Η ανάπτυξη των φυτών

Λίπασμα

Πηγή: Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Με τον γενικό όρο λίπασμα αναφέρεται οποιαδήποτε ουσία, φυσική ή τεχνητά παρασκευασμένη, βελτιώνει την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα των φυτών. Τα λιπάσματα είτε ενισχύουν τη φυσική περιεκτικότητα του εδάφους σε ορισμένα χημικά στοιχεία είτε αναπληρώνουν τις ποσότητες αυτών των στοιχείων που απορροφήθηκαν από φυτά προηγουμένων γενεών. Φυσικές ουσίες, όπως φύλλα σε αποσύνθεση ή κοπριά ζώων άρχισαν να χρησιμοποιούνται ως λιπάσματα σχεδόν από την εποχή που ξεκίνησαν οι πρώτες καλλιέργειες από τον άνθρωπο (αγροτική επανάσταση). Η χρήση τεχνητών λιπασμάτων, όμως, είναι πολύ πιο πρόσφατη και φαίνεται ότι ξεκίνησε στις αρχές του 17ου αιώνα κατά την Αγροτική Βρετανική Επανάσταση, αν και η χρήση τους γενικεύτηκε κατά την Βιομηχανική επανάσταση. Η επίδραση των λιπασμάτων τόσο στα φυτά όσο και, κυρίως, στο περιβάλλον άρχισε να ερευνάται κατά την Πράσινη επανάσταση στις αρχές του δεύτερου μισού του 20ού αιώνα. Τα λιπάσματα εν γένει διακρίνονται σε οργανικά (περιέχουν άνθρακα στη σύνθεσή τους) και σε ανόργανα (δεν περιέχουν άνθρακα στη σύνθεσή τους). Από την άποψη της σύνθεσης υπάρχουν φυσικά και τεχνητά λιπάσματα και των δύο συστάσεων. Γαλλικό επιστολικό δελτάριο για την χρήση θειικού αμμωνίου ως λιπάσματος

Όταν ένα φυτό αναπτύσσεται, χρησιμοποιεί εννέα βασικά στοιχεία: υδρογόνο, οξυγόνο, άνθρακα, άζωτο, φωσφόρο, μαγνήσιο, κάλιο, ασβέστιο και θείο. Τα στοιχεία αυτά αποτελούν τα βασικά θρεπτικά συστατικά για ένα φυτό. Χρησιμοποιεί, επίσης, σε πολύ μικρότερες όμως ποσότητες, βόριο, χλώριο, χαλκό, μαγγάνιο, ψευδάργυρο και μολυβδαίνιο. Αυτά αποτελούν τα δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά. Από τα πιο πάνω στοιχεία, ο άνθρακας, το υδρογόνο και το οξυγόνο λαμβάνονται από τα φυτά μέσω της ατμόσφαιρας: Το φυτό απορροφά το νερό που έπεσε στο έδαφος ως βροχή (πηγή υδρογόνου και οξυγόνου) και δεσμεύει το διοξείδιο του άνθρακα (πηγή άνθρακα) από την ατμόσφαιρα. Με τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης μετατρέπει τα συστατικά αυτά σε υδατάνθρακες (κατά κύριο λόγο γλυκόζη). Τα υπόλοιπα στοιχεία περιέχονται, υπό μορφήν ενώσεων, στο έδαφος.

Κύρια θρεπτικά συστατικά

Τα κύρια και τα δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά διακρίνονται κατ’ αυτό τον τρόπο όχι ως προς τη χρησιμότητά τους, αλλά ως προς τις απαιτούμενες ποσότητες τους.

Άζωτο

Άζωτο: Δομικό συστατικό των πρωτεϊνών, των νουκλεϊκών οξέων (DNA και RNA) και των ενζύμων. Το κρίσιμο επίπεδο περιεκτικότητας αζώτου στα φυτά κυμαίνεται περίπου στο 3%. Αν το ποσοστό αυτό μειωθεί κάτω του 2,75%, εμφανίζονται συμπτώματα αζωτοπενίας στα φυτά, με αποτέλεσμα την απώλεια ποιότητας και ποσότητας στην τελική συγκομιδή. Εξαίρεση αποτελούν τα νεαρά φυτά, στα οποία η περιεκτικότητα σε άζωτο ανέρχεται στο 4% ή και περισσότερο, ορισμένα φυτά όπως η σόγια, τα φιστίκια και το τριφύλλι, ενώ σε άλλα, όπως τα οπωροφόρα δένδρα και ορισμένα διακοσμητικά φυτά το άζωτο μπορεί να ανέρχεται και στο 2% πριν αρχίσει η αζωτοπενία. Αυτή εκδηλώνεται συνήθως αρχικά με πτώση των φύλλων, ενώ το αντίστροφο φαινόμενο έχει διαπιστωθεί ότι καθυστερεί την ωρίμανση των καρπών, όπως συμβαίνει σε φυτά τομάτας θερμοκηπίου. Ακόμη και μικρές εναλλαγές στην περιεκτικότητα αζώτου μπορούν να επιφέρουν σημαντικές μεταβολές στην ανάπτυξη των φυτών, την εποχή συγκομιδής αλλά και στην ποιότητα των συλλεγομένων καρπών. Είναι, συνεπώς, σημαντικό να διατηρούνται τα επίπεδα αζώτου στο έδαφος ανάλογα με τα καλλιεργούμενα φυτά προκειμένου να διασφαλιστεί η ποιότητα και η ποσότητα της παραγωγής.

Φωσφόρος

Φωσφόρος: Δομικό συστατικό των νουκλεϊκών οξέων και των μορίων ανταλλαγής ενέργειας (τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) και διφωσφορική αδενοσίνη (ADP)). Οι απαιτήσεις των φυτών σε φωσφόρο ποικίλλουν σημαντικά: Στα οπωροφόρα δένδρα οι κρίσιμες περιεκτικότητες σε φωσφόρο είναι μεταξύ 0,12% και 0,15%, τα χόρτα 0,20% έως 0,25%, ενώ τα λαχανικά φθάνουν τα 0,25% ως τα 0,30%. Οι περιπτώσεις φωσφοπενίας, που είναι συνέπεια της ανεπάρκειας του εδάφους σε φωσφόρο ή σε περιορισμό του ριζικού συστήματος λόγω εμποδίων, εκδηλώνονται στα πρώτα στάδια ανάπτυξης των φυτών, οπότε και οι απαιτήσεις σε φωσφόρο είναι αυξημένες: Η αρχική περιεκτικότητα σε φωσφόρο είναι υψηλή και μειώνεται σταδιακά όσο το φυτό μεγαλώνει. Το αντίθετο φαινόμενο δεν είναι γνωστό με σαφήνεια. Σε ορισμένες περιπτώσεις υψηλές περιεκτικότητες του εδάφους σε φωσφόρο προκαλούν απώλεια ισορροπίας και πενίες σε άλλα στοιχεία, όπως ψευδάργυρο, χαλκό και σίδηρο. Συνεπώς είναι σημαντική η διατήρηση ισορροπίας του εδάφους σε φωσφόρο.

Κάλιο

Κάλιο: Απαραίτητο για την πραγματοποίηση πολλών χημικών αντιδράσεων στα φυτά. Οι απαιτήσεις των φυτών σε κάλιο ποικίλλουν ανάλογα με το είδος. Τα οπωροφόρα δένδρα (ροδακινιές, αχλαδιές, μηλιές κτλ) έχουν μικρές απαιτήσεις σε κάλιο, κυμαινόμενες από 0,75% ως 1,25%, για τους διάφορους τύπους χόρτων από 1,2% ως 2.0%, ενώ υψηλότερες είναι οι απαιτήσεις των λαχανικών, 1,75% ως 2,0%. Το κάλιο είναι από τα πλέον κινητικά στοιχεία, καθώς μπορεί να απελευθερωθεί από τα φύλλα κατά τη διάρκεια μιας βροχής και να επαναπορροφηθεί από τις ρίζες. Καλιοπενία μπορεί να εκδηλωθεί τόσο στα πρώτα όσο και στα τελευταία στάδια ανάπτυξης των φυτών. Η περιεκτικότητα των φυτών ελαττώνεται ανάλογα με την ηλικία τους. Σημαντική είναι, όμως, η διατήρηση της ισορροπίας μεταξύ καλίου και νατρίου και καλίου και ασβεστίου/μαγνησίου, καθώς η αύξηση συγκέντρωσης του ενός μειώνει την συγκέντρωση των άλλων.
Θείο:Απαραίτητο συστατικό σε ορισμένα αμινοξέα και, συνεπώς, στις πρωτεΐνες. Εν γένει πιστευόταν ότι τα φυτά έχουν σε θείο απαιτήσεις ανάλογες με αυτές του φωσφόρου, αλλά αποδεικνύεται ότι αυτό δεν συμβαίνει. Για τα λαχανικά, το βαμβάκι, τον καπνό και την τομάτα οι απαιτήσεις σε θείο είναι, εν γένει, μεταξύ 0,2% και 0,3%, ενώ σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες καλύτερο δείκτη για το θείο δεν αποτελεί η % συγκέντρωσή του αλλά περισσότερο ο λόγος συγκεντρώσεων αζώτου προς θείο, ο οποίος πρέπει να κυμαίνεται από 9:1 ως 12:1. Θειοπενίες συμβαίνουν συχνά σε αμμώδους υφής εδάφη και εκδηλώνονται στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης των φυτών και απαιτούν τη χρήση θειούχων λιπασμάτων για σημαντικό χρονικό διάστημα. Το θείο δεν εμφανίζει κινητικότητα στους ιστούς των φυτών και οι θειοπενίες εκδηλώνονται στα ανώτερα και νεότερα τμήματα του φυτού.

Μαγνήσιο

Μαγνήσιο: Δομικό συστατικό της χλωροφύλλης και συνεπώς απαραίτητο για τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης από τα πράσινα φυτά. Συνήθεις συγκεντρώσεις του κυμαίνονται από 0,10% ως 0,30%, ανάλογα με τον τύπο της καλλιέργειας, ενώ ειδικότερα για τις τομάτες και τη ρέβη (γογγύλι) μπορεί να φθάνουν και το 0,40%. Μαγνησιοπενίες συμβαίνουν όταν η συγκέντρωση πέσει κάτω από το 0,10%. Η κινητικότητά του στους φυτικούς ιστούς βρίσκεται σε μεσαίο επίπεδο, γι’ αυτό και εκδηλώνεται μαγνησιοπενία στους ηλικιακά μεγαλύτερους ιστούς. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται κατά την απορρόφηση μαγνησίου από το έδαφος: Η απορρόφησή του από τα φυτά εξαρτάται τόσο από το pH του εδάφους (βέλτιστη απορρόφηση σε τιμές μεταξύ 6 και 6,5) όσο και την περιεκτικότητά του σε ασβέστιο.

Ασβέστιο

Ασβέστιο: Καθορίζει την διαπερατότητα των μεμβρανών των φυτικών κυττάρων. Το ασβέστιο τείνει να κατατάσσεται πλέον στα δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά. Οι υψηλότερες απαιτήσεις σε αυτό είναι των οπωροφόρων δένδρων, ενδιάμεσες έχουν τα λαχανικά και τις μικρότερες τα πράσινα χόρτα: Οι μηλιές και οι ροδακινιές εμφανίζουν συγκέντρωση ασβεστίου στα φύλλα τους 1,0% και 1,25% αντίστοιχα, ενώ την υψηλότερη απαίτηση έχει το βαμβάκι, με συγκέντρωση ασβεστίου στα φύλλα περίπου 2,0%. Οι ασβεστοπενίες δεν είναι ασυνήθεις και επηρεάζουν σημαντικά την ποιότητα των παραγομένων καρπών. Στις τομάτες εμφανίζονται σήψεις στα άνθη, ενώ τα φρούτα γίνονται πιο μαλακά και εμφανίζουν καφέ “λεκέδες” στην επιφάνειά τους. Σε βαρείες περιπτώσεις επηρεάζονται πρώτα οι νεότεροι ιστοί, ενώ τα διαστήματα μεταξύ των φύλλων ελαττώνονται και τα άκρα των φύλλων εμφανίζονται ακανόνιστα. Η κινητικότητα του ασβεστίου στους φυτικούς ιστούς είναι χαμηλή και η συγκέντρωσή του τείνει να αυξάνει με την ηλικία του φυτού.

Δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά

Σίδηρος: Βασικό συστατικό αρκετών ενζύμων
Μαγγάνιο: Ανευρίσκεται σε αναπνευστικά ένζυμα
Βόριο: Απαραίτητο κατά την σύνθεση των πρωτεϊνών
Χλώριο: Εμπλέκεται στον μεταβολισμό των υδατανθράκων
Ψευδάργυρος: Απαντάται στο ένζυμο διάσπασης του οξικού οξέος
Μολυβδαίνιο: Συστατικό ενζύμου που ανάγει τα νιτρικά ιόντα προς νιτρώδη. Η χρήση του σε λιπάσματα πρέπει να γίνεται με πολύ μεγάλη προσοχή, καθώς το στοιχείο είναι τοξικό για τους μη φυτικούς ζωντανούς οργανισμούς σε περιεκτικότητες άνω των 15 ppm.
Χαλκός: Συστατικό ενζύμων αντιδράσεων οξείδωσης

Στη Φύση, τα θρεπτικά συστατικά δεν εξαντλούνται από το έδαφος, καθώς τα φυτά μετά τον θάνατό τους αποσυντίθενται και τα συστατικά τους επανέρχονται στο έδαφος. Αυτό, όμως, δεν συμβαίνει στις καλλιέργειες: Όταν γίνει η συγκομιδή, το μεγαλύτερο τμήμα των φυτών συλλέγεται και απομακρύνεται από την καλλιεργήσιμη έκταση. Ως συνέπεια, η περιεκτικότητα του εδάφους στα συστατικά αυτά μειώνεται, με συνέπεια η ανάπτυξη των φυτών να μην είναι φυσιολογική και η αποδοτικότητά τους να χαμηλώνει σημαντικά.

Περιβαλλοντικές επιδράσεις

Η χρήση των λιπασμάτων (και ιδιαίτερα η αλόγιστη χρήση τους) δεν έχει μόνον ευεργετικά αποτελέσματα, αλλά παρουσιάζει και ορισμένα σοβαρά μειονεκτήματα, καθώς η παρουσία τους επηρεάζει, άμεσα και έμμεσα, τις ισορροπίες σε ευρύτατο οικοσύστημα

Ευτροφισμός

Όλα τα λιπάσματα είναι ευδιάλυτα, ώστε να απορροφώνται κυρίως από το ριζικό σύστημα των φυτών. Καθώς όμως τα φυτά έχουν συγκεκριμένο ρυθμό απορρόφησης νερού από το έδαφος, δεν είναι δυνατόν να απορροφήσουν όλη την ποσότητα διαλύματος από εκεί. Το διαλυμένο λίπασμα περνά στον υδροφόρο ορίζοντα της περιοχής μολύνοντάς τον και, στη συνέχεια, καταλήγει είτε στη λίμνη της περιοχής είτε στην θάλασσα. Αυτό έχει ως συνέπεια τη δημιουργία ευτροφισμού: Τα νερά σε πολλές ακτές των θαλασσών έχουν πλέον “απογυμνωθεί” από οξυγόνο, καθώς αναπτύσσονται σε αυτά, με πολύ υψηλούς ρυθμούς χάρη στα λιπάσματα, μικροσκοπικοί οργανισμοί (πλαγκτόν) που καταναλώνουν το περιεχόμενο στο νερό οξυγόνο, με συνέπεια την “απογύμνωση” των περιοχών αυτών από πολλές μορφές ζωής. Παρόμοια φαινόμενα είχαν παρατηρηθεί κατά το παρελθόν στην περιοχή του Παγασητικού κόλπου, ενώ ο ευτροφισμός των καλαμιών στην περιφέρεια της λίμνης των Ιωαννίνων είναι εμφανής σήμερα. Για την εν μέρει αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, αλλά και για να υπάρχει μεγαλύτερη διάρκεια στην λίπανση των καλλιεργούμενων φυτών, έχουν κατασκευαστεί λιπάσματα ελεγχόμενης αποδέσμευσης (controlled – release): Η διάλυση των συστατικών στο νερό ελέγχεται χάρη σε επικαλύψεις των κόκκων του λιπάσματος με δυσδιάλυτες ουσίες, ενώ παράλληλα ελέγχεται και η ενδεχόμενη αντίδραση δέσμευσής τους από το ίδιο το έδαφος.

Επίδραση στο πόσιμο νερό

Έχει παρατηρηθεί ότι σε περιπτώσεις λίπανσης με νιτρικό αμμώνιο τα φυτά απορροφούν ταχύτερα τα ιόντα αμμωνίου (NH4+) σε σχέση με τα νιτρικά (NO3-). Αυτό έχει ως συνέπεια την αύξηση των νιτρικών ιόντων στον υδροφόρο ορίζοντα και αν από αυτόν τροφοδοτούνται τα αποθέματα πόσιμου νερού της περιοχής τότε το πόσιμο νερό είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε νιτρικά ιόντα. Η κατανάλωση νερού με αυξημένη περιεκτικότητα (άνω των 10 mg/L) οδηγεί σε συμπτώματα κυάνωσης ιδιαίτερα σε βρέφη: Η αιμοσφαιρίνη μετατρέπεται, παρουσία αυξημένων συγκεντρώσεων νιτρικών ιόντων στη σταθερή ένωση μεθαιμοσφαιρίνη, η οποία δεν είναι δυνατό να μεταφέρει οξυγόνο, με συνέπεια, σε σοβαρές περιπτώσεις, να προκαλείται κώμα και ακόμη και θάνατος, αν δεν γίνει έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία. Η κατάσταση αυτή έχει αποκληθεί “σύνδρομο των κυανών βρεφών” (syndrome of blue babies) λόγω του κυανού χρώματος που λαμβάνει η επιδερμίδα των βρεφών σε περίπτωση κυάνωσης

Επίδραση στο έδαφος

Τόσο τα ανόργανα όσο και τα οργανικά λιπάσματα είναι πιθανόν να προκαλέσουν αύξηση της οξύτητας pH του εδάφους όταν εφαρμόζονται.[12] Παρόμοιες καταστάσεις είναι πιθανόν να επηρεάσουν την δυνατότητα απορρόφησης άλλων θρεπτικών συστατικών των φυτών και αντιμετωπίζονται με την προσθήκη ασβέστου στο έδαφος, που θα οδηγήσει σε αύξηση του pH.

Συσσώρευση βαρέων μετάλλων

Ορισμένα ανόργανα φυσικά λιπάσματα, όπως τα φωσφορικά που προέρχονται από το Ναουρού και τις Νήσους των Χριστουγέννων περιέχουν κάδμιο,[14], ενώ πρόσθετα λιπασμάτων που παράγονται από παραπροϊόντα της βιομηχανίας χάλυβα περιέχουν μεν τον απαραίτητο για τα φυτά ψευδάργυρο αλλά και μόλυβδο, αρσενικό, κάδμιο, χρώμιο υδράργυρο (ο οποίος εντοπίστηκε σε ψάρια στην Ισπανία) και νικέλιο.

Επίδραση στην ατμόσφαιρα

Έχει διαπιστωθεί ότι οι εκπομπές μεθανίου από καλλιεργήσιμες εκτάσεις (ιδιαίτερα καλλιέργειες ρυζιού) αυξάνονται με την χρήση αμμωνιακών λιπασμάτων. Οι εκπομπές αυτές συμβάλλουν σημαντικά στην κλιματική αλλαγή, καθώς το μεθάνιο είναι ένα από τα αέρια που συμβάλλουν στην δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου. Η χρήση αζωτούχων λιπασμάτων συμβάλλει επίσης στο σχηματισμό ενός ακόμη αερίου του θερμοκηπίου, του υποξειδίου του αζώτου (N2O), του οποίου το αποτέλεσμα είναι περίπου 300 φορές πιο ισχυρό σε σχέση με ίδια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, ενώ το ίδιο αέριο συμβάλλει επίσης και στην καταστροφή της οζονόσφαιρας.

Γενικότερη επίδραση στο οικοσύστημα

Η χρήση λιπασμάτων επηρεάζει γενικότερα το οικοσύστημα, καθώς ορισμένα είδη παρασιτικών εντόμων εμφανίζουν αυξημένους ρυθμούς γεννήσεων ορισμένων εντόμων, και ιδιαίτερα των αφίδων (μελίγκρας). Σε καλλιέργειες με χρήση λιπασμάτων εμφανίστηκε μεγαλύτερος αριθμός αφίδων σε σχέση με αυτές που δεν υπέστησαν λίπανση, οι οποίες εμφάνισαν μικρότερο αριθμό αφίδων. Καθώς τα έντομα αποτελούν σημαντικό κρίκο της τροφικής αλυσίδας, επηρεάζεται ολόκληρο το οικοσύστημα της περιοχής.

Σύγκριση φυσικών και τεχνητών λιπασμάτων

Όπως προαναφέρθηκε, η χρήση λιπασμάτων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Γενικά σήμερα έχει αρχίσει να παρατηρείται μικρή στροφή στα φυσικά λιπάσματα, καθώς εμφανίζουν μικρές ή ασήμαντες περιβαλλοντικές επιδράσεις, σε σύγκριση με τα τεχνητά.Η κοπριά χρησιμοποιήθηκε σχεδόν ταυτόχρονα με την εξημέρωση και μετατροπή ζώων από άγρια σε οικόσιτα (δεν είναι επαρκώς εξακριβωμένος ο ακριβής χρόνος) και συνέχισε να χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα. Ωστόσο και η κοπριά και τα προϊόντα κομποστοποίησης δεν είναι ολοσχερώς απαλλαγμένα από προβλήματα:
Είναι ενδεχόμενο να περιέχονται σε αυτά μικροοργανισμοί που προκαλούν παθογόνες ασθένειες. Αυτό ισχύει τόσο για την κοπριά όσο και για τους σηπόμενους φυτικούς ιστούς, αν δεν έχουν επαρκώς κομποστοποιηθεί.
Οι συγκεντρώσεις τους σε θρεπτικά συστατικά ποικίλλουν ενώ η απελευθέρωση αυτών των συστατικών σε μορφή απορροφήσιμη από τα φυτά είναι πιθανόν να μη συμβεί ακριβώς στο στάδιο που τα φυτά τα χρειάζονται.
Έχουν σχετικά μεγάλο όγκο και βάρος και πιθανόν η ποσότητα που είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί στην καλλιέργεια να μην περιέχει τις κατάλληλες ποσότητες θρεπτικών συστατικών
Η διαδικασία παραγωγής τους σε πολλές περιπτώσεις είναι αντιοικονομική.