منبع پایان نامه ارشد با موضوع آلی، زئولیت، افزایش، زئولیتها

دانلود پایان نامه

حیاتی مواد آلی در خاک و موفقیت در کشاورزی و همچنین حفاظت خاکها به عنوان بستر تولید غذا، ملزم به افزودن سالانه ماده آلی به خاک به عنوان بخشی از سیستم کلی مدیریت کشاورزی پایدار هستیم. گاهی ممکن است خاکهای تحت کشت در اثر استمرار عملیات تهیه زمین و در نتیجه افزایش سرعت اکسیداسیون بقایای آلی، کمتر از خاکهای بکر مواد آلی داشته باشند. مقایسه زمینهای کشت شده با زمینهای بکر مشابه در ایالتهای اوهایو و میسوری آمریکا، کاهشی در حدود 35 درصد مقدار مواد آلی و نیتروژن خاکهای کشت شده را نشان میدهد. بنابراین بسته به اقلیم منطقه، رطوبت خاک، تهویه، جمعیت میکروبی و همچنین روشهای کشت و کار، میزان ماده آلی مرتباً در حال تنزل است.
بر حسب تعریف، به کلیه بقایای آلی موجود در خاک اعم از زنده یا مرده، تازه یا کهنه، ساده یا پیچیده و همچنین موجودات تجزیه کننده این بقایا، مواد آلی اطلاق میشود (رستگار، 1375؛ کلباسی، 1375). در هر واحد حجمی خاکهای معدنی که اکثر خاکهای جهان را تشکیل میدهند، مواد آلی بخش کوچک (کمتر از 5 درصد) ولی بسیار مهمی را اشغال میکنند که با توجه به تأثیرات بسیار زیاد آن بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، حاصلخیزی و زیستی خاک، حفظ همین سطح کم نیز از اهمیت ویژهای برخوردار است. برخلاف بخش معدنی خاک، بخش آلی پایداری چندانی نداشته و همواره حمله میکروبی باعث تجزیه و تخریب این مواد شده تا در نهایت ترکیبات ساده کربندار (CH4 ,HCO-3 ,CO2 ,CO2-3 ) به علاوه ترکیباتی نظیر نیتروژن، گوگرد، فسفر، کلسیم، منیزیم، پتاسیم، هیدروژن، اکسیژن و … آزاد گردند (محمدی ترکاشوند، 1388).
مواد آلی خاک حاصل از فساد و تجزیه باقیماندههای گیاهی و حیوانی توسط موجودات ذره- بینی شامل باکتری های هترو تروفیک، قارچها، اکتینومیسیتها، و سایر موجودات زنده می- باشد. معمولا سرعت فساد مواد آلی ساده سریع تر است و بعضی از ترکیبات آلی مانند لیگنین و هوموس به آسانی فاسد نمی شوند و در نتیجه بیشتر ماده آلی خاک از این مواد ساخته شده است. بطور متوسط میزان کربن در ماده آلی در حدود 58 درصد است (ملکوتی، 1384).

1-15-1- اثر مواد آلی بر کیفیت فیزیکی خاک
در خاکهای حاصلخیز، ذرات بسیار ریز خاک توسط مواد آلی به یکدیگر چسبیدهاند و ایجاد دانههای درشتی را می نمایند. در اینگونه خاکها فضاهای خالی کوچک توسط آب و فضاهای بزرگ توسط هوا اشغال شده است. در موقع آبیاری یا بارندگی، آب از طریق فضاهای درشت در خاک حرکت کرده و پس از مدت زمانی کوتاه مجدداً فضاهای درشت توسط هوا اشغال و در نتیجه عمل تهویه به خوبی انجام می شود. در صورت فقدان ماده آلی، ذرات ریز خاک به صورت پراکنده بوده و در این حالت اندازه فضاهای خالی بین ذرات کوچک است. در چنین شرایطی سرعت حرکت آب در خاک بسیار کند بوده و در اثر پرشدن فضاهای کوچک از آب، عمل تهویه به خوبی انجام نمی گیرد. از طرف دیگر با کاهش مواد آلی خاک و در نتیجه کوچک تر شدن اندازه ذرات در اثر پراکندگی، حجم کلی فضای خالی خاک نیز کاهش یافته و در نتیجه قدرت نگهداری آب در خاک و تامین رطوبت مورد نیاز گیاه کاهش مییابد. در خاکهای فاقد مواد آلی و به خصوص در خاکهای رسی به علت فقدان فضاهای درشت و کندی سرعت نفوذ آب در خاک در موقع بارندگی، آب در سطح خاک جریان یافته و موجب فرسایش می شود، در اینگونه خاکها پس از خشک شدن، سطح خاک به صورت توده های متراکم و عاری از مواد آلی در آمده که با ایجاد سله در سطح خاک، از جوانه زدن بذر جلوگیری می شود. ظرفیت تبادل کاتیونی که رابطه تنگاتنگی با درجه حاصلخیزی خاک دارد نیز به مقدار زیادی تابع مقدار مواد آلی خاک است. در فرمول زیر رابطه بین ظرفیت نگهداری کاتیون در خاک با درصد رس ( (C و ماده آلی ((O آمده است.
CEC= (0.36 تا 0.5) (C) + (2.4 تا 2.6) (O)
چنانچه ملاحظه میشود اثر هر گرم ماده آلی در حدود 6 برابر هر گرم خاک میباشد و از این پدیده، اثر مهم ماده آلی در ذخیره و آزادسازی کاتیونهای غذایی در تغذیه گیاه روشن میگردد. اثر مواد آلی در حفظ و نگهداری رطوبت خاک نیز مشابه است و ماده آلی علاوه بر ایجاد فضای مناسب برای نفوذ و نگهداری آب در فضاهای ایجاد شده، خود موجب ذخیره مقدار بیشتری آب در خاک میگردد. با توجه به مراتب فوق نتیجه می شود که ماده آلی خاک از راه ایجاد ساختمان مناسب موجب نفوذ بهتر و نگهداری بیشتر آب در خاک شده و علاوه بر تهویه بهتر، موجب افزایش ظرفیت نگهداری کاتیونهای غذایی و افزای حاصلخیزی خاک میشود (ملکوتی، 1384).

1-16- زئولیت
با توجه به روند رو به رشد جمعیت کشور و کاهش منابع آب و خاک و همچنین نقش کشاورزی در تامین نیازهای غذایی کشور لزوم به کارگیری روشهای مدرن در کشاورزی در جهت کاهش هزینههای مصرفی، استفاده بهینه از منابع آب و خاک و افزایش توان تولید بیش از پیش احساس میگردد. در دهههای اخیر به علت مسائلی همچون مصرف بیرویه آب، کودها و سموم شیمیایی، حاصلخیزی خاکها به شدت کاهش یافته و مشکلات زیست محیطی عدیدهای به وجود آمده است. یکی از مواد مفیدی که میتواند در برطرف نمودن مشکلات مذکور و افزایش تولید محصولات کشاورزی نقش موثری را ایفاء نماید زئولیت میباشد. از زئولیتها می توان به عناوین مختلفی در کشاورزی بهره برد به عنوان مثال از این مواد می- توان به عنوان حاصلخیز کنندههای خاک، استفاده درکشت هیدروپونیک، کاهش دادن غلظت عناصر سنگین درخاک، ماندگاری محصولات انباری با حفظ کیفیت اشاره نمود. زئولیتها کریستالهای آلومینوسیلیکاته هیدراته از عناصر گروه
? و? جدول تناوبی به ویژه سدیم، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، استرانسیم و باریم هستند (گوتاری و گالی، 1985). زئولیتها از قرن هجدهم میلادی برای دانشمندان شناخته شدند ولی تا حدود 70 سال پیش محققان و پژوهشگران کار علمی و یا عملی قابل توجهی بر روی آن انجام نداده بودند (کاظمیان، 1383).
فرمول عمومی این مواد معدنی که به دو صورت طبیعی و سنتزی موجود می باشند بصورت Mx/n [(Al2O3)x(SiO2)y].WH2O میباشد. در این فرمول M کاتیون قلیایی یا قلیایی خاکی با ظرفیت n میباشد و W تعداد مولکولهای آب و (x + y) تعداد چهار وجهیهای سلول واحد میباشد (برک، 1974).
از نظر ساختمانی (شکل 1) شبکه زئولیت چارچوبی آلومینوسیلیکاتی است که یک شبکه سه بعدی بی پایان ازچهار وجهیهای SiO4 و AlO4 را تشکیل میدهد که به وسیله اکسیژنهایشان به هم متصل شدهاند (حسینی ابری و پرهیزگار، 1386). مهمترین زئولیت طبیعی که کاربردهای کشاورزی آن مورد بررسی قرار گرفته است کلینوپتیلولیت با فرمول شیمیای Na3K3(Al6Si30O72), 24H2o می باشد (فقیهیان، 1998). منابع عظیم زئولیت، به ویژه زئولیت از نوع کلینوپتیلولیت، در ایران و در مناطق سمنان، میانه، رود هن، طالقان، طبس، کرمان و زاهدان وجود دارد. زئولیتهای طبیعی به طور عمده ای بر ظرفیت تبادل کاتیونی و ویژگیهای جذب سطحی خاک اثر دارند و به طور موثری در جداسازی عناصر سمی از آبهای آلوده به کار برده میشوند (بومان، 2003؛ گونتر، 2000؛ وینگن فلدر، 2005). در زئولیت نوع کلینوپتیلولیت ظرفیت تبادل کاتیونی درحدود meq/gr 2/25 است. ترتیب جذب کاتیون ها در این زئولیت به ترتیب Cs Rb K NH Ba Sr Na Ca Fe Al Mg L i می باشد.
با گذشت زمان و انجام تحقیقات فراوان و روشنتر شدن هر چه بیشتر جنبههای کاربردی زئولیتها در عرصه های گوناگون علمی به کارگیری این مواد در علوم مختلف رایج گشت که از جمله آنها می توان به کاربرد زئولیتها در تکنولوژی هستهای، تصفیه و بهینه سازی هوا، کاربرد در استفاده از انرژی خورشیدی، استفاده از آنها به عنوان حاصلخیزکنندهها، کاربرد در دامپروری، استفاده در شویندههای خانگی، استفاده در اطفاء حریق، هادیهای الکتریکی زئولیتی، سرامیکهای زئولیتی، استفاده به عنوان مصالح ساختمانی، کاربرد در علوم شیمی و… اشاره نمود (کاظمیان، 1383).

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   مشارکت مردم، کارشناسان آموزش، آزمون و خطا

شکل 1-4- شکل ساختاری زئولیت

زئولیت میتواند با توجه به ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی که دارد و همچنین توانایی جذب و نگهداری آب و جذب و آزاد سازی انتخابی کاتیونها موجب اصلاح خاک گردد (بحرینی طوحان، 1387). یکی از معروفترین زئولیتهای طبیعی کلینوپتیلولیت است که فراوانترین نوع زئولیت در ایران می باشد. این زئولیت طبیعی (کلینوپتیلولیت) با نگهداری برخی از کاتیون ها در ساختار خود و سپس آزادسازی آنها در محیط کشت، موجب افزایش رشد و تولید گیاهان شود و در کنار آن کنترل راحت تر محیط رشد و کاهش هزینه مواد غذایی مورد نیاز را به دنبال دارد (اسفندیاری، 1387). همچنین باعث تعادل رطوبتی درون محیط میشود و تبادل گازی را راحتتر میکند (اسفندیاری، 1387). افزایش ده درصدی زئولیت کلینوپتیلولیت به خاک شنی مورد استفاده در چمنها و زمینهای گلف در ژاپن تأثیر به سزایی در افزایش محصول و استقرار آن داشته است (فرگوسن و نبون، 1986). افزایش 1 تا 20 درصدی کلینوپتیلولیت به خاکها جهت اصلاح آنها با افزایش محصولات در بسیاری از گلها، درختان میوه و سبزیجات همراه میباشد (رهاکووا و گاوالووا، 2002). انواعی از زئولیتها وجود دارند که پس از انجام تبادل یون با کاتیونهای مورد نیاز گیاهان (نظیر پتاسیم، آمونیوم و فسفر) میتوانند به عنوان حاصلخیز کنندههای یونی به خاک اضافه شوند. یونهای موجود بتدریج از داخل شبکه زئولیتها رها شده و در اختیار گیاهان قرار میگیرند. زئولیتها همچنین میتوانند به عنوان رقیق کننده به کودها اضافه شوند و باعث بهبود شرایط فیزیکی و ظرفیت نگهداری رطوبت خاک شوند (کاظمیان، 1383).
غلامحسینی و همکاران، (1387) بر اساس انجام آزمایشی بر روی گیاه کلزا اظهار داشتند که به کارگیری زئولیتها همراه با کودهای شیمیایی می تواند تاثیر کودهای شیمیایی را بیشتر کرده باعث مصرف بهینه این دسته از نهادهها شوند. نتایج این آزمایش که بمنظور بررسی اثر سطوح مختلف نیتروژن و زئولیت بر عملکرد کمی و کیفی علوفه کلزای پاییزه صورت گرفت حاکی از معنیدار شدن اثر نیتروژن و زئولیت بر صفات کمی علوفه شامل عملکرد ماده خشک، وزن خشک برگ و ساقه و شاخص سطح برگ بود. به علاوه صفات کیفی علوفه (درصد پروتئین خام و درصد کلسیم در توده گیاهی) تحت تاثیر اثرات اصلی نیتروژن و زئولیت قرار گرفتند. با افزایش مصرف کود نیتروژن شستشوی نیتروژن افزایش و با افزایش مصرف زئولیت به طور معنیداری، شستشوی نیتروژن کاهش یافت. و کاربرد 270 کیلوگرم نیتروژن در هکتار در تلفیق با 9 تن زئولیت در هکتار بیشترین افزایش در صفات کمی و کیفی علوفه کلزا را ایجاد نمود (غلامحسینی، آقا علیخانی و ملکوتی، 1387).
بر اساس تحقیقات مامپتون (1999) کاربرد زئولیتها به همراه کودهای شیمیایی موجب افزایش عملکرد بسیاری از گونه های زراعی میگردد به گونهای که با مصرف 4 تا 8 تن زئولیت در هر هکتار بر عملکرد گندم 20 درصد، بادمجان 55 درصد، سیب 38 درصد، و هویج 63 درصد افزوده گشت (مامپتون، 1999). کاوسی و رحیمی (1382) در آزمایشی با بررسی تاثیر مصرف زئولیت بر روی گیاه برنج اظهار داشتند که کاربرد زئولیتها علاوه بر بهبود ساختمان و افزایش فعالیتهای بیولوژیکی خاک در تنظیم pH خاکهای اسیدی و جلوگیری از مصرف بی رویه
مواد اصلاح کننده همچون آهک موثر میباشد (کاووسی و رحیمی، 1382). زئولیتها علاوه بر استفاده به عنوان مواد حاصلخیزکننده خاک در افزایش ماندگاری محصولات کشاورزی در انبار نقش دارند. فساد میوهها و سبزیها در انبار ناشی از اتیلن که به طور طبیعی در بیشتر بافتهای گیاهی تولید میشود میباشد. با پوشش دادن زئولیتها با پرمنگنات پتاسیم که اکسید کنندهای قوی است و باعث از بین رفتن اتیلن میشود و قرار دادن محصولات در سطح وسیع زئولیتهای پوشش داده شده با پرمنگنات پتاسیم موجب افزایش یافتن عمر انبارمانی و حفظ خصوصیات کیفی محصولات استفاده میشود.
گزارشات رضایی کلج و همکاران (1387) در مورد کاهوی سالادی و کلم چینی؛ عمادپور و همکاران (1378) در مورد کیوی و زمردی (1384) در مورد سیب بیانگر افزایش عمر ماندگاری محصولات کشاورزی در انبار با حفظ خصوصیات کیفی بوسیله کاربرد زئولیت پوشش داده شده با پرمنگنات پتاسیم است. از کاربردهای دیگر زئولیتها در کشاورزی به کارگیری آنها در زمینه کشتهای بدون خاک یا کشت هیدروپونیک میباشد. زئولیت به دلیل دارا بودن ظرفیت تبادل کاتیونی بالا میتواند با جذب مواد مغذی همچون نیتروژن این عناصر را به تدریج در اختیار گیاه قرار دهد. اسفندیاری و همکاران (1387) بیان کردند که استفاده از زئولیت در بسترهای هیدروپونیک علاوه بر نگهداری فیزیکی گیاه در بسترها باعث ایجاد بالانس رطوبتی و حفظ عناصر غذایی در منطقه ریشه میگردد.
کاهش دادن سمیت عناصر سنگین در خاک و کاهش جذب آنها توسط گیاه از دیگر کاربردهای زئولیتها در کشاورزی است. افزایش شدید تولید و مصرف عناصر سنگین در چند دههی گذشته باعث شده است که مقادیر زیادی از آنها به صورت کاتیون وارد آب شود. بیشتر این یونها برای موجودات زنده سمی هستند. بعضی از آنها دارای خاصیت تجمع پذیری بوده و در بافتهای موجودات زنده ذخیره میشوند، زیرا سیستمهای بیولوژیکی در تماس با غلظت های پایین این فلزها در طی زمان طولانی آنها را جذب میکنند تا سرانجام غلظت آنها در بافتها به حدی بالا میرود که اختلالهای زیاد متعدد فیزیولوژیکی را باعث میشوند (استریوس تاوا و موهان، 1997). فلزهای سنگین با ایجاد مکانیسمهای متعدد، موجب به هم خوردن تعادل در موجودات زنده به ویژه انسان و گیاهان میشوند و طیف گستردهای از عوارض و اختلالها را به وجود میآورند. آبهای سطحی با تماس مستقیم با خاکهای حاوی فلزهای سنگین یا پسمانهای جامد معدنی و نیز تخلیه پسمانهای جامد یا پسابهای حاوی این فلزها از معادن و کارخانهها آلوده میشوند. آبهای زیرزمینی، با نفوذ فلزها از پسمانهای جامد، پسابهای مایع یا فاضلابهای لجنی که از معادن خارج میشوند، پسمان های تخلیه شده در چاههای عمیق، نفوذ از مردابهای حاصل از پسمانهای صنعتی و یا کارخانههای فراوری فلزها، آلوده میشوند (معاف، 1376).
زئولیتها توانایی خارج نمودن رادیونوکلئید CS137 از بدن انسان، دفع آلودگیهای شیر ومایعات معدنی، حذف رادیواکتیویته از خاکهای آلوده، مکملی برای شستشوی لباسهای آلوده به مواد رادیواکتیو نیز از موارد استفاده از زئولیتها میباشد (شریففر و حسن پور، 1387). زئولیت ها میتوانند با به تله انداختن عناصر سنگین و نامطلوب از جذب و تجمع این عناصر در گیاه جلوگیری کنند. پودرهای زئولیتی

پاسخی بگذارید