ي, 1374).
1-4-1 نيتروژن معدني خاک
نيتروژن معدني خاک به صورت اکسيدنيترو ()، اکسيد نيتريک ()، دي اکسيد نيتروژن ()، آمونياک ()، يون آمونيوم ()، نيتريت ()، و بالاخره نيترات () وجود دارد.
چهار ترکيب اول به صورت گاز مي‌باشند و مقدار آنها آنقدر ناچيز است که هم اندازه‌گيري آنها مشکل است و هم قادر به تأثير در زندگي گياهي نمي‌باشند. سه ترکيب بعدي از نظر تغذيه گياهي مهم مي‌باشند. آمونيوم معمولاً به صورت يوني به شکل قابل تبادل و تثبيت شده مشاهده مي‌شود. مقدار کمي نيز در محلول خاک وجود دارد. تقريباً تمام نيتريت و نيترات در محلول خاک حل شده‌اند (محمدي, 1366). اصولاً مجموعه سه ترکيب معدني آمونيوم، نيتريت و نيترات از 2 درصد نيتروژن کل خاک تجاوز نمي‌کند. شرايط آب و هوايي در تعيين مقدار نيتروژن معدني خاک بسيار مهم مي‌باشد. در اقليم معتدل مرطوب در فصل زمستان نيتروژن همراه آب در نيمرخ خاک حرکت مي‌کند و به اعماق مي‌رود. در فصل تابستان که ميزان تبخير و تعرق بيشتر از ميزان بارندگي است اين حرکت مشاهده نمي‌شود مگر در مواقع استثنايي که بارندگي شديد واقع شود. بنابراين در اين شرايط آب و هوايي مقدار نيتروژن در زمستان کم، در بهار کمي بيشتر و در تابستان حداکثر مي‌باشد و با بارندگي‌هاي پاييزي مقدار آن دوباره کاهش مي‌يابد (سالارديني, 1374).
در آب و هواي مديترانه‌اي که ميزان بارندگي به تدريج از بهار تا پاييز کاهش مي‌يابد مقدار نيتروژن معدني تا آخر تابستان همچنان تشکيل مي‌شود و حداکثر آن در ماه‌هاي شهريور و مهر مشاهده مي‌شود.
در اقليم استوايي بطور کلي مقدار نيتروژن معدني خاک بيشتر تابع بارندگي است تا درجه حرارت. در طول فصل خشک نيترات در خاک تجمع حاصل مي‌کند و گاهي به 100 ميلي‌گرم در کيلوگرم خاک يا بيشتر هم مي‌رسد. با ظهور فصل باراني مقدار نيتروژن معدني خاک به سرعت و گاهي کاملاً شکسته مي‌شود.
در شرايط اقليم صحرايي معدني شدن نيتروژن زياد نمي‌باشد. در سياه‌خاک‌هاي روسيه (خاکهاي سرشار از مواد آلي) در بهار تقريباً 5 ميلي‌گرم در کيلوگرم خاک است و به تدريج در طول بهار و تابستان زيادتر شده و در آخر تابستان به حداکثر خود در حدود 40 ميلي‌گرم در کيلوگرم خاک مي‌رسد. علت وجود مقدار زياد نيتروژن معدني در سياه‌خاک، وجود مواد آلي فراوان آنها مي‌باشد که حتي در شرايط خشک استپ‌هاي روسيه نيز در فصل تابستان معدني شدن نيتروژن همچنان ادامه دارد. در ساير خاکهاي نواحي خشک نيز معدني شدن نيتروژن به آهستگي انجام مي‌شود و زياد بودن نيتروژن محلول در سطح اين خاکها به خاطر کم بودن شستشوي نيتروژن در اين اقليم است. در مزارعي که آبياري مي‌شوند مقدار نيتروژن محلول خاک تابع مقدار آب و روش آبياري است. در زماني که گياه روي زمين است و آبياري ادامه دارد، تجمع نيتروژن محلول در خاک صورت نمي‌گيرد ولي پس از برداشت محصول و قطع آبياري مقدار نيتروژن محلول حتي تا 200 ميلي‌گرم در کيلوگرم مي‌رسد.
کشت برنج به صورت غرقابي در اقليم خشک نظمي را که قبلاً در مورد نيتروژن معدني خاک در نواحي خشک گفته شد به هم مي‌زند. در برنجزارها حالت غير هوازي در تمام خاکها مشاهده مي‌شود و بنابراين نيتراتي شدن صورت نمي‌گيرد در حالي که آمونياکي شدن با سرعت زياد همچنان ادامه مي‌يابد. نيترات در اين خاکها در طول رشد گياه تشکيل نمي‌شود و نيترات موجود در خاک نيز احياء مي‌شود و از دست مي‌رود. در ابتداي رشد ميزان نيتروژن آمونياکي خاک زياد شده و حتي تا 800 ميلي‌گرم در کيلوگرم خاک هم مي‌رسد. در طول رشد گياه در نتيجه مصرف گياه مقدار آن کم و گاهي ناچيز مي‌شود. بعد از خشک شدن خاک شرايط طبيعي نيتراتي شدن دوباره پيش مي‌آيد.
پوشش گياهي و روش‌هاي کشت و کار نيز در مقدار نيتروژن معدني خاک مؤثرند. اصولاً در نواحي معتدل مقدار نيتروژن خاک در زمان رويش گياه کم مي‌شود. بعد از برداشت گياهان يک ساله و در طول پاييز معدني شدن مواد آلي خاک به تدريج باعث افزايش نيتروژن محلول خاک مي‌شود. پوسيدگي ريشه، ساقه، کاه و ساير باقيمانده‌هاي گياهي نيز در معدني شدن نيتروژن آلي موثر است.
خاکهايي که زير پوشش چمن هستند هميشه از نظر نيتروژن معدني فقير مي‌باشند. مقدار نيتروژن کاني در آنها در حدود 5 ميلي‌گرم در کيلوگرم خاک است و به ندرت ارقامي‌بالاتر از اين گزارش شده است. علت کم بودن نيتروژن معدني و زياد بودن نيتروژن آلي خاکهاي چمنزار را مي‌توان وجود تراکم فوق العاده ريشه و نياز زياد اين گياهان به نيتروژن دانست (سالارديني, 1374).
1-4-2 نيتروژن آلي خاک
بيش از 95 درصد نيتروژن خاک به شکل آلي است. از اين رقم 20-40 درصد به گونه ترکيبات پروتئيني (مشتقات اسيدهاي آمينه) و 5-10 درصد به صورت قندهاي آمينه و ترکيبات گلوکز آمين بوده و بقيه که هنوز چندان شناخته نشده‌اند، در قالب ترکيبات ليگنيني و آمونيومي همراه با مواد کربني يافت مي‌شوند (سالارديني, 1367).
بيش از 40 درصد نيتروژن خاک که به صورت ترکيبات اسيدها و قندهاي آمينه، مجموعه پورين و پريميدين مي‌باشند به سرعت تجزيه مي‌شود. در حالي که تجزيه مواد آلي ديگر خاک به دشواري و با مقاومت زياد انجام مي‌گيرد.
معدني شدن طي سه مرحله گام به گام مطابق واکنش‌هاي زير يعني آمينه شدن، آمونياک سازي و نيتريتي شدن انجام شده و نهايتاً در مرحله چهارم تبديل به نيترات مي‌گردد. دو مرحله اول با کمک موجودات دگرساز و مرحله سوم به وسيله باکتريهاي خودساز تحقق مي‌يابد.
1) آمينه شدن
2) آمونياک سازي
3) نيتريتي شدن
4) نيتراتي شدن
انجام واکنش‌هاي دوم و سوم نياز به اکسيژن مولکولي دارد. بنابراين فعل و انفعالات مزبور تنها در خاکهايي که داراي تهويه مناسب هستند انجام پذيرفته و عواملي مانند تراکم يون آمونيوم، جمعيت موجودات نيترات ساز، تهويه، رطوبت خاک و نسبت کربن به نيتروژن در مقدار نيترات مؤثر مي‌باشند. ذکر اين نکته الزامي است که تحت شرايط مطلوب، سالانه فقط 1 تا 4 درصد از کل نيتروژن خاک معدني مي‌شود (ملکوتي, 1373).
1-5 منابع تأمين نيتروژن
1-5-1 منابع طبيعي نيتروژن
الف – موادآلي خاک
منبع اصلي نيتروژن براي گياهان، مواد آلي خاک است که در واقع باقيمانده حيواني و گياهي قبلي است که به طور طبيعي و يا در نتيجه عمل انسان به خاک داده شده است. معمولاً نيتروژن آلي خاک تبديل به نيتروژن آمونياکي و بعد نيتريتي و بالاخره نيتراتي مي‌شود و تحت تأثير همان عوامل و شرايطي قرار مي‌گيرد که نيتروژني که از خارج داده شده است قرار خواهد گرفت. تحت شرايط آزمايشگاهي وقتي که گياهي وجود نداشته باشد و تلفات از طريق شستشو نيز ملاحظه نشود تقريباً 5 تا 10 درصد نيتروژن آلي خاک در مدت شش ماه به نيتروژن نيتراتي تبديل مي‌شود.
ب- بقاياي محصول و کود دامي
در کشت و کار صحيح بايستي مقدار قابل توجهي از نيتروژني را که به وسيله گياه از خاک خارج مي‌کنند با افزودن کودهاي آلي و باقيمانده‌هاي گياهي به خاک برگردانند. در مورد غلات اگر کاه از زمين برداشت نشود اين قسمت از باقيمانده گياهي و ريشه‌هاي آن 20 درصد نيتروژني را که گياه از خاک خارج کرده است به آن برمي‌گرداند. اين رقم به هر حال تابع نوع محصول، شرايط محيطي، عملکرد محصول و سطح نيتروژني است که گياه در آن کاشته شده است.
ج- آب باران و آبياري
آب باران داراي مقداري نيتروژن آمونياکي و اسيد نيتريک مي‌باشد. همچنين مقداري نيتروژن آلي نيزدر آن به صورت سلول‌هاي موجودات زنده و ذرات غبار وجود دارد. نيتروژن آمونياکي حدود 70 درصد نيتروژن آب باران را تشکيل مي‌دهد. آمونياک اکثراً از مناطق صنعتي که سازنده يا استفاده کننده آمونياک هستند يا در نتيجه سوخته شدن زغال سنگ تأمين مي‌شود. بديهي است که مقداري آمونياک نيز بر اثر واکنش‌هاي شيميايي بويژه ناشي از مصرف کودهاي شيميايي از خاک به هوا متصاعد مي‌شود و با باران به زمين بر مي‌گردد. آزمايش‌ها نشان داده‌اند که در مناطق صنعتي 56 تا 75 کيلوگرم در هکتار در سال گاز آمونياک به وسيله بعضي از خاکها جذب مي‌گردد (ملکوتي, 1373).
مقدار کل نيتروژني که از طريق بارندگي به سطح خاک مي‌رسد متغير است که اين خود بستگي به شرايط منطقه دارد. در نواحي روستايي اين مقدار بسيار ناچيز (يک کيلوگرم در هکتار در سال) ولي در نواحي نزديک مراکز صنعتي حداکثر (57 کيلوگرم در هکتار در سال) مي‌باشد (سالارديني, 1374).
آب آبياري معمولاً داراي مقدار جزئي نيتروژن مي‌باشد. بطور کلي مقدار اين نيتروژن ناچيز است مگر در آبهايي که از شوره زارهاي نيتراتي سرچشمه گرفته باشند. اين آبها در نواحي خشک مي‌توانند در افزودن نيتروژن به خاک مؤثر باشند ولي در نواحي مرطوب به ندرت آبي با نيتروژن قابل توجه مي‌توان يافت.
د- جذب نيتروژن از هوا
گرچه در سالهاي 1850 پيشنهاد شده بود که خاک قادر است ساليانه بين 10 تا 40 کيلوگرم در هکتار نيتروژن را جذب کند ولي تشخيص اين مورد که آيا واقعاً اين نيتروژن بوسيله ذرات خاک تثبيت يافته يا به وسيله ميکروب‌هاي خاک از هوا جذب شده است، مشکل بوده است.
برطبق نظريه اينگهام21 (1940) يک خاک خوب شخم خورده در مدت 12 ماه قادر است آنقدر نيتروژن از هوا جذب کند که نياز يک محصول ذرت را برآورده کند. خاک مرطوب قادر است مقدار قابل توجهي نيتروژن را به صورت آمونياک جذب کند و اين نيتروژن بلافاصله بوسيله باکتريهاي خاک بخصوص نيتروزوموناس يا به وسيله گياهان جذب شود و خاک را براي جذب مجدد آزاد گذارد. بهر حال جذب نيتروژن بوسيله ذرات خاک از اتمسفر مي‌تواند در بعضي نقاط مهم باشد ولي اصولاً تلفات نيتروژن خاک به حدي است که جز با اضافه کردن کود شيميايي و آلي نمي‌توان کمبود ازت خاک را جبران کرد.
1-5-2 تثبيت زيستي نيتروژن
الف – تثبيت توسط موجودات غير همزيست
از سال 1895 که وينو گرادسکي توانست يک باکتري غير همزيست (آزادزي) تثبيت کننده نيتروژن را به نام کلوستريديوم22 کشف کند تاکنون تعداد بسيار زيادي موجودات ذره بيني آزادزي کشف شده‌اند که قادر به انجام عمل مشابهي مي‌باشند. مهم‌ترين اين موجودات باکتريهاي جنس ازتوباکتر23, جلبکهاي سبز نوستوک24 و آنابنا25 مي‌باشند (سالارديني, 1374).
ب- تثبيت به وسيله باکتريهاي همزيست
در اين فرايند که با دخالت گياه ميزبان، باکتري قادر به انجام عمل تثبيت نيتروژن مي‌باشد، مي‌توان از همکاري باکتريهاي گروه ريزوبيوم26 مخصوصاً با خانواده بقولاتن نام برد. البته تمام گونه‌هاي اين خانواده نيز نمي‌توانند اين عمل را انجام دهند. اين گروه باکتريها نيز دگرساز هستند و کربن مورد نياز خود را از گياه ميزبان مي‌گيرند، بر خلاف گروه غير همزيست که کربن را از ماده آلي خاک تأمين مي‌کردند. تثبيت نيتروژن در هر دو خانواده بقولات و غير بقولات تحقق مي‌يابد که در مورد گياهان خانواده بقولات باکتري تثبيت کننده نيتروژن از جنس ريزوبيوم بوده و محل تثبيت نيتروژن در داخل غده‌هاي روي ريشه27 گياهان ميزبان مي‌باشد و در مورد گياهان غير بقولات به جاي باکتري، اکتينوميست‌ها28 از جنس فرانکيا29 مي‌باشند که محل تثبيت نيتروژن روي غده‌هاي ريشه قرار دارد (ملکوتي, 1373).
مقدار نيتروژني که يک هکتار محصول از خانواده بقولات مي‌تواند در سال به خاک بيفزايد، ممکن است حتي تا 300 کيلوگرم يا در بعضي موارد بيشتر باشد. عواملي که مقدار تثبيت شده را تعيين مي‌کنند عبارتند از گونه گياه، تراکم بوته، رقابت علف‌هاي هرز، شرايط آب و هوايي، قدرت نژاد باکتريها، PH محيط و وضعيت عناصر غذايي خاک بخصوص مقدار نيتروژني که خاک در اختيار باکتريها مي‌گذارد. معمولاً ميزان تثبيت رابطه عکس با مقدار نيتروژن قابل جذب خاک دارد (سالارديني, 1374).
1-5-3 کودهاي نيتروژن‌دار
