شناخت کامل ماهیت ماده آلی و نقش آن در کارآیی و تثبیت چرخه مواد در خاک، نقطه کانونی در کشاورزی اکوسیستمی به عنوان شکل پایدار کشاورزی که امکان تولید مستمر و با کیفیت محصولات کشاورزی را در شرایط متغیر، ناپایدار و دشوار ناشی از تغییرات اقلیمی فراهم میکند.
ابتدا به این سوال پاسخ می دهیم که چرا ماده آلی برای کشت محصولات ضروری است؟
به چند دلیل اساسی، ماده آلی نقشی بنیادین در ایجاد و حفظ خصلت چند بعدی حاصلخیزی دارد:
بهبود ساختار خاک: با بهبود ساختمان و افزایش تخلخل خاک، ماده آلی باعث افزایش نفوذپذیری و ظرفیت نگهداری آب و جربان هوا در آن می‌شود. این امر به ریشه‌های گیاهان اجازه می‌دهد تا به راحتی اکسیژن، آب و مواد مغذی را جذب کنند.
تامین مواد مغذی: مواد آلی حاوی عناصر غذایی ضروری مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم است که برای رشد و توسعه گیاهان ضروری‌اند. تجزیه ماده آلی به تدریج این عناصر را در دسترس گیاهان قرار می‌دهد.
فعالیت میکروبی: ماده آلی محیط مناسبی برای فعالیت میکروبی فراهم میکند.
کاهش فرسایش خاک: ماده آلی با تثبیت خاک، از فرسایش آن جلوگیری کرده، موجب حفظ لایه‌های مغذی خاک و جلوگیری از کاهش کیفیت آن میگردد.
تنظیم pH خاک: ماده آلی می‌تواند با تنظیم pH خاک، شرایط بهتری برای رشد گیاهان فراهم میسازد.
افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی: افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی به معنی افزایش توانایی خاک در نگهداری و تبادل مواد مغذی است.
استفاده از ماده آلی برای یهیود حاصلخیزی خاک، بدون توجه به کیفیت ماده آلی شامل نوع ترکیبات و سرعت تجزیه پذیری، نتیجه مورد انتظار را تامین نخواهد کرد. ارزیابی کیفیت ماده آلی می‌تواند به چندین روش انجام شود که بسته به نوع ماده و هدف ارزیابی متفاوت است. از جمله:
تحلیل شیمیایی:
- محتوای کربن و نیتروژن: نسبت C/N (کربن به نیتروژن) می‌تواند نشان‌دهنده کیفیت ماده آلی باشد. نسبت‌های پایین‌تر معمولاً نشان‌دهنده کیفیت بالاتر هستند.
- محتوای مواد مغذی: اندازه‌گیری عناصر غذایی مانند فسفر، پتاسیم و گوگرد.
تحلیل فیزیکی:
- ساختار و بافت: بررسی بافت و ساختار فیزیکی ماده آلی می‌تواند به تعیین کیفیت آن کمک کند.
- رطوبت: مقدار رطوبت موجود در ماده آلی نیز می‌تواند بر کیفیت آن تأثیر بگذارد.
تحلیل بیولوژیکی:
- فعالیت میکروبی: اندازه‌گیری فعالیت میکروبی یا تنوع میکروبی در ماده آلی می‌تواند نشان‌دهنده کیفیت آن باشد.
- تجزیه‌پذیری: بررسی اینکه چگونه ماده آلی توسط میکروارگانیسمها تجزیه می‌شود.
آزمون‌های کاربردی:
- آزمون‌های زراعی: بررسی تأثیر ماده آلی بر رشد گیاهان و عملکرد آنها.
- آزمون‌های خاک: تأثیر ماده آلی بر خواص فیزیکی و شیمیایی خاک.
تحلیل طیفی:
- استفاده از تکنیک‌های طیف‌سنجی برای شناسایی ترکیبات موجود در ماده آلی و ارزیابی کیفیت آن.
تجزیه‌پذیری ماده آلی که رابطه مستقیم با افزایش فعالیت میکروبی و پتانسیل زیستی خاک دارد معمولاً با تغییرات شیمیایی مختلفی همراه است که می‌تواند به شناسایی و ارزیابی فرآیند تجزیه کمک کند. برخی از این تغییرات شامل موارد زیر هستند:
کاهش وزن: یکی از نشانه‌های اصلی تجزیه‌پذیری، کاهش وزن ماده آلی است که ناشی از تجزیه میکروبی و یا اکسیداسیون است.
تغییر در ترکیب شیمیایی: تجزیه مواد آلی معمولاً با تغییرات در ترکیب شیمیایی آنها همراه است. این تغییرات می‌توانند شامل کاهش غلظت ترکیبات پیچیده مانند کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و لیپیدها و افزایش غلظت ترکیبات ساده‌تر مانند اسیدهای آلی باشند.
تولید گاز: تجزیه مواد آلی ممکن است منجر به تولید گازهایی مانند دی‌اکسید کربن، متان و آمونیاک شود. اندازه‌گیری این گازها می‌تواند نشانه‌ای از فعالیت میکروبی و تجزیه باشد.
تغییر pH تجزیه مواد آلی می‌تواند بر pH محیط تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، تولید اسیدهای آلی می‌تواند باعث کاهش pH شود.
تغییر رنگ: برخی از فرآیندهای تجزیه می‌توانند منجر به تغییر رنگ ماده آلی شوند. این تغییر رنگ ممکن است ناشی از تجزیه رنگدانه‌ها یا تشکیل ترکیبات جدید باشد.
افزایش دما: در برخی موارد، فرآیندهای تجزیه می‌توانند حرارت تولید کنند که این افزایش دما می‌تواند نشانه‌ای از فعالیت میکروبی باشد.
تغییر در ویژگی‌های فیزیکی: مانند تغییر در بافت، چگالی و قابلیت حل شدن در آب که می‌تواند نشانه‌ای از تجزیه مواد آلی باشد.
این تغییرات می‌توانند به طور همزمان و یا جداگانه رخ دهند و بسته به نوع ماده آلی و شرایط محیطی متفاوت باشند.
ارزیابی فعالیت میکروبی خاک از طریق روش‌های مختلفی امکانپذیر میگردد. این اندازه‌گیری‌ها معمولاً به ارزیابی تعداد و فعالیت میکروارگانیسمها در خاک و همچنین تأثیر آنها بر فرآیندهای بیوشیمیایی و زیست‌محیطی کمک میکند. مانند:
شمارش کلونی: این روش شامل کشت نمونه‌های خاک بر روی محیط‌های کشت مناسب است. بعد از انکوباسیون، تعداد کلونی‌های رشد کرده شمارش می‌شود. این روش می‌تواند تعداد باکتری‌ها، قارچ‌ها و سایر میکروارگانیسمها را ارزیابی کند.
روش‌های بیوشیمیایی: این روش‌ها شامل اندازه‌گیری فعالیت آنزیم‌های خاص (مانند کاتالاز، فسفاتاز و اوره) در خاک هستند. فعالیت این آنزیم‌ها می‌تواند به عنوان نشانگری از فعالیت میکروبی در نظر گرفته شود.
تولید گاز: اندازه‌گیری تولید گازهایی مانند دی‌اکسید کربن و متان می‌تواند به عنوان معیاری برای فعالیت میکروبی در خاک استفاده شود. این گازها به عنوان محصولات جانبی متابولیسم میکروبی تولید می‌شوند.
روش‌های فلورسانس و طیف‌سنجی: برخی از روش‌ها مانند فلورسانس و طیف‌سنجی می‌توانند برای شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات تولید شده توسط میکروارگانیسمها استفاده شوند.
روش‌های مولکولی: تکنیک‌هایی مانند PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) و توالی‌یابی DNA می‌توانند برای شناسایی و شمارش گونه‌های خاص میکروبی در خاک استفاده شوند.
اندازه‌گیری تنفس میکروبی: این روش شامل اندازه‌گیری مصرف اکسیژن یا تولید دی‌اکسید کربن توسط میکروارگانیسمها در یک دوره زمانی معین است که به عنوان نشانه‌ای از فعالیت متابولیکی آنها در نظر گرفته می‌شود.
روش‌های بیوپت: استفاده از بیوپت‌ها یا تله‌های زیستی برای جذب و شناسایی میکروارگانیسمها نیز یک روش مفید است.
میکی از شاخص های کیفیت ماده آلی، مقدار کربن قابل اکسید شدن آن است. می دانیم که میکروارگانیسمهای موجود در خاک با استفاده از اکسیداسیون کربن، انرژی مورد نیاز برای فعالیتهای متابولیکی و تکثیر خود را تامین میکنند. به این دلیل کربن قابل اکسیدشدن بر جمعیت میکروارگانیسمها و نوع آنها (هوازی – بی هوازی) تاثیر میگذارد. بنابراین هرچقدر مقدار کربن قابل اکسیدشدن در محتوی ماده آلی مصرف شده بیشتر باشد فلور میکروبی خاک (میکروبیوتا) به سمت باکتری های مفید هوازی و تکثیر بیشتر آنها حرکت میکند.
با این توضیح یکی از شاخص هایی که در انتخاب و استفاده از ماده آلی باید مورد توجه قرار بگیرد شاخص بهره وری پایدار ماده آلی است.