شکل های شیمیایی و قابل استخراج به وسیله DTPA آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب صنعتی

دانشکده مهندسی آب و خاک
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته
شیمی و حاصلخیزی خاک
شکل های شیمیایی و قابل استخراج به وسیله DTPA آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب صنعتی
پژوهش و نگارش:
سیده آمنه قریشی امیری
استاد راهنما:
دکتر مجتبی بارانی مطلق
استاد مشاور:
دکتر اسماعیل دردی پور
زمستان 1393
چکیده
از میان عناصر مورد نیاز گیاهان، کمبود آهن به عنوان عنصر کممصرف بیشترین محدودیت را برای محصولات کشاورزی در سرتاسر جهان دارد و تعیین اشکال شیمیایی فلزاتی نظیر آهن در خاک های تیمار شده با لجن فاضلاب، برای مدیریت بهتر کاربرد اصلاح کنندههای آلی در خاکهای کشاورزی ضروری است. هدف از این تحقیق، تعیین اشکال شیمیایی آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب با استفاده از روش عصارهگیری دنبالهای و آهن قابل عصارهگیر با DTPA با روش لیندزی و نورول (1978) بود. آزمایش به صورت گلخانهای با شش سطح لجن (صفر، 5/22، 45، 90، 180 و 360 تن در هکتار) بر پایه طرح کاملا تصادفی با 4 تکرار به مدت 90 روز بر روی گیاه گندم و اسفناج اجرا گردید. به طور کلی با کاربرد لجن فاضلاب، عملکرد ریشه و اندام هوایی اسفناج و گندم نسبت به شاهد افزایش یافت. فراوانی شکلهای آهن در خاک کشت شده با گندم، در خاک شاهد به صورت، کربناتی< تبادلی< آلی< متصلبه اکسیدهای آهن و منگنز< باقیمانده بود. با اعمال تیمارها، ترتیب اجزا تغییر نکرد و به همان صورت باقیمانده بود. با اعمال لجن فاضلاب، بیشترین افزایش نسبت به تیمار شاهد در جزء تبادلی و کمترین افزایش در جزء باقیمانده مشاهده گردید. در خاک شاهد تحت کشت اسفناج، اجزاء مختلف آهن به صورت آهن تبادلی< آهن کربناتی< آهن آلی< متصلبه اکسیدهای آهن و منگنز< آهن باقیمانده بود. با اعمال تیمارها، ترتیب تغییر نکرد با این تفاوت که در تیمار 360 تن در هکتار برای همه اجزاء آهن بهجز اکسیدهای آهن و منگنز، افزایش بیشتری نسبت به تیمار شاهد مشاهده گردید. نتایج همچنین نشان داد مقدار آهن قابل عصارهگیری با DTPA با کاربرد لجن فاضلاب افزایش یافت.
واژه های کلیدی: لجن فاضلاب، شکلهای شیمیایی، آهن، اسفناج و گندم
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
کمبود عناصر کممصرف در اراضی زیر کشت غلات، گسترش جهانی داشته و میلیونها هکتار از اراضی قابل کشت در دنیا دارای کمبود یک یا چند عنصر غذایی کممصرف هستند (بلالی، 1383). از بین عناصر کم مصرف و مورد نیاز گیاه، آهن نقش مهم و حیاتی در موجودات زنده دارد. توجه به غلظت این عنصر در خاک به دلیل اثر بر افزایش عملکرد محصولات کشاورزی دارای اهمیت زیادی است (شریفی و همکاران، 1390). آهن در گیاه در ساخت پروتئینهای مهمی از جمله آنزیمهای حاوی آهن و لگهموگلوبین و همچنین در ساخته شدن کلروفیل نقش دارد. همچنین آهن برای تنفس و واکنشهای اکسایش و کاهش در گیاه ضروری است (ملکوتی و همایی، 1383). در ایران طبق بررسیهای انجام شده حدود 37 درصد از مزارع تحت کشت گندم آبی دچار کمبود شدید آهن هستند (بلالی، 1378).
با وجود آنکه آهن فراوانترین عنصر کم مصرف در پوسته زمین است، اما بیشترین محدودیت را برای تولید محصولات کشاورزی در خاکهای آهکی مناطق خشک و نیمه خشک سبب شده است. قلیایی بودن، مقادیر زیاد آهک، کمبود مادهآلی، آبیاری سنگین، تراکم خاک و نیز تهویه ضعیف خاک از عوامل کمبود آهن قابل دسترس در خاکهای آهکی هستند (فاجریا و همکاران، 2002؛ کولی یاراس و همکاران، 2004 و لیو همکاران، 2005). در چنین شرایطی مصرف کود آهن کارایی لازم را نخواهد داشت و برای برطرف کردن کمبود آهن، مصرف مقادیر زیاد کودهای حاوی این عنصر ضروری است که علاوه بر مقرون به صرفه نبودن موجب آلودگی محیط زیست، تخریب ساختمان خاک و بر هم خوردن عناصر غذایی خواهد شد (کلیسی و همکاران، 1999؛ تینکر و همکاران، 1989).
در سالهای اخیر، کاربرد بقایای آلی حاوی مواد آلی بالا مانند کودهای حیوانی، کمپوست، بقایای- محصولات و سایر پسماندهای شهری و صنعتی در خاکهای مناطق نیمهخشک، به یک راه کار محیطی برای حفظ ماده آلی خاک و فراهم کردن عناصر غذایی مورد نیاز گیاه تبدیل شده است (تجدا و همکاران، 2006). ارزش کودی پسماندهای آلی نظیر لجن فاضلاب در تحقیقات متعدد در کشورهای مختلف نشان داده شده است (خیامباشی، 1376؛ رضایی نژاد، 1379؛ محمدی نیا، 1994؛ رضوی، 2000؛ افیونی و همکاران، 2006؛ بیگدلی و سیلسپور، 2008). سلیمان و همکاران (2010) گزارش نمودند، لجن فاضلاب می تواند به عنوان منبعی برای تأمین عناصر غذایی مورد استفاده قرار گیرد.
لجن فاضلاب مواد جامدی است که در روشهای مختلف تصفیه به منظور حذف آلایندههای معلق و محلول از فاضلاب در تصفیه خانههای فاضلاب به دست میآید (میرحسینی و همکاران، 1387). به طور متوسط 30 میلیون تن لجن فاضلاب سالیانه در جهان تولید می شود که حدود 21 میلیون تن آن به عنوان کود به زمینهای کشاورزی اضافه می گردد (واثقی و همکاران، 1382). این مواد ممکن است غنی از آهن و مواد بیوشیمیایی متصل شونده باشند که به نگهداشت آهن و دیگر فلزات در محلول خاک کمک می کنند. همچنین می توانند واکنشهای شیمیایی و بیولوژیکی که موجب دسترسی بیشتر آهن در خاک میشوند را تحریک کنند (جورکویتچ و همکاران، 1988). استفاده از مواد آلی در خاک ممکن است منجر به تغییر شکلهای مختلف آهن در خاک شود. تغییرات در این بخش میتواند دسترسی آهن برای جذب گیاه را افزایش دهد. برای درک رفتار فلزات در خاک، روشهای مختلفی به منظور تجزیه و تفکیک فلزات به بخشهای مختلف شیمیاییشان توسعه یافته است. این شکلها ممکن است شامل تبادلی، بهطور اختصاصی جذب شده، محبوس شده یا جذب بر روی اکسیدهای خاک، پیوندهای آلی در باقیماندههای زیستی و ریزموجودات زنده و به شکل کربناتی باشد (امریچ و همکاران، 1982).
روشهای عصارهگیری دنبالهای در ارزیابی قابلیت استفاده عناصر کم نیاز مورد استفاده قرار میگیرند (سینگ و همکاران، 1987؛ آگراوال و گوپتا، 1990؛ فوینتز و همکاران، 2004؛ فنگ و همکاران، 2005؛ گوپتا و سینا، 2007). از جمله روشهایی که به طور گسترده برای اندازهگیری و جداسازی شکلهای آهن خاک استفاده میشود، روش استخراج دنبالهای است که توسط تسیر و همکاران (1979) ارائه و به صورت گسترده در تعیین شکلهای عناصر سنگین در خاکها بهکار برده میشود (آلوارز و همکاران، 2006).
1-2- اهداف
بررسی اثر لجن فاضلاب صنعتی بر برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک
بررسی اثر لجن فاضلاب صنعتی بر رشد و عملکرد دو گیاه گندم و اسفناج
اثر کاربرد لجن فاضلاب صنعتی بر توزیع شکلهای مختلف آهن در خاک
رابطه بین شکلهای مختلف آهن با آهن جذب شده توسط گیاه
فرضیههایی که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت:
با توجه به غنی بودن لجن فاضلاب از مواد آلی و عناصر ضروری مورد نیاز گیاه میتوان پیشبینی کرد که کاربرد آن موجب افزایش عملکرد گیاهان مورد مطالعه و غلظت عناصر مورد نیاز گردد.
همچنین پیشبینی میشود که کاربرد لجن فاضلاب صنعتی به خاک سبب افزایش آهن قابل استفاده و شکلهای مختلف آهن در خاک میگردد.
فصل دوم
کلیات و بررسی منابع
لجن فاضلاب
به مراحلی که مواد جامد از مواد مایع فاضلاب جدا میشود را تصفیه گویند. مایع حاصله پساب و مخلوط جامد که رطوبتی حدود 97-95 درصد دارد را لجن گویند (بهرهمند و همکاران، 1381). کاربرد لجن از دو جنبه زراعی و محیطی حائز اهمیت است. اولاً مواد آلی را برای خاک مهیا میکند و ثانیاً سبب چرخه عناصر غذایی مورد نیاز گیاه در خاک میشود (چانگ و همکاران، 1984).
مصرف لجن فاضلاب در زمین یکی از مهمترین روشهای استفاده مجدد است که شامل مصارف کشاورزی، جنگلکاری، درختکاری، احیای اراضی و موارد دیگر میشود (بینا و همکاران، 1383). لجن فاضلاب از پتانسیل کودی بسیاری برخوردار است، اما قبل از استفاده آن در زمین باید اثر آن را بر افزایش عناصر مورد توجه قرار داد (واثقی و همکاران، 2005). این ماده بهدلیل دارا بودن ماده آلی فراوان تاثیر بهسزایی در افزایش قابلیت جذب فلزات کممصرف و عناصر سنگین در خاک دارد. همچنین فلزات موجود در لجن نیز عمدتاً به صورت ترکیبات آلی بوده که دارای قابلیت جذب زیادی میباشند و غلظت قابل توجهی را در گیاه ایجاد خواهند نمود (نظری و همکاران، 1385). اما قسمت اعظم فلزات سنگین در حین عملیات تصفیه فاضلاب، به صورت اکسید و یا هیدروکسید در لجن تهنشین میشوند (بینا و همکاران، 1383). البته لجن فاضلاب با توجه به مراحل تولید ممکن است دارای پتانسیل خطرات آلودگیهای زیستی نیز باشد که اضافه شدن مقادیر بالای آنها به خاک ممکن است خطرات آلودگی محیط زیست و زنجیره غذایی انسان را در پی داشته باشد. از اینرو با توجه به اثرات مفید این ماده، توصیه میشود مطالعات زیست محیطی و بررسی امکان آلودگی این مواد نیز به صورت جداگانه انجام و هرگونه توصیه کاربرد این مواد با احتیاط لازم انجام گیرد. از طرفی مصرف لجن فاضلاب به عنوان کود و یا اصلاح کننده خاک در مزارع کشاورزی مناسب بوده و دارای مزایایی است که این مزایا از سه محور مورد بررسی قرار گرفته و بسیار مهم است:
الف: میتوان لجن فاضلاب را به عنوان یک منبع با ارزش مواد مغذی و نیز یکی از روشهای دفع لجن با هزینه پایین مورد بررسی قرار داد.
ب: میتوان کاربرد لجن فاضلاب را از نظر مزرعهداران به منظور افزایش سود مورد توجه قرار داد.
ج: میتوان از دیدگاه اقتصاد کشور و بهبود آن به مسئله کاربرد لجن فاضلاب توجه کرد (بینا و همکاران، 1383).
با توجه به اینکه کشورمان خاکهای فقیر از نظر مواد مغذی دارد، واردات کودهای شیمیایی هزینههای ارزی-ریالی زیادی داشته و از طرفی باعث آلودگی غیر قابل جبران محیط زیست میشود. از آنجایی که لجن فاضلاب از نظر ارزش کودی بسیار ارزشمند میباشد، برنامهریزی دراز مدت برای امکان گسترش تولید کود از لجن که در آن رعایت ضوابط و استانداردها از نظر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، زیستی و عناصر بالقوه سمی رعایت شده باشد، به عنوان یک منبع درآمد و کمک به اقتصاد صنعت آب و فاضلاب کشور میگردد (بینا و همکاران، 1383).
تأثیر لجن فاضلاب بر برخی خصوصیات خاک
لجن فاضلاب منبع با ارزشی از عناصر غذایی ضروری گیاه است. مقدار ماده آلی به نسبت زیاد لجن میتواند اثر مطلوبی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک داشته باشد (برولیر و همکاران، 1992) و این بهخصوص برای خاکهای ایران که با کمبود مواد آلی مواجه هستند، دارای اهمیت میباشد (افیونی و همکاران، 1998).
اثر لجن فاضلاب بر خصوصیات فیزیکی خاک
افزودن لجنفاضلاب به عنوان کود آلی به خاک، اثرات مطلوبی روی ویژگیهای فیزیکی آن دارد (بهرهمندو همکاران، 2002). احمدآبادی و قاجار (1391) با بررسی اثر کاربرد کمپوست، ورمیکمپوست و لجن فاضلاب روی برخی خواص فیزیکی خاک بیان داشتند که کاربرد این پسماندهای آلی در خاک، موجب افزایش معنیدار تخلخل، رطوبت در نقاط ظرفیت زراعی، پژمردگی و ظرفیت نگهداشت آب در خاک و همچنین کاهش جرم مخصوص ظاهری و حقیقی در مقایسه با تیمار شاهد گردید. که در این رابطه تأثیر کمپوست و لجن فاضلاب نسبت به ورمیکمپوست بیشتر بوده است.
آگلیدس و لوندرا (2000) نیز افزایش رطوبت خاک را با بهکارگیری 75، 150 و 300 متر مکعب لجن فاضلاب در هکتار گزارش کردند و بیشترین مقدار آن را مربوط به تیمار 300 متر مکعب لجن فاضلاب در هکتار دانستند.
اپستین و همکاران (1975) با افزودن 5 درصد وزنی لجن فاضلاب به خاکی با بافت لوم سیلتی گزارش کردند که هدایت هیدرولیکی اشباع پس از 27 روز انکوباسیون افزایش یافت. آنها همچنین دریافتند که افزودن لجن فاضلاب به خاک منجر به کاهش جرم مخصوص ظاهری نسبت به شاهد گردید.
زائری و همکاران (1384) نیز با استفاده از لجن فاضلاب در دو سال پیاپی و همچنین به صورت باقی مانده، دریافتند که افزودن لجن، افزایش نفوذپذیری خاک، پایداری خاکدانهها و کاهش جرم مخصوص ظاهری خاک را در پی خواهد داشت. همچنین نتایج آنان نشان داد که تاثیر لجن فاضلاب و تداوم آن به میزان زیادی به میزان لجن مصرفی بستگی دارد.
مندز و همکاران (2012) با بررسی اثر کاربرد لجن صنعتی بر برخی از خصوصیات فیزیکی خاک گزارش کردند که کاربرد لجن موجب افزایش پایداری ذرات خاک گردید.
وانگ و همکاران (2014) با بررسی اثر کاربرد لجن فاضلاب بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاکهای شنی دریافتند که افزودن لجن موجب کاهش وزن مخصوص ظاهری گردید. آنها دلیل این امر را افزایش میزان تخلخل خاک در اثر افزودن مواد آلی بیان کردند.
رحیمی آلاشتی و همکاران (1392) بیان کردند که افزودن پسماند آلی به خاک، موجب افزایش ظرفیت زراعی، تخلخل و ظرفیت نگهداشت رطوبت خاک گردید. اما جرم مخصوص ظاهری در مقایسه با تیمار شاهد کاهش یافت.
اثر لجن فاضلاب بر خصوصیات شیمیایی خاک
چنانچه خاک نتواند عناصر غذایی ضروری را به میزان کافی برای گیاه تامین کند، استفاده از اصلاح کنندههای خاک الزامی است (اسکندری و آستارایی، 1386). بسیاری از اصلاح کنندههای آلی نظیر لجن فاضلاب و کمپوستهای آلی عناصر غذایی گیاهان را دارا بوده و به عنوان کود آلی عمل میکنند (مککی و همکاران، 2003). در واقع این ترکیبات آلی با تأثیرگذاری بر خصوصیات شیمیایی خاک از قبیل pH، ظرفیت تبادل کاتیونی، درصد کربن آلی، سطح عناصر پرمصرف (ازت، فسفر و پتاسیم) و کممصرف (روی، آهن، منگنز و مس) خاک، شرایط مناسبی را برای رشد و نمو گیاه و حصول عملکرد بالا را تضمین مینمایند (هارگریوز و همکاران، 2008).
رحیمی آلاشتی (1389) در بررسی اثرات باقیمانده کودهای آلی (کمپوست، ورمیکمپوست و لجن فاضلاب) بر خصوصیات شیمیایی خاک اظهار داشت در تیمارهایی که یک سال کود خورده و سه سال پس از آن دیگر کودی دریافت ننمودهاند، برخی خواص شیمیایی خاک نظیر کربن آلی خاک بیش از مقدار شاهد بود و نسبت به شاهد اختلاف معنیداری نشان دادند. همچنین اثر باقیمانده تیمارهای کودی بر میزان پتاسیم و فسفر خاک در اکثر تیمارها تأثیر معنیداری نسبت به شاهد داشت.
گندمکار و همکاران (1382) در یک آزمایش مزرعهای در اصفهان روی اثر باقیمانده شیرابه کمپوست بر برخی خصوصیات خاک دریافتند که اثرات باقیمانده شیرابه باعث افزایش معنیدار ماده آلی خاک، ازت و پتاسیم قابل جذب خاک گردید.
وبر و همکاران (2007) نیز گزارش کردند که کاربرد کودهای آلی، علاوه بر افزایش کربن آلی خاک، سبب افزایش قابل توجه مقادیر قابل جذب برخی عناصر پرمصرف در طول دوره تحقیق (سه سال) شد. در این تحقیق همچنین تغییرات سودمندی در ترکیب مواد هومیکی خاک رخ داد که با افزایش نسبت اسید هومیک به اسید فولویک همراه بود.
همچنین نتایج پژوهشهای محققان نشان داد که با کاربرد لجن، pH خاک کاهش مییابد (برج و همکاران، 1987). واثقی و همکاران (1383) دلایل احتمالی این کاهش را تجزیه مواد آلی موجود در لجن، تولید مواد اسیدی و pH اولیه لجن فاضلاب دانستهاند.
در تحقیقی که در ایالت واشنگتن امریکا انجام شد، پس از استفاده 17 ساله از لجن فاضلاب در جنگل مشاهده شد که کربن، نیتروژن و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک افزایش یافته و pH خاک کاهش یافت، که این امر محدود به افق سطحی (A) بوده است (برالیر و همکاران، 1992).
بولدانتونی و همکاران (2010) گزارش کردند که با افزودن مواد آلی به یک خاک آهکی با بافت لوم شنی، ظرفیت تبادل کاتیونی خاک افزایش یافت.
برون و کتون (2011) گزارش کردند که با افزایش پسماند آلی نظیر کمپوست و لجن فاضلاب، میانگین کربن آلی در عمق صفر تا 15 سانتیمتری به طور معنیداری افزایش یافت.
نتایج مطالعات اورمان و همکاران(2014) نشان داد کاربرد لجن فاضلاب pH خاک را کاهش و هدایت الکتریکی را نسبت به خاک شاهد افزایش داد. نتایج مشابهی توسط سینگ و آگراوال (2007) و لاتار و همکاران (2014) گزارش شده است.
اثر لجن فاضلاب بر خصوصیات زیستی خاک
لجن فاضلاب با دارا بودن مواد آلی فراوان منبعی برای تغذیه و فعالیت ریز موجودات خاک میباشد. اثر لجن فاضلاب بر فعالیت میکروبی و تنفس خاک توسط برخی محققین مورد بررسی قرار گرفته است (سوبا و همکاران، 2011؛ ولنا ماروکا و همکاران، 2007).
رز و همکاران (2006) بیان کردند، کاربرد لجن فاضلاب باعث افزایش دسترسی ریز موجودات به سوبسترا در پی اضافهکردن مواد آلی و همچنین باعث افزایش ترشحات ریشهای میشود که افزایش فعالیت آنزیمی را در پی دارد. در نتایج آنها بالاترین فعالیت آنزیمی در تیمار چهار دوره کاربرد لجن فاضلاب مشاهده شد.
آرجو و موتییرو (2006) تأثیر کمپوست لجن کارخانه نساجی را بر یک خاک اسیدی آهک خورده در برزیل مورد بررسی قرار دادند و گزارش کردند که به کاربردن معادل مقادیر 4/6 و 19 تن در هکتار از لجن مذکور، بعد از دو ماه انکوباسیون، باعث افزایش معنیداری در تعداد باکتریهای خاک شد.
سالک گیلانی و همکاران (1383) با بررسی اثر لجن فاضلاب بر شدت نیتریفیکاسیون و جذب نیتروژن به وسیله گیاه ذرت دریافتند که کاربرد مقادیر مختلف لجن فاضلاب باعث افزایش معدنی شدن نیتروژن و و نیتریفیکاسیون میگردد.
حجتی و همکاران (1385) با بررسی تاثیر لجن فاضلاب بر شاخص بیوماس میکروبی خاک، فعالیتهای آنزیمی و عملکرد گیاه ذرت گزارش نمودند، که با افزایش مقدار و دفعات کوددهی با لجن فاضلاب؛ کربن آلی، نیتروژن کل خاک، فعالیت آنزیم های ال-گلوتامیناز، فسفاتاز قلیایی، بتا-گلوکوزیداز، آریل- سولفاتاز و شاخص بیوماس میکروبی به صورت معنیداری نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت.
لجن فاضلاب میتواند حاوی باکتریهای بیماریزا و پروتوزوآها باشد که منشاء بیماریهای خطرناک برای انسانها، حیوانات و گیاهان هستند. با این وجود، گزارشها بیانگر آن است که موجودات پاتوژن و پارازیتهای موجود در لجن و همچنین سمیت ناشی از فلزات سنگین موجود در آن میتوانند قبل از مصرف لجن در مزارع با انجام اقدامات اختصاصی بر روی آن، مثل کمپوست کردن، روشهای شیمیایی و تصفیه زیستی به طور مطمئنی کاهش پیدا کنند (گوپتا، 2004؛ کارل و همکاران، 2002).
اثر لجن فاضلاب بر عناصر کممصرف و فلزات سنگین در خاک
در میان عناصرغذایی مورد نیاز گیاه، عناصر کممصرف هر چند در مقادیر کم مورد نیاز میباشند، اما فقدان آنها میتواند مسائل جدی در تولید محصول و سلامتی انسانها و حیوانات ایجاد کند (گوپتا و همکاران، 2008). معمولاً خاکها شامل مقادیر کافی از عناصر کممصرف مطابق نیاز گیاه میباشند، اما در برخی مناطق کمبود عناصر کممصرف اتفاق میافتد که میتواند عملکرد محصولات را کاهش دهد (لوکاس و کنزک، 1973).
امروزه توجه کشاورزان و متخصصین علوم کشاورزی به اهمیت و نقش عناصر کم مصرف روز به روز بیشتر میشود. علت اصلی این توجه پیدایش مسایل جدیدی است که در نتیجه برداشت روز افزون از این عناصر و عدم برگشت آنها به خاک میباشد. میزان برداشت عناصر غذایی به خصوص عناصر کممصرف به علت برداشت بیشتر و افزونتر از خاک که در نتیجه کاشت ارقام اصلاح شده، مصرف کودهای شیمیایی و مدیریت بهتر حاصل شده بسیار زیاد بوده و با پیشرفت بیشتر در امور مختلف مرتبط با کشاورزی، روند از دست دادن عناصر کممصرف خاک بیشتر خواهد شد. میزان مصرف عناصر کممصرف در کشورهای با کشاورزی پیشرفته، حدود 2 الی 4 درصد کل کود مصرفی است. این مقدار در کشور ما ناچیز وحدود دو گرم برای هر تن است. به عبارت دیگر مصرف سالانه کود شیمیایی در ایران حدود 5/2 میلیون تن است و 3 درصد آن 75000 تن خواهد بود که این مصرف در حال حاضر در کشور به 200 تن در سال نیز نمی رسد. به طور کلی در خاکهای آهکی در مقایسه با خاکهای اسیدی، کمبود عناصر کممصرف بیشتر مطرح است (شاهویی، 1385؛ ملکوتی،1379؛ محمودی و حکیمیان، 1380).
در سالهای اخیر کاربرد لجن فاضلاب در خاکهای کشاورزی، از یک طرف به عنوان یک کود آلی ارزان قیمت و سرشار ار عناصر غذایی مختلف و از طرف دیگر به عنوان یک روش ایمن برای دفن پسماند حاصل از تصفیه فاضلابهای شهری مورد توجه قرار گرفته است (جمیل و همکاران، 2006؛ هاولین و همکاران، 2006؛ سینگ و آگراوال، 2008). گرچه استفاده از لجن فاضلاب منبع عناصر کممصرف و برخی عناصر پرمصرف می باشد، اما استفاده زیاد از ‌آن، امکان ایجاد غلظتهای سمی از عناصر در خاک را افزایش داده و سبب تجمع عناصر سنگین در خاک میشود (اسلون و همکاران، 1998). همچنین کاربرد لجن فاضلاب در کشاورزی می تواند باعث آلودگی خاک، سمیت گیاهان و تجمع عناصر کمیاب در زنجیره غذایی شود. میزان سمیت این عناصر به عواملی چون خصوصیات خاک، گونه گیاه، نوع لجن، واکنش بین لجن و خاک، تأثیر شکلهای شیمیایی یک فلز قابل دسترس برای گیاه و غلظت عناصر در محصولات وابسته است. فاکتورهای فوق جذب و غلظت عناصر در محصولات را تغییر می دهد (کلی و همکاران، 1984).
برای پیشگیری از جذب بیش از حد فلزات سنگین توسط گیاه، آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا، اتحادیه اروپا و نیز سازمان حفاظت محیط زیست و بهداشت جهانی قوانینی وضع کردهاند که مقدار لجن فاضلاب مورد استفاده باید بر پایه فلزهای سنگین و دیگر آلایندههای آن باشد (مک براید، 2003). بنابراین پیش از توصیه کاربرد لجن فاضلاب لازم است که حد آستانه سمیت برای هر فلز بسته به نوع خاک و شرایط محیطی مکان کاربرد لجن تعیین گردد (واثقی و همکاران، 2001).
جدول 1-2- محدوده غلظت و پراکندگی عناصر پرمصرف، کممصرف و فلزات سنگین موجود در لجن فاضلاب شهری نقاط مختلف دنیا (لیندسوی و همکاران، 1978)
عنصر محدوده (درصد) عنصر محدوده µg/g
کربن ‌آلی 39-18 منگنز 7100-58
ازت کل 6/11-5/0 بُر 760-12
فسفر 3/14-5/0 کبالت 18-3
گوگرد 5/1-8/0 سرب 19730-58
پتاسیم 64/2-02/0 روی 27800-108
سدیم 19/2-01/0 مس 10100-85
کلسیم 20-9/1 نیکل 3520-2
منیزیم 92/1-03/0 کادمیوم 3410-3
آهن 3/15-1/0 کروم 28850-20
آهن در خاک
آهن چهارمین عنصر فراوان پوسته زمین بعد از اکسیژن، سیلیسیم و آلومینیم با میزان 6/5 درصد میباشد و متوسط مقدار آن در خاک 8/3 درصد تخمین زده شده و تقریباً در هر نوع خاکی یافت میشود. ولی بیشتر بهصورت غیرقابل حل در بین لایههای مختلف کانیها و اکسیدهای آهن وجود دارد. معمولأ یون آهن به صورت مختلف در خاک مشاهده میگردد (به حالت دو ظرفیتی و یا سه ظرفیتی). در کانیهای اولیه آهن بهصورت Fe2+ است که در طی هوادیدگی در محیطی با تهویه نامناسب این کانیها حل شده و Fe2+ آزاد میکنند در حالیکه در خاکهای با تهویه خوب بهFe3+ تبدیل و به صورت اکسید و هیدروکسید+ Fe3 رسوب میکند (ملکوتی و همکاران، 1382).
حلالیت آهن در خاک عمدتاً توسط اکسیدهای آهن سه ظرفیتی کنترل میگردد. غلظت Fe3+ در خاک به pH وابسته است و در pH بین 6/5 تا 8 به حداقل خود میرسد (شکل 1-2). که متاسفانه اکثریت خاکهای کشور نیز دارای این pH هستند. بهطور کلی به ازاء هر یک واحد کاهش در pH فعالیت Fe3+ هزار بار افزایش مییابد (لیندزی، 1998).
یون سه ظرفیتی آهن در خاک تقریباً تحرکی نداشته و در اکثر موارد غیرمحلول است و به خاک و لجن رنگ قرمز میدهد. در حالیکه در شرایط احیایی خاک که در این حالت آهن دو ظرفیتی در خاک غالب میباشد، رنگ خاک خاکستری و گاهی هم آبی به نظر میرسد. بنابراین رنگهای خاک میتوانند تحت تأثیر اکسیدهای آهن باشند، اکسیدهای آهن نظیر گوتیت و هماتیت در اکثر موارد عامل تغییر رنگ در خاکها میباشند. بهطور کلی رنگهایی که بین قرمز و بژ هستند از قبیل قرمز، زرد، نارنجی، قهوهای، بژ و رنگهای بین خاکستری تا سبز در نتیجه وجود آهن در خاک پدید میآیند (ملکوتی و تهرانی، 1384؛ اوسان، 1383).
دو کانی گوتیت و هماتیت فراوانترین و پایدارترین اکسیدهای آهن موجود در خاک میباشند. در بیشتر نقاط کشور ما، مهمترین عامل کمبود آهن، زیادی بیکربنات در محلول خاک است که این بی کربنات خود نیز حاصل انحلال آهک در محلول خاک است. بیکربنات تولید شده در محلول خاک، خاصیت بافری دارد بدین معنی که با جلوگیری نسبی از کاهش pH در اطراف ریشه از حلالیت بیشتر ترکیبات آهندار و قابلیت جذب آهن میکاهد (اوسان، 1383؛ شاهویی، 1385).
2-5- پراکنش جغرافیایی آهن
به دلیل کمتوجهی به نقش عناصر غذایی در افزایش کمی و کیفی محصولات کشاورزی، اطلاعات کمی در مورد پراکنش جغرافیایی کمبود یا بیشبود کلیه عناصرغذایی از جمله عناصر کممصرف در دست است. ولی آنچه مسلم است کمبود آهن عمدتاً در خاکهای غیرآهکی و سبک (شنی) دیده میشود، اما در خاکهای آهکی مناطق خشک با تهویه کافی، شایعتر میباشد. در مطالعه جامع فائو که توسط سیلانپا در سال 1982 در بیش از 30 کشور جهان انجام شده است، معلوم گردید که بیش از 30 درصد خاکهای این کشورها به نوعی به کمبود یک یا چند عنصر کممصرف از جمله آهن مبتلا هستند. ولی کمبود آهن را در کشورهای مالتا، مکزیک، ترکیه و زامبیا شدید توصیف نموده است. گزارشهای متعدد از مناطق دیگر جهان از جمله در گیاهانی که در مناطق خشک، آهکی و خاکهای غیر شور آهکی کشورهای شرق مدیترانه، خاورمیانه و هند و بنگلادش رشد کردهاند، حاکی از بروز کمبود آهن در این کشورهاست (ضیائیان، 1382).
در ایران گزارش مستند و کاملی از وضعیت و پراکندگی کمبود آهن در گیاهان وجود ندارد. شواهد موجود حاکی از کمبود شدید آهن به خصوص در درختان میوه در اغلب استانهای کشور است. زرد برگی ناشی از آهک، شکل خاصی از کمبود آهن در گیاهان است که بخش وسیعی از کشور ما را فرا گرفته است. استانهای تهران، قزوین، خوزستان، خراسان، فارس، اصفهان و آذربایجان بیش از سایر مناطق دچار این مشکل هستند. در مطالعاتی که به منظور تعیین حد بحرانی آهن و روی در گندم در بیش از 30 استان توسط محققین موسسه خاک و آب انجام گرفته است، بیانگر کمبود شدید آهن در استان خراسان میباشد. بر اساس این تحقیقات حدود 37 درصد از اراضی مورد مطالعه، از لحاظ آهن کمبود داشتهاند (ملکوتی و تهرانی، 1384؛ زرین کفش، 1376؛ بلالی و همکاران، 1379). در استان گلستان کمبود آهن در خاک در عمق 30-0 به میزان 75 درصد و در عمق 60-30 به میزان 94 درصد مشاهد شد (نصراللهنژاد و همکاران، 1388).
2-6- مقدار آهن در گیاهان و خاک
سطح مناسب آهن برای گیاهان در دامنه 50-250 میلیگرم در کیلوگرم و سطح بحرانی آن در گیاه 50 میلیگرم در کیلوگرم است. بهطوری که اگر غلظت آهن کل در ماده خشک 50 میلیگرم در کیلوگرم باشد، احتمالا کمبود آهن رخ میدهد که میتواند به دلیل نافراهمی یا جذب ناکافی عنصر باشد. غلظت آهن در برگهای جوان گیاهان میتواند در حدود 300 تا 400 میلیگرم در کیلوگرم باشد (مورت وت، 1991). اگر مقدار آهن در برگهای جوان از 500 میکروگرم در هر گرم ماده خشک گیاهی کمتر باشد، بروز علائم کمبود آهن محتمل خواهد بود (ملکوتی و همایی، 1383).
میانگین وزن آهن در پوسته زمین 8/3 درصد است و مقدار آهن کل 7/1 تا 8/4 درصد میباشد که در محدوده طبیعیگزارش شده برای خاکها 5/0 تا 5 درصد گزارش شده است (لیون و همکاران، 1982). آهن به مقدار نسبتاً کم بهوسیلهی گیاه جذب میشود بهطوری که سطح بحرانی آن 5 میلیگرم در کیلوگرم در خاک میباشد (آگراوال، 1992). درحالی که لیندزی و نورول (1987) حد بحرانی آهن را 5/2 تا 5/4 میلیگرم بر کیلوگرم گزارش نمودند. در خاکهای آهکی قلیایی، بروز کمبود آهن کاملاً طبیعی است، چون قابلیت استفاده آهن کم است. دامنهی آهن قابل استفاده در خاک از 09/0 تا 225 میلیگرم در کیلوگرم متغیر است (کانوار و رانهاوا، 1974). میزان آهن قابل استفاده خاکهای استان گلستان از 9/2 تا 1/22 میلیگرم در کیلوگرم گزارش شده است (امامی، 1389).
2-7- نقش آهن در گیاه
اولین بار در سال 1860 ضرورت وجود آهن برای گیاهان توسط ناپ و ونساچز کشف شد و از آن زمان تاکنون تحقیقات بیشماری در این رابطه انجام گرفته است. البته این تحقیقات در ایران از دهه 40 آغاز شده و رشد کندی نیز داشته است و عمدتاً بر روی درختان میوه بوده است. آهن نقش تأثیرگذاری را درگیاهان دارد. آهن تعدادی از آنزیمها را فعال ساخته و نقش مهمی در سنتز RNA دارد. در اثر کمبود آهن غلظت کلروفیل و دیگر رنگریزه های گیاهی نظیر کاروتن و گزانتوفیل کاهش مییابد. آهن در فعال ساختن حاملهای الکترون هر دو فتوسیستم (I و II) موثر است. در اثر کمبود آهن فتوسنتز شدیداً کاهش مییابد درحالی که کمبود آن اثری بر تنفس ندارد. همچنین در اثر کمبود آهن به علت کاهش فردوکسین و در نتیجه کاهش احیاء نیتریت، نیترات در گیاه تجمع مییابد. در لگومهای که از کمبود آهن رنج میبرند، احتمالاً به علت صدمه دیدن تکثیر باکتریها در طی تشکیل اولیه گره، گرهبندی توسط ریزوبیومها مختل میگردد. به طور کلی در برگهای تمام گونههای گیاهی علامت اصلی کمبود آهن جلوگیری از رشد کلروپلاست است (ملکوتی وهمکاران، 1384؛ زرین کفش، 1376). رامش و همکاران (2001) در بررسی اثر فسفر و آهن در عملکرد آفتابگردان گزارش کردند که عملکرد دانه و درصد پروتئین با میزان 5 میلیگرم آهن در یک کیلوگرم خاک، برای هر گیاه افزایش معنیداری مییابد. سینگ (2000) در بررسی اثر عنصر آهن در خواص فیزیولوژیکی آفتابگردان گزارش کرد که افزودن آهن به میزان 10 کیلوگرم در هکتار اثر معنیداری در عملکرد دانه دارد.
2-8- علائم ظاهری کمبود آهن در گیاه
اگر گیاهی قادر به جذب آهن به مقدار کافی نباشد ساخت سبزینه (کلروفیل ) در برگ کاهش مییابد و برگها رنگ پریده خواهند شد. به نحوی که، ابتدا فاصله بین رگبرگها و سپس با شدت یافتن کمبود، به جز رگبرگها، تمام سطح برگ زرد میشود. چون آهن در گیاه پویا نیست (غیرمتحرک است)، این علائم ابتدا در برگهای جوان و در قسمت بالای ساقه مشاهده میشود و با شدت یافتن کمبود، تمامی گیاه را در بر میگیرد. در درختان میوه، زردی برگ در حالی که رگبرگها کم و بیش سبز ماندهاند، پدیده رایجی است. حاشیه برگها با شدت یافتن کمبود به سفیدی گراییده، سپس علائم سوختگی (نکروز) مشاهده میشود. باید توجه داشت که تنها کمبود آهن به زردی برگ منجر نمیشود، کمبود ازت، گوگرد، منیزیم، و برخی عناصر غذایی دیگر، بعضی آفات و بیماریها و یا نور کم در مواردی به رنگ پریدگی برگ میانجامد (سالاردینی، 1382). سامر و همکاران (1995) در آزمایشی بر روی ذرت دریافتند که کمبود آهن باعث کاهش اندازه کلروپلاست میگردد و گیاه کوتاه میماند.
2-9- اثر لجن فاضلاب بر عملکرد گیاه
گزارشات نشان می دهد کاربرد لجن فاضلاب بر رشد و عملکرد گیاه میتواند مثبت، منفی و یا بی اثر باشد. مقدار لجن اضافه شده به خاک، گیاه کشت شده، خصوصیات خاک مانند بافت و ظرفیت تبادل کاتیونی و خصوصیات لجن، برخی از عواملی هستند که میتوانند در مثبت یا منفی بودن اثر لجن فاضلاب بر رشد مؤثر باشند (کسرایی، 1389؛ افیونی و همکاران، 1377و هندریک، 1994).
گزارشات متعددی در مورد اثر لجن فاضلاب بر عملکرد گیاهان مختلف ارائه شده است (زاریچ و میلز، 1979؛ آگلیدس و لوندرا، 2000؛ فروست، 2000؛ دلیباکاک و همکاران، 2009؛ گو و همکاران، 2012).
پرز-مورسیا و همکاران (2006) با بررسی تأثیر کمپوست لجن فاضلاب بر رشد کلم بروکلی گزارش نمودند، افزودن لجن باعث افزایش عملکرد گیاه و افزایش عناصر پرمصرف و کممصرف در کلم بروکلی گردید.
سیمونی و همکاران (1984) استفاده از لجن فاضلاب را موجب کاهش عملکرد گیاهانی چون کاهو و یولاف دانستهاند که دلیل آن افزایش بیش از حد شوری خاک است.
خدیوی (1386) پس از بررسی اثر کودهای کمپوست و لجن فاضلاب بر جذب عناصر سنگین توسط گندم نشان داد که در بین عناصر مورد مطالعه، غلظت آهن در دانه و کاه و کلش بیشترین مقدار را داشته است. همچنین با بررسی همبستگی غلظت عناصر در اندامهای گیاهی گندم با فرمهای مختلف دریافتند که بین جذب و مقدار قابل جذب و کل عناصر، در بیشتر موارد همبستگی وجود دارد. اسپیر و همکاران (2004) افزایش عملکرد چغندر را در اثر افزودن کمپوست لجن فاضلاب گزارش کردند.
هودجی (1380) در تحقیق خود نشان داد که کاربرد لجن فاضلاب افزایش معنیداری در عملکرد هر سه گیاه شاهی، کاهو و اسفناج به همراه داشته است که این افزایش در سطح 5 درصد معنیدار است. موررا و همکاران (2002) نشان دادند که افزودن لجن فاضلاب به خاک ( 80، 130 و 160 تن در هکتار) میانگین وزن خشک آفتابگردان را به طور معنیداری افزایش داد.
اکدینز و همکاران (2006) اثرات کاربرد لجن فاضلاب و نیتروژن را بر رشد سورگم دانهای در ترکیه بررسی نمودند. نتایج آنان نشان داد، لجن فاضلاب باعث افزایش ماده خشک گیاهی و دانه، ارتفاع گیاه و میزان نیتروژن برگ و کل گیاه و کل نیتروژن جذب شده گردید. همچنین آنان بیان داشتند، غلظت فلزات سنگین در برگ و دانه کمتر از سطوح سمی برای انسان و دام بوده و می توان از لجن فاضلاب به عنوان کود نیتروژن در تولید سورگوم دانهای استفاده نمود.
سانگ و لی (2010) با ارزیابی جنبههای اقتصادی و زیست محیطی مصرف لجن فاضلاب بر خاک و گیاه گزارش نمودند، لجن فاضلاب باعث افزایش بیوماس برگ و پارامترهای فیزیولوژیکی مانند میزان کلروفیل و سرعت فتوسنتز میگردد.
پیردشتی و همکاران (2010) گزارش کردند، افزودن 40 تن در هکتار لجن فاضلاب به خاک تحت کشت سویا، شاخص کلروفیل برگ و عملکرد گیاه را در مقایسه با کودهای شیمیایی و دیگر کودهای آلی افزایش داد.
کومار و کوپرا (2014) با بررسی اثر کاربرد تیمارهای لجن فاضلاب در لوبیا دریافتند که افزودن لجن موجب افزایش عملکرد گیاه گردید. آنها افزایش عملکرد ناشی از اعمال لجن را به ترتیب در برگ، ساقه و ریشه گیاه مشاهده کردند.
همچنین افزایش عملکرد ذرت (کاستیکا و همکاران، 2007)، آفتابگردان (لاوادو، 2006) و برنج (کبیر و همکاران، 2011) در اثر کاربرد لجن فاضلاب نیز گزارش شده است.
2-10- اثر لجن فاضلاب بر غلظت آهن در گیاه
افزودن مقادیر زیاد مواد آلی به خاکها به موجب کاهش اسیدیته خاک و همچنین بهدلیل دارا بودن مقادیر زیادی از عناصر ضروری گیاه از جمله آهن، حلالیت و جذب این عناصر را در خاک و گیاه افزایش میدهد (کبیرینژاد و همکاران، 1388).
کاپلان و همکاران (2014) گزارش کردند که افزودن لجن فاضلاب به خاک، موجب افزایش غلظت آهن موجود در ریشه گیاه شد. این افزایش در تیمارهای 60 و 80 تن در هکتار لجن مشاهده شد.
حسینپور و قاجار (1392) با بررسی اثر کاربرد لجن فاضلاب بر خاک تحت کشت تربچه دریافتند که با کاربرد لجن غلظت آهن در ریشه تربچه افزایش یافت. نتایج نشان داد که بیشترین میزان آهن در کاربرد سه ساله تیمار 40 تن در هکتار لجن مشاهده شد.
احمد و همکاران (2014) دریافتند که با کاربرد پسماند آلی به خاک، میزان غلظت عناصر کم مصرف نظیر آهن در بافت گیاه اسفناج افزایش یافت. نتایج آنها نشان داد که میزان آهن از 9/46 میلی گرم بر گرم به 9/71 میلی گرم بر گرم افزایش یافت.
شیخی و همکاران (1392) گزارش کردند که با افزودن پسماند آلی به خاک تحت کشت اسفناج، غلظت آهن اندام هوایی افزایش یافت. این افزایش در تیمار 10% وزنی پسماند آلی مشاهده شد.
احمد آبادی و همکاران (1390) بیان کردن که با افزودن لجن فاضلاب به خاک، عملکرد گیاه نعناع افزایش یافت. آنها همچنین دریافتند که به کارگیری لجن به عنوان یک کود آلی به صورت غنی شده و غنی نشده با کود شیمیایی، موجب افزایش غلظت عناصر کممصرف از جمله آهن در برگ گیاه نسبت به شاهد شد.
هایسنلی و همکاران (1979) افزایش غلظت عناصر کم مصرف از جمله آهن را در دانه گندم در اثر کاربرد لجن گزارش کردند.
کمال و همکاران (2013) با بررسی اثر کاربرد لجن فاضلاب در سطوح صفر، 40، 80، 120 و 240 تن در هکتار بر عملکرد گیاه برنج دریافتند که عملکرد گیاه برنج در اثر کاربرد لجن افزایش یافت و همچنین موجب افزایش غلظت آهن در دانه گیاه گردید. با کاربرد لجن غلظت آهن در دانه برنج از 33/482 میلیگرم بر گرم به 719 میلیگرم بر گرم افزایش یافت.
ابراهیمی (1380) طی پژوهشی اعلام کرد که افزودن مواد آلی نظیر لجن فاضلاب، به میزان 100 تن در هکتار، موجب افزایش معنیدار غلظت آهن در کاه ذرت گردید.
واثقی و همکاران (1380) گزارش کرد که کاربرد لجن فاضلاب در چهار خاک با اسیدیتههای متفاوت، موجب افزایش معنیدار غلظت فلزاتی نظیر آهن و روی در اندامهوایی و ریشه دو گیاه کاهو و اسفناج شد.
جارش و رهین (2001) دریافتند که مقدار آهن موجود در بوتههای ذرت تحت تیمارمصرف کمپوست لجن فاضلاب، در حد نیاز رشد بوتهها بوده و کمپوست لجن فاضلاب میتواند به عنوان منبع ارزشمند تأمین آهن برای کشت ذرت باشد.
محمدی و رهبر (1391) با بررسی اثر تیمارهای لجن فاضلاب در سطوح صفر، 4 و 6 درصد میلیگرم بر کیلوگرم بر روی گیاه دریافتند که افزودن لجن فاضلاب، موجب افزایش غلظت آهن از 69/55 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار شاهد به 46/62 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 6 درصد لجن در اندام هوایی گیاه رسید.
2-11- شکلهای آهن در خاک
آهن موجود در خاک با توجه به ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی یه شش دسته تقسیم میشوند که عبارتند از یونهای محلول، کمپلکسهای آلی و غیرآلی در محلول خاک، آهن تبادلی، کمپلکسهای پایدار آلی هوموس، آهن جذب شده بر روی اکسیدهای آبدار منگنز، آهن و آلومینیوم، آهن جذب شده بر روی کمپلکس کلوییدی هوموس، رس و آهن پیوند یافته با شبکه کریستالی از کانیهای خاک (تسیر و همکاران، 1979). اجزای آهن خاکها یا اشکال شیمیایی که معمولاً جدا میشوند محلول در آب، قابل تبادل، متصل به کربناتها، مواد آلی، اکسیدهای آهن و منگنز و یا به صورت اجزای معدنی باقیمانده هستند (سینگ و همکاران، 1988).
2-11-1- آهن تبادلی
آهن نگهداری شده بهوسیله جذب الکتروستاتیک (مکانیسمهای تبادلیونی یا جذب غیراختصاصی) در مکانهای تبادلی خاک، آهن تبادلی نامیده میشود. مکانهای تبادلی سطوح باردار منفی رسها و اکسیدهای آهن و آلومینیوم و منگنز و نیز گروههای عامل مواد آلی را شامل میشوند (هودگسون، 1963). بارمنفی کانیهای رسی ناشی از پروتوندهی گروههای هیدروکسیل است درحالی که جایگزینی همشکل یونها در ساختمان رسها در ایجاد بار دائمی نقش دارد. بار منفی بر روی اکسیدهای آهن و آلومینیوم و منگنز ناشی از پروتوندهی گروههای هیدروکسیل سطحی است (نوده شریفی، 1392).
2-11-2- آهن جذب اختصاصی شده
جذب اختصاصی آهن به شکل کمپلکس پایدار بین یون آهن و گروههای عامل بهویژه در سطح کلوییدهای آلی و غیرآلی خاک اشاره دارد. آهن میتواند بهطور اختصاصی توسط رسهای سیلیکاتی لایهای، اکسیدهای آهن و منگنز و آلومینیوم و مواد آلی جذب شود (نوده شریفی، 1392). در جذب اختصاصی، یونها با قدرت بسیار زیادی بهوسیله بارهای سطحی نگهداری میشوند. بهطوری که این یونها در کئوردیناسیون اتم ساختمانی نفوذ میکنند و بهوسیله پیوندهای کووالانسی از طریق اتمهای اکسیژن و یا گروههای OH به کاتیونهای ساختمانی پیوند مییابند (هوانگ، 1980).
2-11-3- آهن موجود در ساختمان کانیهای سیلیکاتی و کانیهای اولیه
آهن میتواند از طریق جایگزینی همشکل به درون کانیهای سیلیکاتی وارد شود. آهن در سنگهای بازالتی غالب است جایی که تجمعی از کانیهای فرومنیزیم و سولفیدها وجود دارد. بسیاری از ترکیبات آلی کمپلکس شده با منشأ میکروبی گیاهی موجود در خاک میتوانند عناصر میتوانند عناصر معدنی را حل کرده، موجب تخریب کانیها و تبدیل آنها به کانیهای ثانویه، ترکیبات بیشکل و کمپلکسهای آلی-معدنی محلول شوند (دیکسیت و هرینگ، 2006). مهمترین کانیهای موجود در سنگ آهن عبارتند از هماتایت- گئوتایت- مگنتایت- لپیدوکروسایت- بوهمایت. گئوتایت فراوانترین هیدروکسید آهن در خاک است، از نظر ترمودینامیکی یکی از پایدارترین کانیها در طبیعت است، و تقریباً در همه خاکها و اقلیمها وجود دارد. رنگ قهوهای مایل به زرد خاکها نیز متأثر از این کانیها است. سطح ویژه بالا، فراوانی در محیطهای طبیعی نظیر خاک، پایداری در شرایط مختلف آزمایشگاهی و ساده و مشخص بودن سطح کانی گئوتایت نسبت به دیگر اجزای خاک، موجب شده است که در بیشتر مطالعات مربوط به جذب سطحی یونها و تجزیههای کمی به عنوان نماینده خاک و بخش اکسیدهای خاک استفاده شود (شورتمن و تیلور، 1989).
2-11-4- آهن پیوند یافته با توده زنده خاک
قسمتی از آهن خاک با پسماندهای زیستی و مواد میکروبی و موادآلی در حال تجزیه پیوند یافته مییابد. آهن یکی از عناصری است که با اتصال به ترکیبات آلی مرکب و یا ترکیبات آلی ساده مثل اسیدهای سیتریک و اگزالیک که به مقدار نسبتاً زیادی در خاک وجود دارد، کمپلکسهای پایدار آلی آهنرا بهوجود میآورد. ریز موجودات هتروتروف در خاکهای آنیونهای کمپلکسهای آلی آهن را به عنوان منبع انرژی مصرف کرده و آهن آنها را آزاد میسازد. بازگرداندن بقایای گیاهی به خاک و تخریب آنها از طریق تجزیه میکروبی، میزان آهن خاک را افزایش میدهد. با این وجود، آهن میتواند از طریق ورود به بافتهای میکروبی تثبیت شده و برای گیاه غیرقابل دسترس گردد (هودگسون، 1963).
2-12- تعیین آهن خاک به روش عصارهگیری دنبالهای
برای درک رفتار فلزات در خاک، روشهای مختلفی به منظور تجزیه و تفکیک فلزات به بخشهای مختلف شیمیاییشان توسعه یافته است. محققان روشهای متفاوتی را برای جداسازی شکلهای مختلف عناصر کممصرف به کار بردهاند. از جمله روشهایی که به طور گسترده برای اندازهگیری و جداسازی اشکال آهن خاک استفاده میشود، روش استخراج دنبالهای است که در حقیقت یک روش آزمایشگاهی و تجزیهای است که در آن با استفاده از حلالهای شیمیایی، فازهای مختلف ژئوشیمیایی فلزات در طی پنج مرحله عملیاتی جدا میشوند. روش استخراج دنبالهای شامل پنج مرحله است که از روش تسیر و همکاران (1979) گرفته شده و معمولاً برای ارزیابی هر دو شکل پویا و بالقوه فلزات در محیط استفاده میشود (کلوپکاو همکاران، 1996). در این روش مقدار کل فلز به پنج بخش قابل تبادل، پیوند یافته با کربنات ها، پیوند یافته با اکسیدهای آهن و منگنز، پیوند یافته با موادآلی و باقیمانده تقسیم میشود (گلاسیز و همکاران، 2002).
1- بخش قابلتبادل: فلزاتی که در این جزء قرار میگیرند، به دلیل پیوندهای الکتروستاتیک ضعیف به راحتی تحت تاثیر فرایند های تبادل یونی (جذب/ واجذب) قرار میگیرند. pH و یا قدرت یونی آب نیز بر این فرایندها اثر میگذارد (تسیر و همکاران، 1979).
2- بخش کربناتی: این بخش به تغییرات pH حساس میباشد و آزاد سازی فلز از طریق انحلال بخشی از مواد جامد در 5 pH= انجام میشود. بخش فلزی که در این بخش بازیافت میشود، هم رسوب


شکل های شیمیایی و قابل استخراج به وسیله DTPA آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب صنعتی پایان نامه ها
قیمت: 11200 تومان

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *