اکولوژي زراعی
اکولوژي زراعی
فصل 1 :گیاه
و محیط
1- نور
نور خورشید نخستین منبع انرژي در اکوسیستمها میباشد. نور از
طریق فتوسنتز توسط گیاه گرفته شـده و انـرژي آن در پیوندهاي شیمیایی اجزاي الی
ذخیره میشود. نور خورشید همچنین آب و هواي زمین را به
جریان میاندازد.
انـرژي نـور از طریق تبدیل شدن به
حرارت الگوهاي ریزش باران، درجه حرارت سطحی، باد و رطوبت را تحت تأثیر قرار میدهد،
بـه طریقی که از این عوامل محیطی در
تعیین چهره آب و هواي زمین سهیم بـوده و همچنـین از اهمیـت قابـل تـوجهی در
کشاورزي برخوردار هستند.
تشعشع خورشیدي
انرژي دریافتی از زمین از خورشید به صورت امواج
الکترومغناطیس با طول موجهـاي کمتـر از 0/001 نـانومتر (nm) تـا بیشتر از 1/000/000/000 نانومتر است.
این انرژي تحت عنوان طیف
الکترومغناطیس شـناخته شـده اسـت. قسـمتی از
طیف الکترومغناطیس که حدوداً بین 1 نانومتر و 1/000/000
نانومتر است به عنوان نور در نظر گرفته میشود کـه البتـه همۀ آن قابل رؤیت نیست.
نور با طول موجی بین 1 تا 390 نانومتر نور فرابنفش است.
نور مرئی جزء بعدي است و از نور
با طول موج بین 400 تا 760 نانومتر تشکیل میشود. نوري با
طول موج بلندتر از 760 و کوتاهتر از 1/000/000 نانومتر
به عنوان نور مادون قرمز شناخته میشود و نظیر نور فرابنفش
بـراي انسـان قابـل رؤیـت نیسـت. در شـکل 1 چگـونگی تقسیمبندي طیف الکترومغناطیس به عنوان انرژي نشان داده شده است.
شکل 1. طیف الکترومغناطیس.
خورشید طیف کاملی از انرژي الکترومغناطیس را متصاعد میکند.
اتمسفر به عنوان پالایش کننده و
منعکس کننده
هنگامی که نخستین پرتوها از خورشید به خارجیترین سطح اتمسفر
زمین میرسد، شامل تقریباً 10 درصد نور فرابنفش
(50 ،(UV درصد نور مرئی و 40 درصد مادون قرمز (IR) یا انرژي حرارتی است. زمانی که ایـن نـور بـا اتمسـفر زمـین
برخورد میکند، براي آن چندین حالت ممکن است صورت پذیرد.
مقادیري از نور، پراکنده یا پخش میشود. مسیر آن بـه
سمت سطح به علت تداخل مولکولهاي موجود در اتمسفر تغییر
میکند، اما طول مـوج آن در ایـن فعـل و انفعـال تغییـر
نمییابد. بیشتر نورهاي
پراکنده شده به سطح زمین میرسند اما این فرایند به اتمسفر رنـگ آبـی بـینظیـري
مـیدهـد. «18» زراعت مقداري از
نورهاي منعکس شده از اتمسفر به فضا برگشت میکند، طول موج این نورها نیز در این
فرایند تغییر نمییابد و
سرانجام مقادیري از نور به وسیله آب، غبار، دود، ازون، دي
اکسید کربن و سایر گازها در اتمسفر جذب میشـوند.
انـرژي جذب نشده براي مدتی ذخیره شده و سپس به صورت امواج بلند حرارتی مجدداً
تشعشع مییابند. تقریبـاً همـۀ نورهـاي
فرابنفش با طول موج 300 نانومتر یا کمتر قبل از برخورد با
سطح زمین به وسیله اتمسفر زمـین جـذب مـیشـود.
(نـور فرابنفش با طول موج کوتاهتر
از 200 نانومتر براي موجودات زنده بالقوه مرگآور است.) نوري که توسط اتمسفر منعکس
یا جذب نشده از اتمسفر عبور کرده و به سطح زمین میرسد. این
انرژي غالباً نور مرئـی اسـت، امـا شـامل مقـداري نـور
فرابنفش و مادون قرمز نیز میباشد. نوري که به سطح زمین
میرسد به وسیله خاك، آب و موجودات زنده جذب میشود.
مقداري از انرژي جذب شده به اتمسفر منعکس میشود و مقداري به
صورت انرژي حرارتی بازتابش مییابـد. در ایـن جـا
جذب انرژي نورانی به وسیله گیاه و نقش آن در فتوسنتز
موردنظر ما میباشد.
اهمیت اکولوژیکی نور در زمین
کلیۀ امواج نوري که به سطح زمین میرسند براي موجودات زنده
اهمیت دارند. در مقیاس زمانی تکامل، موجـودات زنـده
به روشهاي مختلفی خود را براي مکانی که اشغال میکنند با
طیفهاي نوري مختلـف سـازگار کـردهان. ایـن سـازگاري از
جذب انرژي فعال تا اجتناب براي جلوگیري از قرار گرفتن در
معرض نور خورشید متفاوت است.
نور فرابنفش
با وجود این حقیقت که نور فرابنفش دیده نمیشود، در واکنشهاي
شیمیایی مشخص گیاه میتواند بسیار فعال باشد. نـور
فرابنفش همراه با سایر طول موجهاي کوتاه نور مرئی جهت تحریک
تشکیل رنگدانههایی که به عنوان آنتوسیانین شناخته
میشوند نقش داشته و میتواند در فعالیتهاي سیستم هورمونی که
در افزایش ارتفاع ساقه و نیز فتوتروپیسم حائز اهمیـت
هستند دخیل باشد.
اما به طور کلی به این علت که اشعۀ فرابنفش میتواند براي
بافتهاي گیاهی مضر باشد و مقدار کل انرژي کـه بـه صـورت
امواج فرابنفش به سطح زمین میرسد بسیار کاهش یافته است،
گیاهان براي استفاده از آن سازگاري زیادي نیافتهاند. در
عوض غالباً از اشعه ماورابنفش اجتناب میکنند. لایۀ اپیدرم
اکثر گیاهان مقادیر زیادي از اشعۀ فرابنفش مضر را گرفتـه و
مانع از رسیدن آن به بافتها و سلولهاي حساس میشوند. کاهش
لایه ازون بـالاي اتمسـفر باعـث بـروز اثـر منفـی اشـعۀ
فرابنفش برروي گیاهان و جانوران میباشد. اکولوژي زراعی« 19»
تشعشع فعال فتوسنتزي
در اکوسیستمهاي کشاورزي انرژي نورانی در طیف مرئی از
بیشترین اهمیت برخوردار است. بسته به شرایط منطقهاي آب
و هوا، 40 تا 60 درصد کل انرژي تشعشعی خورشیدي به سطح زمین
میرسد. آنچه بـه نـام تشعشـع فعـال فتوسـنتزي
شناخته شده است (PAR)، مقدار نوري است با
طول موجهاي بـین 400 تـا 760 نـانومتر. گیاهـان سـبز بـدون وجـود
ترکیبی از طول موجهاي طیف نور مرئی رشد نخواهند کرد.
نورهاي موجود در طیف نور مرئی اهمیت یکسانی در فتوسنتز
ندارند. دریافت کنندههاي نوري کلروفیل بیشترین جذب را
از نور بنفش، آبی و قرمز دارند و نور سبز و زرد در این
رابطه مهم نیستند. نظر به این که کلروفیل نمیتواند نور سبز را به
خوبی جذب کند، بخش بیشتر آن منعکس شده و سبب میشود گیاهان
سبز به نظر آیند.
در شکل 1-2 ملاحظه میشود که چگونه جذب کلروفیل متناسب با
طول موج تغییر میکند. طول موجهایی از نور که به
وسیلۀ کلروفیل جذب میشود طول موجهایی هستند که در آنها
فتوسنتز بیشترین کارآیی را داراست.
نور مادون قرمز
انرژي نور قرمز با طول موج برابر با 800 تا 3000 نانومتر که
در بعضی موارد به عنوان محدودة نور مادون قرمز نزدیک به
آن اشاره میشود نقش مهمی بر هورمونهـا ي مـؤثر در
جوانـهزنـی، واکنشـهاي گیاهـان بـه تغییـرات طـول روز و سـایر
فرآیندهاي گیاهی دارد.
شکل 1-2. جذب کلروفیل در رابطه با طول موج نور.
ویژگیهاي تابشی نور مرئی
انرژي موجود در نور مرئی یا محدود PAR به وسیلۀ فتوسنتز به انرژي شیمیایی تبدیل میشـود و بـه صـورت
بیومـاس
گیاهی درمیآید که در نهایت باعث تولید محصولات کشاورزي
میشود.
کیفیت نور
نور مرئی میتواند براساس مقادیر نسبی رنگهاي تشکیل دهندة
خود تغییر کند به این ترتیب کیفیت نور مطرح میشـود.
بخش عمدة نور مستقیم خورشید در سطح زمین در مرکز طیف نور
مرئی قرار دارد و از دو طرف بـه تـدریج بـه نورهـاي
بنفش و قرمز منتهی میشود. نور پخش شده از آسمان نظیر آنچه
در سایۀ یک ساختمان وجـود دارد، بـه طـور نسـبی از
نظر نور آبی و بنفش غنیتر است. با توجه به این که بخشهاي
مختلف نور مرئی مـیتوانـد در فتوسـنتز کـارآیی متفـاوتی«20» زراعت
داشته باشد، بنابراین کیفیت نور میتواند نقش مهمی بر کارآیی
فتوسنتز داشته باشد.
نفخ
ساپونینهاي گیاهی در یونجه وسیعاً بررسی و مطالعه شدهاند؛
زیرا اعتقاد بر این است که آنها موجب نفخ میشوند. تخمیر
میکروبی مواد علوفهاي در شکمبه به تولید مقدار زیادي گاز
میانجامد که بعداً به داخل دیوارة شکمبه جذب میشود؛ بـه
درون هزارلا میرود یا غالباً با آروغ خارج میشود. به وجود
آمدن یک کف غلیظ با ثبات در شکمبه از تخلیۀ گاز به شـکل
آروغ جلوگیري می کند. این کف ممکن است گازها را در محفظههاي
وسیعی نگهدارد (نفخ گاز آزاد) و یا در محفظههاي
کوچکی جمع کند (نفخ کف آلود) و احتمالاً بر اثر تعلیف که یک
جیرة غذایی متـراکم در غـذاي حیـوان، بـر اثـر تعلیـف
علوفۀ خشک بقولات، و یا بیشتر بر اثر چرا در چراگاهی با
مقدار زیادي بقولات ایجاد میشود.
عدم خروج گازهاي جمع شده به صورت کف، موجب میشود که شکمبه
باد کند؛ به این ترتیب که یا به دیافراگم (میـان
پرده) فشار میآورد و آن را تحرك میاندازد و یا رگهاي اصلی
پشت را که از طریق آنها خون به قلب میآید و از آن خارج
میشود، تنگ میکند. در هر مورد، مرگ حیوان به دلیل خفگی رخ
میدهد. نفـخ عامـل خسـارات کلـی بـراي گـاوداران
سراسر جهان است. در نتیجه، روشهاي جلوگیري از نفخ سریعاً
مورد بررسی قرار گرفته اند. معمولترین روش، کوشـش در
جلوگیري از گسترش کف در شکمبه یا کاهش آن است که این امر با
کاستن از مقدار مواد کـف سـاز در مـواد گیـاهی از
طریق شیوههاي اصلاح گیاه صورت می گیرد
