنصری می‌تواند تشکیل شود. اما بخش عمدة گوگرد در خاکهای آهکی و شور به شکل گچ (CaSO4.2H2O) وجود دارد. نظر به تأثیر بیکربنات در کاهش جذب مقدار عناصر غذایی گیاه به ویژه ریزمغذیها، عملکرد محصولات تحت تأثیر گوگرد قرار می‌گیرد. مطالعات نشان می‌دهد که احیاء ریبونوکلوتید به دی‌اکسی ریبونوکلوتید به وسیله احیاء کننده‌ای که آهن جزء ساختمانی آن است، انجام می‌پذیرد. بنابراین در شرایط بیکربنات بالا، سنتز DNA که برای رشد سلول و تقسیم آن ضروری است، کاهش یافته و در نتیجه رشد سلولها و عملکرد نیز کاهش می‌یابد.
مطالعات محققین فراوان از جمله شهابی و ملکوتی (1380) نشان داد که بیکربنات آب آبیاری باعث کاهش عملکرد میشود. گوگرد عنصری که به خاک اضافه شود، به وسیله باکتریهای اکسید کننده گوگرد اکسیده شده و به سولفات تبدیل میشود. این فرآیند اسیدزاست و در نهایت تولید اسیدسولفوریک می‌کند و پروتون اسیدسولفوریک باعث اسیدی شدن خاک می‌گردد. میزان اثر گوگرد و سرعت تبدیل آن به اسید سولفوریک به مقدار رطوبت، جمعیت و قدرت اکسیدکنندگی میکروارگانیسمهای موجود در خاک و دما بستگی دارد. سرعت این واکنش کُند است. گوگرد عنصری حداقل دو سال زمان لازم دارد تا کاملاً به اسید سولفوریک تبدیل شود. در این واکنش، در نهایت حلاّلیت آهن، روی و منگنز افزایش می‌یابد و زردبرگی کاهش می‌یابد.
در مطالعه‌ای که توسط محققین انجام شد، تأثیر 300 گرم سکوسترین آهن و 10 و 20 کیلوگرم گوگرد به ازاء هر درخت در رفع کلروز هلو مؤثر بود. بعد از یکسال مصرف 10 و 20 گیلوگرم گوگرد، به ترتیب باعث کاهش اسیدیته از 2/8 به 6/6 و 4/6 گردید و بدین‌ترتیب زردبرگی ناشی از کمبود آهن بهبود یافت.
بسیاری از صاحبان گلخانه‌ها اسیدسولفوریک را در آب گلخانه‌ها تزریق میکنند تا قلیائیت بالای آن پایین بیابد. در واقع اگر در گلخانه کمبود آهن و ریزمغذیها مشخص شود یا pH بستر کشت بالا باشد و یا گیاهان حساس به قلیائیت زیاد، دچار زردبرگی شوند، حتماً بیکربنات آب آبیاری بالاست و باید از اسید سولفوریک برای پایین آوردن آن استفاده شود. اسیدی کردن آب آبیاری باعث کاهش تصاعد آمونیاک (NH3)، افزایش نفوذپذیری خاک و کاهش خطر زیادی بُر (B) خاک می‌گردد. برای این کار می‌توان حتی از اسیدسولفوریک سه درصد همراه با آب آبیاری استفاده کرد. استفاده از اسیدسولفوریک و دیگر مواد اسیدزا در خاکهای آهکی می‌تواند حلاّلیت ریزمغذیها را از طریق حذف بیکربنات خاک و کاهش اسیدیته افزایش دهد.
در خاکهای آهکی، اسید اضافه شده به وسیله ترکیبات بازی خنثی شده و pH خاک پایین می‌آید. بدین‌ترتیب حلاّلیت عناصری مثل فسفر، آهن، منگنز، روی و مس افزایش می‌یابد. از سوی دیگر اسیدی کردن باعث افزایش فسفر قابل تبادل خاک میشود. در واقع تری‌فسفات کلسیم در اثر اسید سولفوریک، تبدیل به دی‌کلسیم فسفات و مونو کلسیم فسفات میشود که محلولتر هستند. محققین نشان دادند که در سویا با دو آزمایش گلخانهای و مزرعه‌ای، با مصرف 250 میلی‌گرم بر کیلوگرم اسیدسولفوریک، در شرایط گلخانهای و 560 کیلوگرم بر هکتار اسیدسولفوریک، عملکرد محصول از 434 به 2164 کیلوگرم در هکتار افزایش یافت. یک آزمایش گلخانهای دیگر نشان داد که تزریق اسید سولفوریک به خاکهای با کمبود فسفر، حلاّلیت فسفر را در ناحیه تیمار شده بهبود بخشیده و جذب فسفر را نیز افزایش داد.
در آزمایش دیگری مقادیر مختلف اسیدسولفوریک به سه خاک دارای کمبود فسفر اضافه شده و نتایج نشان داد که جذب فسفر توسط گیاه گوجه فرنگی با افزایش‌مصرف اسید سولفوریک افزایش یافت. در این آزمایش، عملکرد گیاه از 5/0 گرم برای هر بوته در تیمار شاهد به 5/3 گرم افزایش یافت و جذب فسفر از 5/0 میلی گرم برای هر بوته در شاهد به 4/7 میلی‌گرم در بوته رسید.
در آزمایش دیگری، سویای حساس به کمبود آهن را در گلدانهای 500 گرمی مورد مطالعه قرار دادند و مقدار ناچیزی از ضایعات معادن مس حاوی آهن و اسیدسولفوریک را که در مجموع 16 درصد آهن داشت، در زیر ریشه قرار دادند. مطالعات نشان داد که مقدار یک گرم و دو گرم اسیدسولفوریک برای هر گلدان بهترین تیمار بود. البته در تیمار یک گرمی، جذب آهن و عملکرد افزایش یافت و زردبرگی بر طرف شد ولی در تیمار دوگرمی، اندکی قهوه‌ای شدن ریشه‌ها مشاهده گردید. میلانی و همکاران (1378) برای افزایش قابلیت بهره‌برداری اراضی شور و قلیایی از اسیدسولفوریک در سطح مزرعه استفاده کردند . نتایج نشان داد که پس از مصرف اسیدسولفوریک و یک نوبت آبیاری سنگین، میزان شوری(ECe) و قلیائیت (SAR) در عمق 30-0 سانتیمتر، به ترتیب 6/51 و 9/28 درصد کاهش یافت.
نتایج مشاهدات اولیه مزرعه نشان داد که بوته‌های گندم کرتهایی که با اسید سولفوریک (به میزان 4/6 تن اسید غلیظ 95 درصد در هکتار) تیمار شده بودند، دارای گیاهانی به رنگ سبز و بدون علایم کمبود عناصر غذایی و شاداب بودند، در صورتی که بوته‌های گندم کاشته شده در کرت شاهد، از رشد و شادابی کمتری برخوردار بودند. همین اثر اصلاحی در باغهای سیب نیز از طریق کاهش غلظت بیکربنات آب آبیاری حادث گردید .
یکی دیگر از نقشهای گوگرد، استفاده از آن برای اصلاح خاکهای شور و قلیا است. ذکر این نکته ضروری است که کار با اسید سولفوریک بسیار خطرناک بوده و باید احتیاطهای لازم به هنگام حمل، نگهداری و مصرف آن رعایت شود. امروزه، برای جلوگیری از خطرات احتمالی اسید سولفوریک، استفاده از گوگرد به همراه مواد آلی و باکتریهای تیوباسیلوس بیشتر توصیه میشود. راههای ورود گوگرد به خاک عبارتند از مصرف کودهای مختلف حاوی گوگرد، هوادیدگی کانیهای گوگرد دار، استفاده از مواد اصلاح کننده حاوی گوگرد، افزودن بقایای آلی به خاک و ورود گوگرد از طریق اتمسفر، آفت کشها و آب آبیاری. راههای خارج شدن گوگرد از خاک، عبارتند از جذب گوگرد توسط گیاهان و میکروارگانیسمها، آبشویی، فرسایش خاک، سوزاندن بقایای گیاهی و تصعید گوگرد از خاک.
از ویژگیهای مهم گوگرد، دارا بــودن درجات مختلف اکسیداسیون (2-تا 6+) است که این امر به گردش آن در طبیعت کمک می‌کند. چرخة گوگرد شامل چهار مرحلة معدنی شدن، آلی شدن، احیاء شدن و اکسیدشدن می‌باشد. شکلهای مختلف گوگرد به طور دایم در حال تغییر و تبدیل به یکدیگر بوده و در داخل این چرخه در گردش هستند. گوگرد به طور عمده به صورت سولفات توسط گیاهان و میکروارگانیسمها جذب میشود. یونهای سولفات در اثر هوادیدگی کانیهای حاوی گوگرد و یا در اثر معدنی شدن ترکیبات آلی گوگرد دار، آزاد شده و وارد محلول خاک می‌شوند. با توجه به اینکه حدود 90 درصد گوگرد موجود در اغلب خاکها به‌صورت آلی بوده و نمی‌تواند به طور مستقیم به وسیلة گیاهان و میکروارگانیسمها جذب شود، اهمیت معدنی شدن گوگرد مشخص میشود.
معدنی شدن مواد آلی گوگرد دار فرایندی است که طی آن، این مواد توسط میکروارگانیسمها، به منظور کسب انرژی تجزیه شده و گوگرد موجود در آنها به صورت سولفات آزاد میشود. معدنی شدن فرایندی کاملاً میکروبی است و افزودن بازدارنده‌های میکروبی باعث توقف آن میشود. معدنی شدن مواد آلی، یک فرایند غیراختصاصی بوده و توسط طیف وسیعی از میکروارگانیسمها (باکتریها، قارچها و اکتینومیستها) انجام میشود. معدنی شدن ترکیبات آلی گوگرد دار به دو طریق انجام می‌گیرد.
الف) بیولوژیک: گوگرد متصل به کربن در اثر اکسیداسیون کربن به وسیلة میکروارگانیسمهای هتروتروف به منظور کسب انرژی، اکسید شده و به صورت سولفات آزاد میشود.
ب) بیوشیمیایی: گوگردی که متصل به کربن نیست، به وسیلة آنزیمهای برون سلولی معدنی میشود. مانند استرسولفاتها توسط آنزیمهای سولفاتاز مختلف که نمونه بارزی از فرایند معدنی شدن بیوشیمیایی است. هر عاملی که بتواند رشد، نمو و فعالیت میکروارگانیسمهای خاک را تحت تأثیر قرار دهد، روی معدنی شدن گوگرد نیز اثر خواهد داشت، بنابراین عوامل مؤثر بر معدنی شدن ترکیبات آلی گوگرد دار عبارتند از تناوب خشکی و رطوبت، دما، رطوبت، pH خاک، حضور یا عدم حضور گیاه، تهویه خاک، مقدار گوگرد موجود در مواد آلی و نوع مواد آلی گوگرد دار.
گوگرد 2/0 تا 5/0 درصد وزن خشک گیاهان را تشکیل می‌دهد. حدطبیعی نسبت N/S در بافتهای گیاهی، 15 گزارش شده است. اکسیداسیون گوگرد مهمترین مرحله چرخة گوگرد است. زیرا در بسیاری از خاکها منبع اصلی گوگرد، کانیهای گوگرد دار هستند که گوگرد موجود در آنها به شکل احیاء بوده و همچنین گوگرد موجود در بعضی از مواد اصلاح کننده و کودهای گوگردی به شکل احیاء است. گوگرد قابل جذب گیاهان و میکروارگانیسمها، شکل اکسید شده (سولفات) است و به‌علاوه اکسیداسیون ترکیبات گوگردی در خاک، منبع کسب انرژی برای گروهی از میکروارگانیسمهای موجود در خاک است که اثرات مفید آنها در اصلاح و بهبود تغذیه گیاه حائز اهمیت است. ترکیبات احیاء گوگرد موجود در خاک (سولفید، تیوسولفات، تتراتیونات، گوگرد عنصری و سولفیت) می‌توانند طی دو فرایند اکسیداسیون شیمیایی یا بیولوژیک اکسیده شوند. اکسیداسیون شیمیایی ترکیبات احیاء شده گوگرد در خاک طی فرایندهای پیچیده‌ای انجام می‌گیرد. اکسیداسیون بیولوژیک گوگرد یک فرایند غیر اختصاصی است، زیرا طیف وسیعی از میکروارگانیسمهای مختلف (باکتریها، قارچها، اکتینومیستها) قادر به انجام آن هستند. میکروارگانیسمهای اکسید کننده گوگرد عبارتند از میکروارگانیسمهای اکسید کننده گوگرد هتروتروف: باکتریهای فتولیتوتروف (Photolithotroph)؛ باکتریهای شیمیولیتوتروف (Chemiolithotroph)؛ تیوباسیلوس تیواکسیدانس Thiobacillus thiooxidans) (؛ تیو باسیلوس فرواکسیدانس (Thiobacillus ferrooxidans)؛ تیوباسیلوس تیوپاروس thioparus) (Thiobacillus؛ تیوباسیلوس نوولـوس(Thiobacillus novelus)؛ تیوباسیلوس دنیتروفیکانس (Thiobacillus denitrificans) و سولفولوبوس (Sulfolobus).
افزودن گوگرد به خاک به منظور تأمین نیاز گیاه به این عنصر، یا اصلاح و بهبود وضعیت تغذیه گیاه (از طریق اکسیداسیون گوگرد و آزاد شدن عناصر غذایی مثل فسفر، آهن و روی) وقتی مؤثر خواهد بود که میزان اکسیداسیون گوگرد در خاک قابل توجه باشد. از آنجا که اکسیداسیون شیمیایی گوگرد بسیار کُند بوده و قسمت اعظم گوگرد موجود در خاک توسط میکروارگانیسمها اکسید میشود، ازاین رو هر عاملی که بتواند رشد و نموّ و فعالیت میکروارگانیسمهای اکسید کنندة گوگرد را تحت تأثیر قرار دهد، بر میزان اکسیداسیون گوگرد در خاک نیز اثر خواهد گذاشت.
میزان اکسیداسیون بیولوژیک گوگرد به اثرات متقابل سه عامل اصلی (جمعیت میکروارگانیسمهای اکسید کننده، مشخصات ترکیب گوگردی و شرایط محیطی موجود در خاک بستگی دارد. مهمترین عوامل مؤثر عبارتند از: درجه حرارت، تهویه و رطوبت خاک، بافت خاک، pH خاک، مواد آلی، اتصال باکتری به سطح گوگرد، اندازه ذرات گوگرد، اثر نوع نمک، اثر آنزیم ردانز و آفت‌کشها. از آنجا که باکتریهای جنس تیوباسیلوس مهمترین اکسید کنندگان گوگرد در خاک به شمار می‌روند، تلقیح خاک با این باکتریها، باعث افزایش سرعت اکسیداسیون گوگرد میشود. نتایج تلقیح وقتی قابل توجه خواهد بود که به خاکهای قلیا، گوگرد و باکتری به طور توأم اضافه شود. چرا که بعضی از خاکهای سدیک (سدیمی) دارای جمعیت ناکافی از این باکتریها هستند. تقریباً تمام خاکها، دارای باکتریهای اکسید کنندة گوگرد هستند ولی تعداد این باکتریها به علت فقدان ترکیبات گوگردی ناچیز است.
افزودن شکلهای احیاء گوگرد به خاک (چه از طریق اتمسفر یا در کودها) موجب افزایش تعداد اکسید کننده‌ها و بالا رفتن توان اکسایش در خاک میشود، بنابراین اختلاف تیمارهای تلقیح شده با شاهد تلقیح نشده چندان چشمگیر نیست و این دلیلی است که در شرایط مزرعه تلقیح کمتر مؤثر واقع میشود (بختیاری و همکاران، 1380؛ کوچک‌زاده و همکاران، 1380).
• میزان برداشت گوگرد در مقایسه با فسفر توسط گیاهان: میزان غلظت گوگرد در برگ گیاهان، اغلب بیش از دو برابر فسفر است و این امر اهمیت نسبی گوگرد را در مقایسه با فسفر به وضوح نشان می‌دهد. غلظت گوگرد نیز باید در خاکهای زراعی بالاتر از 15 میلی‌گرم در کیلوگرم باشد.
