بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد اصلاح کنندههای اقتصادی و دوستدار محیط زیست برای افزایش بازده کودی و بهبود عملکرد محصولات در کشاورزی پایدار در خاکهای درشت بافت ضروری است. در این پژوهش اثر مقادیر مختلف 2 - ، 4 و 8 درصد - اصلاح کنندههای ورمی کولیت، نانورس مونت موریلونیت و زئولیت بر روی انتقال نیتروژن آمونیومی در یک خاک لوم شنی با استفاده از آزمایش-های ستونی بررسی گردید.
کاربرد اصلاح کنندههای معدنی آبشویی آمونیوم کودی را از 89/4 درصد در خاک شاهد به ترتیب به 77/6، 70/2، 52/5، 85/3، 60/8، 38/5، 12/6 و 2/1 درصد در ستونهای حاوی ورمی کولیت 2، 4 و 8 درصد، نانورس مونت موریلونیت 2 و 4 درصد و زئولیت 2، 4 و 8 درصد کاهش داد. انتقال نیتروژن آمونیومی درون ستونهای خاک به ترتیب خاک شاهد < ورمی کولیت < نانورس مونت موریلونیت < زئولیت بود. بنابراین کاربرد اصلاح کنندههای معدنی در خاکهای سبک بافت می تواند به عنوان یک روش موثر برای کاهش انتقال آمونیوم و بهبود بازده کودهای نیتروژنی در سیستمهای کشاورزی پایدار مورد توجه قرار گیرد.
مقدمه
امروزه از کودها به عنوان ابزاری برای نیل به حداکثر تولید در واحد سطح استفاده میشود، ولی مصرف کود باید بتواند علاوه بر افزایش تولید، کیفیت محصولات کشاورزی را ارتقا داده و ضمن آلوده نکردن محیط زیست به خصوص منابع آبهای زیرزمینی، تجمع مواد آلاینده نظیر نیترات را در اندامهای مصرفی محصولات زراعی به حداقل ممکن تنزل دهد تا سلامتی انسان و دام به خطر نیفتد
آمونیوم و نیترات اشکال غالب نیتروژن هستند و مقدار جذبشان توسط گیاهان ممکن است حدود 70 درصد کل کاتیونها و آنیونهای جذب شده را شامل شود. نیتروژن جزء سازندهی کلروفیل، پروتئینها و بسیاری ملکولهای دیگر بوده و برای رشد گیاه ضروری است و بنابراین فراهمی آن عملکرد و کیفیت گیاهان زراعی و باغی را تحت تاثیر قرار میدهد - کایسدو، . - 2000 با توجه به اینکه نیتروژن پر مصرف ترین عنصر غذایی برای گیاهان میباشد، لذا کاربرد کودهای شیمیایی نیتروژنی برای غلبه بر محدودیت این عنصر و برای افزایش بهبود کیفیت و عملکرد محصولات دارای اهمیت وِیژهای است. در ایران سالانه بیش از دو میلیون تن انواع کودهای نیتروژنی توسط کشاورزان مورد استفاده قرار میگیرد.
متاسفانه با توجه به بازده پایین این کود که باعث اتلاف بیش از 50 درصد نیتروژن آن میشود،کشاورزان مجبورند برای تامین نیاز گیاهان مقادیر بیشتری از آن استفاده کنند - ملکوتی و همکاران، . - 1387 از دست دادن این مقدار کود نه تنها باعث اتلاف هزینههای بسیار زیادی میشود بلکه آلودگی محیط زیست و منابع آبهای زیر زمینی را نیز در پی دارد.
به طور کلی هدر روی نیتروژن در مزرعه از طریق دنیتریفیکاسیون، آبشویی و تصاعد سطحی رخ میدهد - ریلی و همکاران، . - 2001 هدر روی نیتروژن از طریق آبشویی زمانی اتفاق میافتد که آب ورودی به درون خاک بیشتر از ظرفیت نگهداری آن باشد. زمانی که آب درون خاک حرکت میکند اشکال نیتروژن، مخصوصا آنهایی که دارای تحرک زیادی هستند - نیترات - ، درون آب خاک حرکت میکنند. اما آمونیوم دارای بار مثبت است و توسط مکانهای تبادلی دارای بار منفی - رس ها و مواد آلی - در خاک نگهداری میشوند.
بنابراین آبشویی آمونیوم در خاکهای معدنی مخصوصا خاکهای دارای رس بالا کمتر است؛ اما آبشویی آمونیوم در خاکهای درشت بافت و هوموسی قابل توجه است - برادی و ویل، . - 2010 کشاورزان ممکن است این هدر رویها را از طریق تقسیط ازت مورد استفاده، کاربرد کودهای کندرها و افزودن برخی مواد برای نگهداشت نیتروژن آمونیومی و نیتراتی - کاربرد اصلاح کنندههای خاک - کاهش دهند
برای کاهش هدرروی نیتروژن خاک لازم است آمونیوم اضافه شده به خاک با جذب بر روی مواد جاذب، از دسترسی موجودات زنده خاک و همچنین آبشویی حفظ شود - جلالی، . - 1392 استفاده از اصلاح کنندههای مختلف آلی - بیوچار - و معدنی - کانیهای رسی از قبیل: زئولیت، ورمی کولیت - میتواند در کاهش آبشویی و دسترسی موجودات زنده موثر واقع شود.
توسعه اصلاح کنندههای جدید که بازده کودی را بهبود و عملکرد محصول را افزایش دهد و همزمان از آلودگی محیط زیستی نیز جلوگیری کند، یک چالش برای دانشمندان علم کشاورزی و شیمیدانان خاک در سراسر جهان محسوب میگردد - ملکیان و همکاران، . - 2012 اصلاح کنندهها می توانند برای بهبود خصوصیات شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی خاکها مورد استفاده قرار بگیرند
برای مدیریت بهتر کودهای شیمیایی مصرفی و کنترل آبشویی نیتروژن آمونیومی بخصوص در تحت شرایط آبیاری سیلابی - غرقابی - وزمینهای شالیزاری، کاربرد اصلاح کنندههای مختلف از قبیل زئولیت ممکن است سودمند باشد. آگاهی در مورد مقدار آبشویی آمونیوم همراه با آب نفوذی از سطح خاک به درون آبهای زیر زمینی در حضور زئولیت دارای اهمیت است.
تاکنون در مطالعات آبشویی نیتروژن آمونیومی کمتر از آبشویی نیتروژن نیتراتی مورد توجه قرار گرفته است. به علاوه گزارشات اندکی در مورد کاربرد زئولیت به عنوان اصلاح کننده خاک برای کاهش آبشویی آمونیوم وجود دارد - زوینگمن و همکاران، 2009؛ جلالی وهمکاران، 2010؛ لوو و همکاران، 2013؛ کولومبانی و همکاران، . - 2015 همچنین هیچ مطالعهای در مورد نقش اصلاح کنندههای نانورس مونت موریلونیت و ورمی کولیت - کانیهای رسی دارای ظرفیت تبادل کاتیونی زیاد - در کاهش آبشویی آمونیوم در خاک موجود نیست. بنابراین این پژوهش به منظور بررسی اثرات مقادیر مختلف زئولیت، نانورس مونت موریلونیت و ورمی کولیت 2 - ، 4 و 8 درصد - بر انتقال نیتروژن آمونیومی در خاک لومی شنی انجام شده است.
مواد و روشها
از یک خاک زراعی در همدان به عمق 0-30 سانتی متر نمونه برداری گردید. طبقه بندی خاک - سری ازندریان - Typic Calcixerolic Xerochrept می باشد. خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک مورد استفاده در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول -1 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک
-1ظرفیت تبادل کاتیونی -2 کربنات کلسیم معادل -3 ماده آلی.
زئولیت کلینوپتیولیتی و ورمیکولیت به ترتیب از معادن استان سمنان و گیلان تهیه شدند. نانورس مونت موریلونیت - سدیم کلوزیت - از شرکت رس جنوب - آمریکا - خریداری شد. ظرفیت تبادل کاتیونی زئولیت، ورمیکولیت و نانورس مونت موریلونیت به ترتیب 44، 26 و 92 سانتی مول بر کیلوگرم بود. آزمایشات انتقال و آبشویی آمونیوم در تحت شرایط اشباع و توسط ستونهای خاک انجام شد. خاکهای مورد نظر برای آزمایشات انتقال قبل از ریختن درون ستون هواخشک شدند و از الک 2 میلی متری عبور داده شدند. سپس اصلاحکنندهها به طور کامل و به روش دستی در مقادیر 2، 4 و 8 درصد وزنی با خاک مخلوط شدند.
برای انتقال نیتروژن آمونیومی از ستونهای پیرکس با ارتفاع 30 سانتی متر و قطر داخلی 5 سانتی متر استفاده شد. خاکها با ضربات آرام و به طور همگن و به ارتفاع 10- 11 سانتی متر درون ستونها قرار داده شدند و چگالی ظاهری ستونهای خاک 1/31-1/45 گرم بر سانتی متر مکعب بود. در انتهای ستونهای خاک از کاغذ میکروفیلتر و توری پلاستیکی و پارچه حریر برای نگهداشتن خاک استفاده شد. همچنین بعد از پر کردن ستونها برای جلوگیری از بر هم خوردن سطح خاک از کاغذ صافی استفاده شد.
ستونهای پر شده به مدت 24 ساعت و از زیر ستون اشباع شدند و برای آبشویی از آب مقطر استفاده گردید. ارتفاع آب در بالای ستونها در حدود 5 سانتی متر در کل دوره آزمایش حفظ شد. برای شبیه سازی کاربرد کودهای نیتروژنی در شرایط مزرعه ای، 19/6 میلی لیتر از سولفات آمونیوم با غلظت 1000 میلی گرم در لیتر معادل 100 کیلوگرم نیتروژن آمونیومی در هکتار به ستونها تزریق شد. کشاورزان معمولا مقادیر زیادی از نیتروژن را در مزارع شالیزاری یا در طی آبیاری غرقابی استفاده میکنند.
زه ابهای خروجی در طی هر آبشویی جمع آوری و در دمای 2 درجه سانتی گراد نگهداری شدند و حداکثر تا یک هفته پس از جمع آوری اندازه گیریها انجام شد. به منظور ایجاد حداکثر مقدار آبشویی، مقدار بیشتری آب مقطر نسبت به میانگین بارندگی سالانه منطقه 300 - میلی متر - به ستونها اضافه شد. آبشویی آمونیوم تا زمانی که که غلظت آمونیوم در زه آبهایخروجی با زه آبهای اولیه برابر گردید، ادامه یافت. بنابراین مقدار -5460 4485 میلی لیتر آب مقطر 50 - پوروالیوم - به ستونها اضافه شد که معادل 2288-2786 میلی متر بارندگی یا آبیاری میباشد. زه آبها تا پوروالیوم 30 ام به فاصله 0/5 پوروالیوم و از پوروالیوم 30 ام به بعد به فواصل 1 پوروالیوم جمع آوری شدند. خصوصیات ستونهای خاک شاهد و اصلاح شده در جدول 2 نشان داده شده است.
جدول -2 خصوصیات ستونهای خاک شاهد و اصلاح شده
نتایج و بحث
منحنیهای رخنه نیتروژن آمونیومی ستونها - ستون خاک شاهد و خاکهای اصلاح شده توسط سطوح مختلف ورمیکولیت، نانورس مونت موریلونیت و زئولیت - در شکل 1 نشان داده شده است. در خاک شاهد - خاک بدون افزودن نیتروژن آمونیومی - ، مقدار کمی آمونیوم از ستون خاک شسته شد 0/49 - میلی گرم از ستون - . این مقدار تقریبا معادل 2/5 درصد نیتروژن تزریق شده به ستونها می باشد و به عنوان شاهد در نظر گرفته شد.
زمانی که نیتروژن آمونیومی به درون ستونهای خاک تزریق شد، حداکثر غلظت نیتروژن آمونیومی و پوروالیومی که حداکثر غلظت مشاهد گردید برای ستونهای اصلاح شده با کانیهای رسی مختلف و برای مقادیر مختلف اصلاح کننده متفاوت بود. برای مثال، برای ستونهای خاک شاهد، ورمی کولیت 2 درصد، ورمی کولیت 4 درصد و ورمی کولیت 8 درصد، حداکثر غلظت نیتروژن آمونیومی به ترتیب در پوروالیوم 11/2 - 12 میلی گرم در لیتر - ، پوروالیوم 9/5 - 14 میلی گرم در لیتر - ، پوروالیوم 8/3 - 17/5 میلی گرم در لیتر - و پوروالیوم 6/1 - 22 میلی گرم در لیتر - مشاهده شد.
برای ستون خاک اصلاح شده با نانورس مونت موریلونیت 8 درصد آبشویی بعد از مدت زمان کوتاهی متوقف شد و جمع آوری زه آب کامل انجام نشد - تا پوروالیوم 5 ام فقط آبشویی صورت گرفت - ؛ این مشاهده احتمالا بدلیل حضور کاتیون سدیم در ساختمان نانورس است که سبب پراکنده شدن ذرات خاک و تخریب ساختمان خاک و مسدود شدن می شود. نتایج نشان داد زمان رخنه آمونیوم در حضور کانیهای رسی بیشتر از زمان رخنه در ستون خاک شاهد بود - تاخیر در حضور کانیهای رسی بیشتر بود - .
