بررسی جذب روی در خاک‌های غرقاب و غیر‌غرقاب : تاکید بر کانی‌شناسی اجزاء خاک

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسنده

گروه علوم خاک. دانشگاه ملایر

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: روی یکی از عناصر کم‌مصرف است که برای رشد بهینه انسان، حیوانات و گیاهان در غلظت‌های کم ضروری است. غلظت بالای عناصر سنگین در خاک‌ها، برای سلامتی اکوسیستم و بشر خطراتی را دارد. کانی‌های رسی نقش مهمی در تجمع، جذب و واجذب و به همان اندازه در فرآیندهای تبادل یون‌های فلزی دارد. قابلیت دسترسی این عناصر کمیاب بوسیله گیاهان بوسیله محتوی کانی رسی در خاک‌ها کاهش می‌یابد. هدف از این مطالعه بررسی جذب روی به وسیله اجزاء خاک در شرایط غرقاب و غیرغرقاب، در ارتباط با کانی‌شناسی آنها است.
مواد و روشها: براساس مطالعات قبلی، 8 خاک‌رخ (چهار تا در شرایط غرقاب و چهارتا در شرایط غیرغرقاب) نمونه‌برداری و تشریح شدند و تمام خاک‌رخ‌ها در راسته اینسپتی‌سولز طبقه‌بندی شدند. برای این منظور، 8 نمونه خاک سطحی (0-30 سانتی‌متر) جمع آوری شد. نمونه‌ها هواخشک شدند و از الک 2 میلی‌متری رد شدند و آزمایشات فیزیکی و شیمیایی آن‌ها انجام شد. سه جزء شن، سیلت و رس در خاک‌های مورد مطالعه تفکیک شدند و مقدار کانی‌ها در جزء شن، سیلت و رس تعیین شد. مطالعات جذب روی به وسیله اضافه کردن 8 میزان روی از 100 تا 3000 میکرومول در محلول زمینه‌ای 01/0 مولار NaNO3 در جزء‌های شن، سیلت و رس انجام شد و تا 24 ساعت شیک شدند. داده‌های به دست آمده برای جذب روی در نمونه‌های متفاوت به معادلات فروندلیچ، لانگ‌مویر و تمکین برازش داده شدند.
یافته‌ها: نتایج مطالعه نشان داد که مقدار جذب روی با افزایش در غلظت روی در محلول افزایش یافته است. جذب روی در جزء رس و سیلت نسبت به جزء شن خیلی بیشتر بوده است. نتایج نشان داد که معادله فروندلیچ (95/0= (r2 برازش بیشتری نسبت به دیگر معادلات در شرایط غرقاب و غیرغرقاب داشته است. KF فروندلیچ، نشان دهنده میزان جذب در غلظت تعادلی روی بوده است و در جزء رس خاک غرقاب، میانگین آن (5/9668) از جزء سیلت (7/4682) و شن (2666) بیشتر است. میزان KF فروندلیچ در جزء رس در خاک‌های غیرغرقاب به طور میانگین برابر 8313 ، در جزء شن 5/5982 و در جزء سیلت برابر 7/2991 بدست آمد. نتایج نشان داد که بین میزان روی جذب شده و محتوی رس در تمامی نمونه‌ها در سطح 5% ، همبستگی معنی‌دار است (*n=8, r= 0.73). حضور کانی ورمی‌کولایت در خاک‌های غرقاب دلیل جذب بالای روی است (n=8, r2=0.768*)، در حالی‌که کانی‌های اسمگتیت و پالی‌گورسکایت (*n=8, r= 0.85) در خاک‌های غیرغرقاب بر جذب روی اثرگذارند. در جزء سیلت کانی‌های حدواسط از قبیل ایلیت-ورمی‌کولیت، ایلیت-اسمکتیت ( n= 8, r= 0.77*)و مقدار کمی از کلسیت، فاکتورهای اصلی در جذب روی هستند. وجود کوارتز و فلدسپار در جزء شن جذب روی را کاهش دادند. اما وجود کلسیت و دولومیت (n= 8, r= 0.96*) در این جزء جذب روی را افزایش داد.
نتیجه گیری: به طور کلی، نتیجه‌گیری می‌شود که نوع و مقدار نسبی کانی‌ها در اجزاء خاک یکی از فاکتورهای موثر در جذب عنصر روی می‌باشند. حضور کانی ورمی‌کولایت در خاک غرقاب و رس اسمگتیت و پالی‌گورسکایت در خاک غیرغرقاب از کانیهای مهم در جذب روی هستند. کلسیت کانی مهم در جزء شن و سپس سیلت در جذب است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Zinc adsorption in paddy and non-paddy soils: a perspective on soil particles mineralogy

نویسنده [English]

  • Soheila Sadat Hashemi
چکیده [English]

Background and Objectives: Zinc (Zn) is one of the micro elements, that it’s essential for humans, animals and plants growth at low concentration. High concentrations of heavy metals in soils may constitute long-term health risks to ecosystems and humans. Clay minerals play an important role in accumulation, adsorption/desorption, as well as exchange processes of metal ions. The bio avaibility of these trace elements by plants decreases with the clay mineral content in soils, referring to the strong retention capacity of clay minerals to zinc. The aim of this study is to evaluate zinc sorption by soil fractions in puddling and non-puddling condition and it’s relation with mineralogy.
Materials and Methods: According to previous studies, eight profiles (Four in paddy and four in non-paddy condition) were sampled and described and all soil profiles were classified in Inceptisols order. For this research, eight surface soil samples (0-30 cm) were collected. Soil samples were air-dried and crushed to pass through a 2-mm sieve for further laboratory analysis and physico-chemical experiments was performed. All size fractions were separated and content of minerals in sand, silt and clay fraction was determined. Zinc sorption analysis was performed by adding eight rates of zn from 100 to 3000 µmol in 0.01M solution as background to sand, silt and clay particles and shaken for 24 h. The data obtained for zinc sorption on different samples was analyzed for Freundilch, Langmuir and Temkin equations.
Results: Results of study showed that the amount of zinc sorbed increased with increasing in the concentration of zn in the contact solutions. Zinc sorption was very much in the clay and silt fraction rather than sand fraction. The results showed that freundlich equation (R2=0.95) more fit than others equations, in puddling and non-puddling condition. KF of Freundilch, indicating sorption value in equilibrium concentration of Zn that in clay fraction of puddling soils it’s mean (9668.5) more than silt (4682.7) and sand (2666) fractions. KF Mean of Freundilch in clay, sand and silt particles of no puddling soils is equal to 8313, 5982.7 and 2991.7 respectively. Results indicated sorbed Zn value was significantly correlated with clay content in all sample (n=8, r= 0.73*). The presence vermiculite mineral in puddling soils is cause for high Zn sorption (n=8, r2=0.768*), whereas semectite and palygorskite minerals in no puddling soils affected on Zn sorption( n=8, r= 0.85*). In silt fraction mixed minerals such as illite-vermiculite, and illite-smectite (n= 8, r= 0.77*) and low content of calcite are main factors to zinc sorption. The presence of quartz and feldespare in sand fraction induce to low sorption of zinc. But the presence rarely of calcite and dolomite (n= 8, r= 0.96*) in this fraction increase zinc sorption value.
Conclusion: Generally, concluded that minerals type in soil particles are main factors to element sorption. The presence of vermiculite and smectite minerals in paddy soils and non paddy soils are important clay minerals in Zn sorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inceptisols
  • Smectite
  • Sorption
  • Vermiculite
1.Allison, L.E., and Moodi, C.D. 1962. Carbonates. In: Black, C.A. (ed), Methods of Soil Analysis. Part 2. American Society of Agronomy, Madison, WI. Pp: 1379-1396.
2.Amune, M., Christiana, O., and Samuel, K. 2012. Impact of mining and agriculture on heavy metal levels in environmental samples in Okahi local government area of Kogi state. Int. J. Pure. Appl. Sci. Tech. 12: 66-77.
3.Balaz, P., Alacova, A., and Brianein, J. 2005. Sensitivity of Freundlich equation constant L/n for zinc sorption on changes induced in calcite by mechanical activation. Chem. Eng. J. 114: 115-121.
4.Chapman, H.D. 1965. Cation exchange capacity. In: Black, C.A.  (ed.), Methods of Soil Analysis, Part 2. American Society of Agronomy, Madison, WI, Pp: 891-901.
5.Douglas, L.A. 1989. Vermiculites. In: Dixon, J.B., and Weed, S.B. (Eds.). Soil Science Society of America. Madison, WI. USA. Pp: 345-380.
6.Jacquat, O., Voegelin, A., and Kretzschmar, R. 2009. Local Coordination of Zn in hydroxyl-interlayered minerals and implications for Zn retention in soils. Geo. Et. Cosmochimica Acta. 73: 348-363.
7.Gee, G.W., and Bauder, J.W. 1986. Method of Soil Analysis, part1. Physical and Mineralogical Methods, 2nd Edition. American society of agronomy, Madison, WI. Pp: 383-411.
8.Hamidpour, M., Kalbasi, M., Afyuni, M., and Shariatmadari, H. 2010. Kinetic and isothermal studies of cadmium sorption on to bentonite and zeolite. Inter. Agro. 24: 1. 253-259.
9.Hashemi, S.S., and Asadi, F. 2018. Effect of waterlogging cultivation on physical, chemical and mineralogical characteristics of paddy soils in Doroud area, LorestanProvince. Applied soil research. 6: 1. 112-123.
10.Hashemi, S.S., and Baghernejad, M. 2009. Zinc sorption by acid, calcareous and gypsiferous soils as related to soil mineralogy. Iran Agriculture Res. 27-28: 1. 1-15.
11.Kabata-Pendias, A. 2010. Trace Elements in Soils and Plants, fourth ed. CRC Press, Boca Raton, Florida.
12.Kittric, J.A., and Hope, E.W. 1963. A procedure for the particle size separation of soil for X-ray diffraction for analysis. Soil Sci. 96: 312-325.
13.Kunze, G.W., and Dixon, J.B. 1986. Pretreatments for Mineralogical Analysis. In: Klute, A. (Ed). Methods of soil analysis, Part 1, Physical and mineralogical methods (No. Ed. 2). American Society of Agronomy, Madison, WI, USA.
14.Mandzhieva, S., Minkina, T., Pinskiy, D., Bauer, T., and Sushkova, S. 2014. The role of soil's particle-size fractions in the adsorption of heavy metals. Eurasian. J. Soil. Sci. 3: 197-205.
15.Mafton, M., Haghnia, H., Karimian, N.A. 2000. Zn adsorption characteristics of some soils of Fars province under rice cultivation. Agri. Sci. Nat. Res. 4: 2. 71-83.
16.Malakuti, M., Keshavarz, P., and Karimian, N.A. 2008.  A comprehensive approach towards identification of nutrients deficiencies and optimal fertilization for sustainable agriculture. TarbiatmodaresUniversity press, 132p.
17.Mengel, K., and Kirkby, E.A. 1987. Principles of plant nutrition international potash Institute, Kluwer Academic Publishers, Switzerland, Pp: 525-535.
18.Najafi Ghiri, M., Rezaei, M., and Sameni, A. 2011. Zinc sorption-desorption by sand, silt and clay fractions in calcareous soils of Iran. Arch. Agro. Soil Sci. 1: 1-13.
19.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1996. Total carbon and organic matter. In: Sparks, D.L. (ed.) Methods of Soil Analysis, Part III, 3rd Ed., American society of agronomy, Madison, WI. USA. Pp: 961-1010.
20.Perez novo, C., Bermudez Couso, A., Lopez, E., Fernandez, D., and Arias, M. 2011. Zinc adsorption in acidic soils influenced of phosphate. Geoderma. 162: 358-364.
 21.Reyhanitabar, A., Ardalan, M., Gilkes, R.J., and Savaghebi, G. 2010. Zinc sorption characteristics of some selected calcareous soils of Iran. J. Agro. Sci. Tech. 12: 99-110.
22.Rhoades, J.D. 1996. Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids. In: Sparks D.L. (ed.) Methods of Soil Analysis, Part III, 3rd Ed., American society of agronomy, Madison, WI. Pp: 417-436.
23.Sajidu, S.M.I., Persson, I., Persson, W.R.L., Masamba, N., and Henry, E.M.T. 2008. Mechanisms of heavy metal sorption by chemical extractions. Water. Air. Soil Poll. 57-58: 1. 861-871.
24.Serrano, S., Garrido, F., Campbell, C.G., Garcia-Gonzalez, M.T. 2005. Competitive sorption of cadmium and lead in acid soils of Central Spain. Geoderma. 124: 91-104.
25.Shahwan, T., Zunbul, B., Tunusoglu, O., and Erogu, A.E. 2005. AAS, XRPD, SEM/EDS, and FTIR characterization of Zn2+ retention by calcite, calcite-kaolinite and calcite-clinoptilolite minerals. J. Coll. Inter. Sci. 286: 471-478.
26.Thomas, G.W. 1996. Soil pH and soil acidity. In: Sparks, D.L. (ed.) Methods of Soil Analysis, Part III, 3rd Ed., American society of agronomy, Madison, WI. Pp: 475-490.
27.Turan, M., Mart, U., Yuksel, B., and Celik, M. 2005. Lead removal in fixed bed columns by zeolite and sepiolite. Chemosphere, 60: 1487-1492.
28.Usman A.R.A. 2008. The relative adsorption selectivity of Pb, Cu, Zn, Cd and Ni by soils developed on shale in New Valley, Egypt. Geoderma. 144: 334-343.
29.Vieira, M.G.A., Neto, A.F.A., and Silva, M.G.C. 2011. Cu(II) adsorption on modified bentonitic clays: different isotherm behaviors in static and dynamic systems. J. Mater. Res. 15: 1439-1451.
30.Young, Do, N., and Park, H.I. 2011. A Study on Adsorption of Pb, Cu, Zn and Cd on to natural clay. Int. J. Environ. Res. 5: 2. 413-424.