ميكروبيولوجيا التربة وعلاقتها بإنتاجية المياه

التربة عبارة عن مصفوفة حية ديناميكية تتكون من خليط معقد من المواد المعدنية والمواد العضوية والكائنات الحية والهواء والماء، ولا شك أنه مورد حاسم ليس فقط للإنتاج الزراعي والأمن الغذائي ولكن أيضا للحفاظ على معظم عمليات الحياة على النظم البيئية الأرضية.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

تحتوي التربة على أعداد هائلة من الكائنات الحية المتنوعة التي تم تجميعها في مجتمعات معقدة ومتنوعة تتراوح من عدد لا يحصى من الميكروبات والبكتيريا والفطريات غير المرئية إلى الحيوانات الكبيرة الأكثر شيوعا مثل: ديدان الأرض والنمل الأبيض، وتشتمل هذه الكائنات الحية في التربة على النباتات الدقيقة والحيوانات الدقيقة والحيوانات الكبيرة.

شاهد: فوائد المواد الهيومية على التربة والنبات والإنتاجية الزراعية

الميكروفلورا هي مجموعة متنوعة تتكون من البكتيريا والفطريات والفطريات الشعاعية، بينما تشتمل الكائنات الحية الدقيقة على البروتوزوا والديدان الخيطية وبعض المفصليات، خاصة العث وذيل الزنبرك (كوليمبولا). عادة ما يتم تعريف الحيوانات الدقيقة على أنها أصغر من 0,2 مم، على الرغم من أن بعض الديدان الخيطية في التربة يمكن أن تصل أطوالها إلى 5,0 مم.

شاهد: فوائد الأسمدة الحيوية

تسلط سطور هذا المقال الضوء على الجوانب الاتية: اولا: نباتات التربة وإنتاجية المياه, ثانيا: التأثير المباشر للفطريات على علاقة الماء بالنبات, ثالثا: التأثير غير المباشر للكائنات الدقيقة في التربة على العلاقات المائية للنبات.

المقدمة: تحتوي كل تربة علوية للهكتار على ما يقرب من 1000 كجم من الفطريات المختلفة، و500 كجم من البكتيريا، و750 كجم من الفطريات الشعاعية و150 كجم من الطحالب والعديد من الأوليات، وتتفاعل هذه الكائنات الدقيقة المتنوعة مع بعضها البعض ومع النباتات والحيوانات في النظام البيئي وتشكل نظاما معقدا من النشاط البيولوجي.

إلى جانب ذلك، فإن رفاهية وازدهار التوازن البيئي للأرض، وتعتمد استدامة أنظمة الإنتاج الزراعي بشكل مباشر على مدى وحالة التنوع الميكروبي للتربة، وهذه الكائنات الحية الدقيقة في التربة لها أيضا تأثير مباشر وغير مباشر على استخدام المياه بواسطة النباتات.

أولا: نباتات التربة وإنتاجية المياه

تؤثر الكائنات الحية الدقيقة في التربة التي تتكون من النباتات والحيوانات على كفاءة استخدام المياه بشكل مباشر من خلال التأثير على امتصاص الماء وإعادة ارتباط المياه بالنبات، وبشكل غير مباشر من خلال زيادة نمو النبات، وتحلل المواد العضوية وتخليق الدبال، وتحويل المغذيات وتعبئتها وما إلى ذلك.

ثانيا: التأثير المباشر للفطريات على علاقة الماء بالنبات

تشكل الفطريات الجذرية الرابط المباشر بين التربة وجذور النباتات، حيث يوجد نوعان رئيسيان من مجموعات المايكورايزال: (1) ectomycorrhiza: توجد بشكل عام في الأشجار وهي مهمة لأشجار الغابات. (2) Endomycorrhza: توجد في غالبية نباتات المحاصيل وتؤدي دورا في إمداد الفوسفور والمغذيات الأخرى.

شاهد: تربية الدود لإنتاج السماد العضوي

من بين هذه الفطريات (Arbuscular Mycorrhiza (AM) شائعة في المحاصيل الحقلية، AM هو تفاعل تكافلي بين نوع واحد أو أكثر من الفطريات coenocytic وجذور النباتات العليا. تمت دراسة هذه الارتباطات على نطاق واسع لدورها المفيد في امتصاص الفوسفور والمغذيات الدقيقة لمعظم المحاصيل الحقلية.

شاهد: تدوير المخلفات الزراعية باستخدام ديدان التربة

تعزى فوائد الفطريات في تحسين كفاءة استخدام المياه إلى زيادة الحالة التغذوية، خاصة P، للمضيف، ما أدى بدوره إلى زيادة التوصيل الهيدروليكي للجذور. من أجل معرفة الآلية المحتملة لمشاركة رابطة الفطريات في تحسين امتصاص الماء عن طريق السراويل، يظهر فيما يلي:

1ـ كانت الموصلية الهيدروليكية للنباتات الفطرية أعلى بمقدار 2 – 3 مرات من نباتات البرسيم غير الفطرية، يُعزى ذلك جزئيا إلى طول المبشرة وقطر جذور الفطريات الفطرية، واقترح أن هذه الزيادة في التوصيل الهيدروليكي قد تعزز نقل المياه في التربة أو خيوطها الممتدة إلى الخارج.

2ـ لوحظ أنه في ظل رطوبة التربة الكافية كانت معدلات النتح للنباتات الفطرية أعلى بكثير من النباتات غير المصابة بسبب الموصلية العالية للجذور، وسطح الأوراق الأكبر ومعدلات انتشار الأوراق المنخفضة، وقد يسبب الذبول السريع للنباتات الفطرية.

3ـ عندما يصبح توافر المياه محدودا زادت مقاومة الأوراق للنباتات الفطرية من القيمة المساوية للنباتات غير الفطرية وكان معدل النتح أقل من معدل النتح للنباتات غير الفطرية.

4ـ استخرجت نباتات المايكورايزال محتوى رطوبة التربة بكفاءة أكبر، وصولا إلى إمكانات المياه المنخفضة (أقل من 1 ميجا باسكال)، وربما يرجع ذلك إلى ارتفاع الموصلية الجذرية المقترنة بإمكانية ماء الأوراق.

5ـ تعافت النباتات الجذرية المضغوطة بسرعة أكبر من تلك التي لم يتم علاجها النباتات بسبب الموصلية الجذرية العالية.

تم استنتاج أن نباتات الميكوريزا لديها 2 – 3 مرات أكثر من الموصلية الجذرية على نظام الجذر بأكمله وعلى طول وحدة نظام الجذر. اقترح أن الزيادة في توصيلات الجذر وامتصاص الماء ترجع أساسا إلى امتداد الخيوط الفطرية إلى التربة، وليس فقط لزيادة قطر الجذر أو سطح الجذر لكل وحدة طول جذر.

شاهد: إنتاج سماد الديدان باستخدام المخلفات العضوية

اقترحوا أيضا أن التحسين في تغذية النبات من المحتمل أيضا أن يحسن توصيل المياه، خاصة إذا كانت التغذية الفسفورية ناقصة. وجد أن التغذية الفوسفورية والتوصيلات الهيدروليكية للجذور والمتغيرات الأخرى قد تحسنت مع الإصابة بالفطريات الفطرية، وربما يكون لهذا التحسن في تغذية الفوسفور تأثير مباشر على مقاومة الغشاء لتدفق الماء.

ثالثا: التأثير غير المباشر للكائنات الدقيقة في التربة على العلاقات المائية للنبات

1ـ تحلل المادة العضوية: الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفطريات والفطريات الشعاعية هي المُحلِّلات الرئيسية، حيث تتغذى الديدان الخيطية والأوليات على المجموعات الميكروبية، وبالتالي فهي تؤثر على تحلل المادة العضوية.

من المحتمل أن مثل هذه التغذية تحرر في النهاية المغذيات المجمدة في الخلايا الميكروبية أو تقلل المنافسة بين الكائنات الحية الدقيقة بحيث يتم تسريع التمعدن بالفعل.

شاهد: فوائد الأسمدة الحيوية في الزراعة

شاهد: فوائد سماد الديدان للتربة والنبات والإنتاجية الزراعية

هذه الأنشطة لا تؤثر فقط على التغذية العامة والصحة وحيوية النباتات العليا، فالأثر الكلي الناتج عن أنشطة الكائنات الحية في التربة يدعم النمو الصحي للنبات، وبالتالي يحسن الإنتاج مقابل تحسين كفاءة استخدام المياه.

كما تم التعرف على دور المفصليات الدقيقة في التمعدن، ومن المعروف أن العث والكوليمبولا يعملان على تفتيت المواد العضوية لأنها تتغذى على النباتات الدقيقة في التربة. يؤدي هذا التفتت إلى جزيئات دقيقة إلى إنشاء مناطق سطحية جديدة للاستعمار الميكروبي وبالتالي تسريع عمليات التحلل والتمعدن.

2ـ التثبيت البيولوجي للنيتروجين: يعد التثبيت البيولوجي للنيتروجين (BNF) نشاطا مهما للكائنات الحية الدقيقة في التربة، وتبلغ مساهمة جمعيات البقوليات والريزوبيا وحدها حوالي 40٪ من إجمالي 175 مليون طن من BNF. في وجود مضيف مناسب تصيب البكتيريا جذور النبات وتشكل عقيدات جذرية، وضمن هذه العقيدات تقوم الجذور بإصلاح N2 في الغلاف الجوي.

إلى جانب ذلك، هناك عدد من البكتيريا ديازوتروفيك مثل Azotobacter ، Azospirillum ، erbaspirillum  Gluconoacetobacter، التي تثبت N2 في الغلاف الجوي وتحسن نمو النبات وكفاءة استخدام المياه، ومن بين هؤلاء Azotobacter وAzospirillum، وأنها تقتصد النيتروجين في الحبوب والخضروات.

شاهد: استخلاص الديدان وفصلها عن السماد بالآلة

تعتمد كفاءة BNF على السلالات وإدارة المحاصيل والعديد من عوامل التربة مثل النيتروجين المتاح في التربة ورطوبة التربة ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة وما إلى ذلك.

3ـ البكتيريا التي تذوب في الفوسفات: تمتلك العديد من بكتيريا التربة، خاصة تلك التي تنتمي إلى أجناس Pseudomonas وBacillus والفطريات التي تنتمي إلى أجناس Penicillium وAsprergillus، القدرة على إذابة الفسفور غير العضوي غير القابل للذوبان في التربة لجعله متاحا للنباتات، ويبدو أن آليات الذوبان هي إما إنتاج حامض أو تخلب المعدن وإطلاق الفوسفور.

في كثير من الأحيان، تكون هذه المواد القابلة للذوبان الفوسفاتية أيضا منتجة لتناسق نمو النبات مثل حمض الإندول وحمض الجبريليك وما إلى ذلك. يمكن استخدام المواد الحيوية لهذه الكائنات الدقيقة في جميع المحاصيل، وعادة يمكن لهذه البكتيريا أن تذوب حوالي 15 – 20 كجم من الفوسفور / هكتار / موسم، حيث وجد أن تلقيحهم يزيد من غلة المحاصيل بنسبة 10 – 20%.

4ـ نمو النبات يعزز الجذور: في الآونة الأخيرة، وصلت الأسمدة الحيوية بمفهوم جديد لنمو النبات يعزز البكتيريا الجذرية (PGPR). تستعمر هذه البكتيريا نظام جذر النبات وتعزز نمو النبات من خلال آليات مختلفة. PGPR هي بشكل عام بكتيريا حية حرة تحملها التربة ومعزولة من الجذور عند تطبيقها على البذور أو المحاصيل، وتعزز نمو النبات من خلال آلية واحدة على الأقل، مثل قمع الأمراض النباتية (عوامل الحماية الحيوية)، وتحسين اكتساب المغذيات (الأسمدة الحيوية) أو إنتاج الهرمونات النباتية (المنشطات الحيوية).

شاهد: مراحل إعداد الأسمدة الحيوية بمركز البحوث الزراعية

شاهد: مخصبات حيوية لزيادة إنتاجية المحاصيل الحقلية والبستانية من إنتاج وزارة الزراعة

تحفز PGPR نمو النبات وتطوره إما بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال عدة آليات مثل تثبيت النيتروجين، أو إذابة الفوسفات وتعبئته، أو إذابة المغذيات النباتية أو زيادة امتصاص العناصر الغذائية مثل N ، P ، Zn ، Fe ، Mn إلخ إما عن طريق تغيير فسيولوجيا النبات أو عن طريق تحويل العناصر الغذائية إلى شكل متاح.

أدى تأثير PGPR على المحاصيل المهمة من الناحية الزراعية إلى زيادة الغلة بنسبة تصل إلى 30٪ ، ومع ذلك فإن قدرتها على تعزيز النمو تعتمد بشكل كبير على المحاصيل والنمط الجيني، يأخذ استخدام الكائنات الدقيقة المفيدة المختلفة في اتحادات مثل PSB و / أو PGPR منعطفا خطيرا في زيادة BNF وإنتاجية المحاصيل المختلفة، ومع ذلك يجب تقييم توافق هذه الكائنات الدقيقة بسبب احتمال التفاعلات العدائية فيما بينها.

5ـ تكوين الدبال: يعتبر تصنيع الدبال أحد الأنشطة المهمة للكائنات الحية الدقيقة في التربة. فوائد المادة العضوية في التربة على قدرة الاحتفاظ بالماء معروفة جيدا، وبالتالي فإن التربة الغنية بالمواد العضوية قد تحتفظ بالمياه لفترة أطول لاستخدامها من قبل النباتات ولتجنب فقدها من خلال النتح والغسيل.

شاهد: أهمية حامض الفالفيك في مقاومة أمراض النبات والتربة

العمليات المختلفة التي تنفذها الكائنات الحية الدقيقة خاصة تحلل المستنقعات العضوية وتكوين الدبال بالإضافة إلى الأدوار الأخرى التي تمت مناقشتها أعلاه تساهم في تحسين كفاءة استخدام المياه.

وعلى ذلك هناك ما يبرر إجراء مزيد من الدراسات المحددة لاستخدام الكائنات الحية في التربة بشكل كلي لتحسين كفاءة استخدام المياه.

المراجع:

Alexender, Martin 1985. Introduction to Soil Microbiology. Wiley Eastern Ltd. p. 467.

Chhonkar,  P.K.  and  Pareek,  R.P.  2002.  Organisms  in  soil  and  their  activities  In.Fundamental of Soil Science (Sekhon et al eds.) ISSS. New Delhi P. 433-454.

Hardie, K. and Layton, L. 1981. The influence of Vaesicular arbuscular mycorrhiza on growth and water relations of red clover. New Phytol. 89: 599.

Kloepper J.W.; Leong J.; Teintze M. and Schroth, M.N. 1980. Enhanced plant growth by siderophores produced by plant growth promoting rhizobacteria, Nature, 286, 885- 886.

Kloepper, J.W. and Schroth, M.N. 1978. Plant growth promoting rhizobacteria on radishes. Fourth International Conference on Plant Pathogen Bacteria, Angers, France, Vol. 2, pp. 879-882.

Nelson C.  1987.  The  water relations of  Vesicular  arbuscular  mycorrhizal systeme.  In: Ecophysiology of V A mycorrhizal plants (Safir, G.E. Ed).CRC Press Inc. pp.71-91.

Raverkar, K.P et al. 2011. Agro-Technology for enhancing water productivity of rice, wheat and vegetable pea in Uttrakhand., FPARP Bulletin No. 01, GBPUAT, Pantnagar

*للتواصل مع الكاتب: البريد الإلكتروني: [email protected]