تغییرات کانی شناسی فلوگوپیت طی فرآیند تولید کمپوست غنی شده

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم خاک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد، گروه علوم خاک، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

سابقه و هدف: خاک لایه نازکی از سنگ های خرد شده و کانی ها است که سطح زمین را می پوشاند و حاصل برهمکنش اتمسفر، لیتوسفر، بیوسفر و هیدروسفر می باشد. شکل گیری، توسعه و عملکرد خاک بر پایداری اکوسیستم تاثیر می گذارد. ویژگی های منحصر به فرد خاک، آن را به یکی از موضوعات کلیدی در علوم زمین تبدیل کرده است. کانی ها جز مهمی از محیط خاک می‌باشند که بر بسیاری از ویژگی های خاک مانند ظرفیت نگهداری آب در خاک و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک اثر می‌گذارند. هوادیدگی کانی ها یک فرآیند غالب در خاک است که عناصر غذایی را از ساختار مواد معدنی به فرم قابل جذب برای گیاهان در می آورد. کانی‌های میکایی از اجزای معمول خاک، رسوبات و مواد معدنی می‌باشند. مطالعات متعددی به بررسی خصوصیات کمپوست غنی‌شده با ترکیبات معدنی پرداخته‌اند. اما تاکنون مطالعه‌ای به بررسی روند تغییرات کانی‌های موجود در این ترکیبات نپرداخته است. به همین دلیل، این مطالعه با هدف بررسی سرعت هوادیدگی کانی فلوگوپیت در اندازه رس موجود در کمپوست غنی‌شده با فلوگوپیت در طی زمان‌های مختلف انجام شد.
مواد و روش‌ها: تیمارهای آزمایش شامل دو سطح کانی فلوگوپیت (0، 20% وزنی) و 4 بازه زمانی (45، 90، 135 و180 روز) در 3 تکرار می‌باشند. میزان 20 گرم مخلوط (کود گاوی + کانی) برای هر پتری دیش در نظر گرفته شد. در هر یک از بازه‌های زمانی 6 پتری دیش خارج گردید و محتویات در آون 30 درجه سانتی‌گراد خشک شده و پس از پودر شدن از الک 2 میلی‌متری عبور داده شد. پس از آماده‌سازی محتویات پتری دیش‌ها، مقدار کربن آلی به روش اکسیداسیون‌تر و مقدار نیتروژن کل نیز بر اساس روش کلدال اندازه‌گیری شد. مطالعه تغییرات کانی‌های رسی با استفاده از روش پراش پرتو ایکس صورت گرفت.
یافته‌ها: نتایج الگوهای پراش نگاشت پرتو ایکس بخش رس نشان داد که در طی فرآیند کمپوستینگ، فلوگوپیت به کانی ورمی-کولایت و تا حدی اسمکتایت تبدیل شده است. میزان این تبدیل در ابتدای فرآیند با توجه به نیمه پوسیده بودن کود گاوی با سرعت بیشتری صورت گرفته و به مرور زمان با نزدیک شدن به انتهای فرآیند کمپوستینگ، سرعت تبدیل (هوادیدگی) به یک میزان ثابتی می-رسد. تغییرات کانی‌شناسی با تغییرات زمانی نسبت C/N طی فرآیند کمپوستینگ هماهنگ است. نسبت C/N نیز در ابتدای کمپوستینگ با شیب زیادی کاهش یافته و با گذشت زمان به میزان ثابتی می‌رسد.
نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج حاکی از آن است که افزایش عناصر قابل استفاده همچون پتاسیم در کمپوست‌های غنی‌شده با میکا در حقیقت به واسطه هوادیدگی کانی میکایی موجود در آن‌ها می‌باشد بطوریکه سرعت هوادیدگی این کانی نیز تحت تاثیر فعالیت‌های میکروبی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Changes in phlogopite mineralogy during the process of enriched compost production

نویسندگان [English]

  • fariba jafari 1
  • Hossein Khademi 2
1 PhD Student of Soil Science,College of Agriculture, Isfahan University of Technology
2 Professor of Soil Science, College of Agriculture, Isfahan University of Technology
چکیده [English]

Background and objectives: Soil is the thin layer of materials covering the Earth’s surface and forms from the interaction of the atmosphere, lithosphere, biosphere and hydrosphere. Soil formation, development and functions influence the sustainability of ecosystem. The unique characteristics of soil have made it one of the key subjects of the Earth Science. Minerals are important components of the soil environment. They influence on the water-holding capacity of soils and affect their cation exchange capacity. Mineral weathering is an important process in soils, during which available forms of important nutrient elements are released from minerals structure into the soil system for root uptake. Micaceous minerals are common components of soils, sediments and minerals. Several studies have examined the characteristics of compost enriched with mineral compounds. While the mineralogical changes during the process of compost production have not yet been investigated. Therefore, the objective of this research was to evaluate the rate of biological weathering of phlogopite with time in phlogopite-enriched compost.
Materials and methods: An experiment was run in petri dishes under laboratory conditions using 2 levels of phlogopite mineral (0 and 20% by weight) and four time periods (45, 90, 135 and 180 days) in 3 replications. Each petri dish contained 20 g of a mixture of cow manure and phlogopite mineral. In each period, 6 petri dishes were separated and their contents were oven dried at 30 °C, powdered and passed through a 2 mm sieve. After preparing the contents of petri dishes, organic carbon content of the samples was measured by wet oxidation method and their total nitrogen by Kjeldahl method. The mineralogical changes were evaluated using X-ray diffraction analysis.
Results: XRD patterns showed that during the composting process, phlogopite was partially weathered to vermiculite and smectite. The rate of weathering was higher at the early stages. The weathering of phlogopite was influenced considerably by the activity of microbial communities during organic matter decomposition process. At the end of the composting process, the weathering rate decreased and continued at a stable rate. Mineralogical changes occurred in phologopite during the composting were in line with the reduction of C/N ratio with time. The C/N ratio rapidly changes at the early stages of the composting process and gradually becomes constant.
Conclusions: In general, the results indicate that the increase of availability of elements such as potassium in mica-enriched compost is in fact due to the weathering of micaceous minerals added. The weathering rate was influenced by the activities of microbial communities.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Enriched compost
  • Phlogopite
  • Weathering
  • Cow manure
  • Vermiculitization

مراجع

 1.Adamtey, N., Cofie, O., Ofosu-Budu, G.K., Danso, S.K., and Forster, D.2009. Production and storage of N-enriched co-compost. Waste Management. 29: 9. 2429-2436.
2.Alef, K., and Nannipieri, P. 1995. Methods in applied soil microbiology and biochemistry. Academic Press, 576p.
3.Badr, M.A. 2006. Efficiency of K-feldspar combined with organic materials and silicate dissolving bacteria on tomato yield. J. Appl. Sci. Res.2: 1191-1198.
4.Bailey, S.W. 1984. Classification and structures of the micas. Reviews in Mineralogy and Geochemistry.13: 1. 1-12.
5.Barker, W.W., Welch, S.A., and Banfield, J.F. 1997. Biogeochemical weathering of silicate minerals. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 35: 1. 391-428.
6.Basak, B.B. 2018. Recycling of waste biomass and mineral powder for preparation of potassium-enriched compost. J. Mater. Cycle Waste Manage. 20: 3. 1409-1415.
7.Basak, B.B., and Biswas, D.R. 2009. Influence of potassium solubilizing microorganism (Bacillus mucilaginosus) and waste mica on potassium uptake dynamics by Sudan grass (Sorghum vulgare Pers.) grown under two Alfisols. Plant and Soil. 317: 1-2. 235-255.
8.Bigham, J.M., Bhatti, T.M., Vuorinen, A., and Tuovinen, O.H. 2001. Dissolution and structural alteration of phlogopite mediated by proton attack and bacterial oxidation of ferrous iron. Hydrometallurgy. 59: 2-3. 301-309.
9.Biswas, D.R. 2011. Nutrient recycling potential of rock phosphate and waste mica enriched compost on crop productivity and changes in soil fertility under potato–soybean cropping sequence in an Inceptisol of Indo-Gangetic
Plains of India. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 89: 1. 15-30.
10.Bremner, J.M. 1996. Nitrogen-total.P 1085-1121. In: D.L. Sparks, (ed.) Methods of Soil Analysis. Part 3: Chemical Methods. Soil Science Society of America, American Society of Agronomy, Madison, WI.
11.Brown, K.W. 1977. Shrinking and swelling of clay, clay strength and other properties of clay soils and clays. P 689-707. In:J.B. Dixon and S.B. Weed (eds.,) Minerals in Soil Environments. Soil Science Society of America. Madison.
12.Fanning, D.S., Keramidas, V.Z., and El-Desoky, M.A. 1989. Micas, P 551-634. In: J.B. Dixon and S.B. Weed (eds.) Minerals in Soil Environments. Soil Science Society of America, Madison, WI.
13.Harley, A.D., and Gilkes, R.J. 2000. Factors influencing the release of plant nutrient elements from silicate rock powders: a geochemical overview. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 56: 1. 11-36.
14.Jackson, M.L. 1979. Soil chemical analysis: advanced course (2nd edition). University of Wisconsin, Madison, WI, 895p.
15.Jafari, F., Khademi, H., Shariatmadari, H., and Ayoubi, S. 2020. Temporal variations of important features of phlogopite enriched manure during composting and vermicomposting. J. Water Soil Sci. 23: 4. 43-54. (In Persian)
16.Kaur, A., Singh, J., Vig, A.P., Dhaliwal, S.S., and Rup, P.J. 2010. Cocomposting with and without Eisenia fetida for conversion of toxic paper mill sludge to a soil conditioner. Bioresource Technology. 101: 21. 8192-8198.
17.Khayamim, F., Khademi, H., and Sabzalian, M.R. 2011. Effect of Neotyphodium endophyte-tall fescue symbiosis on mineralogical changes in clay-sized phlogopite and muscovite. Plant and Soil. 341: 1-2. 473-484.
18.Manley, E.P., and Evans, L.J. 1986. Dissolution of feldspars by low-molecular-weight aliphatic and aromatic acids. Soil Science. 141: 2. 106-112.
19.Meena, M.D., and Biswas, D.R. 2013. Residual effect of rock phosphate and waste mica enriched compost on yield and nutrient uptake by soybean. Legume Research. 36: 5. 406-413.
20.Meena, M.D., and Biswas, D.R.2014. Phosphorus and potassium transformations in soil amended with enriched compost and chemical fertilizers in a wheat–soybean cropping system. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 45: 5. 624-652.
21.Metzger, J. 1998. Growing plants with worm poop: Vermicompost as an amendment for soilless media. Ohio State University Floriculture Research Update. Ohio State University, Columbus, 227p.
22.Mosleh, Z., Salehi, M.H., Rafieiolhossaini, M., and Mehnatkesh, A. 2014. Formation of hydroxy-interlayer vermiculite (HIV) in rhizosphere soils under German camomile cultivation and manure application. Clay Minerals. 49: 1. 63-73.
23.Naderizadeh, Z., Khademi, H., and Arocena, J.M. 2010. Organic matter induced mineralogical changes in
clay-sized phlogopite and muscovite in alfalfa rhizosphere. Geoderma,159: 3-4. 296-303.
24.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1996. Total carbon, organic carbon, and organic matter. P 961-1010. In: D.L. Sparks (ed.) Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods. Soil Science Society of America, Madison, WI.
25.Nishanth, D., and Biswas, D.R. 2008. Kinetics of phosphorus and potassium release from rock phosphate and waste mica enriched compost and their effect on yield and nutrient uptake by wheat (Triticum aestivum). Bioresource Technology. 99: 9. 3342-3353.
26.Pinzari, F., Cuadros, J., Napoli, R., Canfora, L., and Bardají, D.B. 2016. Routes of phlogopite weathering by three fungal strains. Fungal Biology. 120: 12. 1582-1599.
27.Schulze, D.G. 2002. An introduction to soil mineralogy. P 1-35. In: J. B. Dixon and D.G. Schulze (eds.) Soil Mineralogy with Environmental Applications, Soil Science Society of America, Madison, WI.
28.Senapati, B.K., Dash, M.C., Rana, A.K., and Panda, B.K. 1980. Observation on the effect of earthworm in the decomposition process in soil under laboratory conditions. Comparative Physiology and Ecology. 5: 3. 140-142.
29.Sollins, P., Homann, P., and Caldwell, B.A., 1996. Stabilization and destabilization of soil organic matter: mechanisms and controls. Geoderma. 74: 1-2. 65-105.
30.Sparks, D.L., and Huang, P.M. 1985. Physical chemistry of soil potassium.P 201-276. In. R.D. Munson (ed.), Potassium in Agriculture. Soil Science Society of America. Madison, WI.
31.Weed, S.B., Davey, C.B. and Cook, M.G., 1969. Weathering of mica by fungi. Soil Science Society of America Proceedings. 33: 5. 702-706.
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 10، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 137-150

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار