مقاله رایگان درمورد شرایط آب و هوایی و محصولات کشاورزی

مقاله رایگان درمورد شرایط آب و هوایی و محصولات کشاورزی


Widget not in any sidebars

کانی لئوناردیت
کانی لئوناردیت اولین بار در سال 1919 توسط زمین شناسی آمریکایی و رئیس سازمان تحقیقات زمینشناسی داکوتای شمالی، دکتر لئونارد، کشف شد. اولین توصیف از لئوناردیت این بود که این ماده دارای ساختاری نسبتاً پیچیده بوده و عمدتاً از کربن (55% وزنی) تشکیل شدهاست، که یک محیط نسبتاً غیر قطبی را فراهم میکند. این ماده به صورت پیوسته در نهشتههای لیگنیتی نزدیک سطح زمین، همچنین در رسوبات و نهشتههای زغالی ساب بیتومینه و شیلهای کربندار پیدا میشود. لئوناردیت یک زغال مومی شکل نرم، سیاه یا قهوهای، براق و با جلای شیشهای است که به راحتی در محلولهای قلیایی حل میشود. سنگ معدن این کانی، اسیدی و دارای 3 = pH بوده و بطور گسترده در سرتاسر جهان یافت میشود ]36[ و ]37[. از مهمترین و مرغوبترین مکانهایی که کانی لئوناردیت یافت میشود میتوان به آلبرتا در کانادا، باچوس مارش در استرالیا، ترکیه، آچلادا و زلی در یونان اشاره کرد ]38[و ]39[.
فرآیند تبدیل ماده آلی به زغالسنگ شامل دو مرحله زیستشیمیایی و زمینشیمیایی است. مرحله زیستشیمیایی شامل انواع فرآیندهای زیست شناختی از جمله کپک زدن، پوسیدگی، گندیدگی، توربی شدن، شرایط احیایی و غیره بوده که در وقوع این فرآیندها، علاوه بر شرایط آب و هوایی محیط رسوبی، وجود باکتریهای هوازی یا بیهوازی، قارچها، کرمها، لاروها و حتی آنزیمهای ترشح شده از این موجودات نیز نقش دارند. هرکدام از این فرآیندها و وقایع شامل ویژگیها و شرایط خاص خود است. فرآیند زمینشیمیایی منجر به رها شدن مواد فرار، متان اولیه، آب و دیاکسید کربن و نیز حذف گروههای عاملی اکسیژندار میشود. کانی لئوناردیت مرحله اول را طی کرده اما چون اکثر منابع آن نزدیک سطح زمین هستند، فشار و دمای لازم برای انجام کامل مرحله زمینشیمیایی فراهم نشده است ]40[.
در دهه 1960 محققانی از انجمن معادن آمریکا بر روی کاربردهای لئوناردیت در کشاورزی تحقیقاتی را شروع کردند و متوجه اثرات فوقالعاده آن در افزایش راندمان بسیاری از محصولات کشاورزی شدند. این امر به دلیل اثرات لئوناردیت بر بهبود نفوذپذیری و پوکی خاک و در نتیجه آن افزایش هوادهی و افزایش ظرفیت نگهداری آب و عناصر غذایی میباشد. این ماده سبب میشود کودها و عناصر غیر آلی (معدنی) در منطقه ریشه بصورت محلول نگهداشته شوند و زمانیکه گیاه به آنها نیاز دارد، در اختیارش قرار گیرد. در واقع نقش اصلی لئوناردیت، با توجه به بالا بودن ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) آن، حمل یونها بوده و از این رو عناصر غذایی را به فرم قابل جذب برای گیاه مهیا میسازد.
کاربردهای زیستمحیطی لئوناردیت
منابع علمی نشان میدهد که لئوناردیت ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی داشته و با یونهای فلزی کمپلکس تشکیل میدهد. این کانی شامل گروههای عاملی عمده از قبیل، کربوکسیل (COOH)، الکلی (OH) و کربونیل (C=O) میباشد؛ بنابراین این ویژگیها لئوناردیت را قادر میسازند که بهعنوان یک ماده تصفیه کننده آب برای حذف فلزات سنگین استفاده شود. قیمت پایین و در دسترس بودن این ماده باعث شده است که بعنوان یک گزینه خوب برای حذف آلایندهها بشمار آید ]41[.
هنگامی که لئوناردیت به خاک اضافه میشود سبب جذب و پالایش عناصر سنگین شده و مانع پخش و انتشار آلودگی در خاکهای آلوده میشود از طرفی زیست تخریبپذیر بودن این کانی و سازگاری آن با محیط زیست میتواند عاملی باشد تا از آن بهعنوان یک پالایشگر سبز یاد شود.
معمولاً از بنتونیت در گل حفاری استفاده میشود؛ اما این ماده چسبندگی زیادی دارد. برای از بین بردن این چسبندگی از روغن یا مواد آلی که تجزیه پذیری بسیار کمی در محیط دارند، استفاده میشود. با اضافه کردن لئوناردیت از چسبندگی گل حفاری کاسته شده و لئوناردیت نیز به عنوان یک ماده زیست تخریبپذیر در محیط باقی میماند.
رفتار فلزات در خاک
هنگام تعریف رفتار فلز در خاک، باید چندین فاز تعادلی در نظر گرفته شود (شکل 2-14). فلزات در محلول خاک بوسیله مکانیسمهایی از قبیل آبشویی، جذب توسط گیاهان یا تبخیر (مکانیسم مهم در جیوه، سلنیم و آرسنیک) در معرض بیرون رفتن از سیستم خاک قرار میگیرند و در همان بازه زمانی، در واکنشهای شیمیایی با فاز جامد خاک شرکت میکنند. غلظت فلزات در محلول خاک در بازه زمانی مورد نظر توسط تعدادی از فرآیندهای وابسته بهم، شامل تشکیل کمپلکس با مواد آلی و معدنی، واکنشهای اکسایش- کاهش، واکنشهای رسوب- انحلال و واکنشهای جذب و دفع، اداره میشود. قابلیت پیش بینی غلظت فلز در خاک بستگی به دقت محاسبه و تعیین مقدار این تعادلهای چندگانه دارد ]42[.
شکل ‏214: کنترل کنندههای اصلی غلظت فلزات کمیاب در محلول خاک ]43[
شیمی محلول خاک
فلزات در محلول خاک به صورت یونهای فلزی آزاد (غیرکمپلکسی) (Cd+2، Zn+2 وCr+3)، کمپلکسهای مختلف محلول با لیگاندهای معدنی و یا آلی(CdSO4،CdCl3-و CdHCO3+) و یا در ارتباط با تحرک موادآلی و غیرآلی کلوئیدی وجود دارند. کمپلکس بعنوان مجموعه واحدی که در آن یون فلزی در مرکز با تعدادی از اتمها یا مولکولها در یک الگوی هندسی مشخص در ارتباط است، تعریف میشود (Cr(OH)4- و یا ZnSO4). اتم یا مولکولی که با فلز مرکزی مرتبط میشود نیز، لیگاند نامیده میشود. غلظت کل یک فلز در محلول خاک شامل مجموع غلظت یون آزاد، کمپلکسهای آلی و معدنی محلول فلز و غلظت فلزات مرتبط با مواد کلوئیدی متحرک میباشد ]42[. فلزات میتوانند با لیگاندهای آلی از قبیل آلیفاتیکها، آروماتیکها و آمینواسیدها و اجزاء محلول فولویک اسیدها و لیگان
دهای معدنی مانند SO4-2، Cl-، OH-، PO4-3، NO3- و CO3-2، کمپلکسهای محلول تشکیل دهند ]44[ و ]3[. انواع مختلفی از کمپلکسهای سطحی میتواند بین فلز و گروههای عاملی سطح خاک تشکیل شود که براساس اندازه پیوند بین یون فلزی و سطح خاک از یکدیگر تفکیک میشوند (شکل 2-15). فلزات یا بصورت یون فلزی قابل انتشار بوده، یا بصورت کمپلکسهای هیدراته شده بیرونی هستند و به سطح ذرات خاک بطور مستقیم نمیپیوندند. تجمع این یونها در بین سطوح باردار در پاسخ به نیروهای الکترواستاتیک است. این واکنشها سریع و برگشتپذیر بوده و دلیل آن تنها وابستگی ضعیف ساختار الکترونی گروه سطحی است و یون جذب آن میشود. این واکنشهای فلز- سطح را در اصطلاح واکنشهای تبادلی گویند؛ چرا که حضور دیگر کاتیونها با غلظت کافی در این سیستم، باعث جابجایی یا تبادل کاتیونهای اصلی میشود. فلزات در رابطه با مکانهای تبادل، ممکن است بسته به شرایط محیطی، نسبتاً متحرک باشند. فلزات تبادلی ممکن است ذخایر مهمی از فلزات بالقوه متحرک در خاک باشند ]45[ و ]46[. با کمپلکسهای درونی که سومین نوع جذب است، فلزات مستقیماً با سطح خاک (و نه هیدراته شدن با مولکولهای آب) درگیر هستند. این فرآیند، از حالت تبادلی بوسیله داشتن ویژگی یونی یا کووالانسی برای پیوند بین سطح و فلز، متمایز میشود.
شکل ‏215: سه مکانیسم جذب کاتیون در سطح سیلیکات (مثل مونتموریلونیت) ]47[
انرژی پیوندی در حالت کمپلکس درونی، بسیار بالاتر از واکنشهای تبادلی است و نوع پیوند به ساختار الکترونی فلز و سطح ذره وابسته است. این مکانیسم جذب، اغلب جذب اختصاصی نامیده میشود. اصطلاح اختصاصی بیانگر تفاوت در انرژی جذب میان کاتیونهاست، بطوری که دیگر یونها، مثل کاتیونهای بزرگ سدیم، کلسیم، منیزیم، رقابت مؤثری برای مکانهای جذب اختصاصی انجام نمیدهند. با توجه به نوع ارتباط بین فلزات کمیاب وکانی میزبان، انواع مختلف فرآیندهای همرسوبی، رسوب، جذب سطحی و محلول جامد از یکدیگر متمایز میشوند ]47[. تشکیل جامد محلول زمانی رخ میدهد که فلز کمیاب، سازگار با عنصر میزبان موجود در کانی است و در نتیجه میتواند بدون بهم ریختن ساختمان، جایگزین عنصر میزبان در کانی شود. برای مثال میتوان جایگزینی کادمیم به جای عنصر کلسیم در کربنات کلسیم را نام برد. کادمیم و کلسیم دارای شعاع یونی تقریبا یکسان بوده؛ بطوری که کادمیم میتواند به آسانی در کربنات جایگزین شود. تشخیص تجربی بین فرآیندهای همرسوبی، رسوب و جذب سطحی اغلب مشکل است و حفظ فلز در سطح خاک و اجزای آن حاصل پیشرفت این فرآیندهاست. به همین دلیل تا وقتی که سازوکار حذف فلز از محلول خاک مشخص نباشد معمولاً از واژه کلی جذب استفاده میکنند ]42[. در غلظتهای پایین، فلزات توسط جایگاههای جذب اختصاصی جذب میشوند. فلزات جذب شده، توسط کاتیونهای بزرگی که به سیستم وارد میشوند، نمیتوانند حذف شوند. با افزایش غلظت فلز، جایگاههای جذب اختصاصی اشباع شده و مکانهای تبادلی نیز پر میشوند و رقابت کاتیونهای فلزی بزرگ برای اشغال این جایگاهها اهمیت مییابد ]48[ و ]49[ و ]50[ و ]51[ و ]52[. فلزات مرتبط با این جایگاههای جذب غیراختصاصی، قابلیت تبادل با سایر کاتیونهای فلزی را داشته، بنابراین پتانسیل تحرک را دارند. برای مثال مطالعهای که در مورد جذب کادمیم توسط آقای اُکونور و همکارانش در سال 1984 انجام یافت، نشان داد که دو مکانیسم مسئول نگهداری کادمیم در خاک است. مکانیسم اول که در غلظتهای پایین (mg/L01/0-10) اتفاق میافتد، جذب اختصاصی است. در غلظتهای بالا (mg/L 100-1000) جذب به واکنشهای تبادلی نسبت داده شد. مطالعات واجذب نشان داد، کادمیم اضافه شده در غلظتهای پایین، بوسیله محلول کلسیم 05/0 مولار حذف نمیشود در حالی که در غلظتهای بالا، نمک کلسیم مقادیر قابل توجهی از کادمیم جذب شده را حذف نمود ]52[.
نتایج نشان میدهد که آفینیته جذب فلزات در خاک، وابسته به غلظت است. از آنجایی که ساختار الکترونی فلز نقش مهمی در جذب سطحی بازی میکند، برای انتقال فلزات، اندازه یون هیدراته نمیتواند تنها فاکتور برای پیشبینی آفینیته جذب باشد. در جدول 2-4 گزارش نتایج حاصل از تحقیقات مختلف در رابطه با آفینیته جذب فلزات در خاک و اجزای سازنده آن، آمده است. همان طور که مشاهده میشود، در دو کانی رسی مونتموریلونیت و کائولینیت آفینیته جذب سطحی فلز کادمیم غالب است ]42[.
جدول ‏24: آفینیته نسبی فلزات در خاک و اجزای سازنده آن ]42[
خاک یا اجزای خاک
مرتبه نسبی جذب
منبع
گوتیت
Cu>Pb>Zn>Co>Cd
آقای فوربز و همکاران، سال 1976 ]53[
اکسید آهن

مدیر سایت