Effect of potassium adsorption on the zeolite

مقدمه

گندم از نظر تولید و سطح زیر کشت مهمترین محصول کشاورزی ایران است و افزایش محصول آن روز به روز مورد توجه قرار گرفته و از نظر اقتصادی و تأمین غذای اصلی از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد (خدابنده، 1389). پتاسیم از طرفی به دلیل وظایف فیزیولوژیکی گسترده ای که در گیاه به عهده دارد و از طرف دیگر به دلیل ایجاد استحکام ساقه و مقاومت آن در مقابل خوابیدگی، افزایش کارایی مصرف و جذب ازت و ایجاد مقاومت در برابر آفات و امراض، نقش کلیدی در افزایش عملکرد و بهبود کیفیت دانه گندم دارد (سالاردینی و مجتهدی، 1376). بسیاری از خاک ها با رس غالب ایلیت، خاک هایی با قدرت بالا برای جذب پتاسیم می باشند (هاولین و همکاران، 2005). کود پتاسیم با این رس ها تثبیت می شود ولی جذب پتاسیم و عملکرد گیاه تغییر نمی کند، درصورتیکه کاربرد توأم کود پتاسیم با کودهای حاوی عناصر رقیب مثل کودهای آمونیومی و یا اوره موجب افزایش جذب پتاسیم و عملکرد بهتر گیاه می گردد (بولت و بروگنورت، 1976).

نیتروژن یکی از مهمترین عناصر غذایی و عامل کلیدی در دستیابی به عملکرد مطلوب در محصولات زراعی می باشد. نیتروژن در گیاهان بالاترین غلظت را داشته، به طوری که کمبود آن بیش از سایر عناصر غذایی عملکرد را محدود می کند (سالاردینی و مجتهدی، 1376). مهمترین عامل محدود کننده رشد گیاهان در کشاورزی کمبود ازت است تا کمبود سایر عناصر، زیرا نیاز گیاهان به ازت، بیش از تمام عناصر دیگر می باشد (سالاردینی، 1379). مهمترین روش تأمین نیتروژن مورد نیاز کشاورزی، استفاده از کودهای نیتروژنه است. در ضمن برای تولید اقتصادی محصولات مختلف و تأمین نیاز غذایی جامعه، مدیریت نیتروژن از اولویت ویژه ای برخوردار است. بنابراین استفاده مناسب از کودهای نیتروژنه برای افزایش تولید محصول و افزایش کارایی نیتروژن، از مهمترین مباحث روز می باشد (ملکوتی و همایی، 1383).

دی سیانو دی آمید (DCD) با فرمول  C₂H₄N₄یک بازدارنده ی نیتریفیکاسیون موثر می باشد و کاربرد وسیعی در کشاورزی برای بهبود کارایی کودهای ازته دارد (چاوز و همکاران، 2006).

زئولیت‌ها آلومینوسیلیکات ‌های معدنی کریستالی و با شبکه سه بعدی می باشند، اسکلت باز آنها شامل کانال‌ ها و حفراتی حاوی کاتیون ‌ها و مولکول ‌های آب است و به علت تحرک این کاتیون ‌ها، پدیده تبادل یون که یکی از ویژگی ‌های
زئولیت ‌هاست میسر می‌شود. از خصوصیات بارز زئولیت ‌ها قابلیت آنها در دهیدراسیون برگشت پذیر و نیز تبادل کاتیون‌ها بدون تغییر ساختمانی است (کاظمیان و رحیمی، 1382). از زئولیت ها در صنایع کشاورزی به عنوان حاصلخیز کننده و افزاینده رطوبت خاک استفاده می شود (کاظمیان و فقیهیان، 1377). زئولیت ها به عنوان موادی کاملا طبیعی با توجه به ویژگی های منحصر به فردشان مانند قابلیت تبادل کاتیونی بالا (حدود 200 تا 300 میلی اکیوالان در 100 گرم) و همچنین قابلیت جذب انتخابی کاتیون های مفید مانند آمونیوم ( (NH₄⁺و آزادسازی کنترل شده ی آنها (دوایری، 1998)، می توانند اثرگذاری کودهای شیمیایی را بیشتر کرده و ضمن افزایش کارائی کودها، باعث مصرف بهینه ی کودهای شیمیایی نیز شوند. طبق مطالعه فائزنیا (2004) افزایش زئولیت در خاک پردیس دانشکده کشاورزی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان سبب افزایش جذب پتاسیم و فسفر و ازت در گیاه گندم و افزایش معنی دار عناصر مذکور در دانه، کاه و کلش گندم گردیده و در نتیجه افزایش عملکرد را در پی داشته است. همچنین زئولیت باعث افزایش پتاسیم قابل جذب و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک گردید. پلات و همکاران (2004) با مطالعه کاربرد زئولیت طبیعی (کلینوپتیلولیت) در کشاورزی بیان کردند که زئولیت از طریق جلوگیری از هدر روی عناصر غذایی باعث افزایش کارایی کودها شده و در نهایت موجب بهبود رشد گیاه می شود.

نوبخش (1390) با بررسی اثر زئولیت بر غلظت و جذب پتاسیم در گیاه سورگوم علوفه ای نشان داد که اثر نوع خاک، سطوح زئولیت و کود پتاسیم بر جذب پتاسیم گیاه و همچنین بر درصد پتاسیم گیاه در سطح یک درصد معنی دار بود. آلبرتو و همکاران (2010) با مطالعه تولید ماده خشک و تجمع مواد غذایی پس از کشت مداوم کاهو، گوجه و برنج در بستر زئولیت نشان دادند که زئولیت به عنوان یک منبع کند رهای مواد غذایی برای گیاه می باشد.

هدف از این تحقیق بررسی تاثیر زئولیت و نسبت های مختلف کود پتاسیمی بر جذب پتاسیم و کارایی مصرف ازت و پتاسیم توسط گندم در یک خاک با محدودیت پتاسیم قابل استفاده بود.

مواد و روش ها

این تحقیق به روش تجزیه مرکب بر پایه دو طرح بلوک های کامل تصادفی که هر کدام شامل 5 تیمار و 4 تکرار بود، طی سال زراعی 90-1389 در اراضی زراعی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان اجرا گردید. پس از انتخاب قطعه زمین مورد نظر در مزرعه دانشگاه پردیس و انجام شخم و دیسک، یک نمونه خاک مرکب از عمق 30 سانتی متری تهیه و آزمایش های فیزیکو شیمیایی شامل مقدار نیترات به روش ولتامتری (8)، آمونیوم به روش رنگ سنجی (8)، فسفر قابل جذب به روش اولسن (8)، پتاسیم قابل جذب با روش استات آمونیوم (8)،بر روی آن انجام شد. زئولیت کلینوپتیلولیت از معادن زئولیت شمال سمنان تهیه شد. تیمارهای آزمایشی شامل زئولیت به میزان 20 تن در هکتار و کودهای اوره، سولفات پتاسیم و دی آمونیوم فسفات به صورت الف- 0، 0، 0 ب- 200، 0، 250 ج- 200، 100، 250، د- 200، 200، 250، کیلوگرم در هکتار و ه- یک تیمار کودی اوره مخلوط با DCD + سولفات پتاسیم + دی آمونیوم فسفات بصورت 200، 15، 200، 250 کیلوگرم در هکتار بود. یک طرح شامل زئولیت و تیمارهای کودی ذکر شده و طرح دیگر فقط شامل تیمارهای کودی بود. تیمارها تا عمق 20 سانتی متری توسط دیسک با خاک مخلوط شد. گندم رقم مروارید(N-81-18) در کرت های آزمایشی به صورت دیم کشت گردید. اندازه کرت ها 6×4 مترمربع، فاصله بین کرت ها 2 متر، فاصله بلوک ها از یکدیگر 3 متر، فاصله ردیف های کشت 20 سانتی متر و فاصله بین بذرها 5/2 سانتی متر بود. در مرحله قبل خوشه دهی 40 بوته گندم از هر کرت بطور تصادفی
نمونه برداری شد و پس از جدا کردن 4 برگ بالایی از بقیه اندام، آنها را در آون در دمای 70 درجه سانتیگراد خشک کرده و پس از آسیاب کردن، آزمایش های مورد نظر شامل مقدار پتاسیم با دستگاه فلیم فتومتر و ازت به روش کجلدال بر روی 4 برگ بالایی انجام شد. در پایان فصل رشد، برداشت محصول از 1×2 متر مربع از سطح خاک انجام شد و پس از جدا کردن دانه ها از کاه و کلش و خشک کردن در آون و آسیاب، مقدار پتاسیم و ازت در کل اندام هوایی گیاه یعنی دانه و کاه و کلش تعیین گردید. تجزیه و تحلیل آماری شامل تجزیه واریانس و مقایسه میانگین داده ها با استفاده از نرم افزار SAS انجام شد.

نتایج و بحث

برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و زئولیت در جداول 1 و 2 ارائه شده است (زئولیت کلینوپتیلولیت از الک 2 میلی متر عبور داده شد).

نتایج نشان می دهد که غلظت پتاسیم قابل جذب خاک در حد خیلی زیاد (کمتر از 40، 80-41، 120-81، 160-121 و بیشتر از 160 میلی گرم در کیلوگرم پتاسیم قابل جذب خاک به ترتیب نمایانگر مقادیر خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد می باشد)، فسفر قابل جذب در حد کم (کمتر از 3، 7-4، 11-8، 20-11 و بیشتر از 20 میلی گرم در کیلوگرم فسفر قابل جذب خاک به ترتیب نمایانگر مقادیر خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد می باشد) و ازت خاک در حد متوسط (با درصد ماده آلی خاک1/1 تا 2، مقادیر کمتر از 4، 7-4، 10-7، 13-10 و بیشتر از 13 میلی گرم در کیلوگرم نیترات به ترتیب نمایانگر مقادیر خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد می باشد) قرار دارند (هاولین و همکاران، 2005).

نتایج تجزیه واریانس تأثیر تیمارها بر عملکرد ماده خشک و جذب عناصر غذایی در چهار برگ بالایی گیاه در مرحله قبل خوشه دهی گندم در جدول (3) نشان می دهد که اثر زئولیت بر عملکرد ماده خشک و جذب عناصر غذایی در این مرحله معنی دار بود. تأثیر کود شیمیایی نیز بر عملکرد ماده خشک و جذب عناصر پتاسیم و ازت معنی دار بود. اثرات متقابل زئولیت و کود نیز بر تمام این شاخص ها معنی دار بود.

نتایج مقایسه میانگین داده ها در جدول (4)، نشان می دهد که زئولیت موجب افزایش عملکرد ماده خشک و جذب عناصر غذایی در 4 برگ بالایی گردید.

با توجه به جدول (4) با تیمارهای K2 و K2D مصرف 200 کیلوگرم سولفات پتاسیم موجب افزایش عملکرد ماده خشک و جذب عناصر غذایی نسبت به تیمار K1 (مصرف 100 کیلوگرم سولفات پتاسیم) و این تیمارها نسبت به تیمار K0 گردید. کمترین میزان عملکرد ماده خشک و جذب عناصر غذایی در تیمار شاهد بدون مصرف کودهای پتاسیم و ازت حاصل شد. دی سیانو دی آمید موجب افزایش جذب پتاسیم در مرحله قبل خوشه دهی گردید.

بر اساس جدول (4) برای تیمارهای مشابه زئولیت موجب افزایش عملکرد ماده خشک و جذب عناصر غذایی 4 برگ بالایی گردید. افزایش عملکرد ماده خشک برای تمام تیمارها بجز تیمار K1 معنی دار بود. افزایش جذب پتاسیم برای تمام تیمارها معنی دار بود.

نتایج تجزیه واریانس مربوط به برداشت عناصر غذایی توسط دانه و کاه و کلش در مرحله برداشت در جدول(5) نشان می دهد که اثر زئولیت بر برداشت عناصر پتاسیم و ازت در دانه و کاه وکلش معنی دار بود. تأثیر کود شیمیایی نیز بر برداشت عناصر پتاسیم و ازت معنی دار بود. اثرات متقابل زئولیت و کود بر برداشت این عناصر معنی دار بود. نتایج مقایسه میانگین این تیمارها در جدول (6) نشان می دهد که زئولیت موجب افزایش جذب پتاسیم و ازت در دانه و کاه و کلش گندم گردید. با تیمارهای K2 و K2D مصرف 200 کیلوگرم سولفات پتاسیم موجب افزایش جذب پتاسیم و ازت دانه و کاه و کلش نسبت به تیمار K1 و این تیمارها نسبت به تیمار K0 گردید و کمترین میزان جذب این عناصر با تیمار شاهد بدون مصرف کودهای پتاسیم و ازت حاصل شد.

برای تیمارهای مشابه، زئولیت موجب افزایش جذب عناصر پتاسیم و ازت دانه و کاه و کلش گندم گردید. این افزایش برای تمام تیمارها معنی دار بود. این نتایج با نتایج فائزنیا (1383) و نوبخش (1390) مطابقت داشت.

نتایج تجزیه واریانس کارایی ظاهری مصرف کود برای تولید دانه و کاه در جدول (7) ارائه شده است. اثر زئولیت بر کارایی ظاهری مصرف کودهای فسفره، پتاسه و ازته در دانه و کاه معنی دار بود. تأثیر کود شیمیایی بر کارایی کودهای فسفره، پتاسه و ازته در دانه و کاه معنی دار بود. اثرات متقابل کود در زئولیت نیز بر کارایی ظاهری مصرف کودهای ذکر شده در دانه و کاه به جز کود فسفره در کاه معنی دار بود. نتایج مقایسه میانگین این تیمارها نیز در جدول (8) نشان می دهد که زئولیت موجب افزایش کارایی ظاهری مصرف کودهای فسفره، ازته و پتاسه در دانه گردید. زئولیت همچنین موجب افزایش کارایی ظاهری مصرف کودهای فسفره و ازته و کاهش کارایی مصرف کود پتاسه در کاه گردید.

بر اساس جدول (8) با تیمارهای K2 و K2D مصرف سولفات پتاسیم باعث افزایش کارایی ظاهری مصرف کودهای فسفره و ازته نسبت به تیمار K1 و این تیمارها نسبت به تیمار شاهد بدون مصرف کود پتاسیم در دانه و کاه و کلش گردید. مصرف سولفات پتاسیم تأثیر چندانی بر کارایی ظاهری مصرف کود پتاسه در دانه و کاه نداشت. دی سیانو دی آمید نیز تأثیری بر کارایی مصرف کودها نداشت.

برای تیمارهای مشابه، زئولیت موجب افزایش کارایی ظاهری کودهای فسفره و ازته در دانه و کاه و کلش گردید. این افزایش برای تمام تیمارها در کاه معنی دار بود. افزایش کارایی کود فسفره در دانه برای تمام تیمارها بجز تیمار K0 معنی دار بود. افزایش کارایی کود ازته در دانه نیز برای تمام تیمارها بجز تیمارهای K1 و K0 معنی دار بود. زئولیت همچنین موجب کاهش کارایی مصرف کود پتاسه در دانه و کاه گردید که این کاهش برای همه تیمارها معنی دار بود.

با کاه اختلاف جذب تیمار شاهد حاوی زئولیت و بدون زئولیت 06/15 کیلوگرم و برای دانه 5/3 کیلوگرم بود. با توجه به جذب زیادتر پتاسیم از محل زئولیت در کاه نسبت به دانه، اختلاف تیمارهای مختلف کودی با شاهد در کاه برای تیمارهای زئولیت دار نسبت به بدون زئولیت کمتر و در نتیجه کارایی مصرف پتاسیم با زئولیت کمتر شد. رابطه کارایی ظاهری مصرف کود به  صورت زیر می باشد.

          رابطه (1)                                                          100×a-b/c

a، b و c به ترتیب نشان دهنده میزان جذب عنصر با تیمار مورد نظر، میزان جذب عنصر با تیمار شاهد و میزان مصرف عنصر با کود می باشد.

کارایی ظاهری بدین معنی است که شاهد برای تیمارهای دارای زئولیت و بدون زئولیت متفاوت است. در محاسبات فوق برای اثرات متقابل، شاهد کود پتاسیم برای تیمارهای زئولیت دار کاه و دانه K0Z1 و برای تیمارهای بدون زئولیت کاه و دانه K0Z0 است. شاهد کود ازت و فسفر برای تیمارهای زئولیت دار کاه و دانه CZ1 و برای تیمارهای بدون زئولیت CZ0 می باشد. برای اثرات ساده کودی، شاهد کود پتاسیم K0 و شاهد کود ازت و فسفر C می باشد. برای اثرات ساده زئولیت نیز شاهد مشابه اثرات متقابل در نظر گرفته شد.

ضریب همبستگی بین غلظت عناصر غذایی در خاک در مرحله برداشت با عملکرد دانه و کاه در جدول (9) آورده شده است. بین غلظت عناصر غذایی کلسیم، منیزیم و فسفر خاک با عملکرد دانه و کاه همبستگی معنی داری مشاهده نشد، اما همبستگی مثبت و معنی داری بین پتاسیم خاک با عملکرد دانه و کاه دیده شد.

نتیجه گیری کلی

در خاک مزرعه آزمایشی شماره 1 دانشگاه با سطح ویژه بالا و وضعیت دانه بندی نامناسب و شدت پخشیدگی کم، قسمت اعظم نمک ها و عناصر خاک از جمله پتاسیم در لایه دوگانه پخشیده الکتریکی موجود می باشد و سرعت جذب پتاسیم برای تامین نیاز گیاه کافی نمی باشد. کاربرد توأم کود پتاسه با کودهای عناصر رقیب مثل کودهای با مبانی آمونیوم موجب افزایش سرعت پخشیدگی پتاسیم به محیط ریشه می گردد.

زئولیت غلظت عناصر نیتروژن و پتاسیم و جذب این عناصر را در کاه و دانه افزایش داد. زئولیت همچنین کارایی ظاهری مصرف کود پتاسیم برای جذب دانه را افزایش، ولی کاه را کاهش داد. کاهش کارایی مصرف کود پتاسیم در کاه با زئولیت به منزله جذب بیشتر پتاسیم مورد نیاز کاه از طریق زئولیت نسبت به دانه است، زیرا در دانه با مصرف زئولیت کارایی مصرف کود پتاسیم افزایش می یابد. با کودهای پتاسیمی کارایی مصرف کود ازت نیز افزایش یافت. پتاسیم حرکت شیره پرورده را در گیاه کنترل می کند (هاولین، 2005). در خاک های با سطح ویژه بالا، با کودهای پتاسیمی و زئولیت جذب بیشتر پتاسیم توسط گیاه موجب افزایش سرعت شیره پرورده و انتقال و فتوسنتز مواد ساخته شده در برگ به سایر اندام های گیاهی می شود. کاهش تجمع مواد حاصل از فتوسنتز در برگ ها و در نتیجه ریشه گیاه، موجب افزایش جذب عناصر غذایی خاک از جمله ازت می شود و بدین ترتیب پتاسیم کارایی مصرف ازت را افزایش می دهد. این در حالی است که بدون مصرف کود پتاسیمی، کاربرد کود ازت به تنهایی جذب نیتروژن و عملکرد را به میزان قابل توجهی افزایش نمی دهد که از نتایج این طرح نیز مشهود است.