مقاله جذب و آزاد سازی فسفر توسط برخی خاک فسفات های معادن ایران

بخشی از مقاله

چکیده:

خاک فسفات به صورت مستقیم همراه مواد آلی و ریزموجودات حلکننده فسفر به خاک افزوده میشود. این پژوهش به منظور بررسی جذب فسفر محلول و در ادامه آزادسازی آن از نمونههای خاک فسفات انجام شد. خاک فسفاتهای مورد استفاده متعلق به چهار معدن شناخته شده فسفات ایران بود. بررسی جذب فسفر در غلظتهای اولیه 10 تا - mg/l - 1000 با محلول زمینه کلرید کلسیم 0/01 مولار در دو تکرار و در ادامه آزادسازی فسفر جذب شده بر آنها انجام شد. نتایج نشان داد معادلات فروندلیچ و تمکین برازش بهتری در مقایسه با معادله لانگمویر با دادههای جذب فسفر داشتند. خاک فسفاتهای مورد مطالعه ظرفیت بالایی برای جذب و خارج ساختن فسفر از شکل محلول نشان دادند. در حالیکه تقریبا یک درصد از فسفر جذب شده بر نمونههای خاک فسفات در مدت مشابه آزاد شدند. نتایج نشان دهنده نیاز به بازنگری فرمولاسیون تولید و مصرف فرآوردههای حاوی خاک فسفات در خاک میباشد.

واژگان کلیدی: خاک فسفات، فسفر محلول، جذب، و آزادسازی

.1 مقدمه:

فسفر از عناصر ضروری پر مصرف گیاه میباشد که پس از نیتروژن نقش مهمی در ساختار و عملکرد موجودات زنده و همچنین انتقال انرژی دارد - شارپلی 1995 و بیسانی و همکاران . - 2008 هر چند فسفر به شکل معدنی و آلی به فراوانی در خاکها وجود دارد ولی این عنصر، جزو محدودکنندهترین عنصر غذایی برای تولیدات گیاهی میباشد - چین و منون، . - 1995 بنابراین کاربرد کودهای صنعتی فسفاته میتواند تأثیر بسزایی در افزایش عملکرد داشته باشد ولی هزینه تولید این کودها بالا بوده و در طولانی مدت منجر به کاهش حاصلخیزی خاک و تخریب محیط زیست خواهد شد - بیسواز و ناریاناسامی، . - 1998

منابع خاک فسفات زیادی در جهان وجود دارد. خاک فسفاتها معمولا دارای منشا آذرین - فسفات های آذرین تنها 15 درصد کل تولید فسفات جهان را به خود اختصاص می دهند - و رسوبی میباشند که امروزه بهطور گستردهای در دنیا جهت تولید فسفات مورد استفاده قرارمیگیرند - واناستراتن، . - 2002 در ایران نیز معادن سنگ فسفات زیادی، از جمله معدن سنگ فسفات یزد - حاوی آهن و از نوع آسفوردی - و معدن یاسوج - حاوی فسفاتهایی از نوع رسوبی - وجود دارد - قلیزاده و همکاران، . - 2009 خاک فسفاتها یا به عنوان ماده خام در کارخانههای صنعتی تولید کودهای فسفاتی محلول در آب یا به عنوان منبع فسفر برای استفاده مستقیم در کشاورزی بهکار میروند - فائو، . - 2006 پژوهشگران زیادی از خاک فسفات برای غنی سازی بقایای آلی و استفاده این بقایا در تولید محصول استفاده و نتایج متناقضی را گزارش نموده اند - محمدی آریا و همکاران، . - 2010

قلی زاده و همکاران - 2009 - گزارش نمودند که خاک فسفات آسفوردی یزد حاوی آهن و دارای حلالیت پایینتری نسبت به خاک فسفاتهای نوع رسوبی است، غیرواکنش پذیر بوده و به صورت مستقیم در کشاورزی قابل مصرف نیست، هر چند به دلیل عیار و ذخیره قابل توجه و سهولت بهره برداری و کانه آرایی، بسیار مورد توجه می باشد.درسالهای اخیر هر چند مطالعات بسیار زیادی درباره امکان افزایش حلالیت خاک فسفات از منابع مختلف در بستر کمپوست و ورمی کمپوست همراه با گوگرد - بهاتی و همکاران، - 2010 و نیز کمپوست غنی شده با خاک فسفات و گوگرد در حضور باکتریهای اکسید کننده گوگرد - سلیم پور و همکاران، - 2010 انجام شده است. لیکن پژوهشهای پایهای اندکی دربارهتغییرات فسفر محلول در حضور خاک فسفات در محیط انجام شده است. به همین دلیل پژوهش حاضر به منظور بررسی توانایی خاک فسفات برای جذب فسفر محلول با استفاده از همدماهای جذب و در ادامه آزادسازی فسفر جذب شده انجام شد.

.2 مواد و روشها:

.1-2 جمع آوری نمونه خاک فسفات

در مطالعه حاضر، از پنج نمونه خاک فسفات شامل: خاک فسفاتهای خام و خالص شده آسفوردی یزد، خاک فسفات کوه بناری چرام، خاک فسفات چادرملو و خاک فسفات معدن یاسوج استفاده شد.

.2-2 جذب فسفر

جهت بررسی جذب فسفر،20 میلی لیتر محلول کلرید کلسیم 0 /01 مولار حاوی غلظتهای 10، 50، 100، 400، 200، 800 600، 900 و 1000 میلیگرم فسفر در میلی لیتر از منبع پتاسیم دی هیدروژن فسفات به نمونههای یک گرمی خاک فسفات در لولههای پلی اتیلنی 50 میلی لیتری در دو تکرار اضافه گردید و به مدت یک ساعت بوسیله شیکر×در×ًٌٍ×دور رفت× و برگشت ×در×دقیقه تکان داده شد. نمونهها 23 ساعت در دمای آزمایشگاه ساکن مانده و مجددا یک ساعت تکان داده شدند، سپس ده دقیقه با دور 5000 در دقیقه سانتریفیوژ و محلول شفاف رویی با کاغذ صافی واتمن 42 صاف گردید و غلظت فسفر در عصاره حاصل به روش روش مورفی و ریلی - 1962 - با اسپکتروفتومتر در طول موج 882 نانومتر تعیین شد. تفاوت بین غلظت فسفر در محلول اولیه و نهایی برابر با مقدار فسفر جذب شده در نظر گرفته شد. برای بررسی روند جذب فسفر از معادلات تمکین، فروندلیچ و لانگمویر استفاده شد - جدول . - 1

.3-2 آزادسازی فسفر

به منظور مطالعه آزادسازی فسفر به نمونههای باقی مانده از مرحله جذب 20 میلی لیتر محلول کلرید کلسیم 0 /01 مولار اضافه شد و به مدت یک ساعت بوسیله شیکر تکان داده شد و پس از 24 ساعت سکون در دمای 25 - 24 درجه سانتی گراد، به مدت 30 دقیقه دیگر تکان داده شد. در پایان لولههای سانتریفیوژ به مدت 10 دقیقه با دور 5000 در دقیقه سانتریفیوژ گردید. به منظور حصول اطمینان از شفاف بودن محلول رویی از کاغذ صافی واتمن 42 عبور داده شد. سپس غلظت فسفر به روش مورفی و ریلی - 1962 - با اسپکتروفتومتر در طول موج 882 نانومتر تعیین گردید. مقدار فسفر اندازهگیری شده در این محلول به عنوان مقدار فسفر آزاد شده از خاک فسفات در نظر گرفته شد.

.3 نتایج و بحث:
.1-3 جذب

رابطه میان فسفر جذب شده و غلظت اولیه فسفر محلول نشان داد که مقدار جذب با افزایش غلظت اولیه آن افزایش پیدا میکند. به نظر میرسد این افزایش در غلظتهای کم 10 - 200 - میلیگرم بر لیتر - با شیب تندتر و در غلظتهای بالاتر 200 -800 - میلیگرم بر لیتر - با شیب ملایمتری ادامه پیدا میکند و در نهایت با اشغال شدن مکانهای جذب و کاهش ظرفیت جذب به حداکثر جذب سطحی نزدیک میشود - شکل. - 1 اختلاف شیب جذب فسفر در غلظتهای تعادلی کمتر از 800 میلیگرم بر لیتر چندان مشهود نبوده و مقدار جذب هر دو نمونه خاک فسفات خالص شده آسفوردی و خاک فسفات معدن یاسوج بر روی هم انطباق یافته است. این در حالی است که مقدار جذب خاک فسفات خالص شده آسفوردی در غلظت-های تعادلی بالا - بالاتر از 800 میلیگرم بر لیتر - به دلیل پر شدن مکانهای جذبی و عدم توانایی جذب فسفر به مقدار ثابتی میرسد لیکن میزان جذب در خاک فسفات معدن یاسوج همچنان ادامه دارد.

.2-3 برازش دادههای جذب

ضرایب تبیین معادلات مورد استفاده برای برازش دادههای جذب فسفر بر نمونههای خاک فسفات نشان داد که معادله-های فروندلیچ و تمکین، جذب فسفر به وسیله خاک فسفات را به خوبی توصیف میکند، درحالیکه معادله لانگمویر برازش ضعیفتری با دادههای جذب فسفر بر نمونههای خاک فسفاتهای مورد مطالعه داشت - جدول . - 2 بیشترین ضرایب تبیین را در تمام نمونههای خاک فسفات معادله تمکین به خود اختصاص داد. ضریب تبیین - R2 - این معادله در محدوده 0/819 تا 0/879 با میانگین 0/849 بود. جعفری و همکاران - 1394 - در تعیین شاخصهای بافری در چهار ردیف اراضی مناطق خشک و نیمه خشک اصفهان گزارش نمودند که روند جذب فسفر در این خاکها از مدل تمکین پیروی میکند.

در معادله فروندلیچ ضریب تبیین - R2 - در محدوده 0/869 تا 0/886 با میانگین 0/877 بود. فکری و همکاران - 1373 - در توصیف همدماهای جذب فسفر در سه خاک آهکی اصفهان مدل فروندلیچ را نسبت به مدل لانگمویر برتر دانستهاند که به نظر میرسد تغییر لگاریتمی داده ها برای ایجاد فرم خطی این معادله سبب کاهش حساسیت این معادله و برازش بهتر دادههای جذب شده است. اطلاعات اندکی درباره برازش این مدل با دادهای جذب فسفر بوسیله خاک فسفات وجود دارد.پارامتر Kf معیاری از مقدار فسفر جذب شده در غلظت تعادلی واحد میباشد - اسینگتن - 2003 که معیاری برای ظرفیت جذب فسفر است - زو و لی . - 2001 در تحقیق حاضر پارامتر Kf معادله فروندلیچ در دامنه 129 تا 164 با میانگین 146 میلیگرم فسفر در کیلوگرم خاک فسفات برآورد گردید که بیشترین و کمترین مقدار جذب به ترتیب در خاک فسفات کوه