توزیع شکل‌های شیمیایی روی، مس و نیکل در ارتباط با ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی در برخی از خاک‌های آهکی استان کهگیلویه و بویراحمد

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد ، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.

2 دانشیار، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.

3 دانشیار ، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.

10.22069/ejsms.2024.21735.2119

چکیده

سابقه و هدف: روی، مس و نیکل در تغذیه گیاه جزء عناصر کممصرف و در شیمی زیستمحیطی به عنوان عناصر کمیاب تقسیم بندی می‌شوند. این عناصر در تغذیه گیاهان و موجودات عالی نقش دارند ولی در غلظت‌های زیاد سبب سمیت می شوند. مسیر اصلی ورود این عناصر به زنجیره غذایی مسیر خاک-گیاه است. عناصر کمیاب در شکل‌های مختلف با حلالیت متفاوت در خاک حضور دارند. تعیین شکل‌های این عناصر می تواند اطلاعات دقیق‌تری از وضعیت این عناصر و احتمال کمبود یا سمیت آنها را در طولانی مدت و در صورت تغییر شرایط محیطی نشان دهد. عصاره‌گیری جزء به جزء راهکاری برای تعیین شکل‌های مختلف عناصر است. مطالعه حاضر به منظور بررسی وضعیت قابلیت جذب و توزیع شکل‌های مختلف مس، روی و نیکل در تعدادی نمونه خاک‌ آهکی اطراف یاسوج و بررسی ارتباط شکل‌های این عناصر با ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک انجام شد.
مواد و روش‌ها: این مطالعه بر 13 نمونه خاک آهکی اطراف یاسوج انجام شد. نمونه‌ها از مناطق بکر و کشاورزی بدون پیشینه دریافت کودهای عناصر کم مصرف انتخاب شدند و آلودگی عناصر کم مصرف نداشتند. شکل‌های مختلف روی، مس و نیکل به طور متوالی با F1) آب مقطر (شکل محلول)، F2) استات آمونیوم یک مولار خنثی (شکل تبادلی)، F3) استات آمونیوم یک مولار با پ‌هاش 5 (شکل کربناتی)؛ F4) 04/0 مولار هیدروکسیلآمین هیدروکلراید در 25 درصد حجمی اسید استیک با پ‌هاش 3 (شکل متصل به اکسیدهای آهن و منگنز)؛ F5) پراکسید هیدروژن30 % (پ‌هاش 2) بهمراه 5 میلی لیتر استات آمونیوم 3/0 مولار در 20 درصد حجمی اسید نیتریک (شکل متصل به ماده آلی)؛ و F6) اسید نیتریک 7 مولار (شکل باقیمانده) در دو تکرار عصاره گیری و با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شدند.
یافته‌ها: روی، مس و نیکل قابل عصاره گیری با آب؛ و مس و نیکل قابل استخراج با استات آمونیوم نرمال خنثی در نمونه خاکهای مورد مطالعه قابل اندازه‌گیری نبود. روی قابل استخراج با استات آمونیوم نرمال خنثی تنها در 5 نمونه خاک قابل تشخیص بود. فراوانی شکل‌های شیمیایی روی، مس و نیکل به ترتیب زیر بود: NH4OAc pH 7- Zn< NH4OAc pH 5 Zn< H2O2 Zn< NH2OH.HCl- Zn نتیجه‌گیری: مطالعه‌ی حاضر نشان داد که مقدار روی، مس و نیکل در خاکهای مورد مطالعه بصورت کلی کمتر از 100 میلی گرم در کیلوگرم خاک است و بخش عمده این عناصر در شکل باقیمانده یا پایدار وجود دارد در حالیکه مجموع مقدار شکل‌های قابل دسترس این عناصر بصورت کلی کمتر از ده درصد مجموع شکلها بود. افزایش مقدار کربنات کلسیم خاک با کاهش مقدار کل این عناصر همراه بود. همبستگی شکل باقیمانده عناصر مورد مطالعه با کربنات کلسیم معادل خاک‌ می‌تواند نشان دهد که کربنات کلسیم نقش یک ماده خنثی و فاقد عناصر فلزی را در خاک ایفا می‌کند. از آنجا که مقدار کربنات کلسیم معادل با درجه هوادیدگی خاک‌ها ارتباط مستقیم دارد، این رابطه نشان می‌دهد که در خاک‌هایی که در مراحل اولیه هوادیدگی هستند کربنات کلسیم معادل می‌تواند نقش رقیق کننده عناصر فلزی را در خاک ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Distribution of chemical forms of zinc, copper and nickel in relation to physischo-chemical characteristics in some calcareous soils of Kohgiluyeh and Boyer Ahmad provinces

نویسندگان [English]

  • Sahar Farsodeh 1
  • Ebrahim Adhami 2
  • Hamidreza Owliaie 3
  • Mohammad Sedghi Asl 2
1 Master student, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
2 Master student, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
3 Associate Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Zinc, copper and nickel are classified as micronutrients in plant nutrition and as trace elements in environmental chemistry. These elements are essential for plants and organisms, but they cause toxicity in high concentrations. The main mechanisms of entering these elements into the food chain is the soil-plant pathway. Trace elements are present in soil in different forms with different solubility. Determining the fractions of these elements reveals more precise information about their status, and the probability of their deficiency or toxicity in long period, and in the case of changing environmental conditions. Fractionation sequence is a procedure for determining different forms of elements.
Materials and methods: The present study was conducted on 13 calcareous soil samples around Yasuj. The samples were selected from virgin and agricultural fields without pervious application of trace elements fertilizers, and were not contaminated trace elements. Different forms of zinc (Zn), copper (Cu) and nickel (Ni) were successively extracted with F1) distilled water (soluble), F2) neutral one molar ammonium acetate (Exchangeable|), F3) one molar ammonium acetate with pH 5 (Carbonatic); F4) 0.04 molar hydroxylamine hydrochloride (NH2OH.HCl) in 25% v/v of acetic acid with a pH of 3 (FeMn-oxid associated); F5) 30% hydrogen peroxide (pH 2) with 5 ml of 0.3 M NH4OAc ammonium acetate in 20% by volume of nitric acid (OM associated); and F6) 7 M nitric acid (Residual) in duplicate and were measured with atomic absorption spectroscopy.
Results: Water extractable zinc, copper and nickel; and neutral NH4OAc extractable copper and nickel were not detectable in the studied soil samples. Neutral NH4OAc extractable zinc was detected in 5 soil samples. The abundance of zinc, copper and nickel chemical forms were as follows: Zn- NH4OAc pH 7< NH4OAc pH 5 Zn< H2O2 Zn< NH2OH.HCl- Zn< HNO3- Zn; H2O2 Cu Conclusion: The present study showed that the amount of trace elements is generally less than 100 mg/kg and most of these elements exist in residual or stable form. An increase of calcium carbonate can be associated with a decrease in the total amount of these elements and cause their deficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Trace Elements
  • Calcium Carbonate Equivalent
  • Natural Background Concentration

مراجع

1.Podlesáková, E., Nemecek, J., & Vácha R. (2001). Mobility and bioavailability of trace elements in eoils. P 21-42, In: I.K. Iskandar and M. B. Kirkham (eds.), Trace elements in Soil bioavailability, flux, and transfer. CRC Press.
2.Uren, N. C. (1992). Forms, reactions and availability of nickel in soils. Advanced in Agronomy, 48 (1), 141-203. doi: 10.1016/ S0065-2113(08)60937-2.
3.Kashem, M. A., Singh, B. R., Imamul Huq, S. M., & Kawai, S. (2011). Fractionation and mobility of cadmium lead and zinc in some contaminated and non-contaminated soils of Japan. Journal of Soil Science and Environmental Management, 3(9), 241-249. doi: 241–249.
4.Tessier, A., Campbell, P. G. C., & Bission, M. (1979). Sequential extraction procedure for the speciation of particulate traces metals. Analytical Chemistry, 51 (7), 844-851. doi: 10.1021/ac50043a017.
5.Frentiu, T., Ponta, M., Levei, E., Gheorghiu, E., Kasler, I., & Cordos E. A. (2008). Validation of the Tessier scheme for speciation of metals in soil using the Bland and Altman test. Chemical Papers, 62 (1), 114-122. doi:10.2478/s11696-007-0087-3.
6.Singh, J. P., Karwasra, S. P. S., & Singh, M. (1988). Distribution and forms of copper, Iron, manganese, and zinc in calcareous soils of India. Soil Science, 146 (5), 359-366. doi: 10.1097/ 00010694-198811000-00008.
7.Ma, L. Q., & Rao, G. N. (1997). Chemical fractionation of cadmium, copper, nickel, and zinc in contaminated soils. Journal of Environmental Quality, 26 (1), 259-264. doi: 10.2134/jeq1997. 00472425002600010036x.
8.Kashem, M. A., & Singh, B. R. (2001). Solid phase speciation of Cd, Ni and Zn in some contaminated and non-contaminated tropical soils. P 213-227, In: I. K. Iskandar, M. B. Kirkham (eds.), Trace elements in soil bioavailability, flux, and transfer. CRC Press LLC.
9.Yasrebi, J., Karimian, N., Maftoun, M., Abtahi A., Sameni, A. M. (1994). Distribution of zinc forms in highly calcareous soils as influenced by soil physical and chemical properties and application of zinc sulfate. Communication in Soil Science Plant Analysis, 25 (11-12), 2133-2145. doi: 10.1080/00103629409369177.
10.Reyhanitabar, A., Karimian, N., Ardalan, M., Savaghebi, Gh. R., & Ghanadha, M. R. (2006). Zinc fractions of selected calcareous soils of Tehran Province and their relationships with soil characteristics. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 10 (3), 125-136. [In Persian].
11.Gholami, M., & Barani Motlagh, M. (2011). Distribution of zinc forms and the relationship of these fractions with soil properties in some soils of Golestan Province. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 1 (2), 1-18. [In Persian].
12.Tabande, L., Bakhshi, M. R., & Karimian, N. A. (2013). Evaluation of the relationships between Cu chemical forms and Cu uptake by soybean in several calcareous soils in Fars province. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 3 (1): 183-193. [In Persian]. doi: 20.1001.1.23221267. 1392.3.1.11.8.
13.Gee, G. W., & Bauder, J. W. (1982). Particle-size analysis. P 383-412, In: A. L. Page, R. H. Miller, and D. R. Keeney. (eds.), Methods of Soil Analysis, Agronomy Monogr. No. 9, Agronomy Society of America and Soil Science Society of America, Madison, WI.
14.Sumner, M. E., & Miller, W. P. (1996). Cation exchange capacity and exchange coefficients. P 1201-1229, In: D. L. Sparks (ed.), Methods of soil analysis, Soil Science Society of America, Madison, WI.
15.Loeppert, R. H., & Suarez D. L. (1996). Carbonate and gypsum. P 437-474, In: D. L. Sparks (ed.), Methods of soil analysis, Soil Science Society of America, Madison, WI.
16.Nelson, D. W., & Sommers, L. E. (1996). Total carbon, organic carbon and organic matter. P 961-1010, In: D. L Sparks (ed.), Methods of soil analysis. Soil Science Society of America, Madison, WI.
17.Thomas, G. W. (1996). Soil pH and soil acidity. P 475-490, In: D. L. Sparks (ed), Methods of soil analysis. Soil Science Society of America, Madison, WI.
18.Kashem, M. A., Singh, B. R., Kondo, T., Imamul Huq, S. M., & Kawai, S. (2007). Comparison of extractability of Cd, Cu, Pb and Zn with sequential extraction in contaminated and non-contaminated soils. International Journal of Environmental Science and Technology, 4 (2), 169-176. doi: 10.1007/BF033 26270.
19.Milivojević, J., Nikezic, D., Krstic, D., Jelic, M., & Đalović, I. (2011). Influence of Physical-chemical characteristics of soil on zinc distribution and availability for plants in Vertisols of Serbia. Poland Journal of Environmental Study, 20 (4), 993-1000.
20.Rajaie, M., Karimian, N., & Yasrebi, J. (2008). Nickel transformation in two calcareous soil textural classes as affected by applied nickel sulfate. Geoderma, 144 (1-2), 344-351. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.12.001.
21.Alavi, H., Barani Motlagh, M., & Dordipour, E. (2012). Determination of chemical forms of copper and their relationships with plant responses and soil properties in some soils of Golestan Province. Journal of. Water and Soil Conservation, 19 (2), 43-62. [In Persian]. doi: 10.22069/ejsms.2019. 12711.1722.
22.Kamangar, O., Reyhanitabar, A., & Oustan, S. H. (2017). Determination of copper fractions and their relations with soil properties in some soils of East Azerbaijan province. Water and Soil Science, 27 (4), 63-74. [In Persian].
23.Tajabadi Pour, A., & Hosseini, S. H. (2019). Determination of chemical forms of Cu and their relationship with pistachio seedlings responses and soil properties in some calcareous soils of Rafsanjan. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 9(2), 121-135. [In Persian]. doi: 10.22069/ejsms.2019. 12711.1722.
24.Stover, R. C., Sommers, L. E., & Silveria, D. J. (1976). Evaluation of metals in waste water sludge. Journal of Water Pollution Control Federation, 48 (9), 2165-2175.
25.Sposito, G., Lund, L. J., & Chang, A. C. (1982). Trace metal chemistry in arid zone field soils amended with sewage sludge. I: Fractionation of Ni, Zn, Cd and Pb in solid phases. Soil Science Society American Journal, 46 (2), 260-264. doi: 10.2136/sssaj1982.0361599500 4600020009x.
26.Alavi, H., Barani Motlagh, M., & Dordipour, E. (2017). Comparison of two sequential extraction procedures for copper fractionation in some soils of Golestan province. Applied Soil Research, 4 (2), 105-117. [In Persian].
27.Iyengar, S. S., Martens, D. C., & Miller, W. P. (1981). Distribution and plant availability of soil zinc fractions. Soil Science Society American Journal,45 (4), 735-739. doi:10.2136/sssaj1981. 03615995004500040012x.
28.Sepahvand, H., & Forghani, A. (2012). Distribution and phytoavailability prediction of zinc in agricultural calcareous soils. Journal of Plant Nutrition, 35 (12), 1763-1775. doi:10.1080/01904167.2012.706674.
29.Xiang, H. F., Tang, H. A., & Ying, Q. H. (1995). Transformation and distribution of forms of zinc in acid, neutral and calcareous soils of China. Geoderma, 66 (1-2), 121-135. doi: 10.1016/0016-7061(94)00067-K.
30.Cheraghi Tabar, A., Adhami, E., & Owliaie, H. R. (2019). Distribution of zinc fractions in some calcareous soils of Mahidasht and Helilan plains of Kermanshah and Ilam provinces. Journal of Water and Soil Science, 22 (4), 331-342. [In Persian]. doi:10. 29252/jstnar.22.4.331.
31.Gleyzes, Ch., Tellier, S., & Astruc M. (2002). Fractionation studies of trace elements in contaminated soils and sediments: a review of sequential extraction procedures. Analytical chemistry, 21 (6-7), 451-467. doi: 10.1016/S0165-9936(02)00603-9.
32.Moral, R., Gilkes, R. G., & Jordan M. M. (2005). Distribution of heavy metals in calcareous and non-calcareous soils in Spain. Water Air Soil Pollution, 162 (1), 127-142. doi: 10.1007/s11270-005-5997-5.
33.Sadiq, M., & Enfield, C. G. (1984). Solid phase formation and solution chemistry of nickel in soils: 1. Theoretical. Soil Science, 138 (5), 262-270. doi: 10.1097/00010694-198411000-00003.
34.Adhami, E., Maftoun, M., Salmanpour, A., Omidi, A., Khosravi, N., & Ghasemi-Fasaei, R. (2008). Nickel adsorption characteristics of selected soils as related to some soil properties. Journal of Soil and Sediment Contamination, 17 (6), 643-653. doi: 10. 1080/15320380802426566.
35.Zalidis, G., Barbayiarinis, N., & Matsi, T. (1999). Forms and distribution of heavy metals in soils of the axios delta of northern Greece. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 30 (5-6) 817-827. doi:10.1080/001036 29909370248.
36.Havlin, J. L., Beaton, J. D., Tisdale, S. A., & Nelson, W. L. (1999). Soil Fertility and Fertilizers: An introduction to nutrient management. 6th ed., Prentice Hall, Upper Saddle River.
37.Gupta, S. K., & Chen, K. Y. (1975). Partitioning of trace metals in selective chemical fractions of nearshore sediments. Environment Chemistry Letters, 10 (2), 128-158. doi: 10.1080/ 00139307509435816.
38.Ma, Y. B., & Uren, N. C. (1995). Application of a new fractionation scheme for heavy metals in soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 26 (19-20), 3291-3303. doi: 10.1080/00103629509369527.
39.Jalali, M., & Moharami, S. (2010). Redistribution of cadmium, copper, lead, nickel and zinc among soil fractions in a contaminated calcareous soil after application of nitrogen fertilizers. Journal Plant Nutrition and Soil Science, 173 (2), 237-244. doi: 10.1002/ jpln.200800143.
40.Adamo, P., Duka, S., Wilson M. J., & McHardy, W. J. (1996). Chemical and mineralogical forms of Cu and Ni in contaminated soils from the Sundbury mining and smelting region, Canada. Environmental Pollution, 91 (1), 11-19. doi: 10.1016/0269-7491(95)00035-P.
41.Pengxin, W., Erfu, Q., Zhenbin, L., & Shuman, L. M. (1997). Fractions and availability of nickel in loessial soil amended with sewage sludge. Journal of Environmental Quality, 26 (3): 795-801. doi: 10.2134/jeq1997.00472425002600 030029x.
42.Hickey, M. G., & Kittrick, J. A. (1984). Chemical partitioning of cadmium, copper, nickel and zinc in soils and sediments containing high levels of heavy metals. Journal of Environmental Quality, 13 (3), 372-376. doi: 10.2134/ jeq1984.00472425001300030010x.
43.Becquer, T., Quantin, C., Rotté-Capet, S., Ghanbaja, J., Mustin, C., & Herbillon, A. J. (2006). Sources of trace metals in Ferralsols in New Caledonia. European Journal of Soil Science, 57 (2) 200-213. doi: 10.1111/j.1365-2389.2005.00730.x.
44.Norrish, K. (1975). Geochemistry and mineralogy of trace elements. P 432, In: D. J. D. Nicholas, and A. R. Egan (eds), Trace elements in soil plant animal systems. Academic press, San Diego, CA.
45.Narwal, R. P., & Singh B. R. (1998). Effect of organic materials on partitioning, extractability and plant uptake of metals in an alum shale soil. Water Air Soil Pollution, 103 (1-4), 405-421. doi: 10.1023/A:100 4912724284.
46.Cheng, C. H., Jien, S. H., Iizuka, Y., Tsai, H., Chang, Y. H., & Hseu, Z. Y. (2011). Pedogenic chromium and nickel partitioning in serpentine soils along a Toposequence. Soil Science Soceity American Journal, 75 (2), 659-668.
doi: 10.2136/sssaj2010.0007.
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 14، شماره 1
فروردین 1403
صفحه 73-94

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار