الكبريت Sulphur

الكبريت في الأرض Sulphur in Soil 

 يوجد الكبريت في التربة الزراعية في الصورة المعدنية و الصورة العضوية ، حيث يصل الكبريت إلى التربة ، إما في صورة مخلفات زراعية ، أسمدة معدنية ، مع مياه الأمطار ، أو مع المكونات المعدنية للتربة والناتجة من عمليات التجوية للصخور الغنية فى الكبريت والناتجة من النشاط البركانى . ويمكن توضيح هذه المصادر بشيء من التفصيل :

الكبريت المعدني في التربة:

       يوجد في تركيب بعض المعادن الأرضية ومنها البيريت  Pyrite FeS₂ - الكالكوبيريت (Chalcopyrite (Cu FeS₂  خاصةً  في الأراضي الغدقة ، في حين يوجد الجبس أو كبريتات الكالسيوم CaSO₄ في المناطق الجافة ، و يزداد تراكم الكبريت مع بعض مركبات الكبريتات لعناصر الماغنسيوم والصوديوم .

الكبريت العضوي:

يعتبر الكبريت العضوي هو الصورة الأكثر وجوداً في الطبقة السطحية من الأرض الزراعية ، حيث تُعتبر المادة العضوية مصدراً رئيسياً للكبريت في الأرض الزراعية وخاصةً في المناطق الرطبة ، ويوجد الكبريت في تركيب الأحماض الأمينية مثل: السيستين - السستئين والمثيونين ، وهذه المكونات تتحلل بفعل الكائنات الأرضية وينطلق منها الكبريت المعدني في عملية تُعرف بعملية المعدنة Mineralization للكبريت .

الكبريت المضاف للتربة مع مياه الأمطار والأنهار:

 كنتيجة لاحتراق المركبات الكبريتية كالفحم والمواد البترولية ، وأيضاً مع الأبخرة الناتجة من النشاط البركانى تنطلق بعض الأكاسيد الكبريتية مثل : أكسيد الكبريت SO₂ إلى الهواء الجوي . وهذه الغازات تصل إلى الأرض مرة أخرى عن طريق مياه الأمطار أو مياه الأنهار ، كذلك يمكن للنبات امتصاص الكبريت على هذه الصورة (SO₂ ) . علماً بأنه إذا زاد تركيز هذه الغازات في الهواء الجوي عن حد معين قد يؤدى إلى أضرار كبيرة بالنباتات النامية بهذه المناطق خاصةً إذا كانت هذه المناطق ممطرة : حيث تكون الأمطار حامضية التأثير مما يُضر بالنباتات ، وخير مثال على ذلك تلف مساحات واسعة من الغابات المتاخمة للمناطق الصناعية فى أوروبا نتيجة لهذه الأمطار الحامضية .

دورة الكبريت في الطبيعة:

 يمثل شكل (1) التحولات المختلفة للكبريت في الأرض ، وهذه التحولات ناتجة من العديد من العمليات المختلفة والتي تشمل :

1- معدنة الكبريت العضوي:                                         

 يُعتبر الكبريت العضوي في حيينه صورة غير ميسرة للنبات . وبتحلل المادة العضوية وحدوث عملية المعدنة للكبريت يتحول إلى كبريتيد الهيدروجين ، ثم إلى كبريتات . ومن ثم يصبح في صورة صالحة للنبات . وعملية معدنة الكبريت مثلها مثل عملية معدنة النيتروجين تتوقف على نسبة الكربون إلى الكبريت C / S ratio في المادة العضوية بالأرض ، حيث وجد أن عملية المعدنة تسود إذا كانت هذه النسبة أقل من 200، بينما إذا زادت عن 400 يحدث تمثيل Immobilization  للكبريت الذائب في المحلول الأرضي داخل أجسام الكائنات الأرضية الدقيقة والقائمة بعملية التحلل ، في حين تتساوى عملية المعدنة للكبريت مع عملية التمثيل لنفس العنصر إذا انحصرت نسبة الكربون إلى الكبريت ما بين 200 و400 . ويمكن توضيح عملية المعدنة هذه بأن الكبريت يوجد في المركبات العضوية في صورة مجموعة السلفاهيدريل –SH ، وبعملية المعدنة ينفرد الكبريت في صورة H₂S ، وتحت الظروف الهوائية سرعان ما يتأكسد إلى الكبريتات SO4^{2- ،} بينما تحت الظروف اللاهوائية يتأكسد H₂S إلى الكبريت العنصري (S) بواسطة بكتريا ذاتية التغذية الكيماوية Chemotrophic sulphur bacteria مثل  Biggiatoa,Thiothrix ، وتحت الظروف الهوائية تقوم نفس البكتيريا بأكسدة الكبريت العنصرى (S) إلى حمض الكبريتيك  H₂SO₄، كما يمكن أيضاً للكبريت العنصري (S) أن يتأكسد بواسطة البكتريا الذاتية التغذية الكيماوية مثل Thiobacillus  ويمكن تمثيل تلك العملية بالمعادلة التالية :

 2H₂S   +  O₂      2H₂O   +  2S    +  E 

  2S   +   3O₂   +  2H₂O       2H₂SO₄     +   E  

ـــــــــــــــــــــــــــــــــ

  net:  2H₂S   +  4O₂       2H₂SO₄   +   E 

وهنا يجب ملاحظة أن ناتج عملية الأكسدة للكبريت هو تكوين حمض الكبريتيك الذى يؤدى إلى زيادة حموضة الأرض ،  وهذه العملية تحدث أيضاً عند إضافة الكبريت للأراضي القاعدية بغرض خفض رقم الـpH لها .

       أيضاً فى الأراضي الغدقة والتي تحتوى على كبريتور الحديد FeS وعند توافر ظروف التهوية الجيدة يحدث أكسدة لهذا المركب ، ويتكون الكبريت العنصرى والذى سرعان ما يتأكسد إلى الكبريتات ، ويتم هذا التأكسد كيميائياً أو بواسطة الكائنات الدقيقة حسب المعادلة التالية :

2FeS   +   2H₂O  +  O₂        2Fe( OH )₂   +   S

شكل ( 1) دورة الكبريت فى الطبيعة

ويؤدى غمر الأرض بالماء إلى نشوء ظروف التهوية السيئة ،  وبالتالي تسود ظروف الاختزال ، ويتم اختزال الكبريتات بواسطة بكتريا من جنس Desulfovibrio إلى كبريتور الأيدروجين H₂S ويتحد جزء منه مع الحديد ويتكون كبريتور الحديد والجزء الأخر يمكن أن يحدث له فقد إلى الغلاف الجوي .

2- أكسدة الكبريت:

 من دورة الكبريت نجد أنه بعد حدوث عملية المعدنة للكبريت يتحول إلى H₂S تحت الظروف اللاهوائية ، ويمكن أن يُفقد جزء من الكبريت الأرضي على هذه الصورة للغلاف الجوي . بينما تحت الظروف الهوائية يتكون أنيون الكبريتات SO₄^{2- ،} وهذا الانيون متحرك فى التربة لزيادة قابلية ذوبان أملاحه فى التربة ، وعلى ذلك من المتوقع حدوث فقد للكبريت من التربة على هذه الصورة عن طريق غسيل هذا الأنيون مع مياه الصرف . وتعتبر الكبريتات هي الصورة التي يمتص الكبريت عليها، وبعد امتصاص النبات للكبريتات يحدث اختزال لها وتدخل فى تكوين المركبات العضوية التي يدخل الكبريت فى تكوينها . أيضاً يمكن أن يحدث تمثيل للكبريت داخل أجسام الكائنات الدقيقة الموجودة بالأرض ،  ثم يعود الكبريت العضوي مرة أخرى للأرض مع المخلفات النباتية والحيوانية وتعاد الدورة مرة أخرى .

3 -كبريت الغلاف الجوي:

كذلك توضح الدورة أن من مصادر الكبريت الأرضي الكبريت الموجود فى الهواء الجوي على صورة أكاسيد كبريتية والتي تصل إلى الأرض إما بطريقة مباشرة مع مياه الأمطار أو الأنهار ، أو بطريقة غير مباشرة حيث يستطيع النبات الاستفادة من هذه الصورة مباشرةً بامتصاص SO₂ عن طريق الأوراق، وبعد ذلك يصل الكبريت للأرض مع المخلفات النباتية .

أيضاً يجب ذكر أن من المصادر الأخرى للكبريت بالأرض الأسمدة التي تحوى عنصر الكبريت مثل الأسمدة النتروجينية والفوسفاتية وأسمدة أخرى ، كذلك يضاف للأرض فى صورة مُبيدات فطرية وخلافة .

تفاعلات الكبريت فى التربة:

مما سبق نجد أن الصورة المعدنية للكبريت سواء الناتج من عمليات التجوية لمادة الأصل أو من عملية معدنة الكبريت العضوي أو من إضافة الأسمدة هي الكبريتات  SO₄^2-. وهذه الصورة تتعرض لتفاعلات مختلفة بالتربة ، و بالتالي قد تؤثر هذه التفاعلات سلبياً على الكمية الميسرة من هذا العنصر للنبات وأهم هذه التفاعلات ما يلى :

- تفاعلات الادمصاص:

        تتعرض أيونات الكبريتات إلى تفاعلات التبادل الأنيونى ومنها الادمصاص ويتوقف ذلك على توافر المعادن الأرضية أو الغرويات التي تحمل شحنة موجبة ، مثل معادن من نوع 1 : 1  ومنها الكاؤلينيت ، كذلك يحدث ذلك على أسطح الأكاسيد السداسية للحديد والألومنيوم . وبصفة عامة تزداد عملية الادمصاص هذه فى الأراضي الحامضية ، وذلك لأن مع انخفاض رقم الـpH  للأرض تكتسب الغرويات الأرضية ومنها الأكاسيد السداسية شحنة موجبة وهى شحنة مخالفة للكبريتات ، وبالتالي يحدث الادمصاص . كذلك وجد أن هناك تنافس بين أنيونات الفوسفات والكبريتات على مواقع الادمصاص على الغرويات الأرضية ، وبالتالي يمكن القول بان الاستخدام الزائد من الفوسفات يؤدى إلى حدوث فقد فى الكبريت من الأرض عن طريق الغسيل فى صورة كبريتات .

- ترسيب الكبريتات:

فى الأراضي الجافة وشبه يتعرض الكبريت للترسيب على هيئة أملاح الكبريتات لأيونات موجبة الشحنة مثل : الكالسيوم والماغنسيوم والصوديوم والبوتاسيوم وذلك حسب سيادة الكاتيون فى الوسط ، وبغض النظر عن درجة ذوبان هذه الأملاح إلا إنها تُعتبر مصدراً جيداً للكبريت بالنسبة للنبات . بينما تحت الظروف سيئة التهوية يحدث الترسيب فى صورة كبريتور ، مثل كبريتور الحديد  (FeS).

الكبريت فى النبات Sulphur in Plant               

يتوزع الكبريت توزيعاً منتظماً بين الأعضاء والأنسجة المختلفة للنبات ، فهو أحد مكونات بعض الأحماض الأمينية مثل السيستين والسستيئينن، وهى أحماض أمينية أساسية فى تركيب البروتينات والثيامين  Thiamine (vitamin B₁)، والبيوتين Biotin وهما هرمونان مهمان للنبات . كذلك يدخل الكبريت فى تكوين الجليكوسيدات مثل : السنجرين الذى يعطى الرائحة والطعم الخاصين  لبعض الأنواع النباتية كالخردل والبصل والثوم . والجزء الأعظم من الكبريت يوجد فى بروتين الكلوروبلاست Chloroplasts والذى يحتوى على الكلوروفيل، وعند نقص الكبريت يتأثر تكوين الكلوروبلاست،  وبالتالي تظهر الأوراق شاحبة اللون. ويتراوح المحتوى الكلى من الكبريت فى أنسجة النبات ما بين 0.2% إلى 0.5% كبريت.

        يمتص النبات الكبريت بواسطة الجذور على صورة كبريتات بواسطة الأوراق على صورة ثاني أكسيد الكبريت SO₂  سرعان ما تُختزل إلى مجموعة السلفاهيدريل -SH لتكوين المركبات العضوية المختلفة وأهمها الأحماض الأمينية ، وبالتالي البروتينات . ويمكن إيجاز خطوات اختزال الكبريتات وتكوين الأحماض الأمينية كما يلى:

أولاً: تختزل الكبريتات ويتكون الحمض الأميني السيستين Cysteine كما فى المعادلة:

H₂SO₄   +  ATP   +   8H   +  acetyl serine    

cysteine   +   acetate    +   3H₂O   +  AMP  +  P  ~  P

ومن المعادلة نجد أن عملية اختزال الكبريتات يلزمها طاقة ، وهذه الطاقة يكون مصدرها مركبات الفوسفور الحاملة للطاقة مثل : أدينوزين تراي فوسفات ATP  ، والهيدروجين كمختزل .

ثانياً : يتحد 2 جزئ من السيستين ويتكون السيستيئين Cystine كما فى المعادلة :