بخشی از مقاله
مقدمه
بور یکی از عناصر ضروری کممصرف برای رشد گیاه است و دامنهیبین کمبود و سمیّت این عنصر نسبت به عناصر غذایی دیگر، نزدیک به هم است. بهطوریکه در مقادیر کمتر از یک میلیگرم در کیلوگرم خاک - اندازهگیری شده به روش عصارهگیر آب داغ - علایم کمبود بور و در مقادیر بیشتر از دو میلیگرم در کیلوگرم، علایمسمیّت بور در گیاهان دیده میشود. این عنصر بهصورت مولکولی - H3BO3 - جذب گیاه میشود. کمبود بور در مناطقی که بارندگی زیاد میباشد، بحرانی است. در صورتیکه سمیّت بور در خاکهای مناطق خشک و نیمه خشک شایع میباشد . - Keren et al ., 1985 -
بهدلیل اینکه محدودهی غلظت بین کمبود و سمیّت بور گیاه خیلی کم است، گیاهان فقط به فعالیت بور در محلول خاک واکنش نشان میدهند. سمیّت بور در مناطق خشک و نیمه خشک، در نتیجهی غلظتهای زیاد بور محلول خاک و اضافه شدن مقدار زیاد بور از طریق آب آبیاری است. بور جذب سطحی شده برای گیاه قابل دسترس نمیباشد و سمیّتی برای گیاهان ایجاد نمیکند . - Keren et al ., 1985 - بنابراین، واکنشهای جذب سطحی بور روی کانیهای خاک، نقش مهمی در کنترل غلظتهای بور محلول خاک ایفا میکند.
یکی از عوامل مؤثر بر جذب سطحی بور و کاهش غلظت آن در محلول خاک، نوع کانی غالب در بخش رس خاک میباشد . - Goldberg and Glaubig, 1988 - اگر چه هیچ روش آسانی برای اصلاح خاکهای مبتلا به سمیّت بور وجود ندارد، با این حال، بررسی عوامل مؤثر بر جذب سطحی بور روی کانیهای متداول در خاکهای مناطق خشک، میتواند در اصلاح و مدیریت خاکهای مبتلا به سمیّت بور، حائز اهمیت باشد. کانی های میکایی به عنوان یکی از مهمترین کانیهای بخش رس در خاکهای مناطق مختلف ایران گزارش شدهاند - حسین پور، . - 1378 تحقیق حاضر با هدف بررسی برهمکنش بور با کانی بیوتیت و تعیین ویژگیهای جذبی این کانی برای بور انجام گرفت.
مواد و روشها
قبل از انجام آزمایش، برخی از خصوصیات شیمیایی جذبکننده مانند سطح ویژه، ظرفیت تبادل کاتیونی، میزان کربناتها و تجزیه عنصری اندازهگیری شد و کانیها بهوسیلهی محلول یک مولار کلرور سدیم، اشباع شد. آزمایشات جذب بور در قالب دو آزمایش جذب وابسته به pH و همدمای جذب انجام شد. تمامی آزمایشهای جذب در دمای آزمایشگاه 25 1 - درجه سلسیوس - با دو تکرار و به روش پیمانهای انجام شد. آزمایشهای جذب وابسته به pH بور، در دامنه 6 - pH تا - 8/5 و دو غلظت بور - 5 و 15 میلیگرم بر لیتر - انجام شد. بدین منظور، مقادیر معینی از محلول اسید بوریک از محلول ذخیرهای - غلظت 100 میلیگرم بر لیتر - بهوسیلهی پیپتور برداشته و به ظروف پلیاتیلنی 15 میلیلیتری حاوی0/1 گرم کانی و الکترولیت زمینهی نیتراتکلسیم 0/03 مولار اضافه شد. بهمنظور تعیین همدماهای جذب بور، 0/1 گرم از هر کانی به ظروف پلیاتیلنی 15 میلیلیتری حاوی 10 میلیلیتر الکترولیت زمینه نیترات کلسیم 0/03 مولار حاوی 7 سطح غلظت بور، 1 تا 15 میلیگرم در لیتر اضافه گردید. pH سوسپانسیونها بهوسیلهی مقادیر ناچیزی از محلول 0/03 مولار اسید نیتریک بر اساس منحنیهای تیتراسیون پیش آزمایشها، تنظیم شد.
بهطوریکه pH نهایی همه نمونهها 8/5 0/1 بود. سوسپانسیونها به مدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه روی شیکر تکان داده شده و پس از سانتریفیوژ، 5 میلی لیتر از عصاره تعادلی موجود در ظرف بهوسیلهی پیپتور برداشته شده و در یخچال نگهداری شدند. برای اندازهگیری غلظت بور از روش رنگسنجی آزومتین-H استفاده شد . - Goldberg and Glaubig, 1988 - میزان بور جذب شده بهوسیلهی کانی بیوتیت در هر نمونه با توجه به غلظتهای اولیه و تعادلی بور بر اساس رابطهی زیر محاسبه شد. که در این رابطه qe میزان بور جذب شده توسط کانی - میلیمول بر کیلوگرم - ، Ci و Ce غلظتهای اولیه و تعادلی بور - میلیمول بر لیتر - ، V حجم محلول حاوی بور - لیتر - و M جرم کانی - گرم - میباشد. برازش همدمای فروندلیچ با استفاده از روش رگرسیون غیرخطی بهکمک نرمافزار Excel انجام شد. شکل کلی معادلهی تجربی فروندلیچ عبارت است از:
نتایج و بحث
اثر pH برکارآیی جذب بور توسط کانی بیوتیت در شکل 1 ارائه شده است. با افزایش pH مقدار جذب بور در هر دو سطح غلظت 5 و 15 میلیگرم بر لیتر توسط کانی بیوتیت افزایش یافت. با تغییر pH از 6 تا 8/5، جذب بور در سطح غلظت پنج میلیگرم بر لیتر بور از 0/06 به 3/6 میلیمول بر کیلوگرم، و در سطح غلظت 15 میلیگرم بر لیتر، از 2/01 به 9/3 میلیمول بر کیلوگرم افزایش یافت. مقدار جذب بور به غلظت اولیهی بور و pH محلول بستگی دارد . - Goldberg and Suarez, 2011 - بهمنظور تفسیر اثر pH بر رفتار جذبی بور بهوسیلهی بیوتیت اطلاعاتی ازگونهبندی بور درمحلول لازم است.
مطابق با واکنش زیر در pH کمتر از 9 گونه غالب بور در محلول، گونه مولکولی میباشد که با افزایش pH گونه باردار منفی غالب میشود. [3] دلیل افزایش جذب بور با افزایش pH، افزایش غلظت گونه میباشد که بهوسیلهی مکانیسم تبادل لیگاندی - نفوذ آنیونی - جذب رس میشود. بر اساس این تئوری اکسیژنهای موجود در سطح و لبههای رسهای سیلیکاتی توسط آنیون جایگزین میشوند و چون این جایگزینی در داخل کریستال بوده و باعث منفیتر شدن سطح کانی میشود به آن نفوذ آنیونی یا تبادل لیگاندی گویند. به علت جذب لیگاندی آنیونهای اسیدی ضعیف، بیشترین جذبشان را در pHحدوداً مساوی با pKa همان آنیون نشان میدهند.
شکل 2، همدمای جذب سطحی بور روی بیوتیت را نشان میدهد. مدل فروندلیچ با R2 = 0/97 جذب بور به-وسیلهی بیوتیت را بهخوبی توصیف کرد. ضریب n مدل فروندلیچ که بهعنوان معیاری از شدت جذب است، برای این کانی 0/7 تعیین شد. انحراف n از واحد، نشاندهندهی جذب غیرخطی بر روی سطوح غیرهمگن میباشد . - Demircivi and Nasun-Saygili, 2010 - بهعبارت دیگر، با افزایش پوشش سطحی بر روی کانی، انرژی جذب بهصورت نمایی کاهش مییابد. ضریب n مدل فروندلیچ مربوط به شکل همدما مطابق با تقسیم بندی گیلز میباشد. با توجه به اینکه ضریب n مدل کوچکتر از یک میباشد، همدمای جذب بور در بیوتیت در کلاس L از نظر نوع شکل قرار گرفت. همدماهای کلاس L معمول ترین نوع همدما در شیمی خاک است. چنین رفتار جذبی را میتوان نشان دهنده تمایل زیاد بیوتیت به بور در غلظتهای کم و کاهش این تمایل با افزایش غلظتدانست . - Hamidpour et al., 2010 -
