همه چیز در مورد کلات آهن!!!

آهن در گیاه و نقش آن 

در میان عناصر ریز مغذی، گیاهان بیشترین نیاز را به عنصر آهن دارند و این عنصر یکی از عناصر ضروری برای رشد و ادامه حیات تمام گیاهان است. آهن در خاک از طریق انتشار و حرکت توده ای و عمدتا به صورت آهن فریک Fe³⁺ منتقل و زمانی که وارد ریزوسفر گیاهی می شود به فرم آهن فرو Fe²⁺  احیا و سپس توسط ریشه جذب می گردد. بنابراین آهن باید به صورت دو ظرفیتی باشد تا در خاک محلول بوده و به وسیله گیاه جذب شود.

اهمیت آهن به خاطر وظیفه حیاتی آن است. آهن بخشی از گروه کاتالیزوری بسیاری از آنزیم های اکسیداسیون و احیا است و برای سنتز کلروفیل نیز مورد نیاز است. آنزیم های اکسیداسیون و احیا در فتوسنتز، تثبیت نیتروژن و تنفس نقش دارند. کمبود آهن، موجب از بین رفتن همزمان کلروفیل و تخریب ساختمان کلروپلاست می شود.

در صورت کمبود آهن، سبزینه(کلروفیل) به مقدار کافی در سلول ها تشکیل نمی شود و شاهد رنگ پریدگی در برگ ها هستیم. از آنجایی که تحرک آهن بسیار کم است و نمی تواند از برگ های پیر به برگ­های جوان حرکت کند در اثر کمبود، شاهد علائم کلروز در بین رگبرگ های برگ های جوان هستیم با شدت گرفتن کمبودعلانم کلروز به نکروز(سوختگی) تبدیل می شوند.

از جمله وظایف آهن در گیاهان عبارت اند از :

– حضور در چرخه تولید کلروفیل

– عامل فعال کننده برخی از آنزیم های گیاهی

– حضور در چرخه های تبادل انرژی

کمبود آهن در خاکهای ایران

در خاک های ایران به دلیل وجود خاک های آهکی(قلیائیت بالا) مقدار آهن در دسترس و قابل جذب در خاک کم بوده و گونه­های آهن به شکل نامحلول و غیر قابل جذب برای گیاهان هستند و اصولا دارای کمبود عناصر ریز مغذی به خصوص آهن هستند و اگر در این شرایط آهن به مقدار کافی در اختیار گیاه قرار نگیرد گیاه دچار کمبود آهن خواهد شد که با علائم کلروز( زرد برگی) و نکروز(سوختگی) خود را نشان می­­دهد. در حالت کمبود آهن چرخه فتوسنتز دچار اختلال شده و میزان عملکرد کاهش پیدا خواهد کرد.

خاک های ایران به دلیل داشتن مقادیر قابل توجهی از کربنات ها، سولفات کلسیم و منیزیم عمدتا دارای pH قلیایی بالاتر از 7.8 و در صورت وجود نمک های سدیمی در خاک دارای pHبالاتر از 8 و یا 8.5 هستند که سبب رسوب عنصر آهن و غیرفعال شدن این عنصر خواهد شد.

پ هاش  pH از عوامل تاثیر گذار بر روی قابلیت جذب و حلالیت آهن دارد. در pH  8.5-7.5 که از مشخصات خاک های آهکی است، میزان حلالیت آهن حداقل می باشد و این موضوع سبب کمبود آهن در خاکهای قلیایی می شود. بنابراین در جهت رفع کمبود آهن در مزارع و باغات می توان از کودهای کلات آهن استفاده کرد. از جمله دیگر عواملی که سبب کمبود آهن در خاک میگردد شامل آبیاری سنگین، فشردگی خاک، تهویه نامناسب خاک، کمبود مواد آلی  می باشد.

در حالت عادی، ریشه گیاهان با ترشح اسیدهای آلی باعث کاهش pH در محیط اطراف خود میگردند و به این ترتیب حلالیت آهن در اطراف ریشه گیاهان( ریزوسفر) افزایش می یابد. کلاتی شدن آهن توسط اسیدهای آلی مثل فولویک اسید و هیومیک اسید، که در روند تجزیه مواد آلی خاک تولید میشوند، نقش مهمی در حلالیت آهن و نگهداری آن در محلول خاک ایفا میکند. از جمله دیگر مواد کلات کننده می توان به اسیدهای آلی، لیگنوسولفانات ها و اسید آمینه اشاره کرد.

کلات چیست ؟

کلات از واژه Chele به معنای چنگ زدن و نگه داشتن توسط چنگال گرفته شده است. کلات یک کمپلکس پایدار بین یک یون فلزی و یک مولکول آلی که لیگاند یا عامل کلات کننده نامیده می شوند، است. ماده ای که با اتصال به یون های فلزی ساختار حلقه ای پایدار تشکیل می دهد را chelator  می گویند.

به طور معمول در خاک، آهن به میزان کافی وجود دارد اما به دلیل  pHبالا این میزان آهن برای گیاه غیر قابل جذب است. بنابراین یکی از راه های موثر برای جبران کمبود آهن در خاکهای آهکی استفاده کلات های آهن است.

کلات های آهن علاوه بر تامین آهن مورد نیاز گیاه، در صورت فراهم بودن شرایط خاکی مناسب، می توانند پس از آزاد کردن آهن خود در محیط اطراف ریشه، مقداری از آهن موجود در خاک را نیز به شکل کلات شده در اختیار گیاه قرار دهند که  این عملکرد را حالت رفت و برگشتی کلات می­نامند.

فرم های کلات شده عناصر ریز مغذی به خصوص آهن از کارایی بالاتری نسبت به ترکیبات مرسوم برخوردار است و استفاده از کلات های آهن یکی از بهترین و اقتصادی ترین روش محلول نگهداشتن عنصر آهن در محیط قلیایی می باشد.

از جمله کارایی کلات ها 

– افزایش میزان دسترسی گیاه به مواد معدنی ریز مغذی در خاک

– افزایش تحرک عناصر ریز مغذی

– جلوگیری از آبشویی عناصر

– جلوگیری از تثبیت عناصر ریز مغذی مخصوصا در شرایط قلیایی

عوامل کلات کننده :

کلات EDTA-DTPA

عوامل کلات کننده مانند EDTA وDTPA فاقد حلقه های فنولیک بوده و از جمله عوامل کلات کننده ای هستند که برای کمبود آهن از طریق ریشه در خاک های آهکی مناسب نیستند و بیشتر در خاک های خنثی تا اسیدی قابل استفاده هستند.

این دسته کلات ها در خاک های با pH بالا امکان محلول نگه داشتن آهن را ندارند و کلات EDTA بیشتر در محلول پاشی و شرایطی که pH محیط در دامنه 7-4 قابل کنترل باشد توصیه می­شود و در خاک های قلیایی و آهکی کارایی ندارد.

کلات DTPA  بیشتر برای کشت های هیدروپونیک که دامنه pH بین 9-4 پایدار است به کار می­رود و پایداری آن نسبت به کلات های EDTA  بیشتر است. این دو عامل کلات(EDTA-DTPA)  بیشتر در محلول پاشی کاربرد دارد.

کودهای  EDTAو DTPA هر چند دارای مقدار بالایی آهن هستند اما این درصد بالای آهن را نمی­توانند در محیط های قلیایی به صورت محلول حفظ کنند و در اختیار گیاه قرار دهند و در این pH،به صورت نامحلول رسوب می کنند.

کلات EDDHA

کلات EDDHA  دارای  دو حلقه فنولیک است تا pH حدود 10-9 پایدار بوده و امکان محلول نگه داشتن آهن را دارد.این عامل کلات کننده دارای تاثیر مناسبی در رفع کمبود آهن در دامنه وسیعی از pH بوده و بالا بودن قابلیت نگهداری آهن و قابلیت جذب مناسب توسط گیاه از ویژگی های دیگر آن به حساب می آید.

عامل کلات EDDHA برای خاک های قلیایی مناسب بوده همچنین این عامل کلات کننده با قدرت زیادی آهن سه ظرفیتی را نگهداری کرده و از رسوب آن در خاک جلوگیری می­کند.بدین ترتیب غلظت آهن در محلول خاک افزایش چشمگیری می یابد.

این نوع کلات ها برای اصلاح کمبود آهن از طریق ریشه در خاک های قلیایی مناسب بوده و به صورت مخلوط با آب آبیاری و برای انواع سیستم های آبیاری مانند قطره ای و سیستم های تحت فشار مناسب می باشند.

سکوسترین های آهن غالبا از نوع EDDHA  می باشد. کلات های آهن FeEDDHA  که دارای مخلوطی از ایزومرهای ارتو-ارتو، ارتو-پارا، پارا-پارا است که در این میان ایزومرهای ارتو-ارتو بیشترین قابلیت جذب را برای گیاه دارد.

نوع پارا-پارا قابلیت تولید آن بسیار کم بوده و با آهن کمپلکسی ندارد و نقش کودی ندارد.

در ایزومر ارتو-پارا، آهن تنها با 4 اتصال به عامل کلات کننده وصل شود. بنابراین در خاک بیشتر در معرض نامحلول بودن قرار می گیرد.

ایزومر ارتو-ارتو، برای افزایش حفاظت آهن، 6 پیوند با عامل کلات کننده برقرار می کند بنابراین پایداری بیشتری در شرایط قلیایی و آهکی دارد و حداکثر میزان آهن موجود در این نوع کلات 6 درصد است.

به طور کلی هر چه میزان ایزومر ارتو-ارتو بالاتر باشد سبب پایداری بیشتر آهن  و در نتیجه جذب بیشتر آن توسط گیاه در مدت زمان طولانی تری می­شود.

افزایش میزان ارتو-ارتو باعث افزایش کیفیت کود کلاته و بالا رفتن قدرت جذب آن توسط گیاه می شود.

از بین این سه ایزومر، ایزومر ارتو-ارتو و ارتو-پارا در خاک های قلیایی پایدارتر بوده و توسط گیاه جذب می ­شود.

کود های آهن در دو حالت جامد و مایع وجود دارند. کودهای جامد با عامل کلات EDDHA باید به صورت خاکی یا آبکود استفاده شوند و مناسب محلول پاشی نیستند و در صورت محلول پاشی باعث بروز سوختگی در برگ ها می­شود.

یکی از راه های برطرف کردن کمبود آهن در خاکهایی که دارای pHبالا هستند، محلول پاشی کودهای آهن مایع و یا استفاده از کلات هایی که قابلیت محلول پاشی را دارند می باشد.

کلات EDDHSA-EDDHMA

کلات های EDDHSA وEDDHMA ، نمونه های اصلاح شده ترکیب EDDHA هستند که در این ترکیبات به غیر از ایزومر ارتو-ارتو، امکان تشکیل ایزومرهای دیگر نیست. نکته ای  منفی که در این نوع عامل کلات کننده وجود دارد این است که پس از مصرف عنصر آهن توسط گیاه، باقی مانده این کمپلکس ترکیبی است که اثرات زیست محیطی مخربی داشته و جز آالاینده برای طبیعت محسوب میشود.

عامل کلات EDDHSA نیز با قابلیت رهایش تدریجی و همچنین پایداری در طیف وسیع pH2-11 نیز می­تواند به عنوان منبع تامین عنصر آهن در محصولات باغی و زراعی مطرح گردد.

در این کلات به دلیل بسته بودن موقعیت پارا توسط گروه سولفونات، امکان تشکیل ایزومر پارا نیست اما در این کلات به دلیل وجود گروه سولفونات(سولفونیک اسید)، حلالیت این کلات نسبت به FeEDDHA  بیشتر است.

در رابطه با مقایسه کلات ها از نظر زیست تخریب پذیری

EDTA<EDDHA

EDDHSA<EDDHA

ترکیب EDDHMA از نظر زیست تخریب پذیری بسیار خطرناک برای محیط زیست می باشد.

ارزیابی کلات آهن در  pHمختلف

یکی از شاخص های ارزیابی کلات آهن، بررسی پایداری آنها در شرایط pH های مختلف می­باشد.

کلات هایی که در دامنه وسیعی از pHپایداری دارند می توانند راندمان بهتری نیز داشته باشند.