MICRONUTRIENT ZINC APPLICATION AND SOIL CHEMISTRY

Zinc Sulfate Fertilizer: Importance, Role in Crops, and Its Soil Interactions

Zinc (Zn) is one of the essential micronutrients critical for plant growth and development. Though required in small amounts, its deficiency can cause severe impacts on crop yields and quality. Zinc sulfate, a commonly used zinc fertilizer, plays a crucial role in addressing zinc deficiency and improving soil and plant health. This blog provides an in-depth look into the importance of zinc in crops, its uptake pathways, deficiency symptoms, and the soil biogeochemistry of zinc.

زنک  پودے کی نشوونما اور نشوونما کے لیے ضروری غذائی اجزاء میں سے ایک ہے۔ اگرچہ کم مقدار میں ضروری ہے، لیکن اس کی کمی فصل کی پیداوار اور معیار پر شدید اثرات کا سبب بن سکتی ہے۔ زنک سلفیٹ، عام طور پراستعمال ہونے والی زنک کھاد، زنک کی کمی کو دور کرنے اور مٹی اور پودوں کی صحت کو بہتر بنانے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ یہ بلاگ فصلوں میں زنک کی اہمیت، اس کے استعمال کے راستے، کمی کی علامات، اور زنک کی مٹی کی بائیو جیو کیمسٹری کے بارے میں گہرائی سے جائزہ فراہم کرتا ہے۔

Importance of Zinc in Crops

Role in Rice and Vegetables

1. Zinc in Rice:
   • Rice is highly sensitive to zinc deficiency, especially in waterlogged or poorly drained soils.
   • Zinc is crucial for:
     • Proper seedling establishment.
     • Hormonal balance and enzyme activation.
     • Tiller formation and grain filling.
     • Enhancing resistance to diseases and abiotic stress.
2. Zinc in Vegetables:
   • Zinc improves the quality and yield of vegetables like tomatoes, cucumbers, potatoes, and leafy greens.
   • It plays a vital role in chlorophyll synthesis, flowering, and fruit development.
   • Enhances nutrient absorption efficiency and overall plant vigor.

چاول اور سبزیوں میں کردار

چاول میں زنک: چاول زنک کی کمی کے لیے انتہائی حساس ہوتا ہے، خاص طور پر پانی بھری یا ناقص نکاسی والی زمینوں میں۔ زنک اس کے لیے اہم ہے: بیج لگانے کا مناسب قیام۔ ہارمونل توازن اور انزائم ایکٹیویشن۔ ٹیلر کی تشکیل اور اناج بھرنا۔ بیماریوں اور ابیوٹک تناؤ کے خلاف مزاحمت کو بڑھانا۔ سبزیوں میں زنک: زنک سبزیوں جیسے ٹماٹر، کھیرے، آلو اور پتوں والی سبزیوں کے معیار اور پیداوار کو بہتر بناتا ہے۔ یہ کلوروفیل کی ترکیب، پھول اور پھلوں کی نشوونما میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ غذائی اجزاء جذب کرنے کی کارکردگی اور پودوں کی مجموعی قوت کو بڑھاتا ہے۔

Zinc Uptake Pathways in Soil

Forms of Zinc in Soil

Zinc in soil exists in multiple forms:

• Soluble (available for plant uptake).
• Adsorbed onto soil particles.
• Fixed in primary and secondary minerals.
• Complexed with organic matter.

Zinc Uptake Pathway in Plants

Plants primarily absorb zinc as Zn²⁺ ions from the soil solution. The process involves:

1. Root Surface Adsorption: Zinc ions bind to root epidermal cells.
2. Transport Proteins: Specific transporter proteins, such as ZIP (Zinc-Iron Permease) family proteins, actively transport zinc across root cell membranes.
3. Distribution in Plant Tissue: Once inside, zinc is transported to leaves, stems, and seeds through the xylem and redistributed via the phloem.

Chemical Reactions of Zinc in Soil

• Zinc Solubility:
  Zinc solubility is highly pH-dependent. It is most available in soils with a pH of 5.5 to 7.0. Alkaline soils (pH > 7.5) lead to zinc precipitation as insoluble hydroxides or carbonates, reducing availability.
• Zinc Complexation:
  Zinc binds with organic acids, forming complexes that influence its mobility and bioavailability.
• Zinc Precipitation and Adsorption:
  • In alkaline soils: Zn²⁺ reacts with hydroxides and phosphates, forming insoluble compounds like Zn(OH)₂ or Zn₃(PO₄)₂.
  • In acidic soils: It reacts with sulfides or binds to clay minerals.

مٹی میں زنک اٹھانے کے راستے مٹی میں زنک کی شکلیں۔ مٹی میں زنک متعدد شکلوں میں موجود ہے:  گھلنشیل (پودوں کو اٹھانے کے لیے دستیاب)۔ مٹی کے ذرات پر جذب۔ بنیادی اور ثانوی معدنیات میں فکسڈ. نامیاتی مادے سے پیچیدہ۔ پودوں میں زنک اٹھانے کا راستہ پودے بنیادی طور پر زنک کو مٹی کے محلول سے Zn²⁺ آئنوں کے طور پر جذب کرتے ہیں۔ عمل میں شامل ہے: جڑ کی سطح جذب: زنک آئن جڑ کے ایپیڈرمل خلیوں سے منسلک ہوتے ہیں ٹرانسپورٹ پروٹینز: مخصوص ٹرانسپورٹر پروٹین، جیسے زپ (زنک-آئرن پرمیس) فیملی پروٹین، فعال طور پر جڑ کے خلیے کی جھلیوں میں زنک کی نقل و حمل کرتے ہیں۔پودوں کے بافتوں میں تقسیم: ایک بار اندر، زنک کو زائلم کے ذریعے پتوں، تنوں اور بیجوں تک پہنچایا جاتا ہے اور فلیم کے ذریعے دوبارہ تقسیم کیا جاتا ہے۔ مٹی میں زنک کے کیمیائی رد عمل زنک حل پذیری زنک کی حل پذیری انتہائی pH پر منحصر ہے۔ یہ 5.5 سے 7.0 کی pH والی مٹی میں سب سے زیادہ دستیاب ہے۔ الکلائن مٹی (pH > 7.5) ناقابل حل ہائیڈرو آکسائیڈز یا کاربونیٹ کے طور پر زنک کی بارش کا باعث بنتی ہے، دستیابی کو کم کرتی ہے۔ زنک کی پیچیدگی: زنک نامیاتی تیزاب کے ساتھ جڑتا ہے، کمپلیکس بناتا ہے جو اس کی نقل و حرکت اور حیاتیاتی دستیابی کو متاثر کرتا ہے۔ زنک کی بارش اور جذب: الکلین مٹی میں: Zn²⁺ ہائیڈرو آکسائیڈز اور فاسفیٹس کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، غیر حل پذیر مرکبات جیسے Zn(OH)₂ یا Zn₃(PO₄)₂ بناتا ہے۔ تیزابی مٹی میں: یہ سلفائیڈز کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہے یا مٹی کے معدنیات سے منسلک ہوتی ہے۔

Microorganisms Involved in Zinc Transformations

Soil microorganisms play a critical role in the cycling and availability of zinc:

1. Zinc-Solubilizing Bacteria (ZSBs):
   • Pseudomonas and Bacillus species enhance zinc availability by secreting organic acids that solubilize zinc compounds.
2. Mycorrhizal Fungi:
   • Arbuscular mycorrhizae (AMF) improve zinc uptake by increasing the root surface area and mobilizing insoluble zinc.
3. Zinc-Mobilizing Fungi:
   • Species like Aspergillus assist in breaking down complex zinc minerals.

Microorganisms play a vital role in zinc cycling in the soil by mediating its transformation, including oxidation, solubilization, and immobilization. Zinc oxidation, in particular, involves the conversion of zinc from one chemical state to another, affecting its availability to plants.

Here is a detailed list of microbes involved in zinc oxidation and cycling:

زنک کی تبدیلیوں میں شامل مائکروجنزم سائکلنگ اور زنک کی دستیابی میں مٹی کے مائکروجنزم اہم کردار ادا کرتے ہیں: زنک حل کرنے والے بیکٹیریا (ZSBs): Pseudomonas اور Bacillus کی انواع زنک کی دستیابی میں اضافہ کرتی ہیں جو کہ نامیاتی تیزابوں کو خارج کرتی ہیں جو زنک کے مرکبات کو حل کرتی ہیں۔ مائیکورریزل فنگس:

Arbuscular mycorrhizae (AMF) جڑ کی سطح کے رقبے کو بڑھا کر اور ناقابل حل زنک کو متحرک کرکے زنک کی مقدار کو بہتر بناتا ہے۔ زنک کو متحرک کرنے والی فنگس: Aspergillus جیسی انواع پیچیدہ زنک معدنیات کو توڑنے میں مدد کرتی ہیں۔ مائکروجنزم اس کی تبدیلی میں ثالثی کرتے ہوئے مٹی میں زنک سائیکلنگ میں اہم کردار ادا کرتے ہیں، بشمول آکسیکرن، حل پذیری، اور متحرک۔ زنک آکسیکرن، خاص طور پر، زنک کو ایک کیمیائی حالت سے دوسری میں تبدیل کرنا شامل ہے، جو پودوں کے لیے اس کی دستیابی کو متاثر کرتا ہے۔زنک آکسیڈیشن اور سائیکلنگ میں شامل جرثوموں کی تفصیلی فہرست یہ ہے:

Bacteria Involved inZinc Oxidation

1. Thiobacillus spp.
   • Role: Thiobacillus species are sulfur-oxidizing bacteria that can indirectly facilitate zinc oxidation by producing sulfuric acid. This acid lowers soil pH, enhancing zinc solubility and promoting the formation of oxidized zinc compounds.
   • Common in acidic and metal-contaminated soils.
2. Pseudomonas spp.
   • Role: Pseudomonas species are involved in metal oxidation, including zinc, by secreting organic acids and siderophores, which can oxidize and mobilize zinc from less soluble compounds.
   • Important in zinc-contaminated soils.
3. Bacillus spp.
   • Role: Bacillus species indirectly participate in zinc oxidation by altering the soil microenvironment through the secretion of organic acids or enzymes.
   • Found in a variety of soil conditions, especially those with higher organic matter.
4. Acidithiobacillus ferrooxidans
   • Role: This bacterium is known for oxidizing iron and sulfur in soil but also indirectly affects zinc oxidation by creating acidic conditions that enhance zinc transformations.
   • Common in mining-affected soils and acidic environments.

زنک آکسیکرن میں شامل بیکٹیریا تھیوباسیلس ایس پی پی۔ کردار: Thiobacillus پرجاتی سلفر آکسائڈائزنگ بیکٹیریا ہیں جو سلفرک ایسڈ پیدا کرکے بالواسطہ طور پر زنک آکسیڈیشن کو آسان بنا سکتے ہیں۔ یہ تیزاب مٹی کی پی ایچ کو کم کرتا ہے، زنک کی حل پذیری کو بڑھاتا ہے اور آکسیڈائزڈ زنک مرکبات کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے۔

تیزابی اور دھاتی آلودہ مٹی میں عام۔ سیوڈموناس ایس پی پی کردار: سیوڈموناس کی نسلیں دھاتی آکسیکرن میں شامل ہیں، بشمول زنک، نامیاتی تیزاب اور سائڈروفورس کو خارج کر کے، جو کم حل پذیر مرکبات سے زنک کو آکسائڈائز اور متحرک کر سکتے ہیں۔ زنک آلودہ مٹی میں اہم ہے۔ بیسیلس ایس پی پی کردار: بیسیلس کی نسلیں بالواسطہ طور پر نامیاتی تیزاب یا خامروں کے اخراج کے ذریعے مٹی کے مائیکرو ماحولیات کو تبدیل کرکے زنک آکسیکرن میں حصہ لیتی ہیں۔ مختلف قسم کے مٹی کے حالات میں پایا جاتا ہے، خاص طور پر وہ لوگ جو زیادہ نامیاتی مادے والے ہوتے ہیں۔ ایسڈیتھیو بیکیلس فیرو آکسیڈنز کردار: یہ جراثیم مٹی میں آئرن اور سلفر کو آکسیڈائز کرنے کے لیے جانا جاتا ہے لیکن یہ بالواسطہ طور پر تیزابیت پیدا کر کے زنک آکسیڈیشن کو متاثر کرتا ہے جو زنک کی تبدیلیوں کو بڑھاتا ہے۔ کان کنی سے متاثرہ مٹی اور تیزابیت والے ماحول میں عام۔

Fungi Involved in Zinc Oxidation

1. Aspergillus spp.
   • Role: Aspergillus species produce citric and oxalic acids that promote the oxidation and solubilization of zinc by creating acidic microenvironments.
   • Frequently observed in zinc-contaminated soils or soils rich in organic matter.
2. Penicillium spp.
   • Role: Penicillium fungi play a similar role to Aspergillus by producing organic acids, which increase the oxidation of zinc and other metals.
   • Found in diverse soils, including agricultural soils and heavy-metal-contaminated sites.
3. Trichoderma spp.
   • Role: Trichoderma species are involved in zinc mobilization through organic acid production, which indirectly supports zinc oxidation in soil.
   • Commonly used in biofertilizers for improving zinc availability.

Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF)

• Examples: Glomus spp., Rhizophagus spp.
• Role: AMF are symbiotic fungi that enhance zinc uptake in plants by extending the root absorption area. Although not directly oxidizing zinc, they influence zinc transformations by altering rhizosphere conditions and promoting the oxidation of soil minerals.
• Found in soils supporting crops and natural vegetation.

Actinomycetes

1. Streptomyces spp.
   • Role: Actinomycetes like Streptomyces are filamentous bacteria that secrete organic acids and siderophores, facilitating zinc oxidation and solubilization.
   • Found in nutrient-rich and organic soils.
2. Frankia spp.
   • Role: Found in association with nitrogen-fixing plants, Frankia spp. can indirectly contribute to zinc oxidation by enhancing nutrient cycling and modifying soil conditions.
   • Present in symbiosis with certain woody plants.

فنگس زنک آکسیڈیشن میں شامل ہے۔ Aspergillus spp. کردار: Aspergillus انواع سائٹرک اور آکسالک تیزاب پیدا کرتی ہیں جو تیزابی مائیکرو ماحولیات بنا کر زنک کے آکسیکرن اور حل کو فروغ دیتی ہیں۔ زنک سے آلودہ مٹی یا نامیاتی مادے سے بھرپور مٹی میں اکثر دیکھا جاتا ہے۔ Penicillium spp. کردار: Penicillium fungi نامیاتی تیزاب پیدا کرکے Aspergillus جیسا کردار ادا کرتی ہے، جو زنک اور دیگر دھاتوں کے آکسیڈیشن کو بڑھاتی ہے۔ متنوع مٹیوں میں پایا جاتا ہے، بشمول زرعی مٹی اور بھاری دھات سے آلودہ مقامات۔ ٹرائیکوڈرما ایس پی پی کردار: ٹرائیکوڈرما کی نسلیں نامیاتی تیزاب کی پیداوار کے ذریعے زنک کو متحرک کرنے میں شامل ہیں، جو بالواسطہ طور پر مٹی میں زنک کے آکسیکرن کی حمایت کرتی ہیں۔ عام طور پر زنک کی دستیابی کو بہتر بنانے کے لیے بایو فرٹیلائزر میں استعمال کیا جاتا ہے۔ Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) مثالیں: Glomus spp.، Rhizophagus spp. کردار: AMF علامتی فنگس ہیں جو جڑوں کے جذب کے علاقے کو بڑھا کر پودوں میں زنک کی مقدار کو بڑھاتے ہیں۔ اگرچہ زنک کو براہ راست آکسائڈائز نہیں کرتے ہیں، لیکن وہ ریزوسفیر کے حالات کو تبدیل کرکے اور مٹی کے معدنیات کے آکسیکرن کو فروغ دے کر زنک کی تبدیلیوں کو متاثر کرتے ہیں۔ فصلوں اور قدرتی پودوں کو سہارا دینے والی مٹی میں پایا جاتا ہے۔ ایکٹینومیسیٹس Streptomyces spp. کردار: Actinomycetes جیسے Streptomyces filamentous بیکٹیریا ہیں جو نامیاتی تیزاب اور سائڈروفورس کو خارج کرتے ہیں، زنک کے آکسیکرن اور حل میں سہولت فراہم کرتے ہیں۔ غذائیت سے بھرپور اور نامیاتی مٹی میں پایا جاتا ہے۔ فرینکیہ ایس پی پی کردار: نائٹروجن فکسنگ پلانٹس، Frankia spp کے ساتھ مل کر پایا۔ غذائی اجزاء کی سائیکلنگ کو بڑھا کر اور مٹی کے حالات کو تبدیل کرکے بالواسطہ طور پر زنک آکسیڈیشن میں حصہ ڈال سکتا ہے۔ کچھ لکڑی والے پودوں کے ساتھ سمبیوسس میں موجود ہیں۔

Other Key Microbes

1. Leptospirillum spp.
   • Role: Involved in metal oxidation processes, including zinc, in highly acidic and metal-rich environments.
   • Common in mine tailings and acidic soils.
2. Zinc-Solubilizing Bacteria (ZSBs)
   • Examples: Acinetobacter spp., Burkholderia spp.
   • Role: These bacteria promote the oxidation of insoluble zinc compounds into bioavailable forms via the production of acids and chelators.
3. Geobacter spp.
   • Role: Metal-reducing bacteria that can indirectly facilitate zinc oxidation by interacting with other metal cycles (e.g., iron and sulfur cycles).
   • Found in wetlands and waterlogged soils.

Mechanisms of Zinc Oxidation by Microbes

Microbes influence zinc oxidation in several ways:

1. Organic Acid Secretion: Many microbes secrete organic acids like citric, oxalic, and gluconic acids that lower the pH and facilitate the oxidation of zinc.
2. Siderophore Production: Microorganisms produce siderophores that chelate metals, increasing the availability of oxidized zinc.
3. Enzymatic Processes: Enzymes like peroxidases and oxidoreductases in microbes can catalyze zinc oxidation directly.
4. Induced Redox Reactions: Microbial metabolism alters soil redox potential, promoting zinc oxidation.

دیگر کلیدی جرثومے Leptospirillum spp. کردار: دھاتی آکسیڈیشن کے عمل میں شامل ہے، بشمول زنک، انتہائی تیزابیت اور دھات سے بھرپور ماحول میں۔ مائن ٹیلنگ اور تیزابی مٹی میں عام۔ زنک حل کرنے والے بیکٹیریا (ZSBs)

مثالیں: Acinetobacter spp.، Burkholderia spp. کردار: یہ بیکٹیریا تیزاب اور چیلیٹرس کی پیداوار کے ذریعے ناقابل حل زنک مرکبات کے آکسیکرن کو حیاتیاتی دستیاب شکلوں میں فروغ دیتے ہیں۔ جیوبیکٹر ایس پی پی۔

کردار: دھات کو کم کرنے والے بیکٹیریا جو دیگر دھاتی چکروں (مثلاً، آئرن اور سلفر کے چکروں) کے ساتھ تعامل کر کے بالواسطہ طور پر زنک آکسیڈیشن کو آسان بنا سکتے ہیں۔ گیلی زمینوں اور پانی بھری مٹی میں پایا جاتا ہے۔جرثوموں کے ذریعہ زنک آکسیکرن کا طریقہ کار جرثومے زنک آکسیکرن کو کئی طریقوں سے متاثر کرتے ہیں: نامیاتی تیزاب کا اخراج: بہت سے جرثومے نامیاتی تیزاب خارج کرتے ہیں جیسے سائٹرک، آکسالک اور گلوکونک ایسڈ جو پی ایچ کو کم کرتے ہیں اور زنک کے آکسیکرن کو آسان بناتے ہیں۔ سائڈروفور کی پیداوار: مائکروجنزم سائڈروفورس تیار کرتے ہیں جو دھاتوں کو چیلیٹ کرتے ہیں، آکسائڈائزڈ زنک کی دستیابی میں اضافہ کرتے ہیں۔ انزیمیٹک عمل: جرثوموں میں پیرو آکسیڈیز اور آکسیڈوریکٹیسز جیسے انزائم زنک آکسیڈیشن کو براہ راست متحرک کر سکتے ہیں۔ حوصلہ افزائی ریڈوکس رد عمل: مائکروبیل میٹابولزم مٹی کے ریڈوکس کی صلاحیت کو تبدیل کرتا ہے، زنک آکسیڈیشن کو فروغ دیتا ہے۔

Zinc Deficiency in Crops: Symptoms and Impact

Symptoms in Different Crops

1. Cereals (Wheat, Rice, Maize):
   • Stunted growth and delayed maturity.
   • White line or striping on leaves in maize.
   • Poor grain filling and reduced yield in rice.
2. Vegetables:
   • Interveinal chlorosis and pale young leaves in leafy vegetables.
   • Smaller, deformed fruits in tomatoes and cucumbers.
3. Fruits (Citrus, Grapes, Mango):
   • Reduced fruit size and cracking.
   • Rosetting (clustered leaves) and dieback in mango trees.

Enzymes Activated by Zinc in Plants

Zinc is a cofactor for many enzymes that are vital for plant metabolism:

1. Carbonic Anhydrase: Regulates photosynthesis by managing CO₂ concentration in chloroplasts.
2. Superoxide Dismutase (SOD): Protects cells from oxidative damage.
3. RNA Polymerase: Involved in gene expression and protein synthesis.
4. Alcohol Dehydrogenase: Assists in plant stress tolerance.
5. Auxin Synthesis Enzymes: Zinc is essential for the synthesis of auxins, which regulate cell elongation and division.

Zinc Deficiency: Management with Zinc Sulfate Fertilizer

• Zinc Sulfate is one of the most effective zinc fertilizers because of its high solubility and immediate availability to plants.
• Application Methods:
  1. Soil Application: Zinc sulfate is applied at 10-25 kg/ha depending on soil deficiency levels.
  2. Foliar Spray: A 0.5% solution can quickly address acute zinc deficiency symptoms.
  3. Seed Treatment: Coating seeds with zinc sulfate improves seedling vigor.

فصلوں میں زنک کی کمی: علامات اور اثرات مختلف فصلوں میں علامات اناج (گندم، چاول، مکئی): رکی ہوئی نشوونما اور پختگی میں تاخیر مکئی میں پتوں پر سفید لکیر یا پٹی۔ ناقص اناج بھرنا اور چاول کی پیداوار میں کمی۔ سبزیاں:پتوں والی سبزیوں میں انٹروینل کلوروسس اور پیلے جوان پتے۔ ٹماٹر اور کھیرے میں چھوٹے، بگڑے ہوئے پھل۔ پھل (کھٹی، انگور، آم): پھلوں کا سائز کم ہونا اور ٹوٹنا۔ آم کے درختوں میں گلاب (گچھے پتے) اور ڈائی بیک۔ پودوں میں زنک کے ذریعے فعال انزائمز زنک بہت سے انزائمز کے لیے ایک کوفیکٹر ہے جو پودوں کے میٹابولزم کے لیے ضروری ہیں: کاربونک اینہائیڈریس: کلوروپلاسٹ میں CO₂ حراستی کو منظم کرکے فوٹو سنتھیس کو منظم کرتا ہے۔Superoxide Dismutase (SOD): خلیات کو آکسیڈیٹیو نقصان سے بچاتا ہے۔ آر این اے پولیمریز: جین کے اظہار اور پروٹین کی ترکیب میں شامل ہے۔ الکحل ڈیہائیڈروجنیز: پودوں کے تناؤ کو برداشت کرنے میں مدد کرتا ہے۔

آکسین سنتھیسز انزائمز: زنک آکسینز کی ترکیب کے لیے ضروری ہے، جو سیل کی لمبائی اور تقسیم کو منظم کرتے ہیں۔

زنک کی کمی: زنک سلفیٹ کھاد کے ساتھ انتظام زنک سلفیٹ زنک کھادوں میں سے ایک ہے کیونکہ اس کی اعلی حل پذیری اور پودوں کے لیے فوری دستیابی ہے۔ درخواست کے طریقے: مٹی کا استعمال: زنک سلفیٹ کا استعمال مٹی کی کمی کی سطح کے لحاظ سے 10 25 کلوگرام فی ہیکٹر پر کیا جاتا ہے۔ فولیئر سپرے: 0.5% محلول زنک کی کمی کی شدید علامات کو فوری طور پر دور کر سکتا ہے۔ بیج کا علاج: بیجوں کو زنک سلفیٹ کے ساتھ لیپ کرنے سے بیجوں کی طاقت بہتر ہوتی ہے۔

Recommended Zinc Applications

Zinc plays a critical role in the growth and productivity of various crops, and its deficiency or toxicity can significantly impact yield and quality. In cereal crops, wheat exhibits stunted growth, white spots on leaves, and delayed maturity due to zinc deficiency, while toxicity manifests as leaf discoloration and reduced root growth. To counter this, 8–10 kg/acre of zinc sulfate is recommended for soil application. In rice, zinc deficiency causes bronzing of leaves, reduced tillering, and poor grain filling, whereas toxicity results in brown spots and wilting of young leaves; the suggested dosage is 8–12 kg/acre of zinc sulfate for soil application or a 0.5% foliar spray. Maize displays interveinal chlorosis, white stripes on leaves, and short ears when zinc is deficient, while toxicity leads to leaf necrosis and dark green leaves. Applying 8–10 kg/acre of zinc sulfate is effective for maize. Sorghum, when deficient, shows yellowing of young leaves and poor panicle development, while toxicity causes burnt leaf tips and restricted leaf growth; the recommended dosage is 8–10 kg/acre of zinc sulfate.

زنک مختلف فصلوں کی نشوونما اور پیداواری صلاحیت میں اہم کردار ادا کرتا ہے، اور اس کی کمی یا زہریلا پن پیداوار اور معیار کو نمایاں طور پر متاثر کر سکتا ہے۔ اناج کی فصلوں میں، گندم کی نشوونما رک جاتی ہے، پتوں پر سفید دھبے، اور زنک کی کمی کی وجہ سے پختگی میں تاخیر ہوتی ہے، جبکہ زہریلا پن پتوں کی رنگت اور جڑوں کی نشوونما میں کمی کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔ اس کا مقابلہ کرنے کے لیے، 8-10 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ مٹی کے استعمال کے لیے تجویز کی جاتی ہے۔ چاول میں، زنک کی کمی پتوں کے کانسی کا باعث بنتی ہے، کھیتی کم ہو جاتی ہے، اور اناج کی ناقص بھرائی ہوتی ہے، جبکہ زہریلے پن کے نتیجے میں بھورے دھبے اور جوان پتے مرجھا جاتے ہیں۔ تجویز کردہ خوراک 8-12 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ کی مٹی کے استعمال کے لیے یا 0.5% فولیئر سپرے ہے۔ جب زنک کی کمی ہوتی ہے تو مکئی انٹروینل کلوروسس، پتوں پر سفید دھاریاں، اور چھوٹے کان دکھاتی ہے، جب کہ زہریلا پن پتوں کی نیکروسس اور گہرے سبز پتوں کا باعث بنتا ہے۔ 8-10 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ کا استعمال مکئی کے لیے موثر ہے۔ جوار، جب اس کی کمی ہو، جوان پتوں کے پیلے ہونے اور ناقص پنیکل کی نشوونما کو ظاہر کرتا ہے، جبکہ زہریلا پتوں کے جلے ہوئے حصوں اور پتوں کی نشوونما کو محدود کرنے کا سبب بنتا ہے۔ زنک سلفیٹ کی تجویز کردہ خوراک 8-10 کلوگرام فی ایکڑ ہے۔

In vegetables, tomatoes suffer from pale leaves, reduced fruit size, and blossom-end rot due to deficiency, while toxicity leads to chlorosis and thickened roots; applying 3–4 kg/acre of zinc sulfate to the soil or a 0.2% foliar spray is advised. Cucumber exhibits chlorosis in younger leaves and deformed fruit under deficiency, and leaf scorching and curling of leaf edges under toxicity, with the same dosage of 3–4 kg/acre recommended. For potatoes, zinc deficiency results in necrotic spots on leaves and delayed tuber formation, while toxicity causes leaf curling and poor tuber quality; 6–8 kg/acre of zinc sulfate is suggested. Spinach experiences pale, distorted leaves and slow growth when zinc is deficient, and leaf spotting and reduced biomass in cases of toxicity, necessitating 3–4 kg/acre of zinc sulfate.

In fruit crops, citrus, such as oranges, shows chlorotic mottling and small, narrow leaves due to deficiency, while toxicity results in leaf burn and stem dieback; the recommendation is 8–10 kg/acre of zinc sulfate for soil or a 0.2% foliar spray. Mango trees exhibit rosetting of leaves and dieback of twigs under deficiency, while toxicity causes bark cracking and yellowing of leaves, with 8–10 kg/acre advised. Grapes suffer from poor fruit set and leaf yellowing when deficient, and tip burn and decreased leaf size when toxic; applying 80–100 grams per plant of zinc sulfate is recommended. For bananas, interveinal chlorosis in older leaves and poor bunching occur under deficiency, and black streaks and root decay occur under toxicity; 6–8 kg/acre is suggested.

سبزیوں میں، ٹماٹر کی کمی کی وجہ سے پیلے پتوں، پھلوں کے سائز میں کمی، اور پھول کے آخر میں سڑنے کا شکار ہوتے ہیں، جبکہ زہریلا کلوروسس اور جڑوں کی موٹی ہونے کا باعث بنتا ہے۔ 3-4 کلو گرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ کو زمین میں لگانے یا 0.2% فولیئر سپرے کا مشورہ دیا جاتا ہے۔ کھیرا چھوٹے پتوں میں کلوروسس کی نمائش کرتا ہے اور کمی کے تحت بگڑے ہوئے پھل، اور زہریلے پن کے تحت پتوں کے جھلسنے اور کناروں کو گھماؤ، اسی خوراک کے ساتھ 3-4 کلوگرام فی ایکڑ کی سفارش کی جاتی ہے۔ آلو کے لیے، زنک کی کمی کے نتیجے میں پتوں پر نیکروٹک دھبے ہوتے ہیں اور ٹبر کی تشکیل میں تاخیر ہوتی ہے، جب کہ زہریلا پن پتوں کے کرلنگ اور خراب ٹبر کے معیار کا سبب بنتا ہے۔ 6-8 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ تجویز کیا جاتا ہے۔ پالک کو زنک کی کمی ہونے پر پیلے، مسخ شدہ پتے اور سست ترقی کا سامنا کرنا پڑتا ہے، اور زہریلے پن کی صورت میں پتوں کے دھبے اور کم بایوماس کا سامنا کرنا پڑتا ہے، جس کے لیے زنک سلفیٹ کی 3-4 کلوگرام فی ایکڑ ضرورت ہوتی ہے۔پھلوں کی فصلوں میں، لیموں، جیسے سنتری، کی کمی کی وجہ سے کلوروٹک موٹلنگ اور چھوٹے، تنگ پتے دکھاتے ہیں، جبکہ زہریلے پن کے نتیجے میں پتوں کے جلنے اور تنے کے مرجھانے کا باعث بنتے ہیں۔ زمین کے لیے 8-10 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ یا 0.2% فولیئر سپرے کی سفارش کی جاتی ہے۔ آم کے درختوں میں کمی کے تحت پتوں کے گلاب اور ٹہنیوں کے مرجھانے کی نمائش ہوتی ہے، جب کہ زہریلا پن چھال کے ٹوٹنے اور پتوں کے زرد ہونے کا سبب بنتا ہے، 8-10 کلوگرام فی ایکڑ کا مشورہ دیا جاتا ہے۔ انگور ناقص پھلوں کے سیٹ اور کمی ہونے پر پتے کے پیلے ہونے کا شکار ہوتے ہیں، اور زہریلے ہونے پر نوک جلنے اور پتوں کے سائز میں کمی ہوتی ہے۔ زنک سلفیٹ 80-100 گرام فی پودا لگانے کی سفارش کی جاتی ہے۔ کیلے کے لیے، پرانے پتوں میں انٹروینل کلوروسس اور خراب گچھے کی کمی کی وجہ سے ہوتی ہے، اور زہریلے پن کے تحت کالی لکیریں اور جڑوں کا سڑنا ہوتا ہے۔ 6-8 کلوگرام فی ایکڑ تجویز کیا جاتا ہے۔

For legumes, zinc deficiency in soybeans causes shortened internodes and yellowing of leaves, while toxicity results in darkened root nodules and leaf necrosis. A dosage of 6–8 kg/acre of zinc sulfate is advised. Groundnuts show yellowing of younger leaves and poor pod formation under deficiency, and stunted growth with blackened leaf veins under toxicity; 3–4 kg/acre is recommended. Chickpeas display pale foliage and delayed flowering due to deficiency and leaf spotting and slowed seed development due to toxicity, with the same dosage of 3–4 kg/acre suggested.

پھلیوں کے لیے، سویابین میں زنک کی کمی کی وجہ سے پتوں کے چھوٹے ہونے اور پیلے ہونے کا سبب بنتا ہے، جب کہ زہریلے پن کے نتیجے میں جڑوں کے گہرے گڑھے اور پتوں کے نیکروسس ہوتے ہیں۔ زنک سلفیٹ کی 6-8 کلوگرام فی ایکڑ خوراک تجویز کی جاتی ہے۔ مونگ پھلی چھوٹے پتوں کے پیلے پڑنے اور کمی کے تحت پھلی کی خراب تشکیل، اور زہریلے پن کی وجہ سے پتوں کی سیاہ رگوں کے ساتھ نشوونما کو روکتی ہے۔ 3-4 کلوگرام فی ایکڑ کی سفارش کی جاتی ہے۔ چنے کی کمی اور پتوں کے دھبے اور زہریلے پن کی وجہ سے بیج کی نشوونما میں سستی کی وجہ سے پیلے رنگ کے پودوں اور پھولوں میں تاخیر ظاہر ہوتی ہے، اسی خوراک کے ساتھ 3-4 کلوگرام فی ایکڑ تجویز کیا جاتا ہے۔

In cash crops, cotton exhibits leaf bronzing and reduced boll formation under deficiency and yellow patches and burnt leaf tips under toxicity, with 8–10 kg/acre recommended. Sugarcane suffers from interveinal chlorosis and shortened stalks under deficiency, while toxicity leads to leaf streaks and reduced cane weight; the advised dosage is 8–10 kg/acre. For tea, zinc deficiency causes leaf curling and reduced leaf size, while toxicity results in leaf necrosis and poor shoot development; 6–8 kg/acre of zinc sulfate is effective.

Finally, in oilseed crops, mustard shows pale leaves and poor flowering under deficiency and yellow veins and restricted growth under toxicity, with 4–6 kg/acre of zinc sulfate advised. Sunflower displays yellowing between veins and poor seed development under deficiency, while toxicity causes leaf scorching and tip burn; 6–8 kg/acre of zinc sulfate is recommended.

نقدی فصلوں میں، کپاس پتوں کی کانسی کی نمائش اور کمی کے تحت بول کی تشکیل میں کمی اور زرد دھبوں اور زہریلے پن کے تحت پتوں کے جلے ہوئے اشارے دکھاتی ہے، جس کی سفارش 8-10 کلوگرام فی ایکڑ ہے۔ کمی کے تحت گنے کو انٹروینل کلوروسس اور چھوٹے ڈنٹھل کا سامنا کرنا پڑتا ہے، جبکہ زہریلا پن پتیوں کی لکیروں اور گنے کے وزن میں کمی کا باعث بنتا ہے۔ تجویز کردہ خوراک 8-10 کلوگرام فی ایکڑ ہے۔ چائے کے لیے، زنک کی کمی پتیوں کے جھرنے اور پتوں کے سائز کو کم کرنے کا سبب بنتی ہے، جبکہ زہریلے پن کے نتیجے میں پتوں کے گردے اور شوٹ کی خراب نشوونما ہوتی ہے۔ 6-8 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ مؤثر ہے۔آخر میں، تیل کے بیجوں کی فصلوں میں، سرسوں کی کمی اور زرد رنگ کی رگوں کے تحت پیلے پتے اور کمزور پھول دکھائی دیتے ہیں اور زہریلے پن کے تحت بڑھنے کو محدود کرتے ہیں، جس میں 4-6 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ کا مشورہ دیا جاتا ہے۔ سورج مکھی رگوں کے درمیان پیلے پن کو ظاہر کرتی ہے اور کمی کے تحت بیجوں کی ناقص نشوونما ہوتی ہے، جبکہ زہریلا پن پتوں کے جھلسنے اور نوکوں کو جلانے کا سبب بنتا ہے۔ 6-8 کلوگرام فی ایکڑ زنک سلفیٹ کی سفارش کی جاتی ہے۔

Functions of Zinc in Plants

Zinc acts as a metal activator for enzymes like carbonic anhydrase, alcohol dehydrogenase, superoxide dismutase, and RNA polymerase.Essential for auxin (IAA) synthesis from tryptophan.Deficiency restricts RNA synthesis, inhibiting protein production, leading to protein-poor plants.

Zinc Status of Soils and Plants

Zn concentration in the lithosphere: ~80 mg/kg.Common Zn minerals: Sphalerite (ZnS), Smithsonite (ZnCO3), Hemimorphite (Zn(OH)2Si2O₂H₂O).Total Zn in soils: 10-300 mg/kg (average ~50 mg/kg).Highly leached acidic soils (<30 mg/kg) often cause Zn deficiency.Zn availability matters more than total Zn content (<1 to a few mg/kg).

Soil Conditions Associated with Zn Deficiency

• Alkaline and calcareous soils
• Flooded rice soils
• Exposed subsoils (land leveling, erosion)
• Soils high in available phosphorus (P)
• Acidic sandy soils low in total Zn
• Fine clay and silt-rich soils
• Some organic soils

Zinc Solubility and pH Dependence

• Zn solubility decreases 10x for each unit increase in pH.
• Deficiency is common in alkaline and calcareous soils due to Zn adsorption by carbonates.
• More pronounced in cool, wet springs; warmer weather increases Zn availability.
• Zn uptake occurs as Zn²⁺ ion via diffusion.

Soil Testing for Zn Fertility

• Acid extractants (0.1 N HCl) ineffective for alkaline soils.
• Chelating agents DTPA and AB-DTPA are preferred.
• Critical soil-test Zn limits:
  • DTPA-Zn < 0.5 mg/kg
  • AB-DTPA-Zn < 1.9 mg/kg
• Zn-deficient crops respond well to Zn fertilization.

Diagnosing Zn Deficiency in Plants

• Plant Zn concentration reflects soil Zn availability.
• Healthy plant Zn range: 20-100 mg/kg dry matter.
• Deficiency: <20 mg/kg (severe: <15 mg/kg).
• Seed analysis effective for diagnosing Zn deficiency, especially in legumes.

Zinc Toxicity

• Excess Zn: >100 mg/kg.
• Toxic Zn levels: >400 mg/kg (rare in field conditions).

Zinc Deficiency in Pakistan

• First reported in 1989 (Hadda disease in rice).
• Widespread in rice-growing areas, particularly IRRI rice varieties.
• Affects maize, citrus, sorghum, mustard, and wheat.
• About 70% of cultivated land is Zn-deficient, making Zn deficiency the third most serious crop-nutrition problem after nitrogen (N) and phosphorus (P).

Interaction of Zinc with Other Nutrients

• Cu²⁺, Fe²⁺, and Mn²⁺ compete with Zn²⁺ uptake.
• High P levels induce Zn deficiency in Zn-marginal soils.
• Excessive nitrogen fertilization can worsen Zn deficiency.
• Acid-forming N fertilizers (NH₄)₂SO₄ enhance Zn uptake, while basic fertilizers reduce Zn absorption.

Flooding-Induced Zinc Deficiency in Rice

• Zn deficiency occurs in flooded rice but not in wheat on the same soils.
• Submergence increases Ca, Mg, P, Fe, and Mn, which inhibits Zn absorption by roots.

Symptoms of Zinc Deficiency in Plants

• Yield losses up to 50% without visible symptoms.
• Common symptoms:
  • White bud in maize
  • Interveinal chlorosis (pale-green/yellow/bleached leaves)
  • Chlorotic bands on monocots (e.g., maize mid-rib bands)
  • Brown rusty spots (bronzing) in rice, soybean, sorghum
  • Delayed maturity (2-3 weeks) in wheat, sorghum, cowpea
  • Short internodes, malformed leaves (rosette symptoms in fruit trees)
  • Premature leaf drop in citrus, 'little leaf' in apple trees

Crop Sensitivity to Zinc Deficiency

• Highly sensitive: Maize, beans, rice, citrus.
• Moderately sensitive: Wheat, sugarcane, mustard, carrot.
• Varietal differences:
  • IR-6 rice more sensitive than Basmati-370.
  • Zn requirement differs across maize, sorghum, and navy bean varieties.

Correction of Zinc Deficiency

• Soil Application:
  • Zn sulfate is the most common fertilizer.
  • Chelates (Zn-EDTA) are effective but expensive.
  • Application rates:
    • Zn salts: 5-10 kg Zn/ha
    • Chelates: 0.5-2 kg Zn/ha
    • 10 kg Zn/ha lasts 3-5 years
  • Thorough soil incorporation is necessary.
• Foliar Sprays:
  • Effective, especially for fruit trees.
  • Citrus: 10-15 kg Zn/ha, diluted in 6 kg ZnSO₄/100L water.
  • To prevent foliage damage, add hydrated lime or use Zn oxide/carbonate.
• Other Methods:
  • Seed coating, root dips, tree injections.
  • Dipping rice nursery roots in 1% ZnO or 0.5% ZnSO₄ before transplanting prevents deficiency.

notes

1. Foliar Spray: In cases of acute deficiency, a 0.5% Zinc Sulfate solution is recommended as a foliar spray to correct symptoms quickly.
2. Soil Incorporation: Zinc Sulfate is typically applied during soil preparation.
3. Toxicity: Overapplication of zinc can harm plants, causing symptoms like leaf burn and reduced crop yields. Always follow soil test recommendations.
4. pH Consideration: Zinc availability decreases in soils with high pH (alkaline soils). Acidifying agents or chelated zinc fertilizers might be required in such cases.

Conclusion

Zinc plays a pivotal role in maintaining plant health and soil fertility. Zinc sulfate fertilizers effectively address deficiencies, ensuring robust plant growth, improved crop yields, and better quality produce. However, sustainable zinc management also requires attention to soil pH, organic matter, and microbial activity to optimize its availability. Integrating zinc fertilizers with biological solutions, such as zinc-solubilizing bacteria and mycorrhizal fungi, offers a holistic approach to zinc nutrition in agriculture.

By addressing zinc deficiency proactively, farmers can significantly enhance the productivity and resilience of cereals, vegetables, fruits, and other crops.