اهمیت استفاده از گوگرد معدنی در بازیابی خاکهای زراعی

1. مقدمه و ضرورت بازگشت گوگرد به خاک
2. نقش‌های بیولوژیک و تغذیه‌ای گوگرد در گیاه
3. اشکال کودهای گوگردی و مزایا/معایب
4. چرخه گوگرد در اکوسیستم خاک
5. نقش گوگرد معدنی در اصلاح خاک‌های آهکی و قلیایی
6. اکسیداسیون زیستی گوگرد و فاکتورهای مؤثر
7. پاسخ گیاهان به تغذیه گوگردی
8. تأثیر گوگرد بر کیفیت محصولات و سلامت غذایی
9. پیوند تغذیه‌ای گوگرد و ازت — نسبت N:S
10. روش‌ها و دوزهای پیشنهادی مصرف
11. ملاحظات زیست‌محیطی و مخاطرات احتمالی
12. نتیجه‌گیری و پیشنهادات عملی

مقدمه و ضرورت بازگشت گوگرد به خاک

در پنجاه سال اخیر، کاهش ورودی‌های گوگرد جوی به دلیل تغییر الگوی سوخت‌ها و کاهش انتشار SO₂، همراه با کاربرد گسترده کودهای نیتروژنه و فسفاته فاقد گوگرد و خروج زیست‌توده از مزارع، موجب ایجاد کمبودهای گستردهٔ گوگرد در خاک‌های زراعی شده است. این روند در مناطق مختلف جهان و نیز در برخی اراضی کشور ما مشاهده می‌شود و نیازمند مدیریت مجدد منابع گوگرد در کشاورزی است.

از دیدگاه تولید پایدار، تأمین گوگرد کافی برای گیاهان نه تنها کمیت محصول را افزایش می‌دهد بلکه کیفیت پروتئین‌ها، مشخصات آرد گندم و ترکیبات ثانویهٔ مؤثر در طعم و خواص دارویی برخی محصولات را نیز بهبود می‌بخشد؛ بنابراین بازگرداندن گوگرد به خاک بخشی از استراتژی کلان امنیت غذایی است.

نقش‌های بیولوژیک و تغذیه‌ای گوگرد در گیاه

گوگرد در گیاه ابتدا به‌صورت سولفات جذب می‌شود و سپس به اسیدهای آمینه حاوی گوگرد مانند سیستئین و متیونین تبدیل می‌گردد؛ این اسیدهای آمینه نقش محوری در شکل‌گیری پروتئین‌ها، آنزیم‌ها و ویتامین‌ها دارند و بر عملکرد آنزیمی و مقاومت گیاه در برابر تنش‌ها و آفات تأثیر می‌گذارند.

برخی متابولیت‌های ثانویهٔ گوگردی (مثلاً گلوکوزینولات‌ها در براسیکاها و آلیین‌ها در آلیوم‌ها) نقشی کلیدی در دفاع گیاه دارند و نیاز بالای این خانواده‌ها به گوگرد را توجیه می‌کنند. لذا تأمین مناسب گوگرد برای تولید محصولات روغنی، پیاز، سیر و خانواده براسیکا ضروری است.

اشکال کودهای گوگردی و مزایا/معایب

کودهای گوگردی در انواع مختلفی عرضه می‌شوند: گوگرد معدنی (elemental)، گوگرد پالایشگاهی، گوگرد پودری یا گرانوله، سولفات‌ها (سولفات آمونیوم، سولفات پتاسیم، سوپرفسفات ساده) و گوگرد مایع. هریک از این اشکال از نظر دسترسی گیاهی، نیاز به اکسیداسیون و تأثیر بر pH دارای تفاوت‌اند.

به‌طور کلی، فرم سولفاتی به‌سرعت در دسترس گیاه قرار می‌گیرد اما مستعد شستشو است؛ در مقابل، گوگرد معدنی باید توسط میکروارگانیسم‌ها اکسید شده و به سولفات تبدیل شود که این فرآیند زمان‌بر است ولی اثر اصلاحی روی pH و اصلاح خاک‌های آهکی را فراهم می‌نماید.

چرخه گوگرد در اکوسیستم خاک

چرخه گوگرد شامل فرم‌های آلی، سولفات باقیمانده، گوگرد عنصری، گازهای گوگردی و ترکیبات معدنی است. فرآیندهای اصلی عبارتند از: معدنی‌سازی (آزادسازی از مواد آلی)، اکسیداسیون گوگرد عنصری به سولفات، احیا (تبدیل سولفات به سولفید در شرایط بی‌هوازی) و تبادل با جو (رسوب جوی و جذب گازی).

در سیستم‌های کشاورزی، مدیریت بقایای گیاهی، کاربرد کود حیوانی و کنترل جریان آب و تهویه خاک نقش کلیدی در حفظ چرخهٔ سالم گوگرد دارد. سوء مدیریت می‌تواند باعث کاهش گوگرد در منطقه ریشه و بروز علائم کمبود در مراحل ابتدایی رشد شود.

نقش گوگرد معدنی در اصلاح خاک‌های آهکی و قلیایی

در خاک‌های آهکی و قلیایی که pH بالا مانع از دسترسی آهن، روی و فسفر می‌شود، استفاده از گوگرد معدنی پس از اکسیداسیون تولید اسید سولفوریک محلی می‌کند که موجب کاهش pH در ناحیهٔ ریزوسفر و افزایش حلالیت عناصر غذایی می‌گردد.

تفاوت کلیدی با استفاده مستقیم از اسیدها (مثل اسید سولفوریک) در این است که گوگرد معدنی به‌صورت تدریجی و موضعی اثر می‌کند و خطرات ایمنی و هزینهٔ عملیات را کاهش می‌دهد؛ همچنین در صورت کاربرد صحیح، این روش اقتصادی و پایدار است.

اکسیداسیون زیستی گوگرد و فاکتورهای مؤثر

اکسیداسیون گوگرد عنصری عمدتاً توسط باکتری‌های اکسیدکننده گوگرد (مانند Thiobacillus) و نیز گروهی از میکروارگانیسم‌های هتروتروف و قارچ‌ها انجام می‌شود. عوامل مؤثر عبارت‌اند از دما، رطوبت، تهویه، اندازه ذرات گوگرد و وجود مایه تلقیح یا مواد آلی که به رشد جمعیت میکروبی کمک می‌کنند.

اندازهٔ ذرات گوگرد رابطهٔ مستقیمی با سرعت اکسیداسیون دارد؛ ذرات ریزتر سطح تماس بیشتری فراهم کرده و سریع‌تر به سولفات تبدیل می‌شوند. بنابراین فرمولاسیون گرانوله با اندازهٔ مناسب می‌تواند عملکرد مطلوب‌تری ارائه دهد.

دماهای بین 15 تا 35 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی خاک مناسب برای فعال‌سازی باکتری‌های اکسیدکننده است؛ در خاک‌های سرد یا خیلی خشک، فرایند کند می‌شود و نیاز به مدیریت مکمل (کود حیوانی، مایه تلقیح) وجود دارد.

پاسخ گیاهان به تغذیه گوگردی

بسیاری از محصولات (یونجه، شبدر، کلزا، گندم، پنبه، ذرت و بادام‌زمینی) عکس‌العمل قابل‌توجهی به تأمین گوگرد نشان می‌دهند؛ در آزمایش‌ها افزوده شدن گوگرد موجب افزایش عملکرد و بهبود کیفیت پروتئینی و روغنی شده است.

علائم کمبود گوگرد شبیه کمبود ازت اما در برگ‌های جوان‌تر ظاهر می‌شوند: زردی یکنواخت در برگ‌های جوان، کاهش رشد و کاهش اندازهٔ برگ و میوه. تشخیص زودهنگام و اصلاح مناسب می‌تواند از کاهش قابل توجه در عملکرد جلوگیری نماید.

برای محصولات روغنی و خانواده براسیکا مقدار گوگرد توصیه‌شده معمولاً بیشتر است؛ به عنوان مثال تا 15–50 کیلوگرم گوگرد در هکتار بسته به عملکرد محصول و وضعیت خاک ممکن است مورد نیاز باشد. تعیین نیاز واقعی باید بر پایه آزمون خاک و بافت گیاهی انجام شود.

تأثیر گوگرد بر کیفیت محصولات و سلامت غذایی

تغذیهٔ مناسب با گوگرد باعث افزایش درصد اسیدهای آمینهٔ حاوی گوگرد، پروتئین کل و کیفیت نان‌پزی در گندم می‌شود. همچنین در برخی محصولات باعث کاهش تشکیل ترکیبات نامطلوب (مثلاً آکریل‌آمید در شرایط کمبود گوگرد) می‌گردد که از منظر سلامت عمومی اهمیت دارد.

در علوفه‌ها، کمبود گوگرد می‌تواند منجر به کاهش کیفیت غذایی شود؛ از طرف دیگر، مصرف بیش از حد گوگرد در علوفه ممکن است در نشخوارکنندگان با تداخل در جذب مس یا سلنیوم همراه باشد؛ بنابراین مدیریت متعادل حیاتی است.

پیوند تغذیه‌ای گوگرد و ازت — نسبت N:S

جذب و متابولیسم ازت و گوگرد به‌شدت با یکدیگر مرتبط است؛ نسبت نیتروژن به گوگرد در نمونهٔ گیاهی ابزار تشخیصی برای کمبود است. نسبت‌های بالای N:S نشان‌دهندهٔ کمبود گوگرد و کاهش کارایی استفاده از نیتروژن هستند که منجر به افزایش احتمال شستشو و هدررفت نیترات می‌گردد.

در غلات نسبت حدود 30–35 و در برخی دانه‌های روغنی مانند کلزا نسبت 6–10 به‌عنوان حدود بحرانی پیشنهاد شده‌اند؛ در صورت تشخیص نسبت بالاتر، افزودن گوگرد در دستورکار مدیریت غذایی قرار می‌گیرد.

روش‌ها و دوزهای پیشنهادی مصرف

تعیین مقدار دقیق گوگرد باید بر پایه آزمون خاک، تحلیل بافت گیاهی و نوع محصول انجام شود؛ با این حال، محدودهٔ کلی مورد استفاده از حدود 15 تا 50 کیلوگرم گوگرد در هکتار بسته به محصول و شرایط خاک گزارش شده است.

برای اصلاح خاک‌های آهکی، کاربرد موضعی ذرات گوگرد در ناحیهٔ ریشه همراه با افزودن مواد آلی و یا مایه تلقیح Thiobacillus توصیه می‌شود تا اکسیداسیون و اثر اسیدی کردن موضعی تسریع گردد. فرم‌های سولفاتی معمولاً به‌صورت سرک یا پایهٔ کاشت برای رفع کمبود فوری کاربرد دارند.

دورهای زمانی مصرف و خرد کردن تقسیم دوزها می‌تواند به کاهش تلفات و بهبود جذب کمک کند؛ در شرایط بارانی یا خاک‌های شنی مستعد شستشو، استفاده از فرمولاسیون‌های با آزادسازی تدریجی یا ذرات معدنی ریزتر مناسب‌تر است.

ملاحظات زیست‌محیطی و مخاطرات احتمالی

اگرچه گوگرد در محدودهٔ کاربرد کشاورزی ایمن است، اما در شرایط بی‌هوازی یا غرقابی تبدیل سولفات به هیدروژن سولفید (H₂S) می‌تواند فیتوتوکسیک باشد. همچنین مصرف بیش از حد گوگرد در علوفه می‌تواند موجب کاهش دسترسی مس و سلنیوم در دام شود.

از نظر زیست‌محیطی، جبران گوگرد از دست‌رفته در سیستم‌های کشاورزی با استفاده از کودهای حاوی گوگرد می‌تواند از نشت نیترات جلوگیری کند، چرا که کمبود گوگرد باعث کاهش کارایی استفاده از نیتروژن و افزایش شستشوی نیترات می‌شود که تهدیدی برای آب‌های زیرسطحی است.

نتیجه‌گیری و پیشنهادات عملی

1) گوگرد معدنی به عنوان یک ابزار اقتصادی و مؤثر برای اصلاح خاک‌های آهکی و بازیابی حاصلخیزی توصیه می‌شود، اما کاربرد موفق مستلزم توجه به فرم، اندازه ذرات، شرایط میکروبی خاک و ترکیب با مواد آلی است.

2) آزمون‌های خاک و نمونه‌گیری از بافت گیاهی (تحلیل نسبت N:S) باید پیش از تصمیم‌گیری جهت مقدار و فرم کود انجام شود تا از مصرف غیرضروری و تأثیرات منفی جلوگیری شود.

3) در خاک‌های با جمعیت پایین باکتری‌های اکسیدکننده، افزودن مایه تلقیح Thiobacillus و یا تامین مواد آلی (کود دامی پوسیده) توصیه می‌شود تا فرایند اکسیداسیون گوگرد تسریع گردد.

4) از مخلوط کردن مستقیم گوگرد با نیترات آمونیوم یا سایر ترکیبات نیتراته خودداری شود، زیرا ممکن است خطرات فیزیکی یا شیمیایی ایجاد گردد؛ در عوض، می‌توان سولفات‌ها را با نیترات‌ها به‌صورت ایمن ترکیب نمود.

5) برنامهٔ تلفیقی مدیریت تغذیه (NPK + S) و اصلاح خاک (افزایش مواد آلی، بهبود زهکشی) از نظر اقتصادی و زیست‌محیطی بهینه است و از اتلاف کودها جلوگیری می‌کند.

الگوها و محاسبهٔ تقریبی نیاز گیاه به گوگرد

نرخ رشد گیاه و نیاز گوگرد را می‌توان تقریباً با روابط بیولوژیکی برآورد کرد؛ برای مثال اگر نرخ رشد (گرم در روز) و محتوای گوگرد در بافت معلوم باشد، نیاز روزانه به گوگرد قابل محاسبه است و بر این اساس دوز مناسب در دورهٔ رشد تعیین می‌شود.

این محاسبات برای تنظیم کوددهی در زمان‌های بحرانی رشد (مثلاً مراحل رشد زراعی سریع یا تشکیل دانه) اهمیت دارد و کمک می‌کند که تأمین گوگرد همگام با نیاز گیاه صورت گیرد.

در عمل، توصیه می‌شود برای غلات میانگین حدود 20–30 کیلوگرمS/ha و برای دانه‌های روغنی و براسیکا تا 30–50 کیلوگرمS/ha بسته به وضعیت خاک و عملکرد هدف در نظر گرفته شود؛ اما مجدداً تأکید می‌شود که تحلیل داده‌ها پیش‌نیاز است.

ایمنی، زمان و نحوه کاربرد

بهترین زمان کاربرد گوگرد معدنی معمولاً پیش از کاشت یا در اوایل فصل رشد است تا فرصت کافی برای اکسیداسیون فراهم شود. در کاربرد سرک می‌توان از سولفات‌ها برای پاسخ سریع‌تر استفاده کرد.

از نظر ایمنی، هنگام کار با گوگرد پودری از گرد و غبار دوری شود و کارگران از ماسک و محافظ چشم استفاده نمایند؛ در کاربردهای مایع نیز دستورات ایمنی سازنده را رعایت کنید.

در خاک‌های دارای زهکشی ضعیف، باید از کاربرد مقدار زیاد گوگرد جلوگیری نمود یا اقدامات تهویه و مدیریت آب را همزمان اجرا کرد تا خطر تولید H₂S کاهش یابد.

نمونه‌های عملی و مطالعات موردی

مطالعات میدانی متعددی نشان داده‌اند که افزودن گوگرد همراه با کودهای فسفاته یا به‌صورت گوگرد معدنی موجب افزایش معنی‌دار عملکرد بادام‌زمینی، یونجه و گندم شده است و در بسیاری موارد کیفیت پروتئین یا روغن را بهبود بخشیده است.

تجربه‌های محلی همچنین تأیید کرده‌اند که در مناطقی که هزینهٔ حمل کود بالاست، استفاده از کودهای سولفاته محلی یا سوپرفسفات ساده که خود حاوی گوگرد است می‌تواند از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد.

پیشنهادات مدیریتی برای کشاورزان

1. پیش از هر اقدامی آزمایش خاک و نمونه‌برداری از بافت گیاهی انجام دهید؛ 2. در خاک‌های آهکی کاربرد گوگرد معدنی همراه با کود حیوانی یا مایه تلقیح را مدنظر قرار دهید؛ 3. از فرم‌های سولفات برای اصلاح کمبودهای فوری استفاده کنید؛ 4. تعادل N:S را در برنامه کوددهی رعایت کنید.

همکاری با کارشناسان زراعت و مراکز تحقیقاتی محلی می‌تواند به طراحی برنامهٔ کوددهی هدفمند و کم‌هزینه کمک کند و از اعمال نابجا یا غیراقتصادی جلوگیری نماید.

محدودیت‌ها و نیاز به تحقیقات تکمیلی

هرچند شواهد زیادی از تأثیر مثبت گوگرد در بهبود عملکرد و کیفیت موجود است، نیاز است تحقیقاتی محلی‌تر برای تعیین دوزهای بهینه، زمان‌بندی و تعامل با سایر کودها در اقلیم‌ها و نوع خاک‌های مختلف انجام شود تا راهکارهای منطقه‌ای دقیق ارائه گردد.

همچنین مطالعات اقتصادی-زیست‌محیطی لازم است تا هزینه‌های مستقیم و مزایای بلندمدت کاهش آلودگی نیترات و بهبود کیفیت محصول در مقایسه با روش‌های جایگزین سنجیده شود.

منابع و ارجاعات انتخاب‌شده

منابع مبنایی این نگارش شامل مقالات مروری و گزارش‌های کاربردی دربارهٔ چرخهٔ گوگرد، نقش تغذیه‌ای S در گیاه و مطالعات حوزهٔ اصلاح خاک‌های آهکی است که در آرشیوهای علمی و پایگاه‌های فنی کشاورزی در دسترس هستند.

برای مطالعهٔ بیشتر پیشنهاد می‌شود مقالات علمی در زمینهٔ SULFUR FERTILIZATION، گزارش‌های FAO و منابع دانشگاهی مربوط به میکروبیولوژی خاک و اصلاحات خاک‌های آهکی را بررسی کنید.

پایان: اجرای استراتژی‌های تلفیقی شامل استفاده از گوگرد معدنی، بهبود سطح مواد آلی و توجه به نسبت N:S می‌تواند گامی مؤثر در بازیابی خاک‌های زراعی و افزایش تولید پایدار باشد.