بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این تحقیق، بررسی کاربرد معادلات سینتیکی در توصیف و پیش بینی آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی و همچنین بررسی تاثیر برخی از خصوصیات خاک بر آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی در خاک های آهکی دشت بهمئی استان کهگیلویه و بویراحمد بود. نتایج نشان داد که با توجه به دو ضریب تبیین و اشتباه استاندارد برآورد، به ترتیب معادله های تابع توانی، الوویچ و پخشیدگی پارابولیک بهترین معادله ها برای پیش بینی پتاسیم غیرتبادلی آزاد شده در خاک های منطقه میباشد.
همچنین نتایج نشان داد که ضریب سرعت آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی - b - معادله الوویچ ارتباط مثبت و معنی داری با تعدادی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک ها دارد.، به طوریکه نمونه های دارای بیشترین مقدار رس، کربن آلی و ظرفیت تبادل کاتیونی دارای بیشترین ضریب آزادسازی بودند. همچنین نتایج نشان داد که نمونه هایی که کانی اسمکتایت بیشتری دارند دارای ضریب آزادسازی بیشتری هستند.
مقدمه
خاک های مختلف مقدار متفاوتی پتاسیم غیرتبادلی دارند. همچنین آنها از نظر در اختیار قرار دادن پتاسیمی غیرتبادلی که در اختیار گیاه قرار می دهند نیز متفاوتند. پتاسیم غیرتبادلی در تعدادی از خاک ها منبع تامین پتاسیم محسوب می شود و می تواند بخش قابل توجهی از پتاسیم مورد نیاز گیاه در طول فصل رشد را تامین کند. سوال هایی مانند پتاسیم چگونه در محلول خاک آزاد می شود و چه بخشی از آن برای استفاده گیاه و تولید محصول اهمیت بیشتری دارد بسیار مهم بوده و تحقیقات زیادی در مورد آن انجام شده است. قابلیت استفاده پتاسیم غیرتبادلی به مقدار آن بستگی ندارد بلکه بستگی به سرعت آزادسازی و مقداری از آن که می تواند به شکلهای تبادلی درآید، دارد -
برای توصیف و پیش بینی مکانیسم آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی و همچنین سرعت آزادسازی آن معادلات مختلفی توسط محققان مورد استفاده قرار گرفته است که از جمله این معادلات، معادله مرتبه اول، پخشیدگی پارابولیک، تابع توانی و الوویچ می باشند.
عصاره گیری متوالی توسط عصاره گیر های مختلف مانند کلرید کلسیم 0/01 مولار 2011 از روش های مورد استفاده در آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی می باشند.
هدف از انجام این تحقیق، بررسی کاربرد معادلات سینتیکی در توصیف و پیش بینی آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی و همچنین بررسی تاثیر برخی از خصوصیات خاک بر آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی در خاک های آهکی دشت بهمئی استان کهگیلویه و بویراحمد بود.
مواد و روشها
موقعیت و ویژگیهای منطقه
منطقه مورد مطالعه - دشت بهمئی - در جنوب غرب ایران و غرب و شمال غربی استان کهگیلویه و بویراحمد ، در محدوده جغرافیایی"30œ 39' 10 تا 31 œ 11 ' 23" عرض شمالی و 49œ51' 44" تا 50œ26' 43" طول شرقی قرار دارد. متوسط ارتفاع آن از سطح دریا معادل 1470 متر است. بطور کلی آب و هوای منطقه گرم و نیمهخشک می باشد. میانگین بارندگی سالانه، 480 میلیمتر و میانگین درجه حرارت در طول سال 20/5° C می باشد.
مطالعات آزمایشگاهی
برای انجام این مطالعه، پس از نمونه برداری از خاکرخ های منطقه، تعدادی از آزمایشهای فیزیکی و شیمیایی شامل بافت خاک، کربنات کلسیم معادل و ظرفیت تبادل کاتیونی، گچ و کربن آلی با روش های متداول بر روی نمونهها انجام شد. همچنین، پتاسیم محلول در عصاره اشباع، به روش شعله سنجی، پتاسیم تبادلی از طریق عصاره گیری با استات آمونیم 1 مولار در پ. هاش 7، پتاسیم غیرتبادلی با اسید نیتریک جوشان 1 مولار و پتاسیم کل با هضم نمونه ها توسط اسید فلوئوریدریک و تیزاب سلطانی انجام شد.
برای انجام سینتیک آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی، ابتدا پتاسیم تبادلی و محلول نمونه ها با اشباع آنها توسط کلریدکلسیم 1 مولار حذف شدند . برای این کار، نمونه ها به مدت 24 ساعت با کلرید کلسیم 1 مولار در حالت تعادل قرار گرفتند. سپس کلرید اضافی محلول با شستشو و سانتریفیوژ نمونه ها حذف شدند. نمونهها در آون در دمای 60 درجه سلسیوس خشک شده و به دلیل کلوخه شدن، مجددا کوبیده شد و در مرحله بعد 1 گرم از خاک اشباع با کلسیم را در لوله سانتریفوژ ریخته و 10 میلیلیتر از محلول کلرید کلسیم 0/01 مولار به آن اضافه شد - دو تکرار - . نمونه ها به صورت متوالی در زمان های 15 دقیقهای و در 15 مرحله عصاره گیری شدند و محلول زلال رویی برای اندازهگیری غلظت پتاسیم نگهداری و با روش شعلهسنجی اندازهگیری گردید - . - Jalali, 2006 در پایان، پتاسیم غیرتبادلی آزاد شده نسبت به زمان با معادلات مختلف سینتیکی برازش داده شد. این معادلات به شرح زیر میباشند.
:Y مقدار پتاسیم تجمعی آزاد شده - میلی گرم بر کیلوگرم خاک - ، در زمان t - ساعت - ، Y° حداکثر پتاسیم تجمعی آزاد شده - میلی گرم بر کیلوگرم خاک - و a و b ثابتهای معادلات میباشند. معادلات بر اساس ضرایب تبیین - R2 - و خطای استاندارد برآورد - SE - مقایسه شدند. خطای استاندارد برآورد با استفاده از رابطه زیر محاسبه شد:
در این معادله q و q* به ترتیب نشان دهنده مقدار پتاسیم غیرتبادلی اندازهگیری شده و پیشبینی شده و n، تعداد دادههای ارزیابی شده میباشد.
نتایج و بحث
عصاره گیری متوالی پتاسیم غیر تبادلی با کلرید کلسیم 0/01 مولار در 15 مرحله در دو تکرار انجام شد. شکل 1، پتاسیم تجمعی آزاد شده نسبت به زمان را در نمونه ها نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود میانگین پتاسیم عصاره گیری شده با کلرید کلسیم 178 و از 110 تا 295 میلی گرم در کیلوگرم بود. Jalali, - 2007 - در خاک های آهکی استان همدان در غرب ایران به طور متوسط حدود 340 میلی گرم در کیلوگرم و Ghiri et al, - 2011 - حدود 152میلی گرم درکیلوگرم پتاسیم غیرتبادلی با استفاده از کلرید کلسیم 0/01 مولار استخراج کردند.
آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی لزوما نتیجه حل شدن کانی های حاوی پتاسیم نیست بلکه ممکن است یک واکنش کند تبادلی باشد. وقتی تبادل آهسته بین کانی های رسی مانند میکا اتفاق می افتد، یون جانشین پتاسیم به شکل بدون آب ابتدا باید وارد لایه های داخلی انبساط نیافته شود و سپس به طور همزمان این لایه های داخلی تحت تاثیر آبپوشی این یون ها منبسط شده و این یون ها اجازه می یابند که تثبیت یا محبوس شوند و پتاسیم آزاد شده به شکل هیدراته به آهستگی به محل های تبادلی در قسمت های خارجی ذرات رس انتشار می یابد
در همه نمونه ها روند آزادسازی پتاسیم تقریبا مشابه بوده و سرعت آزادسازی در ابتدا زیاد و به مرور زمان کاهش می یابد. از آنجایی که پتاسیم غیر تبادلی در لبه ها و در بین لایه ها قرار دارد، در مراحل اولیه ابتدا پتاسیم های واقع در لبه های کانی ها که در دسترس تر هستند آزاد می شوند. با گذشت زمان پتاسیم های واقع در بخش های گوه ای شکل که استخراج آنها سخت تر است خارج می شوند.
یون Ca2+ به دلیل شعاع آبپوشی بزرگتر نسبت به K+ نمی تواند به راحتی بین لایه کانی ها قرار گرفته و پتاسیم را آزاد کند و با گذشت زمان فاصله پتاسیم از لبه ها بیشتر و آزادسازی کندتر می شود . - Jalali, 2006 - در نتیجه قسمت اول منحنی تجمعی آزاد سازی مریوط به پتاسیم لبه ای و قسمت دوم مربوط به پتاسیم گوه ای و بین لایه ای است. Hosseinpur et al - 2014 - ، با بررسی آزادسازی پتاسیم خاک، اعلام کردند که آزادسازی پتاسیم در ابتدا سریع ولی در مرحله بعد کند است و مقدار پتاسیم آزاد شده در بخش اول منحنی شاخص مناسبی برای پتاسیم قابل استفاده گیاه است. همچنین آنها اعلام کردند که آزادسازی پتاسیم از فرایند پخشیدگی تبعیت می کند.
شکل-1 پتاسیم تجمعی آزاد شده نسبت به زمان در چند نمونه انتخابی سطحی با کلرید کلسیم - 1 - و اگزالیک اسید
برای بررسی سرعت آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی خاک های منطقه، داده های مراحل آزادسازی پتاسیم غیر تبادلی با معادلههای الوویچ، مرتبه اول، پخشیدگی پارابولیک و تابع توانی برازش داده شدند که نتایج آنالیز آماری آنها در جدول 1 آورده شده است. شکل 2 نیز مدل های سینتیکی مختلف برای توصیف و پیش بینی آزادسازی پتاسیم غیرتبادلی با عصاره گیر کلرید کلسیم 0/01 مولار را نشان می دهد. برای تعیین بهترین معادله، دو پارامتر ضریب تبیین و اشتباه استاندارد مورد استفاده قرار گرفت.
همانطوری که مشاهده می شود، معادلات تابع توانی، پخشیدگی پارابولیک و الوویچ برای عصاره گیر کلرید کلسیم 0/01 مولار دارای ضریب تبیین نزدیک هم بوده ولی کمترین اشتباه استاندارد مربوط به معادله تابع توانی می باشد. معادله تابع توانی برای کلرید کلسیم دارای ضریب تبیین بین 0/982-0/987 - میانگین - 0/985 و اشتباه استاندارد بین 0/05-0/08 - میانگین - 0/06 می باشد.
این معادله با توجه به کوچک بودن اشتباه استاندارد و بزرگ بودن ضریب تبیین به عنوان بهترین معادله برای خاک های منطقه شناخته می شود. Havlin and Westfall, - 1985 - نشان دادند که در صورت پیروی آزادسازی پتاسیم از معادله توانی، فرآیند انتشار کنترل کننده آزادسازی پتاسیم می باشد.
