חומרים מזינים (חקלאות)

ערך זה עוסק בחומרים מזינים בחקלאות. אם התכוונתם לחומר מזין לאדם, ראו חומרי מזון.

חומרים מזינים הם חומרים חיוניים לחקלאות הנמצאים באופן טבעי בקרקע או מוספים על ידי דישון.

לגידול צמחים נדרשים תהליכים שבאמצעותם הצמח יכול לחיות לגדול ולהתפתח, חלק מהחומרים מתקבלים מהאור והאויר, ובתהליך פוטוסינתזה משתמש בהם הצמח כמקור אנרגיה.

הפחמן (C), המימן (H) והחמצן (O), מהווים 94–99.5% מיסודות הצמח. רוב הפחמן והחמצן מתקבלים ישירות מהאוויר, באמצעות פוטוסינתזה, ואילו המימן מופק מאדי מים הנמצאים באוויר, ומהמים שבקרקע. עם זאת, צמחים אינם יכולים להתפתח באופן בלעדי עם מים ואוויר, שכן הם דורשים מספר יסודות כימיים נוספים, הנספגים בדרך כלל מהקרקע. למרות שאלמנטים אלו מהווים חלק קטן בלבד ממשקל הצמח ללא המים שבו, (בין 0.6–6%), הם עדיין חיוניים לצמחים, שכן הם אלה המגבילים בדרך כלל את התפתחות הגידולים.

לאחר הקציר, הקרקע מאבדת הרבה מהחומרים המזינים שלה, ויש צורך להעשיר את הקרקע מחדש באמצעות דשנים. על פי קביעת ארנון וסטאוט (D. I. ARNON AND P. R. STOUT), ב-1934,^[1] כדי שיסוד ייחשב כחומר מזין צמחי חיוני, עליו לעמוד בשלושת הקריטריטנים הבאים:

. המחסור ביסוד זה אינו מאפשר לצמח להשלים את מחזור חייו.
. החסר הוא ספציפי ליסוד המסוים הזה, ואפשר לטפל בחסר רק על ידי הוספת יסוד זה.
. החומר מעורב ישירות בתזונת הצמח ואין לו תחליף אחר.

הדשן אמור להכיל את חומרי ההזנה החסרים בקרקע, כדי לספק לגידולים את ההזנה החסרה.

בעבר שימרו את חומרי ההזנה בקרקע, על ידי סבבי יבולים ארוכי טווח, ושימוש במחזורים הטבעיים המציפים מדי שנה אדמות מעובדות (ומחזירים חומרים מזינים חסרים) כגון הצפת הנילוס (אנ').

גם כיום ניתן לשמר חומרי הזנה על ידי שימוש ארוך טווח בביו-פחם (אנ'), או שימוש בזנים מסורתיים של יבולים ובעלי חיים המותאמים לתנאים פחות אידיאליים, כמו בצורת או מחסור בחומרים מזינים. אך גידולים הדורשים רמות גבוהות של חומרים מזינים בקרקע, או סבבי יבולים קצרים, יכולים להיות מעובדים באופן בר קיימא רק בהתערבות של דשן מתאים.

פירוט החומרים המזינים הנדרשים לחקלאות

מדעני קרקע של NRCS ממיזורי בוחנים דגימת קרקע.

בשנת 1840, הוכיח יוסטוס פון ליביג שצמחים זקוקים לחנקן, אשלגן וזרחן. חוק המינימום של ליביג קובע כי הצמח לא מתפתח כשיש מחסור בחומרים מזינים.^[2] ניסיונות גידול צמחים במצעים מנותקים מאדמה, שימש את ארנון וסטאוט בשנת 1939 כדי להוכיח כי מוליבדן חיוני לגידול עגבניות וצמחים גבוהים נוספים.

ניטראט

עודף חנקן לדונם של שטחי יבול.^[3]

ערך מורחב – ניטראט

ניטראט (בעברית נקרא חַנְקָה) נמצאות בשימוש נרחב בדשן חקלאי. למרבה הצער, כתוצאה מכך נוצרת בעיה סביבתית של זליגת חנקה לסביבה.^[4]

המקורות לחנקה זמינים מאד, והם כוללים:

מיחזור פסולת יבולים ובעלי חיים, או זבל אנושי מטופל^[5]
גידול קטניות ומספוא כגון בוטנים או אספסת, היוצרים סימביוזות עם חיידקים מקבעי חנקן הנקראים ריזוביום^[6]
ייצור תעשייתי של חנקן בתהליך הבר-בוש תוך שימוש במימן, המופק כיום בעיקר מגז טבעי (או כתחליף, אפשר לייצר את המימן על ידי אלקטרוליזה של מים באמצעות חשמל מתחדש). חומר זה עלול להיות בשימוש מסוכן, ומשמש בהכנת חומר נפץ מסוימים.^[7]
הנדסה גנטית של גידולים (שאינם קטניות) ליצירת סימביוזות מקבעות חנקן או (בפיתוח) קיבוע חנקן ללא סימביוטים מיקרוביאליים.^[8]

פוספט

עודפי זרחן בדונם אדמה בשטחי גידול - 2014^[9]

ערך מורחב – זרחה

פוספט (בעברית נקרא זַרְחָה) הוא מרכיב עיקרי בדשן. זהו חומר המזון השני בחשיבותו לצמחים אחרי החנקן,^[10], וחסרונו גורם לירידה בכמות ואיכות היבול.^[11] פוספט חשוב לחקלאות בת קיימא מכיוון שהוא משפר את פוריות הקרקע ואת איכות וכמות היבולים, דבר המסייע לתמיכה בפרנסת חקלאים ובסופו של דבר לביטחון תזונתי.^[12] זרחן מעורב בכל התהליכים המטבוליים העיקריים כולל פוטוסינתזה, העברת אנרגיה, העברת אותות, ביוסינתזה (אנ') מקרומולקולרית ונשימה. הוא נחוץ להתפתחות וחיזוק השורשים והיווצרות זרעים, ויכול להגביר את העמידות למחלות.^[10]

זרחן נמצא בקרקע הן בצורה אנאורגנית והן בצורה אורגנית ומהווה כ-0.05% מהביומסה של הקרקע, אך רובו אינו ממיס, ולכן אינו יכול להיספג כראוי בצמחים, לצורך כך מוסיפים את הפוספט בדישון הקרקע. החסרון הוא, ששימוש ארוך טווח בדשנים כימיים המכילים פוספט גורם לאטרופיקציה ולדלדול החיים המיקרוביאליים בקרקע, ולכן נבדקים דרכים אחרות לצורך מיסוס הזרחן שבטבע.^[10]

דשני זרחן מיוצרים מסלע פוספט. עם זאת, פוספט סלעים הוא משאב שאינו מתחדש, והוא מתרוקן על ידי כרייה לשימוש חקלאי ולכן מחפשים החוקרים מקורות נוספים לזרחן, ביולוגיים, ומיחזור זבל.^[12]^[10].

אשלגן

כמות ממוצעת של אשלגן בדישון,^[13]

ערך מורחב – אשלגן

אשלגן הוא אב מזון עיקרי חשוב מאוד להתפתחות הצמח והוא מבוקש בדרך כלל בדשנים.^[14] חומר מזין זה חיוני לחקלאות מכיוון שהוא משפר את אגירת המים, תנועת החומרים המזינים האחרים, התשואה, הטעם, הצבע, המרקם והעמידות למחלות של יבולים. הוא משמש לעיתים קרובות בטיפוח דגנים, פירות, ירקות, אורז, חיטה, דוחן, סוכר, תירס, פולי סויה, שמן דקלים וקפה.

אשלגן כלורי (KCl) מייצג את המקור הנפוץ והזול ביותר של אשלגן המשמש בחקלאות,^[15] ומהווה 90% מכלל האשלגן המיוצר לשימוש חקלאי.^[16]

החיסרון בשימוש באשלגן כלורי, שהוא גורם לריכוזים גבוהים של כלוריד בקרקע ופוגע בבריאותה בשל העלייה במליחות הקרקע. כמו כן יוצר חוסר איזון בזמינות חומרי ההזנה בקרקע, ויש לכך השפעה על התפתחות צמחים ואורגניזמים בקרקע, מה שמסכן את המגוון הביולוגי של הקרקע ואת הפרודוקטיביות החקלאית.^[17] אפשרות בת קיימא להחלפת האשלגן הכלורי הם דשנים נטולי כלוריד. השימוש בו צריך לקחת בחשבון את צורכי התזונה של הצמחים, ואת קידום בריאות הקרקע.^[18]

האפשרויות בנות קיימא להחלפת תשומות תזונתיות אחרות, כגון זרחן ואשלגן, מוגבלות יותר.

סידן

ערך מורחב – סידן

מגנזיום

ערך מורחב – מגנזיום

גופרית

ערך מורחב – גופרית

יסודות קורט

ערך מורחב – יסוד קורט

יסוד קורט הנקראים גם מיקרונוטרינטים (אנ') הם יסודות שצריך מהם כמות קטנה ביותר, אך הם חיוניים בהזנת הצמחים. היסודות החשובים הם כלור, ברזל, בורון, מנגן, אבץ, נחושת ומוליבדן.

ראו גם

קישורים חיצוניים

כימיה אורגנית (בגרמנית: ORGANISCHE CHEMIE) ספרו של יוסטוס פון ליביג (בגרמנית).

הערות שוליים

^ חיוניותם של חומרים מזינים לפי D. I. ARNON AND P. R. STOUT
^ חוק המינימום של ליבינג בספריית אוניברסיטת אוקספורד
^ "עודף חנקן" הוא ההבדל בין תשומות חומרי מזון (מדשנים, זבל וקיבוע מקטניות) לבין הכמות שנקטפת בחומר יבול. זה מייצג חנקן שהולך לאיבוד לסביבה ויכול ליצור חוסר איזון אקולוגי במערכות אקולוגיות ובגופי מים.
^ הסכנות לסביבה משטיפת החנקה
^ מיחזור זבל בעלי חיים בירחון למדעי בעלי החיים שע"י מרכז מחקר ופיתוח בספרד, כרך 112 גיליון 3, דצמבר 2007 (באנגלית)
^ התקדמות נוכחית בצמחים לקיבוע חנקן ומחקר המיקרוביום באתר המרכז הביוטכנולוגי של ארצות הברית, 13 בינואר 2020
^ דשן נפוץ המשמש גם כחומר נפץ של טרוריסטים: מהו החומר שגרם ככל הנראה לפיצוץ הקטלני בנמל ביירות? באתר מכון ויצמן למדע
^ מאמר על הפיתוחים האחרונים בפיתוח קשרים סימביוטיים ושאינם כאלה באתר המרכז הביוטכנולוגי של ארצות הברית, 3 בדצמבר 2019
^ כמות של זרחן עודף לכל דונם של היבול. זהו ההבדל בין תשומות זרחן, לבין הכמות הנקצרת ביבולים.
^ ¹ ² ³ ⁴ גישה בת קיימא לניהול מחסור בזרחן בקרקעות חקלאיות באתר המרכז הביוטכנולוגי של ארצות הברית, 31 באוקטובר 2013
^ תפקידם של מיקרואורגניזמים הממיסים פוספט בחקלאות בת קיימא - סקירה Mohammad Saghir, Almas Zaidi, Parvaze A. Wani, מאמר מתאריך 27 בינואר 2007
^ ¹ ² אסטרטגיות וטכנולוגיות להשגת זרחן בר קיימא Dana Cordell, Stuart White המכון לעתיד בר-קיימא, באוניברסיטה הטכנולוגית, סידני. 31 בינואר 2013
^ נמדד בקילוגרמים של סך החומרים המזינים לדונם של שטחי יבול.
^ אשלגן לייצור יבולים מאמר דניאל א. קייזר מאוניברסיטת מינסוטה 2018
^ מחקר על האשלגן העדיף בגידול בננות ברזיל 11 בספטמבר 2011 (בפורטוגזית ברזילאית)
^ מידע וניתוח של כלכלת המינרלים בברזיל, עמוד 43 (בפורטוגזית ברזילאית)
^ אשלגן כלורי: השפעות על פעילות מיקרוביאלית בקרקע ומינרליזציה של חנקן אוניברסיטת מונטס קרלוס, ברזיל, 18 באפריל 2019 (באנגלית)
^ ניהול חומרי הזנה בקרקע מהי חקלאות בת קיימא? תוכנית מחקר וחינוך לחקלאות בת קיימא באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס 2017

[1] חיוניותם של חומרים מזינים לפי D. I. ARNON AND P. R. STOUT

[2] חוק המינימום של ליבינג בספריית אוניברסיטת אוקספורד

[3] "עודף חנקן" הוא ההבדל בין תשומות חומרי מזון (מדשנים, זבל וקיבוע מקטניות) לבין הכמות שנקטפת בחומר יבול. זה מייצג חנקן שהולך לאיבוד לסביבה ויכול ליצור חוסר איזון אקולוגי במערכות אקולוגיות ובגופי מים.

[4] הסכנות לסביבה משטיפת החנקה

[5] מיחזור זבל בעלי חיים בירחון למדעי בעלי החיים שע"י מרכז מחקר ופיתוח בספרד, כרך 112 גיליון 3, דצמבר 2007 (באנגלית)

[6] התקדמות נוכחית בצמחים לקיבוע חנקן ומחקר המיקרוביום באתר המרכז הביוטכנולוגי של ארצות הברית, 13 בינואר 2020

[7] דשן נפוץ המשמש גם כחומר נפץ של טרוריסטים: מהו החומר שגרם ככל הנראה לפיצוץ הקטלני בנמל ביירות? באתר מכון ויצמן למדע

[8] מאמר על הפיתוחים האחרונים בפיתוח קשרים סימביוטיים ושאינם כאלה באתר המרכז הביוטכנולוגי של ארצות הברית, 3 בדצמבר 2019

[9] כמות של זרחן עודף לכל דונם של היבול. זהו ההבדל בין תשומות זרחן, לבין הכמות הנקצרת ביבולים.

[זרחן-10] ¹ ² ³ ⁴ גישה בת קיימא לניהול מחסור בזרחן בקרקעות חקלאיות באתר המרכז הביוטכנולוגי של ארצות הברית, 31 באוקטובר 2013

[11] תפקידם של מיקרואורגניזמים הממיסים פוספט בחקלאות בת קיימא - סקירה Mohammad Saghir, Almas Zaidi, Parvaze A. Wani, מאמר מתאריך 27 בינואר 2007

[השגת_זרחן-12] ¹ ² אסטרטגיות וטכנולוגיות להשגת זרחן בר קיימא Dana Cordell, Stuart White המכון לעתיד בר-קיימא, באוניברסיטה הטכנולוגית, סידני. 31 בינואר 2013

[13] נמדד בקילוגרמים של סך החומרים המזינים לדונם של שטחי יבול.

[14] אשלגן לייצור יבולים מאמר דניאל א. קייזר מאוניברסיטת מינסוטה 2018

[15] מחקר על האשלגן העדיף בגידול בננות ברזיל 11 בספטמבר 2011 (בפורטוגזית ברזילאית)

[16] מידע וניתוח של כלכלת המינרלים בברזיל, עמוד 43 (בפורטוגזית ברזילאית)

[17] אשלגן כלורי: השפעות על פעילות מיקרוביאלית בקרקע ומינרליזציה של חנקן אוניברסיטת מונטס קרלוס, ברזיל, 18 באפריל 2019 (באנגלית)

[18] ניהול חומרי הזנה בקרקע מהי חקלאות בת קיימא? תוכנית מחקר וחינוך לחקלאות בת קיימא באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס 2017

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]