تاثير حذف ماده آلي بر سينتيك و ترموديناميك واجذب فسفر در برخي از خاك‌هاي آهكي استان آذربايجان‌شرقي

Effect of organic matter removal on kinetics and thermodynamic of phosphorus desorption in some calcareous soils of East Azerbaijan Province

سابقه و هدف: فسفر بعد از نيتروژن دومين عنصر محدود‌كننده توليد گياهان زراعي در جهان است. تحرك و قابليت دسترسي فسفر در خاك‌ها تحت‌تاثير ويژگي‌هاي واجذب فسفر قرار مي گيرد. اطلاعات اندكي درباره تاثير مواد آلي بر ويژگي‌هاي سينتيك و ترموديناميك واجذب فسفر در خاك هاي آهكي استان آذربايجان‌شرقي وجود دارد. هدف اين پژوهش ارزيابي تاثير ماده آلي بر پارامترهاي سينتيكي و ترموديناميكي واجذب فسفر بود. سينتيك و ترموديناميك واجذب فسفر در 4 نمونه خاك (0-30 سانتي‌متر) جمع‌آوري شده از استان آذربايجان‌‌شرقي قبل و بعد از حذف ماده آلي با استفاده از محلول هيپوكلريت سديم (NaOCl) بررسي شد. مواد و روش‌ها: بر اساس ويژگي‌هاي عمومي، 4 نمونه مركب از عمق 30-0 سانتي‌متري طوري انتخاب شدند كه تا حد ممكن از دامنه نسبتاً وسيع ماده آلي، فسفر قابل استفاده و درصد رس و شن برخوردار باشند. نمونه‌هاي خاك پس از هواخشك شدن از غربال 2 ميلي‌متري عبور داده شدند و برخي ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي اندازه‌گيري شدند. سينتيك واجذب فسفر در غلظت اوليه 100 ميلي‌گرم فسفر در ليتر با محلول كلريد كلسيم 01/0 مولار قبل و بعد از حذف ماده آلي مطالعه شد. تجزيه آماري داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار SPSS و برازش غيرخطي معادلات سينتيكي با استفاده از نرم‌افزار Data fit انجام شد. همچنين براي ترسيم همدماهاي واجذب از نرم‌افزار Excel استفاده گرديد. يافته‌ها: سينتيك واجذب فسفر با معادله الوويچ ساده شده بهتر توصيف شد. مقادير ميانگين ثابت معادله الوويچ قبل از حذف ماده آلي برابر با 69/9 و بعد از حذف ماده آلي برابر با 05/8 بود. الگوي واجذب فسفر بر پايه معادله الوويچ ساده شده نشان داد كه سرعت واجذب فسفر در 2 ساعت ابتدايي بالاتر بوده و به‌وسيله يك سرعت واجذب كندتر ادامه يافت كه اين امر احتمالاً بيانگر وجود دو مكانيسم مختلف در فرآيند واجذب است. به‌منظور بررسي تاثير دما، ترموديناميك واجذب فسفر در 4 دماي 10، 20، 30 و 40 درجه سلسيوس مورد مطالعه قرار گرفت. مقادير مثبت آنتالپي نشان‌دهنده گرماگير بودن فرآيند نگهداشت مي باشد. با افزايش دما از 10 درجه سلسيوس به 40 درجه سلسيوس در خاك‌هاي تيمار نشده با هيپوكلريت سديم، دامنه ميانگين انرژي آزاد گيبس از 12/32- تا 3/39- كيلوژول بر مول افزايش يافت درحالي‌كه در خاك‌هاي تيمار شده با هيپوكلريت سديم دامنه آن 05/33- تا 21/40- كيلوژول بر مول به‌دست آمد. نتيجه‌گيري: با توجه به افزايش مقادير نگهداشت فسفر توسط خاك و كاهش سرعت واجذب فسفر بعد از حذف ماده آلي خاك، مصرف مواد آلي و يا حداقل جلوگيري از كاهش آن مي‌تواند سبب افزايش كارايي مصرف فسفر و افزايش سرعت رهاسازي آن به محلول خاك شود.

Background and objectives: The phosphorus is second limiting nutrient in soil for crop production after nitrogen. Mobility and availability of phosphorus (P) in soils is affected by phosphorus desorption characteristics. Information about the effect of organic matter on kinetics and thermodynamics of P desorption in calcareous soils of East Azerbaijan province is limited. The objective of this study was to evaluate the effect of organic matter on phosphorus desorption kinetics and thermodynamics parameters. P desorption kinetics and thermodynamic was studied in 4 soil samples (0-30 cm) collected from East Azerbaijan province before and after organic matter removal by NaOCl. Materials and Methods: To study general characteristics, 4 soil composite samples (0-30) were selected so that as much as possible had a wide range of SOM, available P and sand and clay content. Soil samples were air dried, to pass a 2 mm sieve and some physical and chemical properties analysed. Desorption kinetics of P was studied at 100 mg P L-1 solution as initial concentration with CaCl2 0.01 M solution before and after SOM removal. Statistical analysis using SPSS software and fitting nonlinear kinetics equations were performed by using Data fit software. Results: The P desorption kinetics were best described by a simple Elovich equation (r2?0.94). The mean values of constant “ “was 9.69 before organic matter removal and 8.05 was after organic matter. According to the results, P desorption pattern based on the simple Elovich equation revealed that the rate of P desorption was higher in the first 2 hours followed by a slower release rate, which may suggest two different mechanisms are involved. To evaluate temperature effects, desorption thermodynamics of P was studied at various temperatures of 10, 20, 30 and 40 0C. Results suggested that the P desorption, before and after SOM removal, was a spontaneous and endothermic process. The positive values of enthalpy for the retention of P, indicated that the retention process was endothermic. The mean values of ?G0 ranged from -32.12 to -39.3 KJmol-1 in NaOCl untreated soils, while it ranged from -33.05 to -40.21 KJmol-1 in NaOCl treated soils when temperature increased from 10 0C to 40 0C. Conclusion: Regarding the rate of P retention by soil and decreasing P desorption after SOM removal, application of organic matter, or at least prevent its loss can increase efficiency and rate of P release to soil solution.