گیاهان برای رشد و تکمیل چرخه زندگی خود به 16 عنصر غذایی نیازمندند. این عناصر کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، گوگرد، آهن، مس، بُر، مولیبدن و کلر هستند. به علاوه، 4 عنصر غذایی دیگر به عبارتی سدیم، کبالت، وانادیوم و سیلیس برای اهداف ویژه ای به وسیله تعدادی از گیاهان جذب می شوند.

طبقه بندی عناصر ضروری

یک عنصر معدنی وقتی برای رشد و توسعه گیاه ضروری تشخیص داده می شود که دارای دو شرط اساسی باشد:

الف) در فعالیت های متابولیکی نقش منحصر به فرد داشته باشد، بطوریکه عنصر غذایی دیگری نتواند این نقش را به عهده بگیرد.

ب) گیاه بدون حضور این عنصر غذایی نتواند چرخه زندگی خود را کامل کند.

بنابراین عناصر ضروری گیاه با توجه به میزان وجود آنها در گیاهان به سه دسته تقسیم می شوند:

1-عناصر غذایی اصلی: کربن (C)، هیدروژن (H) و اکسیژن (O).

گیاه، عناصر اکسیژن، هیدروژن و کربن را از طریق هوا و آب آبیاری جذب می کند. در واقع عناصر اکسیژن و هیدروژن را از طریق آب (H₂O) و کربن را از طریق دی اکسید کربن (CO₂) موجود در هوا جذب می کند.

2-عناصر غذایی پرمصرف: نیتروژن (N)، فسفر (P)، پتاسیم (K)، کلسیم (Ca)، منیزیم (Mg) و گوگرد (S).

از آنجایی که این عناصر به میزان زیاد مورد نیاز گیاه می باشند، به این عناصر، عناصر پرمصرف یا ماکرو گفته می شود.

3-عناصر غذایی کم مصرف: آهن (Fe)، منگنز (Mn)، روی (Zn)، مس (Cu)، بُر (B)، مولیبدن (Mo) و کلر (Cl).

این عناصر به میزان کمتر مورد نیاز گیاه می باشند که به این دسته، عناصر کم مصرف یا میکرو گفته می شود.

وظایف عناصر غذایی در گیاه

عناصر اصلی کربن، هیدروژن و اکسیژن اجزای کربوهیدرات ها و تعداد متعددی از ترکیبات بیوشیمیایی هستند.

نیتروژن از اجزای پروتئین ها، آنزیم ها، هورمون ها، ویتامین ها، آلکالوئیدها، کلروفیل و نظایر آنها است. از آنجایی که نیتروژن از اجزای آنزیم ها، کلروفیل و پروتئین ها است، کمبود آن سبب کاهش رشد گیاه می شود.

فسفر از اجزای فسفات های قندی، نوکلئوتیدها، اسیدهای نوکلئیک، کوآنزیم ها و فسفولیپیدها است. زمانی که ترکیبات آلی با اسید فسفریک ترکیب می شوند، فرایندهای تجزیه و ترکیب کربوهیدرات ها صورت می گیرد.

پتاسیم جز ساختمانی ترکیبات آلی گیاه نیست، ولی به عنوان یک کوفاکتور برای 40 یا تعداد بیشتری از آنزیم ها لازم است. پتاسیم حرکت روزنه ها را کنترل کرده و سبب حفظ تعادل بارالکتریکی سلول های گیاهی می شود.

گوگرد جز ساختمانی تعدادی از اسیدهای آمینه و اسیدهای چرب است.

کلسیم به صورت پکتات کلسیم یکی از اجزای دیواره سلولی است. کلسیم به عنوان یک کوفاکتور در هیدرولیز ATP و فسفولیپیدها لازم است.

منیزیم یکی از اجزای سازنده کلروفیل بوده و در چند آنزیم درگیر در انتقال فسفات مورد نیاز است.

آهن به عنوان یکی از اجزای آنزیم های مختلف (سیتوکروم، کاتالاز، دی پپتیداز و نظایر آنها) نقش خیلی مهمی را در برخی از فرایندهای تجزیه ای گیاه ایفا می کند. همچنین آهن یکی از عناصر مهم واکنش های اکسیداسیون احیایی تنفس، فتوسنتز و احیای نیترات و سولفات است.

منگنز از اجزای آنزیم های دی کربوکسیلازها، کینازها، اکسیدازها و نظایر آنها که به وسیله کاتیون ها فعال می شوند بوده و از این رو برای تشکیل کلروفیل، احیای نیترات و تنفس لازم است.

مس و روی در آنزیم هایی که به وسیله کاتیون ها فعال می شوند، نقش دارند.

بُر در انتقال کربوهیدارت ها مفید است. بُر در جوانه زنی دانه گرده، تشکیل گل و میوه و جذب کاتیون ها مفید است.

مولیبدن در آسیمیلاسیون نیترات و تثبیت نیتروژن اتمسفری لازم است.

کلر در واکنش های مربوط به آزاد شدن اکسیژن نقش دارد.

تقسیم بندی عناصر غذایی

1-تقسیم بندی عناصر براساس عملکرد آنها در گیاه

1-عناصری که ساختار اصلی گیاه را فراهم می کنند. (کربن، هیدروژن و اکسیژن)

2-عناصر مفید در ذخیره انرژی، انتقال و ساختار گیاه (نیتروژن، گوگرد و فسفر)

3-عناصر مورد نیاز برای موازنه بار الکتریکی شامل (پتاسیم، کلسیم و منیزیم)

4-عناصر دخیل در فعال سازی آنزیمی و انتقال الکترون (آهن، منگنز، مس، روی، بُر، مولیبدن و کلر)

2-تقسیم بندی عناصر براساس تحرک آنها در خاک

قابلیت تحرک عناصر غذایی در خاک تاثیر قابل توجهی بر قابلیت دسترسی عناصر غذایی برای گیاه و روش کاربرد کود دارد.

با توجه به تحرک عناصر غذایی در خاک، یون های عناصر غذایی را می توان به سه گروه متحرک، با تحرک کمتر و غیرمتحرک تقسیم کرد.

عناصر غذایی متحرک: (^–NO₃^–، So₄^2-، Bo₃^2-، Cl و ⁺Mn²)

عناصر غذایی با تحرک کمتر: (⁺NH₄⁺، K⁺، Ca²⁺، Mg² و ⁺Cu²)

عناصر غذایی غیرمتحرک: ( ^–H₂PO₄^–، HPO₄² و ⁺Zn²)

اشکال عناصر معدنی جذب شده به وسیله گیاهان
عنصر معدنی	شکل یونی	شکل غیریونی
نیتروژن (N)	–NH4+, NO3	CO (NH2)2
فسفر (P)	–H2PO4–, HPO42	نوکلئوئیک اسید، فیتین
پتاسیم (K)	+K
کلسیم (Ca)	+Ca2
منیزیم (Mg)	+Mg2
گوگرد (S)	–So42	So2
آهن (Fe)	+Fe2+, Fe3	سولفات آهن با EDTA
منگنز (Mn)	+Mn2	سولفات منگنز با EDTA
روی (Zn)	+Zn2	سولفات روی با EDTA
مس (Cu)	+Cu2	سولفات مس با EDTA
بر (B)	–B4O72-, H2PO3–, HBO3
مولیبدن (Mo)	–MoO42
کلر (Cl)	–Cl

3-عناصر متحرک و غیرمتحرک در گیاه کدامند؟

تقریباً تمام عناصر غذایی به راحتی درون آوندها در ریشه حرکت می نمایند و حتی بعضی از عناصر غذایی در شرایط کمبود از برگ های پیر به برگ های جوان انتقال می یابند. دانستن اینکه کدام عنصر متحرک و کدام غیرمتحرک است کمک می نماید که کمبود عناصر غذایی بهتر تشخیص داده شود.

1-نیتروژن، فسفر و پتاسیم دارای تحرک بالایی هستند.

2-روی دارای تحرک متوسطی است.

3-گوگرد، آهن، مس، مولیبدن و کلر تحرک کمتری دارند.

4-کلسیم و بُر غیرمتحرک هستند.

عوامل موثر در قابلیت دسترسی عناصر غذایی

1-فراهمی طبیعی عناصر غذایی خاک که به مواد مادری خاک و رستنی های آن وابسته است.

2-واکنش خاک که بر آزاد شدن مواد غذایی موثر است.

3-فعالیت نسبی میکروارگانیزم ها که نقش بسیار مهمی در آزاد شدن عناصر غذایی ایفا کرده و ممکن است در مواردی مثل مایکوریزا نقش مستقیمی در جذب عناصر غذایی داشته باشند.

4-افزایش عناصر غذایی به شکل کودهای تجاری، کود حیوانی و کود سبز.

5-محتوی کربنات کلسیم و مقدار فسفر خاک

6-دما، رطوبت، تهویه و pH خاک.

به طورکلی، ارتباطی که بین pH و عنصر غذایی قابل دسترس وجود دارد به این صورت است که در pH های کم، عناصر میکرو نظیر آهن، مس، منگنز، بُر، روی و در pH های خنثی، فسفر و نیتروژن و در pH های بالا، پتاسیم، گوگرد، کلسیم، منیزیم و مولیبدن می تواند دست یافتنی تر باشند.

عوامل موثر بر قابلیت دسترسی ریزمغذی ها در خاک ها
خصوصیات	قابلیت دسترسی ریزمغذی ها
	افزایش	کاهش
مواد آلی	آهن و بر	منگنز، روی و مس
اسیدیته	آهن، منگنز و مس	–
قلیائیت	مولیبدن	–
خاک های آهکی	–	روی و منکنز
فسفر	مولیبدن	آهن و روی
غرقاب	آهن، منگنز و مولیبدن	–

اثرات متقابل عناصر

اثرات متقابل عناصر به صورت هم افزایی (synergism) یا تضاد (antagonist) ظاهر می شود.

1- اثر سینرژیسم یا هم افزایی (synergism)

اثر هم افزایی ممکن است در جذب یا متابولیسم (سوخت و ساز) باشد.

الف- هم افزایی در جذب: عناصر در جذب همدیگر مشارکت می نمایند.

• حضور یون های کلر و نیترات نفوذ کاتیون های ⁺K و ⁺Ca² آسانتر می کنند.
• جذب یون های فسفر با حضور یون منیزیم تسهیل می یابد.

ب- هم افزایی در سوخت و ساز:

• Mn و Mo در مراحل مختلف متابولیسم N مشارکت می نمایند.

2- اثر آنتاگونیست یا تضاد (antagonist): اگر حضور یک یون جذب یا متابولسیم (عملکرد) یون دیگری را مختل کند، این اثر را تضاد یونی گویند.

• به طور مثال افزایش عنصر غذایی کلسیم جذب پتاسیم، منیزیم و آهن را مختل می کند.
• ⁺K و ⁺Na به صورت آنتاگونیستی از جذب همدیگر جلوگیری می کنند و همچنین  ^–NO₃ و ^–Cl نیز به صورت آنتاگونیستی از جذب هم جلوگیری می کنند.
• سولفات با مولیبدات و سلنیوم، پتاسیم با روبیدیوم، کلسیم با منیزیم به صورت رقابتی از جذب یکدیگر جلوگیری (تضاد دارند) می کنند.

از آنجایی که کمبود عناصر غذایی زمانی رخ می دهد که مقدار لازم از آن عنصر غذایی برای تامین نیازهای یک گیاه در حال رشد در دسترس قرار نگیرد و عناصر غذایی خاک به مرور زمان توسط گیاه جذب شده و گیاه دچار کمبود عنصر غذایی می شود، اگر کمبود عنصر غذایی در خاک (که پیامد قابل توجه آن کاهش عملکرد محصولات است) با ورود نهاده های خارجی کافی به خاک جبران نشود، می تواند خسارت جدی را به کیفیت و سلامت خاک و گیاه وارد کند. بنابراین انجام آزمون خاک و گیاه و تاکید بر حرکت در داخل مزرعه و توسعه مهارت بصری برای شناسایی و تفسیر علائم کمبود عنصر غذایی امری ضروری است. لذا مصرف کودهای کشاورزی برای رفع کمبود عنصر غذایی خاک و گیاه باید با مشورت کارشناسان خبره در این زمینه انجام شود.