بخشی از مقاله
چکیده:
در مطالعه حاضر سینتیک جذب فسفر در غلظتهای 50 و - mg/l - 100 با محلول زمینه کلرید کلسیم 0/01 مولار در بازه زمانی 48 ساعته بر روی تعدادی نمونه خاک فسفات بررسی شد. خاک فسفاتهای مورد استفاده متعلق به چهار معدن شناخته شده فسفات ایران بود. شش معادله سینتیکی شامل مرتبه صفر، مرتبه اول، مرتبه دوم، الوویچ، تابع توانی و پخشیدگی پارابولیکی به منظور توصیف الگوی سینتیک جذب فسفر بر روی خاک فسفاتهای مختلف استفاده شد.
نتایج نشان داد که جذب فسفر بر خاک فسفات از یک مرحله نسبتا سریع اولیه که زمان آن برای خاک فسفاتهای مختلف متفاوت بود و در ادامه آن یک مرحله آهسته تشکیل شده است. معادلات الوویچ، تابع توان و پخشیدگی پارابولیک بهترین برازش را با دادههای جذب فسفر داشتند. این نتایج بیانگر آن است که افزودن خاک فسفات به خاک احتمالا در زمانهای اولیه سبب کاهش فسفر محلول خاک خواهد شد.
مقدمه
فسفر از عناصر ضروری پر مصرف مورد نیاز گیاه میباشد - بوشمن و همکاران، . - 2009 جذب و آزاد شدن فسفر از فرآیند-های مهمی میباشد که غلظت فسفر در محلول خاک را کنترل مینماید. برای مطالعه جامع یک واکنش هم بررسی ترمودینامیکی و هم سینتیکی آن واکنش ضروری است. چنین بررسیهایی مکمل یکدیگر هستند - پارساییفر و نجفی، . - 1374 در واقع ترمودینامیک جهت واکنش را توصیف و پیشگویی میکند که آیا مواد برای رسیدن به پایدارترین حالت خود با هم واکنش خواهند داد یا نه. این در حالی است که برخی از واکنشها بسیار کند بوده و بلافاصله به پایدارترین حالت خود نمیرسند.
ولی سینتیک مطالعه سازوکار - مسیر و محصولات حدواسط - و فرایندهای وابسته به زمان را بررسی میکند - اوستان، . - 1383 دو دلیل برای مطالعه سرعت واکنشهای شیمیایی مطرح شده است - اتکینسون -1 . - 1970 پیش بینی این که واکنشها با چه سرعتی به تعادل یا حالت شبه تعادل میرسند و -2 پیش بینی سازوکار واکنشها میباشد. معادلههای سرعت همچنین وسیله ای برای دستهبندی واکنشها به مرتبههای مختلف میباشند.
برای شناخت کامل برهمکنشهای پویایی عناصرغذایی با خاک و پیشبینی سرنوشت آنها در طول زمان، و نیز پیشبینی تحرک و زیستفراهمی عناصرغذایی در خاکها، آگاهی یافتن از سینتیک و ساز و کار واکنشهای درگیر ضروری است - اسپارکس، . - 1998 سینتیک جذب فسفر توسط خاکها و ترکیبات خاک به طور ویژه یک واکنش سریع است که با یک واکنش کند بعدی دنبال میگردد - بارو، . - 1938 واکنشهای کندتر مانند حل شدن ترکیبات با حلالیت کم و رسوب آن به صورت ترکیبات با حلالیت کمتر، که این واکنشهای کند شامل جابه جایی فسفر از پیوندهای ضعیفتر به پیوندهای قویتر است. همچنین واکنشهای جذبی که شامل جایگزینی فسفر بجای آنیونها بر روی سطوح اکسید آهن و آلومنیوم را شامل میشود بسیار سریع اند.
بزرگترین مخزن فسفر در جهان، سنگها و دیگر رسوبات مانند آپاتیتهای اولیه و نیز کانیهای اولیهای هستند که در طول فرآیندهای زمین شناسی تشکیل شدهاند - علیخانی، . - 2004 کانیهای فسفاته درون سنگها قرار دارند و خصوصیت بارز آنها نامحلول بودن آنها است ولی تنها و بزرگترین منبع فسفر به شمار می آیند. این کانیها در شرایط مناسب طبیعی نیز توسط گیاهان و ریز موجودات، حل شده و فسفر آن استفاده میشود - علیخانی، . - 2004 ذخایر خاک فسفات دنیا حدود 1298000 میلیون تن تخمین زده شده است.
خاک فسفاتها معمولا دارای منشا آذرین و رسوبی میباشند که امروزه به طور 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 با وجود این معادن در ایران، میتوان تا حدودی خاک فسفات را جایگزین کودهای شیمیایی کرد که صرفهی اقتصادی قابل توجهی دارد تاکنون مطالعات زیادی در زمینه سینتیک جذب و واجذب فسفر در خاکهای آهکی انجام گردیده است لیکن پژوهشهای پایهای اندکی درباره سرعت واکنشهای جذب از نمونههای خاک فسفات انجام شده است. بنابراین مطالعه حاضر به منظور بررسی سینتیک جذب فسفر بر برخی نمونههای خاک فسفات معادن شناخته شده ایران انجام گردید.
مواد و روشها جمعآوری 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.
سینتیک جذب فسفر به منظور مطالعه سینتیک جذب فسفر، یک گرم خاک فسفات - در دو تکرار - در لولههای پلی اتیلنی 50 میلیلیتری ریخته شد. به هر یک از لولهها 20 میلیلیتر محلول حاوی دو غلظت 50 و 100 میلیگرم فسفر در لیتر با زمینه کلرید کلسیم 0/01 مولار افزوده شد.
برای متوقف نمودن فعالیت میکروبی به هر لوله دو قطره تولوئن اضافه شد. نمونهها به مدت 1، 2، 4، 8، 16، 24 و 48 ساعت به طور متناوب در دمای 25 درجه سانتی گراد تکان داده شد. پس از گذشت این زمانها جداسازی خاک فسفات از محلول بوسیله سانتریفیوژ با سرعت 5000 دور در دقیقه به مدت ده دقیقه صورت گرفت. محلول شفاف رویی با کاغذ صافی واتمن 42 صاف گردید و غلظت فسفر در نمونهها به روش آبی - مورفی و ریلی، - 1962 با اسپکتروفتومتر تعیین گردید. مدلهای سینتیکی مرتبه صفر، مرتبه اول، مرتبه دوم، الوویچ، پخشیدگی پارابولیکی و تابع توانی برای برازش دادههای سینتیک جذب فسفر استفاده شد - جدول . - 1 انتخاب مناسب ترین معادله با توجه به ضریب تبیین - R2 - و خطای استاندارد برآورد - SE - انجام شد و ضرایب معادلاتی که بهترین برازش را با دادههای جذب فسفر داشتند مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث سینتیک جذب فسفر
نتایج نشان داد که سرعت جذب فسفر در مراحل اولیه زیاد بوده و سپس تدریجا کاهش یافت. روند جذب فسفر بسته به نوع خاک فسفات متفاوت بود که شکل آن برای دو نمونه خاک فسفات خالص شده آسفوردی - از نوع آذرین - و معدن یاسوج - از نوع رسوبی - ارائه شده است - شکل - 1؟ به نظر میرسد که جذب فسفر بر خاک فسفات در برابر زمان را میتوان به دو بخش مشخص تقسیم کرد: یک واکنش سریع اولیه که با واکنشی آهستهتر دنبال میگردد. مرحله سریع برای خاک فسفات یاسوج تا 9 ساعت و برای خاک فسفات خالص شده آسفوردی تا 6 ساعت ادامه یافت. پس از این زمان سرعت جذب فسفر بر هر دو نمونه خاک فسفات به صورت مشهود کاهش یافت و با سرعت ثابتی تا پایان آزمایش ادامه داشت.
آگبنین و تیسن - 1995 - در مطالعه خود دریافتند که جذب فسفر در ابتدا سریع و سپس کاهش و بعد از 50 روز جذب فسفر به حالت پایداری رسید. اختر و عالم - 2001 - نیز در مطالعه خود دریافتند که با افزایش زمان خوابانیدن قابلیت دسترسی فسفر در هر دو منبع فسفر آلی و معدنی در خاک به تدریج کاهش یافت. همچنین بارو - 1983 - در بررسیهای خود نشان داد که جذب فسفر از 1 الی 3 روز به مقدار زیادی افزایش اما پس از 3 الی 91 روز تغییرات چندانی نشان نداده است. بیسواس و قوشی - 1988 - مشاهده نمودند که در یک خاک الوویال قلیایی با گذشت زمان و دمای خوابانیدن مقدار بازیافت فسفر افزوده شده به تدریج کاهش یافت.
درتحقیق حاضر دامنه تغیرات مقدار فسفر جذب شده در هر دو غلظت فسفر 50 - و 100 میلیگرم بر لیتر - توسط کلرید کلسیم به ترتیب 540 تا 987 با میانگین 763/5 و 1525 تا 1957 با میانگین 1741 میلیگرم بر کیلوگرم خاک فسفات بود. جذب با سرعت بالا در مراحل اولیه را میتوان به جذب فسفر به صورت کمپلکسهای سطحی تک دندانه توسط نیروهای الکترواستاتیک نسبت داد و در بخش دوم عمدتا جذب به صورت کمپلکسهای سطحی دو دندانه توسط پیوند قوی کوالانسی با سرعت کندتری دنبال میگردد - لیندسی . - 1979 یا احتمالا در بخش اول فسفر در اثر جذب سطحی غیر قابل جذب شده ولی در بخش دوم سازوکار رسوب باعث جذب فسفر شود به علاوه، امکان دارد که جذب سریع مربوط به مکانهای در دسترس سطح خاکدانههای بوده و جذب کند مربوط به جذب در مکانهای داخلی خاکدانه باشد.
