بخشی از مقاله
چکیده
مواد هیومیکی نقش مؤثری در حفظ حاصلخیزی و باروری خاک در مناطق خشک و نیمه خشک ایفا میکنند. این پژوهش با هدف بررسی مواد هیومیک استخراج شده از کودهای گوسفندی و گاوی، بقایای گیاهی کمپوست شده شامل یونجه، گندم، نخل و سوزنی برگ و مقایسه گروهای عامل آنها با هیومیک تجاری با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز - FTIR - صورت گرفت. طیف FTIR اسید هومیک استخراجی از بقایای گیاهی و کودهای حیوانی تقریبا روند مشابهی داشتند.
پیک پهن و قوی مشاهده شده در ناحیه 2400 - 3300 cm-1 بیانگر OH فنولی و جذب متوسط در ناحیه 1450-1650 cm-1 نشاندهنده حلقه آروماتیک میباشد. وجود پیک در ناحیه 1600 - 1700 cm-1 نشانه وجود کربوکسیل در اسید هومیک می-باشد. در مقایسه با اسید هومیک استخراج شده، اسید هیومیک تجاری مورد استفاده در این پژوهش خواص عمومی اسیدهای هومیک را نشان نداد و تنها پیک های قابل شناسایی در این نمونه مربوط به OH اسیدی و حلقه آروماتیک بود.
مقدمه
مواد هیومیک محصول نهایی تجزیه هر ماده آلی در شرایط ویژه و توسط میکروارگانیسمهای خاص میباشند. امروزه مواد هیومیکی به عنوان اصلاح کننده خاک و افزایش دهنده کیفیت محصولات کشاورزی کاربرد گسترده دارند. استفاده از اصلاح کنندههای آلی مانند کمپوست و مواد هیومیک ابزار موثری جهت بهبود خاکدانهسازی، افزایش حاصلخیزی و افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی در خاک میباشد
اسید هیومیک میتواند رفتاری شبیه مواد محرک رشد، خصوصا هورمون های اکسینی از خود بروز دهد و از این طریق موجب بهبود شاخصهای رشد و عملکرد گیاهان گردد - Garcia et al, . - 1994 با توجه به ملاحظات زیست محیطی، اخیرا استفاده از انواع اسیدهای آلی برای بهبود کمی و کیفی محصولات زراعی و باغی رواج فراوان یافته است
اسیدهای هیومیک ترکیبات بسیار پیچیدهای هستند و به همین دلیل در مطالعات انجام شده تاکنون ساختار شیمیایی این مواد به طور روشن شناسایی نشده است. هدف از این پژوهش به دست آوردن اطلاعات بیشتر در مورد خواص شیمیایی اسید هیومیک استخراج شده از بقایای آلی بود. برای این منظور از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه استفاده شد. طیف مادون قرمز را میتوان مانند اثر انگشت در انسان، برای شناسایی مولکولها به کار گرفت؛ طیف مزبور اطلاعاتی راجع به مولکولها میدهد. کاربرد دوم طیف مادون قرمز که مهمتر از کاربرد اول است، استفاده از آن برای کسب اطلاعاتی راجع به ساختمان یک ملکول میباشد .
جذبهای مربوط به هر پیوند در بخش کوچکی از ناحیه ارتعاشی مادون قرمز یافت میشوند. به عنوان مثال هر جذبی که در ناحیه3000 150 cm -1 قرار داشته باشد تقریبا همیشه نشان دهنده وجود اتصال C-H در ملکول است. به همین صورت محدودههایی برای هرگونه پیوندی اختصاص دارد
افزایش روز افزون زبالههای شهری، صنعتی، کشاورزی و انباشتن آنها در زمینهای اطراف شهرها، رودخانهها، جنگلها و مزارع نیز به نوبه خود منجر به آلودگی بوم نظامهای آبی خاکی شده است. تبدیل آنها به کمپوست میتواند راه حلی مناسب برای کاهش این مشکل باشد - Xiao et . - al, 2011 سالانه مقادیر زیادی ضایعات آلی در محیط زیست رها می شود و استخراج اسید هومیک از کمپوست این بقایا و ضایعات می تواند یک راه حل مناسب جهت کاهش آلودگی های زیست محیطی باشد.
مواد و روشها
مواد اولیه و خام شامل کود گوسفندی، کود گاوی، بقایای یونجه، کاه گندم، ضایعات نخل و سوزنی برگ از مزرعه دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید باهنر کرمان جمعآوری شد. جهت تولید کمپوست از بقایای گیاهی، ابتدا این مواد آسیاب و خرد شدند. به بقایای خرد شده، 5 درصد کود گاوی پوسیده - مایه تلقیح - افزوده و همه تیمارها در رطوبت60 درصد به مدت 4 ماه جهت کمپوست شدن نگهداری شدند. طی این مدت رطوبت در حد 60 درصد نگهداشته شد و هوا دهی کمپوست به طور مرتب انجام شد.
جهت استخراج اسید هیومیک از بقایای گیاهی کمپوست شده و کودهای حیوانی از روش پیشنهادی انجمن بین المللی مواد هیومیک استفاده شد . - Swift, 1996 - برای این منظور ضایعات آلی کود با نسبت 1:10 - حجمی/وزنی - با سود 0/5 مولار مخلوط و به مدت 24 ساعت - زمان استخراج - در محیط تاریک با شدت 160 دور در دقیقه شیک شدند. پس از این زمان فاز محلول از فاز رسوب با استفاده از سانتریفیوژ - 6000 دور در دقیقه - جداسازی شد. به بخش محلول اسید کلریدریک 6 مولار اضافه گردید تا pH محلول به حدود 1 تا 2 رسید . در این شرایط اسید هیومیک رسوب و جداسازی شد. اسید هیومیک جداسازی شده با 0/1 /0/3 - HCl/HF مولار - خالص سازی و با آب مقطر تا زمانی که pH به حدود 4 -5 برسد، شسته شد و در نهایت در دمای 45 درجه سانتی گراد خشک گردید.
جهت طیف سنجی مادون قرمز، نمونههای کاملا پودر شده با برمیدپتاسیم پودری مخلوط و تحت فشار قرار گرفت. در اثر فشار، برمیدپتاسیم ذوب و ترکیب مورد نظر به صورت ماتریس1 تبدیل شد. محصول نهایی به صورت یک قرص KBr است که در سلول دستگاه طیف سنج قرار داده میشود. طیفهای اسید هیومیک توسط دستگاه اسپکتروفتومتر FTIR مدل TENSOR 27 در محدوده طول موج استفاده شده 400 - 4000 cm-1 اندازهگیری شد.
نتایج و بحث
مقادیر اسید هیومیک استخراج شده از منابع مختلف در جدول 1 نشان داده شده است. طبق نتایج حاصله بقایای یونجه بالاترین راندمان استخراج را داشت و کمترین راندمان مربوط به سوزنی برگ بود. به نظر میرسد هر چه میزان کمپوست شدن بیشتر باشد، کمیت و کیفیت هیومیک استخراج شده بیشتر خواهد شد. بقایای نخل و سوزنی برگ به دلیل داشتن بافت خشبی، دیرتر کمپوست میشوند که این امر میتواند باعث کاهش راندمان استخراج و کاهش گروههای عامل در اسید هومیک استخراجی گردد.
جدول :1 راندمان استخراج اسید هیومیک از منابع مختلف
تسوتسوکی و کواتسوکا در سال 1978 ساختار شیمیایی اسید هیومیک خاک را بررسی کردند و رابطه بین گروههای عاملی با درجه هوموسی شدن و نوع خاک را به دست آوردند. آنها به این نتیجه رسیدند که طی فرایند هوموسی شدن، گروه-های هیدروکسیل و کربوکسیل زیاد میشوند در صورتی که گروههای هیدروکسیل الکلی و فنولی و متوکسیل کم میشوند
پیکهای موجود در طیف مادون قرمز اسید هومیک استخراج شده از کمپوست بقایای گیاهی و کودهای حیوانی زیاد بود که همه این پیکها قابل تفسیر و شناسایی نمیباشند . شکل 1 طیف FTIR اسید هیومیک استخراج شده از نمونههای مورد مطالعه را نشان میدهد. اسیدهای هیومیک استخراج شده از کمپوست بقایای گیاهی و کودهای حیوانی طیف مادون قرمز تقریبا مشابهی را نشان دادند .
جذب باندهای اصلی عبارت بودند از: باند گسترده و پهن نزدیک 3400 - 3300 cm-1 که بیانگر OH فنولی میباشد که وجود C-O در نزدیکی 1000 - 1300 cm-1 آن را تأیید میکند. در هیومیک تجاری جذب پهن در نزدیکی 3400 - 2400 cm-1 میباشد که بیانگر OH اسیدی است. جذب متوسط یا قوی در ناحیه1650 - 1450 cm-1 به دلیل وجود حلقه آروماتیک میباشد و در نهایت جذب ضعیف در نزدیکی 1650 cm-1 بیانگر حضور کربوکسیل در نمونههای مورد مطالعه است
در مقایسه با اسید هومیک استخراج شده، اسید هیومیک تجاری مورد استفاده در این پژوهش خواص عمومی اسیدهای هومیک را نشان نداد و تنها پیک های قابل شناسایی در این نمونه مربوط به OH اسیدی و حلقه آروماتیک بود.
شکل -1 طیف FTIR اسید هیومیک استخراج شده از تیمارهای مختلف، هومیک تجاری - Humic - ، گندم - Wheat - ، ضایعات نخل - Palm - ، سوزنیبرگ - Pine - ، یونجه - Alfalfa - ، کود گاوی - Cow - و کود گوسفندی
در نمونه کود گوسفندی و کمپوست یونجه، میزان OH فنولی بیش از سایر نمونهها بود. در طیف مربوط به کود گوسفندی و یونجه طیف مربوط به OH فنولی قویتر و تیزتر از سایر نمونهها مشاهده شد که نشان از فراوانی بیشتر OH فنولی در این نمونه در مقایسه با سایر نمونهها دارد. پیک مربوط به حلقه آروماتیک در هیومیک تجاری، یونجه و گندم تیزتر بود و در نخل نسبت به سایر تیمارها این پیک ضعیفتر شد. همچنین پیک مربوط به پیوند دوگانه کربن-کربن - تنها در طیفهای مربوط به نخل و سوزنی برگ مشاهده شد.
گروه های عاملی در تأمین عناصر مغذی برای ریشه گیاه و همچنین تشکیل کمپلکس های فلزی برای حذف آلاینده ها از خاک نقش مهمی دارند . - Pena -Mendez et al, 2005 - بر اساس مطالعات تسوتسوکی و کواتسوکا در سال 1978به طور کلی افزایش گروههای عامل فنولی و کربوکیسلی در اسید هومیک میتواند بیانگر کیفیت بهتر اسید هومیک و نقش مؤثرتر آن در افزایش قابلیت جذب عناصر غذایی باشد.
