بخشی از مقاله
چکیده:
کانیهای رسی تأثیر زیادی بر دینامیک ماده آلی خاک دارند و رسها با حفاظت فیزیکی از ماده آلی سرعت تجزیه آن را کاهش میدهند. هدف این مطالعه بررسی تأثیر نوع و مقدار رس و نوع کاتیون تبادلی بر معدنی شدن نیتروژن آلی بود. برای این منظور مقادیر مشخصی از کانیهای رسی کائولینیت، ایلیت و مونتموریلونیت اشباع شده با کاتیونهای سدیم، کلسیم و آلومینیوم با شن خالص مخلوط شدند تا خاکهای مصنوعی با مقدار رس، کاتیون تبادلی و نوع رس متفاوت تهیه گردند. بقایای گیاهی یونجه به خاکهای مصنوعی اضافه و خاکها با فلور میکروبی یک خاک طبیعی تلقیح و به مدت 60 روز خوابانیده شدند و غلظت نیتروژن آمونیومی و نیتراتی هر 30 روز یکبار در نمونههای فرعی تهیه شده از خاک مصنوعی اندازهگیری شدند. نتایج نشان داد در مدت دو ماه خوابانیدن، درصد نیتروژن معدنی شده، در شن خالص بیشتر از خاکهایی با مقادیر 5 و 10 درصد رس بود که این امر نشان میدهد که مقدار رس بر ظرفیت خاکها در نگهداشت نیتروژن آلی مؤثر است. بیشترین و کمترین درصد نیتروژن معدنی شده به ترتیب در خاکهایی با کاتیونهای تبادلی کلسیم و آلومینیوم اندازهگیری گردیدند. درصد نیتروژن معدنی شده در مدت دو ماه خوابانیدن در خاکهایی با رس کائولینیت حداکثر و در خاکهایی با رس مونتموریلونیت حداقل بود.
مقدمه:
شناخت مکانیسمهای پایدار کننده ماده آلی در خاک، امری ضروری برای تعیین نقش ماده آلی در تغذیه گیاهان، ذخیره ماده آلی در خاک و جلوگیری از انتشار گازهای گلخانهای است .مطالعات اخیر نشان میدهند که کانیهای رسی نقش مهمی در پایداری ماده آلی در خاک و بهخصوص ترکیبات نیتروژندار آلی دارند رسها ماده آلی خاک را از تجزیه سریع میکروبی حفظ میکنند و از طریق مکانیسمهای مختلفی همچون حفاظت فیزیکی خاک از ماده آلی، به پایدار شدن آن کمک میکنند معدنی شدن نیتروژن یک فرایند میکروبی است که تحت تأثیر فاکتورهایی مانند دما و ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاکها قرار دارد . مقدار رس خاک بر سرعت معدنی شدن نیتروژن مؤثر است و سرعت معدنی شدن نیتروژن در خاکهایی با بافت درشت بیشتر از خاکهایی با بافت ریز است. خاکهایی ریز بافت مقدار رس بیشتری دارند و به دلیل وجود تخلخل ریز فراوان در این خاکها، ماده آلی از تجزیه میکروبی حفظ میشود - ترکیبات نیتروژندار میتوانند بر سطح رسها جذب شوند و رسها انتقال این مولکولها به آب خاک را به تأخیر انداخته و با جذب و غیرفعال کردن آنزیمهای برون سلولی که توسط موجودات تجزیه کننده و برای شکستن مولکولهای آلی ترشح میکنند باعث کاهش سرعت تجزیه میکروبی این ترکیبات میشوند .بهطورکلی، طول عمر و پایداری مواد آلی بستگی به قدرت پیوند این مواد با کاتیونهای تبادلی رسها مانند کلسیم، آهن و آلومینیوم و کاتیونهای ساختمانی آنها دارد . کاتیونهای تبادلی همچنین با تغییر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکها و تأثیر بر خاکدانهسازی و فعالیت میکروبی میتوانند تأثیر شگرفی بر دینامیک ماده آلی داشته باشند .مطالعات بسیاری نشان میدهند که مقدار ماده آلی خاک همبستگی مثبتی با مقدار رس خاک یا ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - آن دارد در نتیجه سرعت معدنی شدن ماده آلی و تجزیه بقایای گیاهی در خاکهای شنی سریعتر از خاکهای رسی میباشد . سرعت معدنی شدن کمتر در خاکهای رسی به دلیل حفاظت فیزیکی خاک از ماده آلی و بیوماس میکروبی میباشدکانیهای رسی فیلوسیلیکاته نقش مهمی در نگهداشت نیتروژن آلی دارند - Deb and کوارتز و کانیهای رسی غیر منبسط شونده مانند کائولینیت پیوندی ضعیفی با ماده آلی خاک دارند درحالیکه فیلوسیلیکاتهای لایهای منبسط شونده مانند مونتموریلونیت با سطوح داخلی زیاد توانایی بیشتری برای جذب ماده آلی دارند وگل1 و همکاران - 2014 - گزارش کردند که ماده آلی بهطور یکنواخت به سطح بیرونی ذرات رس متصل نمیشود، بلکه گوشهها و سطوح ناهموار، مکانهای اصلی اتصال ماده آلی هستند. اگرچه تأثیر بافت خاک بر نگهداشت و دینامیک ماده آلی خاک مورد مطالعه قرار گرفته است. ولی تأثیر نوع رس کمتر مورد بررسی قرار گرفته و تأثیر کاتیونهای تبادلی بر دینامیک و نگهداشت ماده آلی خاک کاملاً ناشناخته است. این پژوهش با هدف مطالعه تأثیر نوع و مقدار رس، نوع کاتیون تبادلی و اثر متقابل آنها بر معدنی شدن نیتروژن بقایای گیاهی یونجه صورت گرفت.
مواد و روشها:
مخلوطهای شن و رس - خاکهای مصنوعی - 2 برای مطالعه تاثیر نوع و مقدار رس و نوع کاتیون تبادلی بر معدنی شدن نیتروژن بقایای گیاهی یونجه مورد استفاده قرار گرفتند. رسهای مورد استفاده در این مطالعه شامل کائولینیت3، ایلیت4 و مونتموریلونیت5 خالص بودند که از انجمن کانیهای رسی آمریکا تهیه و با سه کاتیون مختلف سدیم، کلسیم و آلومینیوم برای تهیه رسهایی با کاتیون تبادلی یکسان6 اشباع شدند. رسهای دارای کاتیون تبادلی یکسان، در نسبتهای صفر، 5 و 10 درصد وزنی برای تهیه 27 نوع خاک مصنوعی مختلف 50 - گرمی - با شن شسته شده با اسید، مخلوط شدند و بقایای یونجه به میزان 5 درصد وزنی برای هر تیمار به کار برده شد. آزمایش در سه تکرار و با مجموع 81 واحد آزمایشی و آرایش فاکتوریل با طرح کاملاً تصادفی اجرا گردید. ذرات شن مورد استفاده در خاکهای مصنوعی تا حذف کامل نمکهای محلول و ذرات رس شسته شدند . سپس ذرات شن از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند و آن دسته از ذراتی که بر روی الک 0/05 میلیمتر باقی ماندند، برای آزمایش استفاده گردید . در ابتدا برای حذف کربن آلی، ذرات شن در دو مرحله در کوره در دمای 550 درجه سانتیگراد برای مدت 4 ساعت حرارت داده شدند. سپس ذرات شن با اسیدکلریدریک 2 مولار تا حذف کامل کربناتها - عدم جوشش با اسید کلریدریک - شسته شدند. در ادامه ذرات شن با آب مقطر شسته و در دمای 105 درجه سانتیگراد در آون خشک شدند. برای تهیه رسهایی با کاتیونهای تبادلی یکسان، نمونههایی از رسهای خالص کائولینیت، ایلیت و مونتموریلونیت با محلول یک مولار NaCl اشباع شدند تا سدیم تبادلی منجر به انتشار آنها گردد. سپس رسها تا خروج املاح اضافی با آب مقطر شسته شدند و به کمک دستگاه التراسونیک پراکنده و ذرات کوچکتر از 2 میکرومتر به روش تهنشینی جدا شدند . - Jackson, 1979 - ذرات رس کوچکتر از 2 میکرومتر برای تهیه رسهایی با کاتیون تبادلی یکسان به کار برده شدند و با سه کاتیون سدیم، کلسیم و آلومینیوم از طریق مصرف محلولهای یک مولار NaCl، CaCl2 و AlCl3 سه بار اشباع شدند . - Golchin et al., 1996 - بعد از اشباع کردن رسها با کاتیونهای مختلف، نمونههای رس بهطور جداگانه در لوله دیالیز ریخته شدند و تا خروج کامل املاح اضافی و یون کلر در آب مقطر قرار گرفتند. عدم وجود یون کلر در آب مقطری که لولههای دیالیز در آن قرار گرفته بودند با محلول نیترات نقره یک مولار بررسی گردید . - Yoder, 1919 - رسهای تیمار شده به کمک دستگاه فریزدرایر خشک شده و در دمای اتاق تا زمان استفاده نگهداری شدند. همچنین میزان ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - رسها با استفاده از استات آمونیوم در pH=7 - Mikutta et al., 2006 - و سطح ویژه رسها با استفاده از اتیلن گلیکول مونو اتیلن اتر - Eltantawy and Arnold, 1973 - تعیین گردیدند - جدول . - 1 بقایای یونجه مورد استفاده در آزمایش در دمای 55 درجه سانتیگراد برای 72 ساعت در آون خشک و از الک یک میلیمتری عبور داده شده بودند. مقدار کربن آلی بقایا به روش اکسیداسیون مرطوب - Walkley and Black, 1934 - و مقدار نیتروژن کل بعد از هضم مرطوب نمونه گیاهی به روش کلدال - Rayment and Lyons, 2011 - تعیین گردیدند - جدول . - 1 نمونههای تهیه شده از خاکهای مصنوعی استریل و فاقد جامعه میکروبی بودند و بقایای یونجه نیز در سه مرحله و هر بار به مدت 2 ساعت در دمای 120 درجه سانتیگراد در اتوکلاو مرطوب برای حذف کامل فلور میکروبی قرار گرفتند. به همین دلیل قبل از خوابانیدن خاکها و بعد از اضافه کردن بقایای یونجه استریل به خاکهای مصنوعی استریل، نمونهها با استفاده از مایه تلقیح استخراج شده از یک خاک طبیعی تلقیح شدند . برای تهیه مایه تلقیح، یک نمونه مرکب از افق شخم یک خاک طبیعی - عمق صفر تا 20 سانتیمتری، کربن آلی0/5 = درصد، pH=7، هدایت الکتریکی864 = میکرو زیمنس بر متر - تحت کشت گیاه یونجه استفاده و مایه تلقیح به روش پرانک1 و همکاران - 2013 - تهیه گردید. میزان مایه تلقیح برای هر نمونه 5 میلیلیتر بود که با میزان کافی آب مقطر مخلوط شد تا نمونهها بهطور یکنواخت با مایه تلقیح آغشته شوند و نمونههای تلقیح شده هوا خشک شدند. سپس همه تیمارها در دمای 23 درجه سانتیگراد و در رطوبت 60 درصد ظرفیت مزرعه برای دو ماه در تاریکی خوابانیده شدند و در دو مرحله 30 - و 60 روز پس ازخوابانیدن - - Vogel et al., 2015 - میزان آمونیوم و نیترات تولید شده در خاکهای مصنوعی بهوسیله عصارهگیری با کلرید پتاسیم و با استفاده از روش رنگ سنجی - Alef, 1995 - اندازهگیری و درصد نیتروژن معدنی شده از تقسیم کردن مجموع نیتروژن آمونیومی و نیتراتی هر مرحله بر مقدار نیتروژن آلی موجود در ابتدای آن مرحله تعیین گردید.
جدول -1 برخی ویژگیهای رسها و بقایای گیاهی مورد استفاده در آزمایش
** چگالی بار سطح= ظرفیت تبادل کاتیونی/ کل مساحت سطح . - Chorom and Rengasamy, 1995 -
تجزیه وتحلیل اطلاعات:
برای بررسی تأثیر نوع و مقدار رس و نوع کاتیون تبادلی بر معدنی شدن نیتروژن بقایای گیاهی یونجه یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی - - 3×3×3 اجرا و به کمک نرمافزار SAS 9.4 تجزیه واریانس صورت گرفت. مقایسه میانگین داده ها به کمک آزمون چند دامنهای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شدند.
