Authors
1 , (Corresponding Author; Tel: 038-32324428), Ph.D. student of Shahrekord University
2 Professor of Shahrekord University
Abstract
Keywords
مقدمه
اجزاء مختلف خاک در نگهداری فسفر شرکت می کنند. در خاک های آهکی، نگهداری فسفات به سطح ویژه کربنات کلسیم ارتباط دارد (Ryan, Curtin and Cheema, 1985). شکلهای مختلف فسفر خاک اغلب به کمک روش عصاره گیری مرحله ای بررسی و مطالعه میشوند (Harrell and Wang, 2006). همه شکلهای فسفر موجود در خاک از قابلیت دسترسی و تحرک مشابهی برخوردار نیستند. قابلیت دسترسی فسفر برای گیاه به توانایی خاک برای جایگزینی فسفر لبایل1 جذب شده توسط گیاه از شکلهای دیگر فسفر بستگی دارد (Beck and Sanchez, 1994).
روش تعیین شکل مرحله ای فسفر معدنی در سال 1957 توسط چنگ و جکسون به کار گرفته شد. روش Chang and Jackson (1957) به مرور زمان توسط محققین دیگر تصحیح شد. اولسن و سامرز (Olsen and Sommers) در سال 1982 به تصحیح روش چنگ و جکسون (Chang and Jackson) پرداختند و تقریب مناسبی را از شکلهای فسفر در خاک های آهکی فراهم کردند.
طی دهه های گذشته در مطالعاتی به بررسی شکلهای مختلف فسـفر در خاک پرداخته شده است (Khanmirzaei, Adhami, Kowsar and Sameni, 2009; Ma, Zhou, Zhang, Zhang and Hu,2009; Naderi Khorasgani, Shariatmadari and Atarodi, 2009; Wang, Liu, Mu and Dang, 2010; Samavati and Hosseinpur, 2011). Delgado, Ruiz, Del Campillo, Kassem and Andreu (2000) به تعیین شکلهای فسفر با استفاده از روش Olsen and Sommers (1982) در سه خاک آهکی و چهار خاک مارن آهکی پرداختند. آنها نشان دادند که در روش تعیین شکل Olsen and Sommers (1982) فسفر قابل استخراج به روش اسید، شکل عمده فسفر در این خاک ها را تشکیل می داد. Ivarsson (1990) به تعیین شکل مرحله ای فسفر طبق روش هدلی (Hedly) در خاک های از سوئد پرداخت. او گزارش کرد که شکل فسفر قابل استخراج با رزین و فسفر محلول در هیدروکسید سدیم احتمالاً مهمترین شکلها در تأمین فسفر مورد نیاز چاودار بودند. همچنین، Rahmatullah Gill, Shaikh and Salim (1994) به بررسی ارتباط بین شکلهای معدنی فسفر در تعدادی خاک آهکی با شاخص های گیاه ذرت و فسفر استخراج شده توسط روش عصاره گیری اولسن پرداختند. نتایج این محققین حاکی از وجود همبستگی معنی دار شکل فسفر معدنی محلول در سیترات- بیکربنات سدیم با عملکرد خشک ذرت و فسفر جذب شده توسط این گیاه بود. همچنین این محققین گزارش کردند که 76 درصد تغییرات فسفر عصاره گیری شده با روش اولسن توسط دو شکل فسفر محلول در سیترات- بیکربنات سدیم و فسفر محلول در هیدروکسید سدیم قابل توضیح بود. همچنین Ahmad et al. (2006) به تعیین شکلهای فسفر به روش اولسن و سامرز (Olsen and Sommers) در 29 خاک آهکی از پاکستان پرداختند. این محققین گزارش کردند که فسفر محلول در اسید کلریدریک (HCl-P) 98 درصد از فسفر کل را در بر می گرفت. Samavati and Hosseinpur (2011) گزارش کردند که شکلهای مختلف فسفر شامل دی کلسیم فسفات، اکتا کلسیم فسفات، آپاتایت و فسفر پیوند شده با آلومینیوم همبستگی معنیداری با فسفر عصاره گیری شده با روش اولسن داشتند. همچنین، شاخص های گیاه سیر همبستگی معنی داری با شکل های دی کلسیم فسفات، اکتا کلسیم فسفات و فسفر عصاره گیری شده با روش اولسن داشتند. با توجه به مباحث ذکر شده همه شکلهای فسفر موجود در خاک از قابلیت دسترسی و تحرک مشابهی برخوردار نیستند. بنابراین استفاده از روش عصاره گیری مرحله ای به منظور تخمین شکلهایی از فسفر که برای گیاه قابل دسترس تر میباشند، حائز اهمیت است. اطلاعات در مورد ارتباط بین شکلهای مختلف فسفر با شاخص های گیاه لوبیا در خاک های استان چهارمحال و بختیاری محدود است. این تحقیق با هدف بررسی مقدار شکلهای مختلف فسفر، ارزیابی ارتباط شکلهای مختلف فسفر با فسفر استخراجی به روش اولسن و کالول و همچنین ارتباط شکلهای مختلف فسفر با شاخص های گیاه لوبیا شامل غلظت فسفر در لوبیا، عملکرد ماده خشک و فسفر جذب شده توسط بخش هوایی لوبیا در تعدادی از خاک های آهکی استان چهارمحال و بختیاری انجام شد.
مواد و روش ها
برای انجام این پژوهش 30 نمونه خاک از نقاط مختلف زمینهای زراعی دشت شهرکرد از عمق صفر تا 30 سانتیمتری جمع آوری شدند. پس از هوا خشک کردن، نمونه های خاک از الک 2 میلی متری عبور داده شدند. سپس 10 نمونه خاک بر اساس مقادیر درصد رس، کربنات کلسیم معادل و مقدار فسفر عصارهگیری شده با روش اولسن (Kuo, 1996) انتخاب شدند. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکهای منتخب به روشهای معمول آزمایشگاهی تعیین شدند. pH نمونه های خاک در سوسپانسیون 2 به 1 محلول به خاک (Thomas, 1996)، قابلیت هدایت الکتریکی در عصارههای صاف شده با نسبت 2 به 1 محلول به خاک (Rhoades, 1996)، کربنات کلسیم معادل خاک به روش تیتراسیون برگشتی با اسید کلریدریک یک نرمال (Loeppert and Sparks, 1996)، درصد کربن آلی خاک به روش اکسیداسیون تر (Nelson and Sommers, 1996)، بافت خاک به روش هیدرومتر (Gee and Bauder, 1986)، فسفر کل با روش هضم با اسید نیتریک و اسید پرکلریک (Kuo, 1996) و فسفر آلی به روش سوزاندن (Kuo, 1996) اندازه گیری شد. همچنین فسفر با روشهای اولسن (Kuo, 1996) و کالول (Colwell, 1963) عصاره گیری شدند. به منظور جداسازی و تعیین شکلهای مختلف فسفر معدنی از روش Olsen and Sommers (1982) استفاده شد (جدول 1). همچنین، فسفر باقیمانده (Residual P) از اختلاف بین مجموع اجزاء معدنی فسفر و مقدار فسفر آلی (OP) از فسفر کل (TP) محاسبه شد. غلظت فسفر نمونهها به روش رنگ سنجی (Murphy and Riley, 1962) تعیین شد.
به منظور تعیین شاخص های گیاه لوبیایک آزمایش گلدانی در ده نوع خاک و در سه تکرار انجام شد. گلدان ها با چهار کیلوگرم خاک های عبور داده شده از الک 2 میلی متری پر شدند. نظر به اینکه خاک گلدان ها نباید از لحاظ سایر عناصر غذایی کمبودی داشته باشند، در ابتدای کشت به هر گلدان 20 میلی گرم نیتروژن درکیلوگرم خاک از منبع اوره، 100 میلی گرم پتاسیم از منبع سولفات پتاسیم و 5 میلی گرم آهن به صورت Fe-EDDHA در کیلوگرم خاک و 2 میلی گرم روی در کیلوگرم خاک از منبع سولفات روی اضافه شد. برای کشت گیاه، بذرهای لوبیا قرمز رقم صیاد (Phaseolus vulgaris)، پس از ضدعفونی با هیپوکلریت سدیم و تلقیح با باکتری ریزوبیوم (Rhizobium phaseoli) به تعداد شش بذر در مرکز گلدان ها کشت شد. در پایان هفته اول تعداد بذرها در هرگلدان به چهار عدد تقلیل یافت. بخش هوایی گیاهان هشت هفته بعد از کاشت برداشت شدند. سپس بخش های هوایی گیاهان با آب مقطر شسته شد و به مدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سلسیوس خشک و وزن خشک اندام هوایی تعیین گردید. نمونه های خشک شده در آون به روش خاکستر خشک هضم و مقدار فسفر موجود در نمونه های هضم شده به روش Murphy and Riley (1962) تعیین شد. در پایان همبستگی اسپیرمن شکلهای مختلف فسفر با فسفر استخراجی با روش های کالول و اولسن و همچنین همبستگی شکلها فسفر با شاخص های لوبیا با نرم افزار استاتیسکا 210 بررسی شد.
حدوول 1----------------
نتایج و بحث
خصوصیات خاک
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک های مطالعه شده در جدول 2 ارائه شده است. همانگونه که مشاهده می شود، دامنه مقدار رس و سیلت در خاک های مورد مطالعه به ترتیب از 3/13 تا 55 و از 25 تا 47 درصد، دامنه کربنات کلسیم معادل از 162 تا 475 گرم بر کیلوگرم خاک و مقدار کربن آلی از 1/3 تا 9/13 گرم بر کیلوگرم خاک می باشد. خاک های مورد مطالعه قلیایی (دامنه پ. هاش از 9/7 تا 1/8) و غیرشور (دامنه هدایت الکتریکی از 26/0 تا 61/0 دسی زیمنس بر متر) بودند. بنابراین، می توان گفت خاکهای بررسی شده دارای دامنه وسیعی از نظر فسفر استخراجی با روش اولسن، درصد رس و مقدار کربنات کلسیم معادل می باشند.
جدول 2-----------
تعیین شکلهای فسفر
مقادیر شکلهای معدنی، شکل آلی و فسفر قابل استفاده در جدول 3 ارائه شده است. سهم نسبی هر شکل فسفر از فسفر کل نیز در شکل 1 نشان داده شده است. به طور کلی، مقدار هر شکل فسفر در میان 10 خاک آهکی مورد مطالعه متفاوت بود. مقدار فسفر کل از تنوع بالایی در میان خاک های مطالعه شده برخوردار بود. دامنه مقدار فسفر کل در خاک های مطالعه شده از 605 تا 3/1201 میلی گرم بر کیلوگرم بود. بالاترین مقدار فسفر کل در خاک شماره 7 و کمترین آن در خاک شماره 1 مشاهده شد. بررسی نتایج نشان داد که مقدار فسفر کل همبستگی معنی داری با درصد کربن آلی (55/0r=) و درصد سیلت (73/0r=) خاکها داشت.
فسفر محلول در اسید کلریدریک (HCl-P)، شکل فسفر حساس به pHهای پایین است و فرض می شود عمدتاً شامل آپاتایت و فسفر پیوند شده به کربنات ها است (Wang et al., 2010). دامنه غلظت HCl-P در خاک های مطالعه شده از 293 تا 471 و متوسط آن 384 میلی گرم بر کیلوگرم خاک بود. بالاترین غلظت HCl-P در خاک شماره 7 و کمترین آن در خاک شماره 6 مشاهده شد. این بخش، شکل غالب فسفر در خاک های مطالعه شده بود و 35 (خاک 9) تا 68 (خاک 4) درصد از فسفر کل را به خود اختصاص داد (شکل 1). فراوانی HCl-P به علت غالب بودن یون کلسیم در خاک های قلیایی می باشد. این نتیجه در تطابق با نتایج Solis and Torrent (1989)، Carreira et al. (2006)، Harrell and Wang (2006) و Shaheen et al. (2007) بود. همچنین Yu et al. (2006) گزارش کردند که 45 تا 60 درصد از کل فسفر خاک های خنثی تا قلیایی قابل استخراج با اسید کلریدریک است. همچنین، Delgado et al. (2000) نیز گزارش کردند که شکل فسفر قابل استخراج توسط اسید، شکل غالب فسفر در خاک های آهکی مورد مطالعه بود. گزارشاتی نیز مبنی بر غالب بودن شکل فسفر همراه با کلسیم در خاک های ایران وجود دارد (Mostashari et al., 2008; Samavati and Hosseinpur, 2011).
فسفر باقیمانده عمدتاً دومین شکل غالب فسفر در خاک های مطالعه شده بود (به استثنا خاک شماره 4). شکل فسفر باقیمانده، از تنوع وسیعی در خاک های مطالعه شده برخوردار بود، بطوریکه دامنه این شکل در خاک های مطالعه شده از 27 (خاک شماره 4) تا 446 (خاک شماره 7) میلی گرم بر کیلوگرم متغیر بود. سهم نسبی این شکل از فسفر کل از 5 درصد در خاک شماره 4 تا 37 درصد در خاکهای شماره 7 و 9 بود. فراوانی شکل باقیمانده فسفر در خاک های مناطق خشک و خاک های آهکی توسط محققین دیگر نیز گزارش شده است (Araujo Maria et al., 2004; Shaheen et al., 2007). بررسی نتایج نشان داد که مقدار فسفر باقیمانده همبستگی معنی داری با درصد سیلت (62/0r=) خاک ها داشت. فسفر آلی (OP)، سومین شکل غالب فسفر در خاک های مطالعه شده به استثنا خاک 9 بود. در خاک 9 سومین شکل غالب فسفر، مجموع -P[NaOH+CB] بود. دامنه تغییرات فسفر آلی در خاک های مطالعه شده نسبت به سایر شکلهای فسفر کمتر بود، بطوریکه کمترین مقدار فسفر آلی در میان 10 خاک مطالعه شده 40 میلی گرم بر کیلوگرم (خاک شماره 1) و بیشترین مقدار فسفر آلی 112 میلی گرم بر کیلوگرم (خاک شماره 7) بود. سهم نسبی فسفر آلی از فسفر کل در خاک های مطالعه شده از 7 درصد در خاک شماره 1 تا 13 درصد در خاک شماره 8 متغیر بود. بررسی نتایج نشان داد که مقدار فسفر آلی همبستگی معنی داری با درصد کربن آلی (72/0r=) خاک ها داشت.
مجموع فسفر در ارتباط با اکسیدهای آهن و آلومینیوم و فسفر دوباره جذب سطحی شده طی مرحله ی اول عصارهگیـری (-P[NaOH+CB]) از تنوع بالایی در خاک های مطالعه شده برخوردار بود.با توجه به اینکه سیترات-بیکربنات عمدتاً فسفات های حاصل از هیدرولیز فسفات های آهن و آلومینیوم را که بر روی سطح کربنات ها در طول مرحله عصارهگیری با هیدروکسید سدیم جذب مجددشده اند (Syers et al., 1972)، استخراج میکند، به نظر می رسد مجموع این دو بخش تخمین دقیقتری از فسفات های آهن و آلومینیوم ارائه می دهد. بنابراین هم شکل NaOH-P و هم مجموع شکلهای NaOH-P و CB-P در جدول 2 ارائه شده است. این شکل عمدتاً شامل فسفر پیوند شده به اکسید های آهن و آلومینیوم است که قابل تبادل با هیدروکسیل و آنیون های حاصل از تجزیه لیگاندهای آلی و ترکیبات فسفر محلول در قلیا می باشد (Rydin, 2000). دامنه این شکل در خاک های مطالعه شده از 33 در خاک شماره 10 تا 145 میلی گرم بر کیلوگرم در خاک شماره 9 متغیر بود. سهم نسبی این شکل از فسفر کل5 درصد (خاک شماره 10) تا 13 (خاک شماره 9) بود. فسفر محلول در سیترات-بیکربنات-دیتیونات (CBD-P)، عمدتاً فسفر مسدود شده در اکسیدهای آهن است و کوچکترین شکل فسفر بود و کمتر از 7 درصد فسفر کل را شامل می شد. به طور کلی، نتایج این آزمایش نشان داد که فراوانی شکلهای مختلف فسفر به صورت زیر کاهش یافت HCl-P>residual-P>PO>NaOH+CB]-P] >CBD-P. Khorasgani et al. Naderi (2009) به تعیین شکل فسفر طبق روش جیانگ و گو (Jiang and Gu) در خاک های خراسان جنوبی پرداختند. این محققین گزارش کردند که فراوانی شکلهای فسفر معدنی از ترتیب Ca10‐P > Al‐P > Ca8‐P > Ca2‐P > OC‐P > Fe‐P تبعیت می کرد.
جدول 3----------------
شکل 1---
دامنه تغییر مقدار فسفر استخراجی توسط روش اولسن از 8/15 تا 9/71 میلی گرم بر کیلوگرم خاک و بیشترین مقدار فسفر از خاک شماره 9 و کمترین آن از خاک شماره 10 استخراج شد. مقدار فسفر قابل استفاده اولیه خاک 9 نسبت به خاک 10 تقریباً چهار برابر و همچنین درصد سیلت خاک 9 تقریباً دو برابر خاک 10 بود. در واقع ممکن است در خاک 9 کربنات کلسیم در اندازه سیلت وجود داشته و یا در بخش سیلت این خاک کانیهای وجود داشته باشد که توانستهاند فسفر را به صورت جذب سطحی نگه داشته و این فسفر طی عصارهگیری آزاد شده است. مقادیر فسفر استخراجی با روش کالول از خاک های مطالعه شده در دامنه 9/33 تا 106 میلی گرم بر کیلوگرم بود. در این روش نیز مشابه روش اولسن بیشترین مقدار فسفر از خاک شماره 9 ولی کمترین مقدار فسفر از خاک شماره 1 استخراج شد. بررسی نتایج نشان داد که مقدار فسفر استخراجی با روش اولسن همبستگی معنی داری با درصد سیلت (58/0r=) و فسفر استخراجی با روش کال ول همبستگی معنی داری با درصد سیلت (54/0r=) و درصد کربن آلی (72/0r=) خاک ها داشتند.
همبستگی فسفر عصاره گیری شده با دو روش اولسن و کالول با شکل های مختلف فسفر
نتایج همبستگی فسفر استخراجی به روش کالول و اولسن با شکلهای مختلف فسفر در جدول 4 ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که فسفر استخراجی به روش اولسن و کالول همبستگی معنی داری با CB-P و فسفر آلی داشتند. علاوه براین، فسفر استخراجی با روش کال ول همبستگی معنی داری با CBD-P و کل داشت. در گذشته نیز نتایجی مبنی بر وجود همبستگی معنی دار بین روش های عصاره گیری مختلف با فسفر استخراجی به روش عصاره گیری مرحلهای گزارش شده است. نتایج Wang et al. (2010) حاکی از وجود همبستگی معنی دار بین تمام شکلهای فسفر استخراج شده به روش جیانگ و گو (Jiang and Gu) و فسفر اولسن در خاکهای آهکی مورد مطالعه بود. نتایج Ma et al. (2009) حاکی از وجود همبستگی معنی دار بین فسفر اولسن و فسفر مسدود شده بود. Harrell and Wang (2006) نیز گزارش کردند که فسفر استخراجی به روش اولسن همبستگی معنی داری با شکلهای شیمیایی [NaOH+CB]-P و CBD-P داشت. همچنین، Delgado et al. (2000) در پژوهش خود دریافتند که فسفر استخراج شده با روش اولسن ارتباط نزدیکی با فسفر استخراج شده در بخش سیترات-بیکربنات روش Olsen and Sommers (1982) داشت. این نتیجه در توافق با نتیجه گزارش شده توسط Solis and Torrent (1989) بود. Solis and Torrent (1989) گزارش کردند که فسفر قابل استخراج در بخش سیترات-بیکربنات روشOlsen and Sommers (1982)، همبستگی معنی داری با فسفر لبایل (فسفر قابل استخراج با رزین تبادل آنیونی) داشت.
جدلو 4------------------------
Naderi Khorasgani et al. (2009) گزارش کردند که فسفر استخراجی به روش اولسن همبستگی مثبت و معنی داری با دی کلسیم فسفات و شکل فسفر در ارتباط با آهن در خاک های خراسان جنوبی داشت.
Herlihy and McCarthy (2006) به بررسی ارتباط فسفر استخراجی به روش های مورگان، مهلیچІІІ، اولسن، بریІ و کلرید کلسیم رقیق با شکلهای فسفر پرداختند. نتایج آنها نشان داد که فسفر استخراجی به روش مورگان و کلرید کلسیم رقیق غالباً با شکل فسفر قابل استخراج با رزین؛ فسفر استخراجی به روش های اولسن و مهلیچІІІ با فسفر محلول در بیکربنات سدیم و فسفر عصاره گیری شده با روش بریІ با فسفر محلول در هیدروکسید سدیم ارتباط داشتند.
رابطه بین شاخص های گیاه لوبیا با شکلهای فسفر معدنی
عملکرد خشک، غلظت فسفر و فسفر جذب شده توسط بخش هوایی لوبیا در ده خاک مورد مطالعه در جدول 5 ارائه شده اســـــت. کمترین و بیشــترین جذب فسفر توسط لوبیــا مربوط به خاک 3 (13/15 میلی گرم در گلدان)؛ و خاک 9 (87/49میلیگرم در گلدان) بود.
جدول 5-------------------
همبستگی بین شکلهای مختلف فسفر با شاخص های گیاه لوبیا در جدول 6 ارائه شده است. بررسی نتایج حاکی از وجود همبستگی بالا بین فسفر آلی و شکل CBD-P با کلیه شاخص های گیاه لوبیا بود. همچنین شاخص عملکرد خشک بخش هوایی همبستگی معنی داری با شکل CB-P و فسفر کل و شاخص جذب فسفر توسط بخش هوایی لوبیا همبستگی معنی داری با شکل CB-P نشان دادند (جدول 6).
جدول 6-----------------
بنابراین، با توجه به نتایج همبستگی شاخص های لوبیا با فسفر آلی و شکلهای CB-P و CBD-P به نظر می رسد، نتایج تعیین شکل فسفر می تواند ابزار ارزشمندی در تعیین وضعیت فسفر خاک ها و قابلیت دسترسی این عنصر برای گیاه باشد.
بررسی Morel and Hinsinger (1999) در یک خاک آهکی و غنی از فسفر نشان داد مقدار فسفر جذب شده توسط دانه روغنی کلزا بیشتر از مقداری بود که فسفر اولسن به مقدار نسبتاً زیاد تأمین می کرد. این نتیجه نشان میدهد که گیاه قادر می باشد از بخشهای کمتر متحرک فسفر خاک نیز استفاده کند. همچنین، نتایج Rahmatullah Gill, Shaikh and Salim (1994) حاکی از وجود همبستگی معنی دار شکل فسفر معدنی محلول در سیترات- بیکربنات سدیم با عملکرد خشک گیاه و فسفر جذب شده توسط ذرت در خاک های آهکی بود. Gikonyo et al. (2008) به تعیین شکل فسفر در خاک های اسیدی تیمار شده با سنگ فسفات و سوپرفسفات تریپل پرداختند. این محققین گزارش کردند که فسفر جذب شده توسط گیاه ذرت عمدتاً با شکل آلی و معدنی فسفر قابل استخراج در بی کربنات سدیم همبستگی داشت. Khanmirzaei et al. (2009) به تعیین شکل فسفر به روش جیانگ و گو (Jiang and Gu) در خاکهای آهکی جنوب ایران که زیر کشت اکالیپتوس بودند، پرداختند. بر اساس گزارش آنها شکل فسفر قابل استخراج توسط کربنات سدیم و آمونیوم استات، شکلهای فسفر قابل دسترس گیاه بودند.
نتیجه گیری
نتایج نشان داد که در خاک های مطالعه شده، اجزاء معدنی فسفر و شکل آلی فسفر تغییرات زیادی داشتند. فسفر استخراجی به روش اولسن و کالول همبستگی معنی داری با CB-P و فسفر آلی داشتند. علاوه براین، فسفر استخراجی با روش کال ول همبستگی معنی داری با CBD-P و فسفر کل داشت. برررسی ضرایب همبستگی بین شکلهای معدنی فسفر با شاخص های گیاه لوبیا نشان داد که فسفر آلی و شکلهای فسفر محلول در سیترات-بیکربنات سدیم (CB-P) و فسفر محلول در سیترات بیکربنات دیتیونایت (CBD-P) همبستگی معنی داری با شاخص های گیاه لوبیا داشتند. نتایج این تحقیق نشان داد که روش تعیین شکل مرحله ای فسفر می تواند در ارزیابی قابلیت دسترسی فسفر برای لوبیا مفید باشد.
پاورقی ها
labile
STATISTICA 10