بخشی از مقاله
پليمرهاي سوپر جاذب : افزايش راندمان مصرف آب ، کاهش خسارات خشکسالي
چکيده
در کشور ايران اقليم خشک و نيمه خشک اغلب مناطق را تحت تاثير قرار داده و خشکي اين مرزو بوم با خشکسالي هاي اخير که در اثر تغير اقليم و تشديد پديده نوسان رطوبتي همراه است باعث محدوديت کشت و کار شده است . در چنين شرايطي ، بخش عظيمي از آب مصرفي در بخش کشاورزي به هدر مي رود. در رهگذر اين اتلاف آب ، کودهاي شيميايي نيز (بخصوص در خاک هاي شني ) بر اثر غرقابي به سرعت شويش يافته و موجب آلودگي منابع گران بهاي آب هاي زير زميني مي شوند. استفاده از هيدروژل هاي سوپر جاذب در بخش کشاورزي ، مي تواند در راستاي گزينش رويکردهاي جديد مديريتي در کشور و بهره گيري صحيح از منابع آب تلقي شود . اين پليمر ها ضمن بالا بردن ظرفيت نگهداري آب در خاکهاي سبک ، مي توانند مشکل نفوذپذيري خاکهاي سنگين و مشکل شويش سريع کودها و آلودگي آبهاي زيرزميني را مرتفع کنند . امکان کشت در مناطق بياباني و کمک به بيابان زدايي و امکان کشت در سطوح شيب دار از ديگر مزاياي اين مواد مي باشد.
واژه هاي کليدي : خشکسالي ، کشاورزي ، مديريت ، هيدروژل هاي سوپر جاذب
مقدمه
ايران کشوري کم آب و خشک است . در حالي که کل آب مصرفي در ايران حدود ٩٣ ميليارد مترمکعب در سال اسـت کـه ٨٣ ميليارد متر مکعب آن دربخش کشاورزي مصرف مي شود ، از اين مقدار درصد بزرگي به علت شيوه هاي غلط و سنتي آبيـاري از بين مي رود . اين مسئله لزوم بکار گيري راهکارهاي نوين مديريتي را در اين زمينه آشکار مـي سـازد. يکـي از جنبـه هـاي نـوين مديريتي در اين زمينه استفاده از هيدروژل هاي سوپر جاذب مي باشد( خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤). پليمرهاي سـوپر جـاذب که از اوايل دهه ١٩٨٠ در ژاپن به خدمت گرفته شده اند و به تازگي کاربرد وسيعي در کشاورزي پيدا کرده اند، يک ماده افزودنـي خاک بوده که آب و مواد غذايي را جذب و حفظ مي کنند و با خاک کشت همراه گشته و به رشد مطلوب گياه ،کاهش اتلاف آب و هزينه هاي آبياري کمک مي نمايد .اساس ساخت اين پليمرها که آلي بوده و به صورت مصنوعي توليد مي گردد از پلي اکريلات پتاسيم و کوپليمرهاي پلي اکريل آميد ساخته شده و ويژگي منحصر به فرد آن بالا بودن ظرفيت جذب آب و حفظ آن است ( پـور اسماعيل و همکاران ، ١٣٨٦) . آزمايشات جعفر زاده ( ١٣٨٣) نشان داد که ميزان نگهداري آب در نمونه حاوي ٤ گرم سوپرجاذب حدود دو برابر شاهد و نمونه حاوي ٨ گرم اين ماده حدود ٣ برابر آن بود.در ضـمن ، مقـدار آب قابـل اسـتفاده در سـطح ٤ و ٨ سوپرجاذب دو برابر آب قابل استفاده در سطح صفر (شاهد) مي باشد. يزداني و همکاران (١٣٨٦)گزارش کردند که کـاربرد پليمـر سوپر جاذب مي تواند در شرايط تنش خشکي و کم آبي موجب افزايش عملکرد سويا شود و نتيجه گرفتند که کاربرد مقدار کـافي پليمر سوپرجاذب نه تنها تحت شرايط آبياري کافي بلکه تحت شرايط تنش خشکي نيز مي تواند علاوه بر هزينه هـاي خريـد آن ، مقدار سود و افزايش عملکرد را عايد سازد . حقيقت طلب و بهبهاني ( ١٣٨٥) نشان دادند که ميزان ٣٠ درصد جايگزيني پليمـر بـا مواد بستر باعث افزايش کارايي مصرف آب درگلخانه هاي هيدروپونيک به ميزان ٤٤ درصد در هر متر مکعب مي شود. کريمـي و نادري (١٣٨٥)، دريافتند که ، با کاربرد سوپرجاذب کارآيي عناصر غذايي خصوصا نيتروژن بيشتر از کارآيي عناصر غذايي است که تاکنون گزارش شده است و با افزايش کاربرد سوپرجاذب ،کارايي مصرف پتاسيم و فسفر و کـارآيي مـصرف نيتـروژن ، فـسفر و پتاسيم به صورت اثر تجمعي افزايش مي يابد. سپاسخواه و بذر افشان ( ٢٠٠٦) ، گـزارش کردنـد کـه يکـي از روش هـاي کنتـرل فرسايش و رواناب استفاده از سوپر جاذب پلي اکريل آميد ( PA.M ) ، مي باشـد . همچنـين بيـان نمودنـد کـه تـاثير PA.M در کاهش فرسايش بيشتر از کاهش رواناب است . آزمايشات سپاسخواه و مهدي (٢٠٠٧) نشان داد که ضريب قابليت فرسايش خـاک بدون PAM در مقايسه با خاک حاوي PAM بالاتر مي باشد .
انواع پليمرهاي سوپر جاذب
امروزه ترکيب هاي سوپر جاذب متعددي با نام هاي تجاري مختلف در جهان وجود دارد( خليلـي محلـه و همکـاران ، ١٣٨٤).
اين مواد شامل سه نوع کاتيوني ، آنيوني و خنثي مي باشد که در کشاورزي نوع آنيوني آن با داشتن بار منفي مورد توجه مي باشد ( پور اسماعيل و همکاران ، ١٣٨٦). محصولات مختلف سوپرجاذب (سـوپرآب ، چمـن آب ، ...) بـراي مـصارف و گياهـان متنـوعي طراحي شده اند. دو نوع سوپرآب A٢٠٠ و A٣٠٠ محصولات مشخص رهاب رزين اند که اولي براي کليـه مـصارف کـشاورزي و دومي براي پرورش ، حفظ و نگهداري و جابه جايي نهال و بسترهاي کشت قارچ ، طراحي شده است . چمـن آب A٥٠٠ محـصول جديد غنيشده ويژه چمن است (رهاب رزين ). استاسورکوب يکي ديگر از ترکيبهاي موسوم به سوپر جاذب توليدي در ايـران مـي باشد و ماده افزودني به خاک است که آب و مواد غذايي را جـذب و حفـظ مـي کنـد. محتويـات استاکوسـورب عبارتنـد از پلـي اکلريلات پتاسيم و کوپليمرهاي پلي اکريلاميد. ويژگي منحصر به فرد استاکوسورب ظرفيت جذب و حفظ قابل ملاحظـه آب مـي باشد . تاکنون محصولات خارجي متعددي از کريستال هاي سوپر جاذب به بازار معرفي شده اند که از معروفترين آنهـا مـي توانـد به استامويست ،هورتا سورب ، واترکريستال و سويل پام اشاره نمود .اما در اين بـين محـصول پلـي آکريلميـد١ اهميـت و جايگـاه بخصوصي را در مقابله با فرسايش خاک ايفا مي کند ( خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤) . دو سوپرجاذب به نامهاي تراوت ٤٠٠ و تراوت X از محصولات ساخت آمريکا و استاکوزورب ساخت آلمان از ديگر نمونه هاي معروف اين پليمرها مي باشند ( کبيري و ظهوريان مهر،١٣٨٥). پليمرهاي سوپرجاذب براساس ساختار مولکولي به گروه هاي مختلفي دسته بندي مي شوند که از جمله آنها پليمرهاي وينيلي است که اين دسته شامل پلي اتيلن ، پلي استايرن ، پلي آکريليک اسيد ، پلي آکريلاميد ، پلي متيل آکريلات ، پلـي وينيل کلرايد و پلي وينيل الکل است ( کريمي و نادري ، ١٣٨٥). نوع ديگر اين پليمرها ، هيدروژل هاي سوختني هستند ( سوخت هاي ژلي يا نيمه جامد با ارزش حرارتي بسيار بالا و بدون دود ) . پليمرهاي فراجاذب در غالب هيدروژل هـاي رنگـي نيـز بـراي اهداف تزييني ، آموزشي و گل هاي زينتي و آپارتماني عرضه مي شوند که در برابر نور کاملا پايدار بـوده و رنـگ در آنهـا تثبيـت شده و خارج نمي شود ( رهاب رزين ) .
ويژگي هاي پليمرهاي سوپر جاذب
شکل ظاهري و متداول سوپر جاذب ها به صورت پودر يا دانه هـاي جـاذب الرطوبـه سـفيد و شـکر ماننـد اسـت ( کبيـري و ظهوريان مهر،١٣٨٥). مطالعات توسط سازمان محيط زيست آلمان و ساير کشورها نشان داده کـه اسـتفاده از ايـن مـاده هيچگونـه عوارضي براي انسان ، گياه و خاک و محيط زيست ندارد اين مواد تقريبا ٥٠٠ - ٢٠٠ برابر وزن خود آب جـذب مـي کننـد . ايـن مواد بي بو ، بي رنگ و بدون خاصيت آلايندگي خاک ، آب و بافت گياهي مي باشند . سوپر جـاذب هـا مـي تواننـد بـا کودهـاي شيميايي ،علف کش ها و آفت کش ها مخلوط شده و بدون هيچگونه اثر متقابل با يکديگر به کار برده شوند. اين مواد پـس از ١٢
- ٥ سال در اثر تجزيه ميکروبي و يا تاثير نور خورشيد بتدريج از بين مي رونـد و بـه مـوادي همچـون آب ، دي اکـسيد کـربن و آمونيوم تبديل مي شوند ( پور اسماعيل و همکاران ، ١٣٨٦). تحقيقات کبيري و ظهوريان مهر (١٣٨٥) نشان دادکه هيدروژل هـاي سوپر جاذب بر اثر دفعات متوالي جذب - واجذب آب هاي شور ، باعث انباشتگي و تجمع نمک نمي شوند و رفتار تورمي نمونه هاي داخلي با نمونه هاي تجاري قابل رقابت است . سوپر آب ، تحت فشار هم قادر به نگهداري آب جذب کرده خود است ولـي به محض نياز ريشه ، آب را بسهولت در اختيار آن قرار مي دهد. ميانگين قطر ذرات سوپر جاذب براي کاربردهاي بهداشتي حدود ٣٠٠ ميکرومتر است . براي کشاورزي و باغباني علمي ، بهتر است که ذرات بزرگتـر از ١- ٣ ميليمتـر و اسـتحکام بـالاتري داشـته باشند . علت اين است که ذرات کوچک يا ژل هاي نرم فضاهاي خالي در خاک را پر مـي کننـد و از تـنفس و جـذب آب ريـشه جلوگيري مي نمايند ( محمود زاده و دولتي بانه ،١٣٨٧). جدول شماره ١، خصوصيات پليمرهاي سوپر آب ساخت ايران را نـشان مي دهد :
زمينه هاي کاربرد پليمرهاي سوپرجاذب
- کشاورزي : از آنجا که با جذب سريع آب به ميزان دهها برابـر وزن خـود بـه ژلـي بـا اسـتحکام بـالا تبـديل مـي شـوند، در کشاورزي ، باغباني ، گلکاري، فضاي سبز ، درختکاري، پرورش گل از جايگاه ويژه اي برخوردارند ( پور اسـماعيل و همکـاران ،
.(1386
- مصارف بهداشتي و پزشکي و داروسازي : اين مواد همچنين در پزشکي و در ترکيب داروهايي که نياز به کنتـرل آزاد سـازي مواد موثر دارند به کار مي روند.همچنين از اين مواد مي توان در توليد منسوجات بهداشتي بعنوان جاذب الرطوبه اسـتفاده نمـود ( پور اسماعيل و همکاران ، ١٣٨٦).
- حفظ تازگي ميوه و سبزي بسته بندي شده : فيلم پلي اتيلن و نيل استات با سوپر جاذب نشاسته پلي اکـريلات مخلـوط و بـا چسب اورتان پوشش داده مي شود که اين فرايند براي حفظ تازگي ميوه و سبزي بسته بندي شده مفيـد اسـت ( پـور اسـماعيل و همکاران ، ١٣٨٦).
- تثبيت شن هاي روان : اين پليمرها در ترکيب با مالچ رسي در تثبيت بيولوژيک شن هاي روان تـاثير بـسزايي دارنـد ( جعفـر زاده و همکاران ، ١٣٨٣) .
- برف مصنوعي : از انواع پودري اين پليمرها مي توان در تهيه برف مصنوعي جهت آماده سازي پيست هاي اسکي و و جـشن ها استفاده نمود (رهاب رزين ).
- امکان کشت در مناطق بياباني و کمک به بيابان زدايي : کاربرد اين مـواد مـي توانـد موجـب ذخيـره رطوبـت در دوره هـاي بارندگي شده و از وقوع سيل هاي ناگهاني جلوگيري نمايد و زمينه را براي رشد گياهان بياباني از قبيل تاغ ،گون فـراهم نمايـد ( خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤).
- ژل هاي مخصوص آتش نشاني و ژل هاي سوختني ( رهاب رزين ).
- کنترل فرسايش ورواناب : سوپر جاذب آنيوني پلي اکريل آميد (PAM ) در ميليونها هکتار از اراضي جهان به عنوان پليمـري براي جلوگيري از فرسايش و افزايش نفوذ پذيري به کار مي رود ( A.Entry et al ، ٢٠٠٢ ) .
البته کاربردهاي اصلي سوپر جاذبها در دو زمينه بهداشتي و کشاورزي واقع مي شود ( کبيري و ظهوريان مهر، ١٣٨٥) .
مزاياي استفاده از سوپر جاذبها در کشاورزي
١- استفاده بهينه از آب ( ٥٠ تا ٧٠ درصد صرفه جويي در مصرف آب کشاورزي) چراکه اين ترکيب ها با قدرت جـذبي بـسيار بالا از آبشويي و ورود بيش از حد آب آبياري به درون سفره هاي آب زير زميني کاسته و اين آب بيشتر در محيط ذخيره مي گردد و راندمان مصرف آب بالا مي رود ( خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤) .
٢- استفاده بهينه از کود و سموم شيميايي که در مناطق خشک و کم آب و اراضي ديم به علت کمبود رطوبت خـاک ، انحـلال عناصر غذايي پرمصرف و کم مصرف در آب خاک کم بوده و ميزان جذب آنها نيز پايين خواهد بود که با مـصرف ترکيبهـاي آلـي سوپرجاذب مي توان کارايي مصرف کود را بالا برد . طبق گزارش هاي کريمي و نادري (١٣٨٥)، بيشترين کارايي مصرف کودها به صورت اثر توام ، با کـاربرد بيـشترين مقـدار سـوپرجاذب در خـاک هـاي سـبک بدسـت آمـده اسـت . گـزارش هـاي لاشـنگ و همکاران (٢٠٠٢) نيز حاکي از آزاد سازي تدريجي عناصر غذايي موجود در خاک در حضور سـوپرجاذب هـا بـود ، وي همچنـين اظهار نمود آفت کشهايي که مصرف خاکي دارند نيز در حضور سوپرجاذب ها کمتر شستشو مي شـوند و آلـودگي ناشـي از ورود اين مواد سمي به سفره هاي آب زيرزميني نيز کمتر خواهد بود.
٣- جلوگيري ازتنشهاي ناشي از نوسانات رطوبتي بخصوص در مناطق خشک ، که پليمر با قرار دادن آب به طـور تـدريجي در اختيار گياه ، تنش هاي حاصل از نوسانات رطوبتي را به حداقل مي رسانند ( خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤) . آزمايشات پزدانـي و همکاران (١٣٨٦) ، نشان داد که کاربرد ٢٢٥ کيلوگرم پليمر سوپرجاذب در هکتار بهترين تاثير را بر رشد و عملکرد سـويا حتـي در شرايط تنش خشکي داشته است و حتي در شرايط تنش خشکي هم مي تواند ميزان سود و افزايش عملکرد را نتيجه دهد .
٤- امکان کشت در سطوح شيبدار از طريق تراس بندي و کاهش شيب هاي تند به شيبهاي کمتـر از ١٢ درجـه و سـپس بکـار گيري اين مواد در جهت ذخيره رطوبت مناسب و جلوگيري از فرسايش آبي در مناطق خشک و نيمـه خـشک يکـي از روشـهاي شکستن شيب زمين وجلوگيري از رواناب هاي سطحي مي باشد که کاربرد سوپرجاذب ها اين نواحي را براي کشت درختان ميـوه و گياهان علوفه اي مناسب مي سازد و ديگرنيازي به احداث موانعي چون گابيون ، اپي و خشکه چين نخواهد بود (خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤) .
٥- کمک به اصلاح ساختمان خاک و افزايش نفوذپذيري خاک نسبت به آب و هوا چرا که اين ترکيـب هـا بـا جـذب آب بـه شدت افزايش حجم پيدا کرده و خاک حاوي آب بيشتري شده و بعد از تخليه آب از اين هيدروژل ها منقبض شده و منافـذ پـر از هوا ايجاد مي شود که براي توسعه رشد ميکروارگانيسم هاي هوازي مثل ريزوبيـوم هـا ، تيوباسـيليوس ، ميکـوريزا ، آزوسـپريلوم بسيار مي تواند مفيد واقع شود ( خليلي محله و همکاران ، ١٣٨٤).
٦- جلوگيري از فرسايش خاک و از دست رفتن خاک هاي مرغوب کشاورزي ( سپاسخواه و بذرافشان ،٢٠٠٦) .
