تحقیق مقاله بور در خاک

مقدمه

ا همیت اقتصادی بور درکشاورزی وباغبانی ومسائل مربوط به درخت کاری وجنگل کاری از حدود چندین دهه گذشته مورد توجه وبحث وبررسی قرار گرفته است(8) از سال 1875 بور به عنوان تشکیل دهنده گیاهی شناخته شده است وتا اوایل قرن بیستم توجه چندانی به این حقیقت نشده است تا اینکه دانشمند فرانسوی به نام اچ اگولون[1] در سال 1910 ضرورت بور برای زندگی گیاه را عنوان نمود(7).

در حدود 2قرن بیش در مناطقی که کمبود بور محدودیت تولید محصول را به همراه داشته مطالعات گسترده ای صورت گرفته که وجود اطلاعات مهمی درمورد چگونگی رشد در خاکهایی که دارای مقادیر کمی بور هستند در بسیاری از کشورهای جهان همچون هندو ایتالیا و شمال وجنوب کشور چین وغیره انعکاس گسترده ای به همراه داشته است(8).

وارینگتون[2] در ایستگاه تحقیقاتی کشور انگلستان مسئله بور به عنوان عنصر مورد نیاز گیاه را تایید نمود(7).

کمبود بور مشکلاتی را برای محصولات زراعی وکیفیت آنها در مناطقی که کمبود بور مشاهده می شود به وجود آورده است(8).

توجه دانشمندان وکشاورزان به اهمیت عناصر کم مصرف که بور نیز جز آنها می باشد روز به روز گسترده تر وتخصصی تر می شود به طوری که برخی از این عناصر حتی ممکن است از اهمیت منطقه ای نیز برخوردار باشد(5).

از نظر اقتصادی ضرورت استفاده ازحاصلخیزی بور در خاکهایی که دارای کمبود بور هستند قابل توجه می باشد که بیشتر مربوط می شود به اثری که بور در گیاهان ایجاد می کند بسیاری از

دانشمندان عقیده دارند که عامل اصلی اینکه بور اساس وپایه بسیاری از گیاهان است میل ترکیبی شدیدی که اسید بوریک یا بورات یا ترکیباتی مانند دیول ها دارد می باشد اسید بوریک از مهم ترین فرمهای بور است که بیشتر در خاک ها یافت می شود وقابل استفاده گیاه است(4) متوسط بور در بیشتر خاکها چیزی حدود 30پی پی ام باشد بور ممکن است در فاز جامد ویا مایع وجود داشته باشد که این دو فاز دائماً در حال تعادل می شود وآنچه که گیاه  می تواند از آن استفاده نماید فاز مایع یا محلول بور می باشد.

در کشور ایران مسئله کمبود وسمیت بور از اهمیت بسیار بالایی  برخوردار است ولی هنوز مناطقی که کمبود بور ممکن است مشکلاتی را به همراه داشته باشد به طور کامل مشخص نشده است(5).

در این پروژه سعی شده است که به این مسئله اهمیت بیشتری داده شود وبتواند تاحدی مشکلات کمبود یا سمیت بور را در گیاهان شناسایی کرده وراه وروشهایی را برای حل این مسائل مطرح کند.

1-فصل اول

 بور در خاک : برات های آلی ومعدنی وبروسیلیکاتها منابع اصلی بور در بیشتر خاکها هستند(7).برات یا اسیدبوریک که بیشتر از سایر فرمها در منابع خاک مشاهده می شود ممکن است د رمحلول خاک یا جذب سطحی توسط ذرات خاک شود(4).

بور در بیشتر خاکها درکمیت های کوچکی پیدا می شود معمولاً گستره ای بین 200-20 پی پی ام دارد(3).

البته در برخی منابع مقدار بور در کل خاک را 80 –7 پی پی ام ذکر کرده اند(4). برطبق نظر جکسون در سال 1968 میزان بور کل در بیشتر خاکها بین 89-4 پی پی ام متغیر است که میزان متوسط آن حدود 30پی پی ام می باشد(4).

مواد آلی خاک منبع اصلی بور دربسیاری از خاکهای کشاورزی است ود رمناطقی که دارای بارندگی زیادی هستند اغلب مقدار بور در آنها کم می باشد ودر سطح بالایی یا خاک سطحی در مناطق خشک که تا اندازه ای دارای بافت سنگین می باشد ممکن است غلظت بور خیلی زیاد و حتی در سمیت نیز وجود داشته باشد.

بیشترین مقدار بوردر خاک در بخش مواد آلی است که در نتیجه بسیاری از بور موجود در لایه شخم بیشتر به صورت ترکیبات آلی است خاکهایی که دارای مقدار کمی مواد آلی هستند کمبود بور در آنها بیشتر از خاکهایی است که مقادیر قابل توجهی مواد آلی در آنها وجود دارد که لازم به ذکر است که همین مقدار بور خود نیز تحت تاثیر پارامترهای زیادی قرار می گیرد(27).

1-1عوامل موثر در میزان بور درخاک:

1-1-1-بافت خاک: خاکهایی که درشت بافت واز زهکشی خوبی برخوردار هستند اغلب دارای مقدار بور کمی هستند واکنش خاکهای شنی با خاک زیرین ریز بافت نسبت به افزودن بور معمولاً به اندازه واکنش چنین خاکهایی با خاک زیرین درشت بافت نیست(3).

در سال 1964 مهتا[3] و همکاران مقدار بور قابل جذب تیپهای مختلف خاک را مشخص کرده وتعیین نمودندکه اکثر این خاکها از نظر بور در وضعیت تغذیه ای مناسبی قرار دارند واثر بافت خاک ومحدوده بور قابل جذب را مورد بررسی قرار دادند(5).

جدول 1-1 میزان بور قابل جذب بعضی از خاکهای گجرات (مهتا وهمکاران ).

بافت خاک

در یک آزمایش صورت گرفته در مورد چند نوع بافت خاک مقادیر مختلفی از بور در محدوده های مختلف برای این خاکها مشخص شده که می توان به جدول زیر اشاره نمود.

(جدول در فایل اصلی موجود است)

جدول 1-2 : مقادیر متفاوت بور در چند نوع بافت خاک در کشور چین(29).

خیلی زیاد 

مطالعات آبشویی نشان داده اند که بور افزوده شده به خاکها حل پذیر باقی می ماند وممکن است از افق های بالایی خارج شود خروج بور بستگی به مقدار آب افزوده شده وبافت خاک دارد. خاکهای ریز بافت تر بور افزوده شده به خاک رامدت بیشتری نگه می دارند تا خاکهای درشت بافت.

اثر بافت خاک را در دو خاک بسیار متفاوت برتلفات بور در شکل زیر نشان داده شده که یک منبع حل پذیر در آب در یک دوره شش ساله به این دو خاک داده شده است(3).

نمودار (1-1) بور حل پدیر در آب درعمق های مختلف بعد از آنکه سالانه 33 بوراکس در هکتار در طی 6 سال به یونجه داده شده است 

این عنصر از افقهای سطحی خاک شنی خارج شده ودر حالی که در افقهای سطحی خاک رسی باقی می ماند بور درعمق 30 تا 91 سانتی متری خاک شنی انباشته می شود.پروفیل این نوع خاک ویژه در این عمق غلظتی از رس دارد آشکار است که بور به طریقی بوسیله جزء رس خاک نگهداشته می شود.

این واقعیت که رس، در مقایسه با شن با کارایی بیشتری بور را نگه می دارد به این معنی نیست که در حضور غلظتهایی از بور قابل حل در آب، گیاهان این عنصر را از رس به مقدار بیشتری جذب می کنند تا از شن در حقیقت در غلظتهای مساوی بور حل پذیر در آب خاک، گیاهان از خاک شنی مقدار بسیار بیشتری بور را جذب می کنند تا از خاک ریز بافت که این موضوع به روشنی در شکل زیر نشان داده شده است

نمودار(2-1): اثر بافت خاک و مقدار بور حل پذیر در آب خاک درجذب بوربوسیله گیاه(3)

بر طبق نظرآقای فلمینگ[4] اغلب کمبود بور در خاکهایی وجود دارد که از بافت شنی برخوردار هستند واغلب برای رشد گیاهان در خاکهای شنی کمبود بور را بیشتر مشاهده می کنیم(22).

اساساً رابطه مثبتی بین میزان ومقدار وغلظت بور درخاک ومیزان رس خاک وجود دارد. مخصوصاً میزان بور قابل حل درآب ومقدار بور قابل جذب برای گیاهان خیلی بیشتر تحت تاثیر بافت خاک قرار می گیرد وجذب بور نیز بستگی به بافت خاک داشته ومیزان آن با افزایش مقدار رس افزایش خواهد یافت.

همچنین مطالعات روی میزان جذب بور ونوع رس موجود در خاک صورت گرفت ومشخص شد که بین میزان جذب بور ومیزان رس کائولییت ومونت موریلونایت رابطه مستقیم وجود دارد(37).

بین میزان بور قابل دسترس ومیزان بارندگی ونوع بافت خاک رابطه تنگاتنگی وجود دارد زیرا کمترین آبشویی در خاکهایی با بافت ریز اتفاق می افتد به طوری که در خاکهای سیلتی ورسی کمبود بور کمتری نسبت به خاکهای شنی وجود دارد(3).

2-1-1-PH

یکی از پارامترهای مهمی که روی میزان بور قابل دسترس در خاک اثر می گذارد PH خاک است با افزایش PH محلول مقدار بور قابل دسترس گیاه کم خواهد شد رابطه بین PH وضعیت بور در خاک به طورکامل درک نشده است با این حال بارها نشان داده شده که علائم کمبود بور با PH بالارابطه دارد وبا افزایش PH خاک جذب بور به وسیله گیاه کاهش می یابد.(3).

در سال 1945 برگر[5] عنوان می کند که بین غلظت بور محلول در خاک رابطه بسیار مهمی با PH محلول خاک وجود دارد .

خاکهایی با PH حدود 7 و یا بالاتر کمبود بور در آنها نسبت به خاکهای اسیدی بیشتر است(3).

نمودار(3-1): اثر PH و مقدار برحل پذیر در آب در یک خاک درشت بافت شنی بر جذب بر بوسیله گیاه(3)

3-1-1-رطوبت خاک :

در شرایط خشکی شدید خاک کمبود بور در بسیاری از گیاهان تسریع می شود این رفتار اگر چه در شرایط مزرعه وگلخانه ای مشاهده می شود به طورکامل درک نشده است اما می تواند به سرعت تجزیه ماده آلی خاک ربط داده شود همچنین می توان آن را به سرعت گسترش شبکه ریشه در خاک که معمولاً در شرایط بسیار خشک کاهش می یابد مربوط دانست. وبنابه قانون کلی کمبود بور در خاکهایی که مقدار ماده آلی آنها زیاد است کمتر شایع می باشد.(5).

2-1-جذب بور در خاک:

بخشی از بور در خاک جذب سطحی جزء معدنی خاکها می شود جایگاه اصلی برای چنین جذبهایی عبارتند از:

الف-ترکیبات هیدروکس آلومینیوم و آهن که به صورت پوشش کانیهای رس همراه آنها هستند.

ب-اکسیدهای آهن وآلومینیوم

ج-کانیهای رس به ویژه انواع میکاها

د-خوشه های منیزیم یا هیدروکسی با پوششهایی که در سطوح هوادیده کانیهای فرو منیزیم ایجاد می شود(3).

در آزمایشهایی که در کشور چین صورت گرفته که نشان می دهد که بور در اکسیدها وهیدر اکسیدهای منگنز ودر اکسیدهای آلومینیوم وآهن در ساختمان بلوری اکسیدهای آهن و آلومینیوم تثبیت شده اند تنها 7-06/0 درصد از غلظت کل بور را شامل می شود.

اکسیدهای آهن وآلومینیوم نقش مهمی در جذب بور به وسیله خاک بازی می کنند.

جذب اختصاصی وغیر اختصاصی بور تنها 1% درصد از کل بور را در خاکهای کشور چین شامل می شوند جذب غیراختصاصی با افزایش بارندگی کاهش وبا افزایش PH خاک افزایش می یابد(25).

در سال 1987 بلوچ [6] بیان کرد که جذب بور به وسیله اکسیدهای آهن و آلومینیوم آمورف وکریستالی صورت می گیرد .(15) مشخص شده است که کانیهای رس بیشتر از اکسیدهای سزکویی این عنصر را جذب می کنند و هیدروکسید آلومینیوم از هیدروکسیدآهن موثر تر خواهد بود.(5).

جذب بور به وسیله کانیهای رسی در طی دو مرحله انجام می شود:

الف- چذب بور توسط لبه های کانی

ب- ترکیب شدن با ساختمان صفحات تتراهیدرال در ساختمان سیلیکاتی وآلومینیوم به مکانیسم جذب بور مربوط می شود که تبادل لیگاندی با گروه های هیدروکسیل در لبه های کانی ورس که جذب اختصاصی بور نامیده می شود (15).

مشخص شده است که دما ممکن است روی جذب بور به وسیله این کانیها تاثیر بگذارد دانشمندان مختلفی از جمله گریم[7] در سال 1968 این مسئله را تایید نموده است.

نتایج آنها نشان می دهد که برای یک مدت زمانی مشخص حدود 2 ساعت جذب بور در یک محدوده ای از PH در حدود 5/9-5/5 با افزایش دما کاهش می یابد وبرای مدت 20ساعت یا 6روز جذب بور با افزایش دما افزایش خواهد یافت علت آنها به این صورت بیان شد که آنها توجیه کردند که جذب بور حرارت زا می باشد ومکانیسم فیکس شدن بور گرما گیر است(25) .

جذب بور بوسیله کانیهای رسی با افزایش قدرت یونی محلول افزایش می یابد به طوری که اثرقدرت یونی در روی رسهای سدیمی خیلی بیشتر از رسهای کلسیمی است.

میزان ترکیبات آنیونی نظیر کلدیدها-نیتراتها، سولفاتها تاثیر کمی روی جذب بور به وسیله کانیهای رسی می گذارند ولی حضور فسفاتها باعث کاهش جذب می شود(19) .

جذب بور به وسیله کائولینیت نسبت به جذب بور به وسیله مونت موریلونایت بیشتر تحت تاثیرمواد سیلیکاتی قرار می گیرد ظرفیت تبادل کاتیونی نیز روی جذب بور به وسیله کانیها اثر می گذارند جذب بور در رسهای که حاوی کلسیم است خیلی بیشتر از رسهایی است که حاوی سدیم ویا پتاسیم می باشد(15).

برای این منظور آزمایشهای متعددی صورت گرفته از جمله آزمایشی که روی یک نوع رس 2:1 حاوی کلسیم ومحلول که حاوی یون سدیم بوده را انتخاب کرده اند وآزمایشات مختلفی روی آنها صورت گرفته است لایه دوگانه پخشیده وبار منفی که در سطوح مسطح یا سطحی گسترش کمی پیداکرده وباعث می شود که لبه های رسهای کلسیمی بیشتر قادر باشند تا آینون بورات را جذب کنند در حالی که در رسهای سدیمی گسترش بار منفی بیشتر است وچون بار منفی کمتری نسبت به رس کلسیمی وجود دارد پس بنابراین مقدار آنیون بورات را کمتر جذب می کند(19) .

مقدار جذب بور در یک گرم کانی رس خیلی کمتر از یک گرم کانیهای اکسید شده می باشد که شاید علت آن گسترش ظرفیت جذب بور در آنها در مناطق سطحی یا سطح ویژه بیشتر کانیهای اکسید شده باشد(15).

اضافه کردن آهک باعث می شود که تثبیت بور به وسیله خاکها افزایش می یابد زیرا PH محلول خاک زیاد می شود وکربنات کلسیم نقش مهمی در جذب بور در خاکهای آهکی بازی می کند.

هرچه میزان کربنات کلسیم خاک بیشتر باشد مقدار جذب بور نیز افزایش می یابد(4).

میزان بور قابل حل در اسید رابطه مستقیم با میزان کربنات کلسیم خاک دارد ومکانیسم جذب بور می تواند به علت تبادل با گروههای کربنات با آنیون بورات باشد.

جذب بور به وسیله منابع کلسیمی با افزایش PH محلول از 6 تا 9 افزایش می یاید وحداکثر جذب بور در PH برابر5/9 است وبا افزایش PH از 10 به بالامیزان جذب کاهش می یابد.

مشخص شده که منابع مواد آلی تاثیر بسیار مهمی را در روی میزان بور قابل دسترس خواهد داشت ومیزان بور محلول در آب گرم خیلی زیاد با میزان کربنات آلی خاک رابطه دارد.

آزمایشات الواشید[8] در سال 1982 ثابت کرده که جذب بور حداکثر آن خیلی زیاد به میزان کربناتهای آلی در خاک بستگی دارد(9) .

بین مقدار هیدراکسیدمنگنز و PH خاک وظرفیت تبادل کاتیونی رابطه مثبت وجود دارد وبا میزان بارندگی ودما رابطه منفی وجود دارد بخش اکسیدهای آهن وآلومینیوم کریستالی و آمورف بین آنها در PH وتبادل کلسیم ورابطه مثبت وجود دارد. اما بخشهای اختصاصی بور هیچ رابطه ای با ویژگیهای خاک  وفاکتورهای آب وهوایی ندارد(16) .

در سال 1987 دانشمندان عنوان نمودند که جذب بور به وسیله اکسیدهای آهن وآلومینیوم آمورف وکریستالی با افزایش PH  افزایش می یابد وحداکثر جذب بور به وسیله اکسیدهای آلومینیوم در PH 8-6 وبرای اکسیدهای آهن در PH 9-7 می باشد (37) . اشاره کرده اند که حداکثر جذب بور با افزایش PH خاک کاهش می یابد ومیزان جذب بور در هر گرم اکسیدهای آلومینیوم خیلی بیشتر از آهن می باشد زیرا سطح ویژه آلومینیوم برای جذب زیاد است واکسیدهای عناصر جذب بور بسیار سریع اتفاق می افتد وبرای کامل شدن آن یک روز زمان لازم است(5).

مکانیسم جذب بور توسط اکسیدهای آلومینیوم و آهن به صورت تبادل لیگاندی است که با سطوح گروههای هیدروکسیل رابطه دارد که تبادل لیگاندی با گروههای هیدروکسیل سطحی در حقیقت مکانیسم جذب اختصاصی بور در سطح مواد معدنی می باشد(15 ) .

جذب اختصاصی بور بیشتر در نقطه ZPC[9] کانی است وبا PH اسید افزایش می یابد جذبب اختصاصی بور در اکسیدهای آلومینیوم  وآهن با افزایش دما از 40 تا 45 درجه سانتیگراد کاهش می یابد که این مسئله تنها در نزدیک جذب، از اهمیت زیادی برخوردار می باشد(15).

مشخص شده که جذب بور به وسیله اکسید های آهن باقدرت یونی محلول همبستگی بسیار زیادی را از خود نشان می دهد در حالی که جذب بور به وسیله اکسیدهای آلومینیوم با افزایش قدرت یونی محلول کاهش می یابد(10).

ترکیبات یونی همچون سیلیکاتها وسولفاتها، فسفاتها واگزالاتها جذب بور به وسیله اکسیدها را کاهش می دهد توانایی ترکیبات یونی در جدا کردن یا جذب کردن جذب بور به وسیله اکسیدها افزایش آن به این صورت است: فسفاتها< سولفاتها< کلریدها  سیلکاتها می توانند یک مقدار ناچیزی از جذب بور به وسیله اکسیدهای آلومینوم را کاهش دهند ترکیبات آنیونی باعث کاهش جذب بور به وسیله مواد معدنی می شود به طوری که فسفاتها بیشتر از مولبیدات و آن بیشتر از سولفاتها می باشد(21).

هیدرواکسیدهای منیزیم می توانند مقداری از بور محلول خاک را منتقل می کند. سیلکاتهای منیزیم جذب بور در آنهاخیلی بیشتر از سیلکاتهای بدون منیزیم می باشد. جذب بور در شن ودر قسمت های دیگر خاکهای مناطق خشک به خاطر وجود هیدرواکسیدهای منیزیم در مینرالهای سیلیکاتی می باشد که در سال 1970 مطرح شده است کانیهای سیلیکاتی دایره ای در جذب بور نقش بسیار مهمی دارند کانیهای رسی به وسیله افزایش PH محلول جذب بور به وسیله کائولینیت ومونت موریلونایت نسبت به سایرکانیهای رسی بیشتر می باشد که برای این منظور آزمایشی در روی 2تا خاک صورت گرفت و PH محلول خاک را در محدوده 12-3 در نظر گرفته ودر حضور سایر ترکیبات آنیونی بعد از گذشت 2 ساعت میزان بور جذب شده تحت تاثیر PH را برای این کانیها اندازه گرفته اند ومشخص شده که جذب بور در PH 3تا 8 افزایش در PH 10-8 ثابت واز 10 به بالاکاهش می یابد(11) .

مکانیسم جذب شدن بور به وسیله کانیهای رسی خیلی سریع وتثبیت شدن یافیکس شدن آن بسیار کند است که در سال 1961 نشان داده شده که مدت زمان لازم برای فیکس شدن بور بعد از گذشت 6 ماه افزایش پیدا می کند(15).

ترکیبات هوموس خاک نقش مهمی در جذب بور در خاک بازی می کند مواد آلی مقدار جذب بور در آنها خیلی بیشتر از کانیهای خاک در یک وزن مشخص است .