سینتیک رهاسازی روی در فراریشه در دوره کشت ذرت در یک خاک آهکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم خاک دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشگاه فردوسی

4 دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

5 دانشگاه شهرکرد

چکیده

سابقه و هدف: روی آزاد شده از خاک ریزوسفری فاکتور اصلی موثر در میزان قابلیت زیستی روی است. به منظور بررسی نحوه تاثیر فعالیت ریشه و ترشحات آن بر آزاد سازی روی در یک خاک آلوده در زمان‌های مختلف برداشت گیاه، آزمایشی به صورت گل‌خانه ای بر روی خاک آلوده به روی در سیستم رایزوباکس صورت گرفت.
مواد و روش‌ها: نمونـه خـاک از عمق 0-30 سانتی‌متر یک خاک آهکی، از مزارع کشاورزی واقع در استان زنجان برداشت شد. به منظور مطالعه تاثیر ترشحات ریشه گیاه ذرت بر رهاسازی از رایزوبــاکس اســتفاده شــد. ابعــاد رایزوبــاکس 200 در 200 در 150 میلی‌متر (طول، ارتفاع و عرض) در نظـر گرفتـه شـد. رایزوباکس به سه بخش از مرکز به سمت لبه رایزوباکس از سمت چپ یا راست که توسط صفحات مشبک نایلونی (300 مش) احاطه شدند، یعنی ناحیه مرکـزی برای رشد گیاه (20 میلی‌متر)، ناحیه های‌ نزدیک ریزوسفر (20 میلی‌متر) و ناحیه‌های توده خاک (40 میلی‌متر) تقسیم شد. هشت بذر در ناحیه مرکزی رایزوبـاکس‌هـا کشت شدند و سپس به دو عدد تقلیل یافت. گیاهان 30، 60 و 90 روز پس از کاشت برداشت شد. این پژوهش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه سطح زمان (30، 60 و 90 روز پس از کشت) و سه ناحیه با فاصله از ریشه در سه 3 تکرار اجرا شد. سینتیک رها سازی روی در خاک توده‌ای و ریزوسفری توسط روش عصاره گیری متوالی با DTPA در دوره زمانی 1 تا 528 ساعت در دمای 25 درجه سانتی‌گراد تعیین شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش زمان میزان روی تجمعی آزاد شده افزایش یافت. همچنین میزان روی تجمعی آزاد شده در خاک ریزوسفری در زمان 60 روز پس از کشت به صورت معنی‌داری نسبت به خاک‌های غیرریزوسفری (NR و B) به دلیل جذب گیاه کاهش یافت. بین زمان‌های مختلف برداشت گیاه از نظر غلظت روی تجمعی اختلاف معنی‌داری در هر ناحیه ریشه‌ای وجود داشت. میانگین روی آزاد شده از خاک ریزوسفری، متاثر از ریشه و توده‌ای 60 روز پس از کشت به ترتیب 5/278، 18/269، 7/259 میلی‌گرم بر کیلوگرم بدست آمد. مقایسه مقادیر ضریب تبیین (R2) و خطای استاندارد تخمین (SE) نشان داد که معادله‌های تابع توانی و مرتبه اول واکنش‌های آزاد سازی روی را به خوبی توصیف نموده است، به طوری که دارای بیشترین ضریب تبیین و کمترین خطای استاندارد تخمین می‌باشند. همچنین ضریب b معادله توانی در همه خاک‌ها کمتر از یک بدست آمد که نشان دهنده این است که سرعت آزاد شدن روی با زمان کاهش می‌یابد. بهترین مدل برای توصیف آزاد شدن روی در خاک های ریزوسفری و غیرریزوسفری، مدل توانی بود.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که ویژگی‌های روی رها شده به برآورد پتانسیل تامین روی در ریزوسفر ذرت کمک می‌کند که متفاوت از خاک توده‌ای می باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Zinc Desorption Kinetics in Corn Rhizosphere during Cultivation Period in a Calcareous Soil

نویسندگان [English]

  • Mahdi Bahraini 1
  • Amir Fotovat 2
  • Alireza Karimi 3
  • Reza khorasani 4
  • Alireza Hosseinpur 5
1 Ferdowsi University of Mashhad, Soil Science Department
2 Professor, Ferdowsi University of Mashhad, Soil Science Department
3 Associate Professor, Ferdowsi University of Mashhad, Soil Science Department
4 Associate Professor, Ferdowsi University of Mashhad, Soil Science
5 shahrekord univecsity
چکیده [English]

Background and objectives: Desorption of Zinc (Zn) in the rhizosphere soil is the primary factor that affects bioavailability of Zn. Desorption kinetics in the rhizosphere soil is an important process that controls the availability of the metals to plants. To investigate the effect of root activity on Zn desorption in a polluted soil at different harvesting times, a greenhouse experiment was conducted using rhizobox.
Materials and methods: Soil sample was collected from the 0–30 cm depth of a calcareous soil from agricultural fields located in the Zanjan province, Iran. In order to study the effect of maize root exudates on the Zn desorption using from a rhizobox. The dimension of the rhizobox was 200 mm × 200 mm × 150 mm (length × width × height). The rhizobox was divided into three sections from central to left or right boundary of rhizobox which were surrounded by nylon cloth (300 mesh), viz. a central zone for plant growth (20 mm in width), near rhizosphere zones (20 mm in width), and bulk soil zones (40 mm in width). Eight seeds were sown per rhizosphere zone and subsequently thinned to two plants. Plants were grown under greenhouse conditions. Plants were harvested 30, 60 and 90 days after germination. This research was conducted in a factorial design, with 3 replications, three levels of time (30, 60 and 90 day) and three zones classified based on their distance from root. The kinetics of Zn desorption in bulk and rhizosphere soil was determined by successive extraction with DTPA-TEA in a period of 1 to 528 h at 25±1 0C.
Results: The results showed that cumulative desorption of Zn increased with time. Zinc desorption rate in the maize rhizosphere soils were significantly (p<0.05) lower than bulk soils at 60 days after planted. There were also significant differences between harvesting times. The mean of Zn desorption in the bulk, near root and the rhizosphere soils were 278.5, 269.18 and 259.7 mg kg-1, respectively at 60 days after planted. Comparisons of R2 and SE values indicated that the power function and first-order kinetic equations described the reaction rates fairy well, as evidenced by the high coefficients of determination and low standard error of the estimate. The desorption rate constants in the first-order and power function equations have been introduced as an index of Zn desorption rates in the rhizosphere and the bulk soils. Also, the parameter b in power function was Conclusion: The results of this research revealed that Zn desorption characteristics that are helpful to estimate the Zn supplying power of soils in the maize rhizosphere, are quite different in rhizosphere and bulk soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rhizosphere
  • DTPA-TEA
  • Rhizobox
  • Desorption kinetics
  • Zinc

مراجع

1.Baranimotlagh, M., and Gholami, M. 2013. Time-dependent zinc desorptionin some calcareous soils of Iran. Pedosphere. 23: 2. 185-193.
2.Bernal, M., and McGrath, S. 1994. Effects of pH and heavy metal concentrations in solution culture on the proton release, growth and elemental composition of Alyssum murale and Raphanus sativus L. Plant and soil.166: 1. 83-92.
3.Bremner, J., and Mulvaney, C. 1965. Methods of soil analysis, Part 2. American Society of Agronomy. 1: 1. 62.
4.Campbell, P.G. 1995. Interactions between trace metals and aquatic organisms: a critique of the free-ion activity model. Metal Speciation and bioavailability. Pp: 45-102.
5.Chapman, H. 1965. Cation-exchange capacity 1. Methods of soil analysis.Part 2. Chemical and microbiological properties. (methods of soil anb).Pp: 891-901.
6.Dang, Y., Dalal, R., Edwards, D., and Tiller, K. 1994. Kinetics of zinc desorption from Vertisols. Soil Sci. Soc. Amer. J. 58: 5. 1392-1399.
7.Feng, M.H., Shan, X.Q., Zhang, S.Z., and Wen, B. 2005. Comparison of a rhizosphere-based method with other
one-step extraction methods for assessing the bioavailability of soil metals to wheat. Chemosphere. 59: 7. 939-949.
8.Gee, G., and Bauder, J. 1986. Particle- size analysis In: Klute, A.(ed) Methods of soil analysis, Part 1. American society of Agronomy. Inc, Madison, WI.
9.Hammer, D., and Keller, C. 2002. Changes in the rhizosphere of metal-accumulating plants evidenced by chemical extractants. J. Environ. Qual. 31: 5. 1561-1569.
10.Havlin, J., Westfall, D., and Olsen, S. 1985. Mathematical Models for Potassium Release Kinetics in Calcareous Soils 1. Soil Sci. Soc. Amer. J. 49: 2. 371-376.
11.Hosseini, H.M., and Bagheri Novair, S. 2015. Assessment of Zinc Bioavailability in the Rhizosphere of Sorghum bicolor (L.) Moench. Iran. J. Soil Res.29: 2. 148-162.
12.Jones, D.L., Hodge, A., and Kuzyakov, Y. 2004. Plant and mycorrhizal regulation of rhizodeposition. New phytologist. 163: 3. 459-480.
13.Jopony, M., and Young, S. 1987. A constant potential titration method for studying the kinetics of Cu2+ desorption from soil and clay minerals. J. Soil Sci. 38: 2. 219-228.
14.Kabata-Pendias, A. 2010. Trace elements in soils and plants. CRC press. Pp: 199-210.
15.Kandpal, G., Srivastava, P., and Ram, B. 2005. Kinetics of desorption of heavy metals from polluted soils: Influence of soil type and metal source. Water, Air, and Soil Pollution. 161: 1-4. 353-363.
16.Keller, C., Hammer, D., Kayser, A., Richner, W., Brodbeck, M., and Sennhauser, M. 2003. Root development and heavy metal phytoextraction efficiency: comparison of different plant species in the field. Plant and Soil.249: 1. 67-81.
17.Kim, K.R., Owens, G., and Kwon, S.L. 2010. Influence of Indian mustard (Brassica juncea) on rhizosphere soil solution chemistry in long-term contaminated soils: a rhizobox study. J. Environ. Sci. 22: 1. 98-105.
18.Lindsay, W.L., and Norvell, W.A. 1978. Development of a DTPA Soil Test for Zinc, Iron, Manganese, and Copper 1. Soil Sci. Soc. Amer. J. 42: 3. 421-428.
19.Loeppert, R., and Suarez, D. 1996. Carbonate and gypsum. P 437-474. DL Sparks (ed.) Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI. Carbonate and gypsum. P 437-474. In DL Sparks (ed.) Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI.
20.Lorenz, S., Hamon, R., and McGrath, S. 1994. Differences between soil solutions obtained from rhizosphere and non-rhizosphere soils by water displacement and soil centrifugation. Europ. J. Soil Sci. 45: 4. 431-438.
21.Mench, M., Morel, J., and Guckert, A. 1987. Metal binding properties of high molecular weight soluble exudates from maize (Zea mays L.) roots. Biology and fertility of soils. 3: 3. 165-169.
22.Motaghian, H., and Hosseinpur, A. 2013. Zinc desorption kinetics in wheat (Triticum Aestivum L.) rhizosphere in some sewage sludge amended soils. J. Soil Sci. Plant Nutr. 13: 3. 664-678.
23.Motaghian, H., and Hosseinpur, A. 2014. Zinc desorption kinetics in bean (Phaseolus vulgaris L.) rhizosphere in sewage sludge-amended calcareous soils. Environmental earth sciences.71: 2. 965-973.
24.Mucha, A.P., Almeida, C.M.R., Bordalo, A.A., and Vasconcelos, M.T.S. 2010. LMWOA (low molecular weight organic acid) exudation by salt marsh plants: natural variation and response to Cu contamination. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 88: 1. 63-70.
25.Nguyen, C. 2003. Rhizodeposition of organic C by plants: mechanisms and controls. Agronomie. 23: 6-5. 35-396.
26.Pavlatou, A., and Polyzopoulos, N. 1988. The role of diffusion in the kinetics of phosphate desorption: the relevance of the Elovich equation. J. Soil Sci. 39: 3. 425-436.
27.Reyhanitabar, A., and Gilkes, R.2010. Kinetics of DTPA extraction of zinc from calcareous soils. Geoderma. 154: 3-4. 289-293.
28.Shan, X.Q., Lian, J., and Wen, B. 2002. Effect of organic acids on adsorption and desorption of rare earth elements. Chemosphere. 47: 7. 701-710.
29.Singh, D., McLaren, R.G., and Cameron, K.C. 2008. Effect of pH on zinc sorption-desorption by soils. Communications in soil science and plant analysis. 39: 19-20. 2971-2984.
30.Strobel, B.W. 2001. Influence of vegetation on low-molecular-weight carboxylic acids in soil solution-a review. Geoderma. 99: 3-4. 169-198.
31.Szmigielska, A.M., Van Rees, K.C., Cieslinski, G., and Huang, P. 1996. Low molecular weight dicarboxylic acids in rhizosphere soil of durum wheat. J. Agric. Food Chem. 44: 4. 1036-1040.
32.Tao, S., Chen, Y., Xu, F., Cao, J., and Li, B. 2003. Changes of copper speciation in maize rhizosphere soil☆. Environmental Pollution. 122: 3. 447-454.
33.Thomas, G. 1996. Soil pH and soil acidity. P 475-490. DL Sparks (ed.) Methods of soil analysis. Part 3. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI. Soil pH and soil acidity. P 475-490. In DL Sparks (ed.) Methods of soil analysis. Part 3. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI.
34.Walkley, A., and Black, I.A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil science.37: 1. 29-38.
35.Wang, W.S., Shan, X.Q., Wen, B., and Zhang, S.Z. 2003. Relationship between the extractable metals from soils and metals taken up by maize roots and shoots. Chemosphere. 53: 5. 523-530.
36.Wei-Hong, X., Huai, L., Qi-Fu, M., and Xiong, Z.T. 2007. Root exudates, rhizosphere Zn fractions, and Zn accumulation of ryegrass at different soil Zn levels1. Pedosphere. 17: 3. 389-396.
37.Yu, J., and Klarup, D. 1994. Extraction kinetics of copper, zinc, iron and manganese from contaminated sediment using disodium ethylenediaminetetraacetate. Water, Air and Soil Pollution.75: 3-4. 205-225.
38.Zahedifar, M., Karimian, N., and Yasrebi, J. 2010. Zinc desorption of calcareous soils as influenced by applied zinc and phosphorus and described by eight kinetic models. Communications in soil science and plant analysis.
41: 7. 897-907.
39.Zahedifar, M., Karimian, N., and Yasrebi, J. 2012. Influence of applied zinc and organic matter on zinc desorption kinetics in calcareous soils. Archives of Agronomy and Soil Science. 58: 2. 169-178.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 26، شماره 4
مهر و آبان 1398
صفحه 223-238

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار