افزایش تولید محصولات کشاورزی و اهمیت تغذیه پتاسیمی

افزایش تولید محصولات کشاورزی ضمن بهبود کیفیت، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، همچنان یک هدف مهم است. افزایش قابل توجه قیمت مواد غذایی و بحران‌های اقتصادی رو به رشد، تأثیر عمده‌ای بر وضعیت تغذیه‌ای جمعیت‌های انسانی دارد و سوءتغذیه جهانی را تشدید می‌کند. این تحولات، امنیت مواد مغذی و امنیت غذایی را به یک چالش کلیدی جهانی تبدیل می‌کند.

در میان عوامل متعدد، تغذیه کافی و متعادل با مواد مغذی معدنی، یک مسئله اساسی در دستیابی به تولید بالای محصول و کیفیت بهتر در کشاورزی عملی است. از بین مواد مغذی معدنی، تغذیه نامتعادل با پتاسیم K به خوبی شناخته شده است و به یک محدودیت مهم برای تولید محصول در کشورهای در حال توسعه تبدیل شده است. میزان بسیار پایین کاربرد کود پتاسیم در تولیدات گیاهی زراعی و باغی مختلف در کشورهای در حال توسعه مانند کشور ایران منجر به تخلیه سریع پتاسیم در خاک می‌شود. تخلیه پتاسیم قابل دسترس گیاه در خاک منجر به اثرات منفی مختلفی از جمله جلوگیری از استفاده بهینه از کودهای نیتروژن و فسفر، کاهش درآمد کشاورزان، تهدید عملکرد سیستم کشت و در نتیجه به خطر انداختن امنیت غذایی و مواد مغذی آینده می‌شود. کشاورزان و مشاوران آنها باید با در نظر گرفتن شیوه‌های مدیریت مواد مغذی بر اساس آخرین یافته‌های علمی، ابزارهای پیشرفته‌ای را برای کاربردهای کود پتاسیم و توصیه‌های به‌روز شده پتاسیم اتخاذ کنند.

پتاسیم چیست و چرا یکی از مهم‌ترین عناصر غذایی گیاه است؟

پتاسیم به عنوان یکی از عناصر ماکرو و یا درشت مغذی شناخته می شود که فراوان‌ترین کاتیون در سلول‌های گیاهی است و دومین ماده مغذی فراوان پس از نیتروژن در برگ‌ها گیاهان می‌باشد. بنابراین، پتاسیم فراوان‌تر از فسفر است. خاک های که به تازگی تشکیل می شوند معمولاً فسفر بالا و نیتروژن پایینی دارند. با این حال، با افزایش سن خاک، نیتروژن به تدریج در خاک تجمع می‌یابد در حالی که فسفر آنها بیشتر تخلیه می‌شود. پتاسیم می‌تواند راحت‌تر از نیتروژن یا فسفر شسته شود. با این حال، در اکوسیستم‌های طبیعی، مانند جنگل‌ها و بوته‌زارها، از طریق چندین فرآیند، مانند پمپاژ گیاه و جذب پتاسیم، ظرفیت بیولوژیکی بالایی برای حفظ پتاسیم دارند و فقر پتاسیم در آنها مشاهده نمی شود.

شکل‌های مختلف پتاسیم در خاک

پتاسیم موجود در خاک می‌تواند به سه مخزن قابل دسترس برای جذب توسط ریشه‌ها ورود پیدا کند. یکی پتاسیم در آب خاک حل می‌شود، دومی روی ذرات رس و مواد آلی جذب می‌شود و سومی در ساختارهای بلوری کانی های خاک نگهداری می‌شود. مواد آلی موجود در خاک حاوی مقدار ناچیزی پتاسیم هستند زیرا جزء مولکول‌های زیستی نیستند، از این رو به دلیل حلالیت بالای آن به راحتی و به سرعت از برگ‌ها شسته می‌شوند. با این حال، بخشی از پتاسیم خاک که مستقیماً در دسترس گیاهان است (یعنی در محلول خاک) معمولاً بخش کوچکی (1/0-2/0 درصد) از کل پتاسیم خاک است، در حالی که مجموع بخش محلول در آب موجود و بخش تبادلی 2-1 درصد و بخش‌های غیرقابل دسترس خاک 99-96 درصد هستند. مخزن پتاسیم قابل دسترس خاک به راحتی توسط رواناب شسته می‌شود. بنابراین، غلظت پتاسیم قابل دسترس خاک-گیاه می‌تواند اغلب کمتر از غلظت نیتروژن و فسفر قابل دسترس خاک-گیاه باشد، اگرچه غلظت کل پتاسیم خاک عموماً بیشتر از نیتروژن و به‌ویژه فسفر است.

نقش پتاسیم در گیاهان

فرم قابل جذب پتاسیم توسط گیاهان بصورت یون پتاسیم K+ می باشد. پتاسیم در فرآیندهای متابولیسمی متنوعی در داخل گیاه حضور فعال دارد و فعال‌کننده آنزیم های زیادی است که این آنزیم‌ها عمدتاً به عنوان کاتالیزور در ساخت موادی نقش دارند که مستقیماً عامل تعیین‌کننده عملکرد کمی و کیفی محصول می‌باشند.

مهمترین نقش های پتاسیم در گیاهان عبارت است از:

• افزایش رشد ریشه و بهبود مقاومت به شوری، خشکی و سرما.
• حفظ آماس؛ کاهش از دست دادن آب و پژمردگی.
• کنترل هدایت روزنه ای و کمک به فتوسنتز (در زنجیره انتقال الکترون و تثبیت دی اکسید کربن).
• کنترل هدایت روزنه ای در شرایط تنش و کاهش تنفس و جلوگیری از اتلاف انرژی.
• افزایش انتقال قندها و نشاسته از برگ ها و اندام های فتوسنتز کننده به مخزن و اندام های ذخیره مانند میوه ها، ریشه ها، گل ها، جوانه ها.
• افزایش محتوای پروتئین گیاهان (تولید منظم متابولیت های گیاهی مختلف).
• در ساخت سلولز و دیواره سلولی نقش دارد و خوابیدگی را کاهش می‌دهد.
• افزایش مقاومت گیاه به تنش های زنده که به کند کردن بیماری‌های گیاهی کمک می‌کند.

نقش پتاسیم در کاهش تنش‌های محیطی و افزایش کیفیت محصول

در حال حاضر، شواهد فزاینده‌ای برای عملکردهای متنوع پتاسیم از سطح مولکولی تا عملکرد مزرعه وجود دارد. نقش پتاسیم در سیگنالینگ تنش به موضوعی مهم تبدیل شده است، که باید به طور فزاینده‌ای در تحقیقات آینده توسط زیست‌شناسان مولکولی، فیزیولوژیست‌های گیاهی و متخصصان تغذیه گیاهی به آن پرداخته شود. نقش کاهش‌دهنده تنش پتاسیم، نقش دیگری در گیاهان، به ویژه در شرایط خشکسالی، شوری و عفونت‌های بیماری‌زا است. تغذیه کافی پتاسیم نیز برای ترکیب محصولات برداشت شده و کیفیت رژیم غذایی از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر این، اختلال در مدیریت مواد مغذی و عدم تعادل ورودی-خروجی مواد مغذی مرتبط، به ویژه با پتاسیم، ممکن است یک مسئله جدی کاهش حاصلخیزی خاک ها باشد.

بنابراین با یک نگاه جامع نسبت به نقش پتاسیم در گیاه و تغذیه گیاه می توان درک کرد که تأمین پتاسیم فقط برای مراحل پر شدن میوه و دانه و غده نیست؛ خصوصاً در شرایط تنش های خشکی و شوری که نیاز به مصرف پتاسیم افزایش می یابد.

عوامل موثر بر دسترسی پتاسیم برای گیاه در خاک‌های کشاورزی

مجموعه عواملی که به دسترسی پتاسیم در سیستم های کشاورزی نقش دارند در واقع عواملی هستند که بر میزان حلالیت پتاسیم در محلول خاک و نیز بر میزان آزاد شدن یون های پتاسیم از روی ذرات رس و مواد آلی تأثیرگذار هستند.

مهم‌ترین عوامل موثر بر جذب پتاسیم

اسیدیته خاک (pH)

معمولاً مشکلی از نظر میزان اسیدیته بر جذب پتاسیم در خاک نداریم. جذب در دامنه 6 تا 10 یکنواخت است.

رطوبت خاک

رطوبت مناسب و کافی یعنی افزایش دسترسی به یون پتاسیم خصوصاً در خاک های با رس بالا. بنابراین نیاز داریم در شرایط کم آبیاری و خاک های شنی پتاسیم بیشتری استفاده کنیم.

تهویه خاک (سیستم خاکورزی)

وجود رطوبت بالا و رس بالا که مشکل تهویه ریشه ایجاد می کنند، میزان جذب پتاسیم را کاهش می دهد. بنابراین در این خاک ها نیاز داریم به استفاده از شیوه های مختلف خاکورزی تهویه مناسب جهت فعالیت ریشه و جذب عناصر غذایی ایجاد کنیم.

دمای خاک

با افزایش دمای خاک میزان جذب پتاسیم افزایش می یابد.

مواد آلی

ماده آلی بیشتر دسترسی پتاسیم را افزایش می دهد.

شوری خاک و آب

شوری و افزایش کاتیون هایی مانند سدیم، منیزی م وکلسیم جذب پتاسیم را کاهش می دهد. در شرایط شوری نیاز مصرف به پتاسیم بالاتر است.

روند تخلیه پتاسیم در خاک‌های کشاورزی ایران

متاسفانه در حال حاضر در خاک های کشاورزی ما سناریوی تخلیه پتاسیم خاک به دلیل تثبیت پتاسیم در خاک های با بافت سنگین و شور و یا شکل غیرقابل دسترس پتاسیم در خاک، به آرامی در حال افزایش است و کشاورزان با مشکل قیمت بالاتر کود پتاسیم یا سایر کودهای موجود در بازار مواجه هستند، به طوری که کشاورزان معمولاً قادر به تأمین نیاز پتاسیم در خاک برای رشد گیاه نیستند و همیشه مقداری از پتاسیم ذخیره خاک را مصرف می کند و این امر طی چندسال منجر به تخلیه خاک و غیرحاصلخیز شدن آن می شود و روند تولید و یا عملکرد بالا را در یک مزرعه و یا باغ متوقف می کند.

علائم کمبود پتاسیم در گیاهان زراعی و درختان میوه

متوسط مقدار پتاسیم در برگ های گیاهان زراعی و درختان میوه حدود 5/4-5/1 درصد وزن خشک است و حد کفایت این عنصر در برگ گیاهان معمولاً بین 3-2 درصد است. اگر درصد پتاسیم از 5/1پایین تر باشد علائم کمبود و اگر از 5/4 درصد بالاتر باشد علائم مسمومیت در گیاه دیده می‌شود که حالت دوم به ندرت در گیاهان زراعی و درختان میوه مشاهده می‌شود.

علائم کمبود پتاسیم معمولاً از برگ‌های پایینی گیاه شروع می‌شود و به تدریج به قسمت‌های بالایی گیاه پیشرفت می‌کند. یکی از علائم رایج کمبود پتاسیم سوختگی یا کلروز در امتداد حاشیه برگ‌ها است. این علائم در گیاهان با نیاز پتاسیمی‌بالا مانند سیب زمینی، گوجه فرنگی، پسته و چغندرقند به خصوص در روزهای گرم سال افزایش می‌یابد.

در غلات کمبود پتاسیم در گیاهان جوان باعث کاهش رشد سیستم ریشه‌ای و تولید ساقه‌ها ضعیف و منجر به خوابیدگی و عدم تحمل به باد می‌شود.

در گیاهان غده ای، کمبود پتاسیم سبب محدودیت در انتقال نیترات از ریشه به اندام‌های هوایی شده و سبب تجمع اسیدهای آمینه در ریشه می‌گردد. تجمع بیش‌ازحد اسیدهای آمینه در ریشه ممکن است باعث پس دهی نیترات شود و حساسیت گیاهان ریشه ای به بیماری ها را افزایش می‌دهد و از جذب مجدد نیتروژن جلوگیری کرده و برای گیاهان محدودیت در رشد را به دنبال دارد. بنابراین کمبود پتاسیم در گیاهان میزان کارایی جذب و مصرف نیتروژن را به شدت کاهش می‌دهد.

کمبود پتاسیم باعث اختلال در رسیدن محصول و کاهش عملکرد محصولات غده‌ای می‌شود. گیاهان دچار کمبود پتاسیم با کاهش تورم سلول‌های زنده گیاهی و افزایش حساسیت آنها به تنش آبی می‌شوند. همچنین در صورت کمبود پتاسیم اکثر فرآیندهای فیزیولوژیکی نظیر فتوسنتز و انتقال مواد متابولیکی و آنزیم ها مختل می‌شود به‌طوری‌که همزمان با این عمل سرعت تنفس افزایش یافته و درنتیجه سرعت رشد گیاه و کیفیت محصول کاهش می‌یابد.

جمع‌بندی

بطورکلی می‌توان بیان کرد که ذخایر پتاسیم در خاک عموماً زیاد است، اما بیشتر آن در دسترس گیاه نیست. بنابراین، نیاز گیاهان زراعی و درختان میوه باید با کودهای پتاسیم تأمین شوند، که انتظار می‌رود تقاضا برای آن، به‌ویژه در مناطق در حال توسعه‌ی جهان، به‌طور قابل‌توجهی افزایش یابد. در محصولات زراعی و باغی با کمبود پتاسیم، تأمین اندام‌های گیرنده با فتوسنتز مختل می‌شود و قندها در برگ‌ها تجمع می‌یابند. این امر نه تنها بر عملکرد، بلکه بر پارامترهای کیفی، به‌عنوان مثال کیفیت سیب‌زمینی، گوجه فرنگی و انگور نیز تأثیر می‌گذارد. از آنجایی که پتاسیم اثرات مفیدی بر سلامت انسان دارد، غلظت آن در محصول برداشت‌شده به‌خودی‌خود یک پارامتر کیفی است. با توجه به نقش‌های اساسی پتاسیم در تولید تورژسانس، متابولیسم اولیه و انتقال مواد در داخل گیاه در مسافت‌های طولانی، این عنصر نقش برجسته‌ای در مقاومت محصولات کشاورزی در برابر خشکسالی، شوری، نور زیاد یا سرما و همچنین مقاومت در برابر آفات و عوامل بیماری‌زا ایفا می‌کند. با وجود نقش‌های حیاتی فراوان پتاسیم در تولید محصولات کشاورزی، روش‌های فعلی تجزیه و تحلیل خاک برای پتاسیم برای بسیاری از خاک‌ها خصوصاً خاک های کشور ایران ناکافی است و خطر کوددهی نامتعادل را به همراه دارد. برای مقابله با کاهش حاصلخیزی خاک و بهبود امنیت غذایی و افزایش کارایی استفاده از کودهای پتاسیم، نیاز به تحقیقات و تولید محصولات نو ضروری است.

منابع

Römheld, V., & Kirkby, E. A. (2010). Research on potassium in agriculture: needs and prospects. Plant and soil, 335(1), 155-180.

Zörb, C., Senbayram, M., & Peiter, E. (2014). Potassium in agriculture–status and perspectives. Journal of plant physiology, 171(9), 656-669.

Sardans, J., & Peñuelas, J. (2021). Potassium control of plant functions: Ecological and agricultural implications. Plants, 10(2), 419.