مقایسه تثبیت فسفر در نانورس های آلوفانی و غیرآلوفانی سازند کرج

آب و خاک

مقاله 6، دوره 30، شماره 4 - شماره پیاپی 48، مهر 1395، صفحه 1256-1269   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v30i4.49120

نویسندگان

محمد علی منجم^* ؛ احمد حیدری؛ غلام باقری مرندی

دانشگاه تهران

چکیده

نوع مواد مادری به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک ها نقش اساسی بازی می کند. سازند کرج متشکل از خاکسترهای آتشفشانی می باشد که شکل گیری کانی های آلوفانی و بروز خصوصیات اندیک در آن ها به اثبات رسیده است. علیرغم دارا بودن خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مطلوب، مشکل اصلی خاک های به وجود آمده بر روی خاکسترهای آتشفشانی تثبیت بیش از حد فسفر در آن هاست. این خصوصیت عمدتا به نوع رس و نانورس های موجود در این خاک ها نسبت داده می شود. نانورس ها به طور موثر در جذب و حذف فسفات از محلول های دارای غلظت متفاوت نقش دارند. خاک های دارای خصوصیات اندیک حاوی کانی های رسی آمورف نظیر آلوفان هستند. در این تحقیق پنج پروفیل خاک دارای خصوصیات اندیک و ویتریک تشکیل شده بر روی خاکستر آتشفشانی سازند کرج مورد مطالعه قرار گرفتند. میزان نانورس و آلومینیوم قابل استخراج توسط محلول های پیروفسفات (Alp)، اگزالات آمونیوم (Alo) و سیلیسیوم قابل استخراج با اگزالات آمونیوم (Sio)، اندازه گیری شدند. نتایج بدست آمده از مطالعات SEM در خاک های اندیسول حاکی از وجود انواع متفاوتی از نانوذرات آلومینوسیلیکاتی با مورفولوژی نانو بال (آلوفان) و نانو تیوب (ایموگولایت) و نیز کانی های اسمکتایتی در بخش نانوذرات رس می باشد. نانوذرات جدا شده از خاک های غیراندیک بر اساس نتایج SEM از نوع فیلوسیلیکات ها (احتمالا مونتموریلونیت) می باشند. خاک های دارای مقادیر بیشتری Alp و Sio دارای نانورس بیشتر (8/25 گرم در کیلوگرم) و تثبیت فسفر بالاتری بودند (55%). مقادیر Sio، با مقدار Alo همبستگی مثبت و معنی دار (**97/0= r) نشان داد. نسبت در خاک های دارای خصوصیات اندیک با افزایش مقدار مواد آلی افزایش یافت (حداقل02/0 و حداکثر 11/0). با افزایش مقدار آلوفان میزان تثبیت فسفر فزونی (**97/0 = r) یافت، به طوری که در خاک حاوی بیشترین مقدار آلوفان، حداکثر تثبیت فسفر به دست آمد. تثبیت فسفر در خاک های مورد مطالعه با (**99/0= Alo; r) و (**93/0= Alo +½Feo; r) همبستگی مثبت و معنی دار نشان داد. همچنین با افزایش درصد نانورس میزان تثبیت فسفر افزایش یافت و در خاک دارای نانورس بیشتر، حداکثر تثبیت فسفر بدست آمد. کارآیی نانورس آلوفانی در حذف فسفات از محلول های با غلظت بالا، زیاد است و مقادیر کم آن قابلیت حذف مقادیر زیادی از فسفر را دارا می باشد. اندی سول ها نسبت به انتی سول ها و اینسپتی سول های مورد مطالعه، به دلیل داشتن مقادیر زیادی مواد آمورف یا نانورس آلوفان بیشترین میزان تثبیت فسفر را نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

آلوفان؛ اندی سول؛ میکروسکوپ الکترونی روبشی؛ نانورس

مراجع

1- Abbasi Gharaei E. 2012. Investigation on soils developed on glacial deposits in central Alborz zone. A thesis submitted to the degree of Master of Science in Soil Science. University of Tehran (in Persian with English abstract).

2- Andriesse J.P., van R osmalen H. A., and Muller A. 1976. On the variability of amorphous andosols and the relationship to irreversible drying and P retention Geoderma. 16: 125-138.

3- Antelo J., Fiol S., Perez C., Marin S., Arce F., Gondar D., and Lopez R. 2010. Analysis of phosphate adsorption onto ferrihydrite using the CDMUSIC model. Journal of Colloid and Interface Science. 347: 112.Y. 119.

4- Arnalds O. 2004. Volcanic soil of Iceland Catena. 56 (1): 3– 200.

5- Bascomb C.L. 1968. Distributions of pyrophosphate extractable iron and organic carbon in soils of various groups. Journal of Soil Science, 19: 251–268.

6- Blakemore L.C., Searle P.L., and Daly B.K. 1987. Methods forchemical analysis of soils. New Zealand. Soil bureau scientific report. 80, 44–45.

7- Calabi-Floody M., Theng B.K.G., Reyes P., and Mora M.L. 2009. Natural nanoclays: applications and future trends– a Chilean perspective. Clay Minerals. 44, 161–176.

8- Calabi-Floody M.F., James S., Bendall Alejandra A., Jarae F., Mark E., Welland B., Benny K.G., Theng, Cornelia Rumpel., and Maria dela Luz Mora. 2011. Nanoclays from an Andisol: Extraction, properties and carbon stabilization. Geoderma 161: 159 –167.

9- Dalhgren R.A., and Saigusa M. 1994. Aluminum release rates from allophanic and non allophanic Andosols. Soil Science and Plant Nutrition 40: 125– 136.

10- Drissen P.M., and Dudal R (Editors). 1989. Major soil of the world. Agricultural university of Wageningen and Khatholieke university of Leuven, wageningen, 269 p.

11- Eger A., and Hewitt A. 2008. Soils and their relationship to aspect and vegetation history in the eastern southern Alps. Canterburg high country, south Island. New Zealand Catena – 75: 297- 307.

12- Evans L.J., and Smillie G.W. 1976. Extractable iron and aluminum and their relationship to phosphate retention in Irish soils. Irish Journal of agricultural research. 15: 65- 73.

13- Farmer V.C., Fraser A.R., and Tait J.M. 1977. Synthesis of imogolite: a tubular aluminium silicate polymer. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. 6: 462– 463.

14- Garcia E.R., Nova J.C., Pontevedra X., Antonio M.C., and Buurman P. 2004. Aluminium fraction ation of European volcanic soils by selective dissolution techniques. Catena. 56: 155– 183.

15- Garrido-Ramirez E.G., Theng B.K.G., and Mora M.L. 2010. Clays and oxide minerals as catalysts and nanocatalysts in Fenton-like reactions—a review. Clay Science. 47: 182–192.

16- Gebhardt H., and Coleman N.T. 1974. Anion adsorption by allophanic tropical soils, Phosphate adsorption. Soil Science Society of America. 38: 263-267.

17- Halford I.C.R. 1997. Soil phosphorus: Its measurement and its uptake by plants. Australian Journal of Soil Research. 35: 227- 239.

18- Hall P.L., Churkman G.J., and Theng B.K.G. 1985. Size distribution of allophane unit particles in aqueous suspensions. Clays and Clay Minerals. 33, 345– 349.

19- Henmi T., and Wada K. 1976. Morphology and composition of allophane. Mineral Society of America. 61: 379-390.

20- Hiemstra T., and Van Riemsdijk W.H. 2009. A surface structural model for ferrihydrite: I. Sites related to primary charge, molar mass, and mass density. Geochimica et Cosmochimica Acta.73: 4423-4436.

21- Ishiguro M. 2005. Ion transport and permeability in an allophanic Andisol at low pH. Soil Science and Plant Nutrition. 51(5): 637-640.

22- Jara A.A., Violante A., Pigna M., and Mora M.L. 2006. Mutual interactions of sulfate, oxalate, citrate, and phosphate on synthetic and natural allophanes. Soil Science Society of America. Journal 70, 337–346.

23- Li Z., and Hu N. 2003. Direct electrochemistry of hemeproteins in their layer-by-layer films with clay nanoparticles. Journal of Electroanalytical Chemistry. 558, 155– 165.

24- Lopez. D.H., and Burnham C.P. 1974. The Effect Of pH On Phosphate Adsorption In Soils. Journal of Soil Science. Volume 25, Issue 2, pages 207–216.

25- Maeda H., Hashimoto Y., and Ishida E.H. 2009. Solidification mechanism of allophane by hydrothermal reaction. Applied Clay Science. 44: 71- 74.

26- McKeague J. A., and Day J.H. 1966. Dithionite and oxalate-extractable Fe and Al as aids in differentiating various classes of soils. Canadian Journal of soil Science, 46(1): 13-22.

27- McKeague J.A., Brydon J.E., and Miles N.M. 1971. Differentiation of forms of extractable iron and aluminum in soils. Soil Science Society of America. 35: 33- 38.

28- McQuarrie F., Rock S., and Galloglly H. 2011. General chemistry, phosphorous. University Science book.

29- Mizota C. 1976. Relationships between the primary mineral and the clay mineral composotitions of some recent Andosols. Soil Science and Plant Nutrition, 22(3): 257-268.

30- Mizota C., Van Reeuwijk L.P. 1989. Clay mineralogy and chemistry of soils formed under volcanic material in diverse climatic regions. Soil Monograph. 2 ISRIC, Wageningen.

31- Mohtasham F. 2014. The role of mineralogical properties of nanoclays on the phosphate retention of Andisols. A thesis submitted to the degree of Master of Science. in Soil Science. University of Tehran. (in Persian with English abstract).

32- Monajjem M.A. 2013. An investigation the role of nanoclays on some soil physico-chemical properties. A thesis submitted to the degree of Master of Science. in Soil Science. University of Tehran. (in Persian with English abstract).

33- Nanzyo M., Yamasaki C. P., and Honma T. 2003. Changes in content of trace and ultra trace elements with an increase in non crystalline minerals in volcanic ash soils of Japan. Clay Science. 12: 25–32.

34- Nanzyo M. 2002. Unique properties of volcanic ash soils. Global environmental research 6: 99- 112.

35- Parfitt R.L. 1990. Allophane in New Zealand—a review. Australian Journal of Soil Research 28, 343–360.

36- Parfitt R.L., and Kimble J.M. 1989. Conditions for formation of allophane in soils. Soil Science Society of America Journal. 53, 971–977.

37- Parfitt R.L., Hart P.B.S., Megriek K.F., and Russell M. 1982. Response of ryegrass and white clover to phosphorous on an allophonic soil. Egmont black loam. New Zealand journal of agricultural research. 25: 549-555.

38- Paterson E., Clark L., and Birnie C. 1993. Sequential selective dissolution of iron, aluminium, and silicon from soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 24, 2015– 2023.

39- Rajan S.S.S., Perrott K.W., and Suaders W.M.H. 1974. Identification of phosphate – reactive site of hydrous aluminum from proton consumption during phosphate adsorption at constant pH values. Soil Science, 25: 438- 447.

40- Ransom B., and Kim D. 1998. Organic matter preservation on continental slopes: Importance of mineralogy and surface area. Geochimica Et Cosmochimica Acta 62 (8): 1329-1345.

41- Richardson A.E., George T.S., Hens M., and simpson R.J. 2005. Utilization of soil organic phosphorous by higher plants.

42- Sanchez P.A. 1976. Properties and management of soil in tropics. Wiley. New York.

43- Shoji S., Nanzyo M., and Dahlgren R.A. 1993. Volcanic ash soils: genesis, properties and utilization. Developments in Soil Science, vol. 21. Elsevier, p. 287.

44- Soil Survey Staff. 2014. Keys to Soil Taxonomy, United States Department of Agriculture. 11nd ed. Natural Resources Conservation Service.

45- Soil survey staff. 2014. Soil survey field and laboratory methods manual. Soil survey investigations report. No. 51. Version 20. Department of agriculture, natural resources conservation service.

46- Soil Genesis and Classification. Heidari. H. 2014. According to World Reference Base For soil Resources.

47- Syers J.K., and Cornforth I.S. 1983. Chemistry of soil fertility. Read of the New Zealand institute of chemistry annual conference. Hamilton.

48- Takahashi T., Fukuoka T., and Dahlgren R.A. 1995. Aluminum solubility and release rates from soil horizons dominated by aluminum– humus complexes. Soil Science and Plant Nutrition 41, 119– 131.

49- Takahashi T., and Shoji S. 2003. Distribution and classification of volcanic ash soils. Global.Environment Resources. 6, 83–97.

50- Tan K.H. 2011. Principles of soil chemistry. Fourth Edittion.

51- Tisdal S.L., Nelson W.L., and Beaton N.J.D. 1985. Soil fertility and fertilize Australian center for international agricultural researcher mac millian. Inc.

52- Vaanaanen R. 2008. Phosphorous retention in forest soils and functioning of buffer zones used in forestry. Phd Thesis, university of Helsinky. 42pp.

53- Volcanic Ash Soils. Genesis, Properties and Utilization. 1993. Developments in Soil Science 21.

54- Wada K. 1989. Allophane and imogolite, In: J.B. Dixon and S.B. Weed (eds.), Minerals in Soil Environments, 2nd Ed., Soil Science Society America Inc., Madison, Wisconsin, pp.1051-1087.

55- Walkley A., and Black C.A. 1934. An Examination of the degtjareff method for determining soil organic matter, And a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Sci. 37. 29-38.

56- Wang X., Liu F., Tan W., Li W., Feng X., and Sparks DL. 2013. Characteristics of Phosphate Adsorption-Desorption Onto Ferrihydrite: Comparison With Well-Crystalline Fe (Hydr) Oxides. Soil Science. Volume 178. 1.