بخشی از مقاله
چکیده
مقدار آهک در تثبیت و نگهداری فلزات سنگین در خاک از بعد تغذیه و آلودگی آب زیر زمینی مهم است. این مقاله به به بررسی اثر زمان خوابانیدن و مقدار آهک بر قابلیت دسترسی کادمیوم در خاک میپردازد. در ابتدا با افزودن آهک - کربنات کلسیم - درصد آهک خاک از 5 درصد به 10درصد و 20 درصد افزایش یافت و نمونههای خاک برای رسیدن به شرایط پایدار، به مدت 6 هفته در شرایط گلخانه با درجه حرارت 30 5 و رطوبت ظرفیت مزرعه خوابانیده شدند.
سپس کادمیوم از منبع نیترات کادمیوم - Cd - NO3 - 2 - در سطح صفر و 10 پی پی ام به نمونههای خاک اضافه شد و پس از ،1، 3، 7، 14، 28 و 56 روز نمونههای خاک با 0/05 مول EDTA در PH = 6 عصاره گیری شدند. نتایج در سطح 0/05 درصد وابستگی کادمیوم قابل دسترس را به مقدار آهک و زمان نشان می دهد که با افزایش درصد آهک و زمان خوابانیدن کاهش می یابد. نتایج نشان دادند که در سطوح بالاتر آهک کاهش میزان کادمیوم قابل عصاره-گیری بیشتر است.
1. مقدمه
معمولا منابع اصلی آلوده کننده کادمیوم در محیط مربوط به کادمیوم صنایع رنگسازی، لاستیکسازی، آهن و فولاد میباشد. زیان ناشی از مصرف زیاد کادمیوم در انسان بالا رفتن فشار خون و امراض قلبی بوده و چون این عنصر به سهولت جذب گیاه میشود لذا غلظتهای غیر مجاز آن عوارض نا مطلوبی بوجود میآورد
رفتار جذبی کادمیوم در خاکی با خاک دیگر متفاوت است و تحت تأثیر خصوصیات خاک مثل pH، ماده آلی ، CEC و مقدار رس می باشد. قدرت وابستگی بین pH محلول خاک و واجذبی فلز ثابت شده است
عناصر فلزی بلافاصله بعد از افزوده شدن به خاک، دارای بیشترین حلالیت و فراهمی زیستی میباشند. با گذشت زمان و ایجاد تعادل بین فلز و خاک بر اثر واکنشهایی نظیر جذب سطحی، تبادل، کلاته شدن، رسوب، اکسید و احیأ، واکنش با اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن و منگنز و ورود به شبکه کانیها، قابلیت استفاده فلز کاهش یافته و فلزات از شکلهای با حلالیت زیاد به شکلهای کم محلول تر تبدیل میشوند
با مسن شدن، پخش درون ذرهای فلزات آلودهکننده در داخل میکروپورها ممکن است نتیجهاش کاهش تحرک فلزات باشد و همچنین ممکن است هستهسازی و رسوب سطحی را نتیجه بدهد
رجایی و کریمیان - 1386 - در بررسی اثر کادمیوم اضافه شده و زمان خواباندن بر شکل شیمیایی کادمیوم در خاک نشان دادند که در بافتهای لومی رسی و لومی شنی 82 و 88 درصد از کادمیوم به کار رفته به شکلهای محلول + تبادلی، کربناتی و آلی در میآید و بیشترین ظرفیت نگهداری کادمیوم مربوط به بخش کربناتی بود. تأثیر زمان بر شکلهای کادمیوم معنیدار بود، اما در اکثر تیمارها بلافاصله پس از افزودن کادمیوم به خاک بیش از 80 درصد این فلز وارد شکلهای کربناتی و آلی گردیده و تا پایان کار تقریبا حفظ شده بود. لیم و همکاران - 2002 - مشاهده کردند که گرچه افزایش زمان تکان دادن تعلیق خاک تیمار شده با کادمیوم از 1 به 7، 15، 30، 50 و 65 روز تأثیر معنی داری بر مقدار جذب سطحی کادمیوم نداشت، اما سبب تبدیل شکلهای فلزی با حلالیت زیاد به شکلهای کم محلولتر شد.
چندین مکانیسم در غیر متحرک کردن فلزات سنگین به آهک نسبت داده شده است: - 1 افزایش بار منفی اجزاء خاک - 2 شکلگیری گونههای فلزی هیدروکسی با رفتار جذبی قوی - 3 رسوب فلزات با هیدروکسیدها یا کربناتها - 4 از حرکت انداختن فلزات بدلیل افزایش فعالیتهای میکروبی
خاک های حاوی کربنات کلسیم آزاد میتوانند کادمیوم را جذب کرده و قابلیت در دسترس بودن آن را برای گیاه کاهش دهند - کاوالارو و مک براید، . - 1978 گارائو و همکاران - 2007 - راندمان اصلاح کنندههای مختلف به خصوص لجن قرمز زئولیت و آهک را برای غیر متحرکسازی فلزات سنگین حاضر در خاکهای اسیدی آلوده را مقایسه نمودند، اضافه کردن تمامی اصلاح کنندهها به طور قابل توجهی حلالیت سرب ،کادمیوم و روی را کاهش داد.
جلالی و خانلری - 2008 - پنج خاک آهکی را مورد استفاده قرار دادند تا قابلیت استخراج فلزات سنگین به کار برده شده را در طول زمان بررسی کنند. قابلیت استخراج فلزات بکار برده شده در خاک مورد استفاده با افزایش زمان تماس بین خاک و فلزات سنگین کاهش یافت. یک نسبت بزرگ از فلزات اضافه شده به سرعت در ساعات اولیه به دلیل ظرفیت بالای جذب خاک، بصورت غیر تبادلی در آمدند.
طبیعت اکثر خاکهای ایران آهکی است و آهک نقش عمدهای در غیر متحرک کردن فلزات سنگین وتبدیل آنها از شکلهای محلول و تبادلی به شکلهای نامحلول ویا با حلالیت کمتر دارد که باعث میشود مقادیر زیادی از عناصر اضافه شده به خاک، سریعاً از شکل قابل دسترس گیاه خارج شوند. هدف تحقیق حاضر بررسی کاهش قدرت آلایندگی کادمیوم در اثر کاربرد آهک با گذشت زمان میباشد.
2. مواد و روشها
.2,1 جمعآوری و آمادهسازی نمونههای خاک
خاک مورد مطالعه از افق سطحی 20 - سانتی متر سطحی - مزرعهای در شهرستان بردسیر واقع در استان کرمان انتخاب گردید. نمونهبرداری از خاک به روش مرکب انجام شد. پس از هوا خشک شدن و عبور از الک 2 میلیمتری، برای تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد آزمایش از روشهای متداول به شرح زیر استفاده شد.
بافت خاک به روش هیدرومتری - مرکز اطلاعات و منابع بینالمللی خاک، - 1986، pH و هدایت الکتریکی به ترتیب با سوسپانسیون و عصاره 1: 2/5 خاک به آب و با استفاده از دستگاه pH متر و هدایت الکتریکی سنج اندازهگیری شدند. کربنات کلسیم معادل به روش تیتراسیون - الیسون و مودی، - 1965 و ظرفیت تبادل کاتیونی - باور و همکاران، - 1952، ماده آلی توسط روش والکی و بلاک - 1934 - تعیین شدند. اندازهگیری کادمیوم قابل جذب در خاک با دستگاه جذب اتمی - پیج و همکاران، - 1982 صورت گرفت - جدول . - 1
جدول-1 برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد آزمایش
.2,2 آهک مورد استفاده
آهک استفاده شده از نوع آزمایشگاهی - کربنات کلسیم - ، با فرمول CaCO3، pH= 8/56 و EC 256 میکروموس بر سانتیمترمی باشد.
.2,3 خوابانیدن نمونهها
نمونههای خاک مورد نظررا پس از تیمار شدن با آهک بطور کامل مخوط کرده و در گلدانهای پلاستیکی ریخته شدند. به منظور ایجاد تعادل در خاک و مواد افزوده شده، نمونهها به مدت 6 هفته در فضای گلخانه و در دمای ± 5 30 درجه سانتیگراد و رطوبت حدود ظرفیت مزرعه - با استفاده از آب مقطر و تنظیم شده با روش توزین - نگهداری شدند. برای جلوگیری از تبخیر زیاد از سطح نمونهها، سطح آنها بوسیله نایلونهای سیاه رنگ که درآن سوراخهایی تعبیه شده بود و از سطح گلدانها 20 سانتیمتر فاصله داشت پوشانده شد.
برای ایجاد تهویه مناسب در خاک و جلوگیری از ایجاد شرایط بی هوازی هر هفته یک بار نمونهها با کاردک هم زده میشدند. بعد از اتمام زمان انکیباسیون نمونهها، عنصر کادمیوم را در دو سطح صفر و 10میلیگرم برکیلوگرم از منبع نیترات کادمیوم - Cd - NO3 - 2 - از طریق اسپری کردن به نمونهها اضافه کرده و بطور کامل مخلوط شدند. در زمانهای 1، 3، 7، 14، 28 و 56 روز از زمان تیمار با عنصر کادمیوم به منظور تعیین مقدار قابل جذب این عنصر، نمونههایی از خاک برداشته شده و به آزمایشگاه منتقل شدند و سپس با 0/05 مول EDTA درpH= 6، با نسبت 1:10 خاک، یک ساعت هم زده شد و محلول عصارهگیری شد - آنگلووا و همکاران، . - 2003 در انتها مقدار کادمیوم قابل دسترس توسط دستگاه جذب اتمی مدل - AAS Vario 6 - قرائت گردید.
.2,4 تجزیه و تحلیل دادهها
آزمایش فوق با کاربرد سه سطح آهک، سطح صفر - شاهد - ، 10 درصد و 20 درصد و عنصر کادمیوم در دو سطح صفر و 10 میلیگرم بر کیلوگرم و در شش زمان عصارهگیری 1، 3، 7، 14، 28 و 56 روز پس از تیمارشدن خاک با کادمیوم به صورت فاکتوریل در قالب یک طرح کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده از نرمافزار Mstatc و مقایسه میانگینها با آزمون چند دامنهای دانکن و رسم نمودارها با استفاده از نرمافزار Excel انجام پذیرفت.
3. نتایج و بحث
نتایج نشان داد زمان انکیباسیون نمونههای خاک در شرایط آزمایش بر غلظت کادمیوم عصارهگیری شده با EDTA در سطح 5 درصد موثر بوده است - شکل.1 الف - که با طولانی شدن زمان مقدار کادمیوم عصارهگیری شده کاهش یافت. طبق نتایج بدست آمده کاهش قابلیت جذب کادمیوم در خاک دارای یک مرحله سریع است و هرچه که گذشت زمان بیشتر میشد این روند با سرعت کمتری اتفاق افتاد، بطوریکه در انتهای روز اول حدود 27/5 درصد کاهش مشاهده گردید که این کاهش از روز اول به بعد تا 56 روز بعد از اضافه شدن کادمیوم حدود 55/4 درصد بود. شکل - . 1 الف - نشان میدهد که حتی بعد از 4 مرحله از عصارهگیری، باز بیش از 50 درصد از کادمیوم بکار برده شده بصورت محلول و تبادلی باقی میماند که بیانگر پتانسیل بالای آلایندگی این عنصر میباشد، در حالیکه آزمایش مشابه برای عنصر روی نشان داد که بیش از 50 درصد از روی بکار برده شده در مرحله اول عصارهگیری از حالت محلول و تبادلی خارج می-شود.
هودا و آلووی - 1993 - اثر زمان را به واکنش بین یونهای فلزی و خاک نسبت دادهاند، که به طور عمده شامل کمپلکسسازی، جذب سطحی، واکنشهای تبادلی، کلاته شدن و رسوب یونهای فلزی در سطح ذره خاک یا پخش در خلل و فرج متوسط و درشت خاک میباشد
