تغییرات شکل‌های کادمیم تحت تاثیر زمان و مقدار کادمیم افزوده شده در تعدادی نمونه خاک آهکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی

2 گروه علوم خاک- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی- دانشگاه یاسوج

3 گروه علوم و مهندسی طبیعت- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی- دانشگاه یاسوج

10.22069/ejsms.2026.23421.2186

چکیده

سابقه و هدف: طبقه‌بندی کادمیم به عنوان یکی از مواد سرطان‌زای گروه یک و جایگاه آن در میان سمی‌ترین فلزات، ضرورت درک و کاهش اثرات آن در اکوسیستم‌های کشاورزی و طبیعی را برجسته می‌کند. کادمیم خاک در شکل‌های محلول، تبادلی، کربناتی، همراه با اکسیدهای آهن و منگنز و در ساختار کانی‌های خاک وجود دارد که نقش مهمی در تحرک، زیست فراهمی و سمیت بالقوه کادمیم ایفا می‌کنند. درک توزیع و رفتار شکل‌های کادمیم برای مدیریت آن در محیط زیست، و راهکارهای اصلاحی برای کاهش قابلیت جذب آن و حفاظت از سیستم‌های تولید غذا ضروری است. مطالعه حاضر برای بررسی تغییر شکل‌های کادمیم در اثر افزودن آن به چند نمونه خاک آهکی در طی زمان انجام شد.
مواد و روش‌ها: آزمایش بصورت طرح فاکتوریل 2 عاملی با 13 نمونه خاک و دو سطح کادمیم (5/12 و 25 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) با دو تکرار در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. تعداد کل نمونه ها، 52 نمونه بود. خاک‌ها با مقادیر 5/12 و 25 میلی گرم کادمیم در کیلوگرم در دو تکرار آلوده شدند و در دمای آزمایشگاه و رطوبت 20 درصد وزنی خوابانده شدند. در زمان‌های 40 و 90 روز، یک نمونه مرطوب حدود 2 گرم برداشته شد و جرم آن براساس رطوبت جرمی اصلاح شد. عصاره‌گیری 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 هیدروکسیل آمین هیدروکلرید در 25 درصد حجمی اسید استیک با پ‌هاش 3 (شکل همراه با اکسیدهای آهن و منگنز)؛ F5) پراکسید هیدروژن %30 پ‌هاش 2 بهمراه 5 میلی‌لیتر استات آمونیوم 3/0 مولار در 20 درصد حجمی اسید نیتریک (شکل متصل به ماده آلی)؛ و F6) اسید نیتریک 7 مولار (شکل باقیمانده) انجام و غلظت کادمیم عصاره‌ها با دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شدند.
یافته‌ها: کادمیم افزوده شده به خاک عمدتا در شکل‌های تبادلی، کربناتی و همراه با اکسیدهای آهن و منگنز بازیابی شد. مجموع شکل‌های تبادلی، کربناتی و همراه با اکسیدهای آهن و منگنز بیشتر از 90 درصد از کادمیم افزوده شده به خاک را تشکیل دادند. در روز 40 انکوباسیون در سطوح 5/12 و 25 میلی‌گرم کادمیم، میانگین کادمیم تبادلی به‌ترتیب 41/2 و 68/5 میلی‌گرم در کیلوگرم معادل با 19 و 23 درصد از کادمیم مصرفی بود. بخش زیادی از کادمیم افزوده شده به خاک در هر دو زمان مورد مطالعه در شکل کربناتی بازیابی شد. میانگین کادمیم کربناتی در سطوح 5/12 و 25 میلی گرم در کیلوگرم در روز40 به‌ترتیب 15/7 و 65/14 میلی گرم در کیلوگرم بود. در هر دو سطح کادمیم مصرفی، تقریبا 58 درصد از کادمیم مصرفی در روز 40 انکوباسیون به‌شکل کربناتی بازیابی شد که در روز 90 تقریباً به 40 درصد کاهش یافت. میانگین کادمیم همراه با اکسیدهای آهن و منگنز در روز 40، بترتیب 98/0 و 3/3 میلی‌گرم در کیلوگرم به ترتیب در سطح 5/12 و 25 کادمیم بود که نشان می‌دهد بصورت میانگین 8 و 13 درصد از کادمیم افزوده شده در شکل همراه با اکسیدهای آهن و منگنز در روز 40 بازیابی شد. در روز 90، بصورت میانگین این شکل به 98/2 و 68/6 میلی‌گرم در کیلوگرم افزایش یافت که به ترتیب برابر با 24 و 27 درصد از کادمیم مصرفی در سطوح 5/12 و 25 کادمیم بود.
نتیجه‌گیری: در مطالعه‌ی حاضر پویایی کادمیم در خاک‌های مورد مطالعه زیاد و توانایی خاک در تثبیت آن علی‌رغم ماهیت آهکی خاک‌ها، کم بود. به نظر می‌رسد ظرفیت تبادل کاتیونی و ماده آلی از جمله خصوصیات خاک هستند که می‌توانند بر تبدیل شکل‌های کادمیم اثر گذاشته و با افزایش این دو خصوصیت، پویایی کادمیم در خاک تا حدودی کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Changes of cadmium Fractions Influenced by time and applied cadmium in some calcareous soil samples

نویسندگان [English]

  • Marzieh Hossieni 2
  • MohammadReza Mirzaei GharehLor 3
  • Hamidreza owliaei 2
1
2 soil science department- college of Agriculture and natural resources- Yasuj University
3 Department of science and engineering of nature- college of agriculture and natural resources- Yasuj university
چکیده [English]

Background and objectives: The classification of Cd as the Group I carcinogenic and its position among the most toxic metals highlights the need of understanding and mitigate its effects in agricultural and natural ecosystems. Cadmium in soil exist as soluble, exchangeable, carbonate bonded, and associated with FeMn oxides forms, which play an important role in the mobility, bioavailability, and potential toxicity of cadmium. Knowledge about the distribution and behavior of cadmium fractions is essential for efficient environmental management and remediation strategies aimed at reducing Cd bioavailability in soil and protecting food production systems. This study was conducted to investigate the changes in cadmium fractions due to its addition to several calcareous soil samples over time.
Materials and Methods: The experiment was conducted as a 2-factor factorial design with 13 soil samples and two levels of cadmium (12.5 and 25 mg/kg soil) with two replications in a completely randomized design. The total number of samples was 52. Soils were contaminated with 12.5 and 25 mg Cd Kg in duplicate and stored at laboratory temperature and 20% w/w moisture content. At 40 and 90 days after incubation, a wet sample about 2 g was taken and its dry weight was calculated using moisture content of the samples. Sequential extraction with F1) distilled water (solution form), F2) neutral 1M ammonium acetate (NH4OAc) (exchangeable form), F3) 1M NH4OAc at pH 5 (carbonate form); F4) 0.04 M hydroxylamine hydrochloride in 25% v/v acetic acid at pH 3 (associated with iron and manganese oxides); F5) 30% hydrogen peroxide pH 2 with 5 ml 0.3M NH4OAc in 20% v/v nitric acid (form bonded to organic matter); and F6) 7 M nitric acid (residual form) were performed and the cadmium concentration of the extracts was measured by atomic absorption spectrometry.

Results: Cadmium added to soils was recovered mainly in Exch-Cd, Car-Cd and FeMn oxides forms. The sum of Exch-, Car- and FeMn oxides forms constituted more than 90% of the cadmium added to the soils. On the day 40 of incubation at 12.5 and 25 mg cadmium levels, the average exchangeable cadmium was 2.41 and 5.68 mg kg-1, respectively, equivalent to 19 and 23 percent of the added Cd. A large portion of applied Cd was recovered in carbonate form at the both times of incubation. The average cadmium carbonate at the levels of 12.5 and 25 mg/kg on day 40 was 7.15 and 14.65 mg/kg, respectively. At both levels of Cd, approximately 58% of Cd was recovered as Car-Cd on 40d of incubation, which decreased to approximately 40% by 90d. Average content of FeMn oxid bonded Cd on the day 40 was 0.98 and 3.3 mg kg-1 at 12.5 and 25 cadmium levels, respectively, constituted 8 and 13% of the added Cd. On day 90, FeMn oxides-Cd increased to an average of 2.98 and 6.68 mg/kg, which was 24 and 27% of the applied Cd, respectively.

Conclusion: In the present study, the mobility of cadmium was high and the soil potential to stabilize Cd was low despite the calcareous nature of the studied soils. It seems that CEC and OM content are the soil properties that may influence Cd fractions transformation, and the increase of these two properties could reduce Cd mobility in soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium, Exchangeable Cd
  • Carbonate Cd, Calcareous soils