تأثیر اسیدی شدن شدید خاک بر قابلیت جذب عناصر غذایی خاک و رشد ذرت ). )Zea mays

مقدمه

اسیدی شدن خاک یک فرایند طبیعی است که در طول زمان در خاک انجام می شود. اسیدیته خاکها بر اساس نوع سنگ مادری و شرایط آب و هوایی محل و طول مدت زمانی که این سنگها در معرض هوازدگی قرار داشته اند، متغیر است (Hollier and Rutherglen. 2005). در نتیجه بعضی خاکها می توانند خیلی اسیدی و بعضی دیگر به شدت قلیایی باشند. یک خاک را هنگامی می توان اسیدی در نظر گرفت که در بخش قابل توجهی از ظرفیت تبادل کاتیونی آن، آلومینیوم و هیدروژن بجای یونهای بازی کلسیم، منیزیم، پتاسیم و سدیم قرار گرفته باشند (Schumann, 1999). آلومینیوم و هیدروژن جایگزین یونها در محل های تبادلی شده و این یونها به اعماق پروفیل خاک شسته می شوند. خاکهای اسیدی pH کمتر از 6/5 و بطور معمول کمتر از 5 دارند (Cregan, 2006). واکنش پایین خاک با شماری از خصوصیات شیمیایی و بیولوژیکی نامطلوب همراه است که باعث ایجاد مشکلاتی برای رشد گیاهان می شوند. تغییرات شیمیایی وابسته به pH خاک، قابلیت دسترسی عناصر ضروری را محدود نموده و موجب افزایش قابلیت دسترسی فلزات سمی مثل آلومینیوم و منگنز می گردد (Hollier and Rutherglen, 2005 ). در pH برابر با 5/5، غلظت آلومینیوم در محلول خاک کم است. با کاهش pH غلظت آلومینیوم افزایش می یابد. اشباع شدن ظرفیت تبادل کاتیونی از آلومینیوم، با غلظت آن در محلول خاک ارتباط مستقیمی دارد (Duncan, 1999).  pH پایین برای احیاء Mn⁺³ به Mn⁺² مطلوب است. در pH برابر با 6/4 و پایین تر، سمیت منگنز یک مشکل دائمی خواهد بود (Cregan, 2006).

امروزه گوگرد متداولترین و اقتصادی ترین ماده ای است که برای اسیدی کردن خاک به کار می رود (رشیدی و کریمیان، 1378). در شرایط هوازی گوگرد موجود در خاک به وسیله باکتریهای شیمیولیتوتروف به SO4^-2 اکسید می شود. تأثیر مصرف گوگرد در آزادسازی عناصر غذایی تثبیت شده در خاک منوط به اکسایش آن و تولید اسید سولفوریک می باشد (Tabatabai, 1986). اکسایش گوگرد در خاک عمدتاً به صورت بیولوژیک و توسط باکتریهای تیوباسیلوس صورت می گیرد (بشارتی و همکاران، 1379). این باکتریها با اکسیدکردن گوگرد ضمن تأمین سولفات مورد نیاز گیاه، با کاهش pH خاک در اطراف ریشه ها بطور غیر مستقیم نیز باعث افزایش جذب عناصری چون فسفر، روی، آهن و دیگر عناصر غذایی کم مصرف شده و موجب افزایش کمّی و کیفی محصول می شوند (Prueger et al, 1995 ). گوگرد به چندین راه می تواند به خاکها وارد شده و با اسیدی کردن شدید خاک مشکلاتی بوجود آورد. از راههای ورود گوگرد به این خاکها می توان به مصرف گوگرد توسط کشاورزان برای رفع کمبود گوگرد، وجود کانیهای گوگرد دار مثل پیریت در خاکهای اسیدسولفات که در شرایط زهکشی، گوگرد موجود در آنها اکسید می شود و گوگرد افزوده شده در اثر افزودن مواد آلی اشاره کرد. از آنجا که ورورد گوگرد در خاکهای اسیدی باعث ایجاد مشکلاتی در رشد گیاه می شود لذا پژوهش زیر با هدف 1- بررسی اثر ورود گوگرد بر قابلیت جذب عناصر غذایی خاک 2- اثر گوگرد بر رشد و تولید وزن خشک ذرت و میزان جذب عناصر غذایی، انجام گردید[A1] .

مواد و روشها

به منظور کاهش pH خاک و بررسی روند تغییر قابلیت دسترسی عناصر در شرایط کاهش pH، یک آزمایش گلخانه ای در قالب طرح کاملاً تصادفی و در سه تکرار، با هدف بررسی اثر سه سطح 0، 5/7، 15 [A2] تن در هکتار گوگرد عنصری (S)، بر میزان فسفر و عناصر کم مصرف قابل جذب خاک و همچنین میزان جذب عناصر توسط گیاه ذرت بررسی شد. خاک اولیه جهت اجرای طرح، از مزارع چای در لاهیجان (اینسپتی سول) جمع آوری و هوا خشک و سپس خرد شده و از الک 2 میلیمتری گذرانده شده و در کیسه های 2 کیلوگرمی ریخته شد. نتایج تجزیه اولیه خاک در جدول 1 آورده شده است. برای تهیه تیمارهای گوگرد، میزان گوگرد لازم برای تهیه سطوح 25/0% و 5/0%  ( به ترتیب معادل 5/7 و 15 تن در هکتار) را محاسبه و به میزان لازم گوگرد عنصری به خاکها افزوده شد( سولفات اولیه خاک 2 میلی گرم در کیلوگرم بود). سپس نمونه های خاک حاوی گوگرد به مدت سه ماه در شرایط گلخانه ای و در رطوبت حد ظرفیت زراعی خوابانیده  (انکوباسیون) شدند. در فواصل یک ماهه از گلدانها نمونه برداری شده و میزان فسفر قابل جذب با روش اولسن، شوری با دستگاه هدایت سنج و واکنش خاک با دستگاه pH متر اندازه گیری شد. پس از گذشت سه ماه از شروع انکوباسیون، میزان عناصر کم مصرف قابل جذب خاک با استفاده از روش عصاره گیری با DTPA اندازه گیری و تعداد 3 عدد[A3]  بذر سالم ذرت هیبرید رقم 704 در گلدانها کشت شد. پس از گذشت 45 روز[A4]  از تاریخ کشت، گیاهان کشت شده برداشت شده و وزن خشک و غلظت عناصر کم مصرف در بافت گیاه [A5] با استفاده از دستگاه جذب اتمی و میزان فسفر جذب شده با استفاده از روش کالریمتری( آمونیوم مولیبدات- وانادات) مورد اندازه گیری قرار گرفت.

جدول 1--------------

نتایج و بحث

اثر سطوح گوگرد بر میزان فسفر، شوری و واکنش خاک

نتایج مقایسه میانگین داده ها نشان داد که بین سطوح گوگردی از نظر تأثیر بر میزان فسفر قابل جذب خاک تفاوت معنی داری وجود دارد (p<0.01). با افزایش سطوح گوگرد، فسفر قابل جذب خاک کاهش یافت. بالاترین میزان فسفر قابل جذب (7/75 [A6] میلی گرم در کیلوگرم) از تیمار شاهد و کمترین آن از سطح 15 تن در هکتار [A7] گوگرد (2/64 میلی گرم در کیلوگرم) بدست آمد. سطح 5/7 تن در هکتار گوگرد بین شاهد و سطح 15 تن در هکتار گوگرد قرار داشت (شکل 1). با ورود گوگرد در خاک این ماده اکسید شده و با تولید اسیدسولفوریک باعث کاهش pH خاک می گردد. کاهش pH خاک موجب افزایش حلالیت یونهای آهن ، منگنز و آلومینیوم شده ( به ازاء هر واحد کاهش pH قابلیت جذب آهن هزار برابر افزایش می یابد) و با افزایش حلالیت این عناصر موجب واکنش بیشتر آنها با فسفر و در نتیجه تثبیت فسفر شده و لذا از میزان فسفر قابل جذب کاسته می شود (Johnson, 1975). اکسیداسیون گوگرد در شرایط اسیدی بهتر انجام می شود (ملکوتی و رضایی، 1380).

اثر سطوح گوگرد بر کاهش واکنش خاک معنی دار بود. تیمار 15 تن در هکتار گوگرد کمترین میزان pH خاک [A8] و تیمار شاهد بالاترین میزان pH خاک را داشت (شکل 2). تیمار 5/7 تن در هکتار گوگرد نیز بین شاهد و سطح 15 تن در هکتار گوگرد قرار داشت. با توجه به خاصیت بافری ضعیف خاکهای اسیدی، مقاومت این خاکها در مقابل تغییرات pH کم بوده و افزودن گوگرد موجب تغییر سریع و کاهش pH این خاکها می گردد. میزان کاهش واکنش خاک با زمان و شدت اکسیداسیون گوگرد در خاک رابطه مستقیم دارد (بشارتی و همکاران، 1379) و با افزایش سطوح گوگردی میزان واکنش خاک بیشتر کاهش می یابد. بیشترین میزان کاهش واکنش خاک نیز در تیمار 15 تن در هکتار گوگرد و در زمان سه ماه انکوباسیون مشاهده شد. 

نتایج مقایسه میانگین داده ها نشان داد که سطوح گوگرد اثر معنی داری بر افزایش شوری خاک دارد (p<0.01) و با افزایش میزان گوگرد، شوری خاک به شدت افزایش یافت، به نحوی که تیمار 15 تن  در هکتار گوگرد بیشترین شوری ( dS/m524/4) و تیمار شاهد کمترین میزان شوری ( dS/m541/1) را داشت (نمودار 3). دلیل این امر اکسیداسیون گوگرد و تولید یون سولفات می باشد که از یک طرف ورود این یون در محلول خاک بطور مستقیم موجب شور شدن خاک شده و بطور غیر مستقیم با کاهش واکنش خاک و انحلال ترکیبات آهن و آلومینیوم بر شوری خاک می افزاید (جعفرلو، 1385).

اشکال 1-3-----------------------

اثرات سطوح گوگرد بر میزان عناصرکم  مصرف خاک

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که سطوح گوگرد تأثیر معنی داری بر میزان آهن خاک دارد (p<0.01). با افزایش سطوح گوگرد، مقدار آهن به شدت افزایش یافت. در اثر افزودن گوگرد به خاک و اکسیداسیون این عنصر، pH خاک کاهش یافته و چون با ازاء هر واحد کاهش pH، غلظت یون آهن در محلول خاک هزار برابر می شود (گودرزی، 1383)، لذا در اثر افزودن گوگرد به خاکهای اسیدی، غلظت آهن به شدت افزایش می یابد (شکل[A9]  4). نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان داد که سطوح گوگرد تأثیر معنی داری بر میزان روی قابل جذب خاک دارد. میزان روی خاک با افزودن 5/7 تن در هکتار گوگرد افزایش یافته و با افزودن مقادیر بیشتر گوگرد (15 تن در هکتار)، به شدت کاهش می یابد. به نظر می رسد کاهش اندک واکنش خاک موجب افزایش قابلیت دسترسی روی شده و در صورت کاهش زیاد واکنش خاک مجدداً قابلیت  دسترسی روی کاهش یابد، به نحوی که در تیمار 15 تن در هکتار گوگرد، میزان روی قابل دسترس از تیمار شاهد نیز کمتر شد (شکل 5). در خاک مورد مطالعه واکنش خاک در اثر افزودن 15 تن در هکتار گوگرد از 5/5 به 2/3 تنزل یافته و این کاهش pH خاک به دلیل کاهش تدریجی قابلیت جذب روی در pH های کمتر از 4 موجب کاهش میزان روی قابل جذب می گردد(1985) Lopes et al  سطوح گوگرد اثر معنی داری بر مس قابل جذب خاک داشت. قابلیت دسترسی مس نیز همانند روی با تغییر اندک واکنش خاک افزایش و با تغییر زیاد آن، کاهش می یابد. بالاترین میزان مس قابل جذب در تیمار 5/7 تن در هکتار گوگرد و کمترین آن در تیمار شاهد اندازه گیری شد(شکل6). سطوح گوگرد دارای تأثیر معنی داری بر میزان منگنز خاک بود. رفتار منگنز نیز بسیار مشابه به آهن می باشد. با افزودن سطوح مختلف گوگردی، میزان منگنز در خاک به شدت افزایش یافته و این افزایش در مقایسه با آهن بسیار بیشتر بود (شکل 7). شکل [A10] 8 اثرات واکنش خاک بر قابلیت دسترسی عناصر غذایی را نشان می دهد (Douglas, 1995). همانطور که در این شکل نیز مشخص است، در اثر کاهش شدید واکنش خاک، قابلیت دسترسی روی و مس کاهش و قابلیت دسترسی آهن و منگنز به شدت افزایش می یابد. Acquaye et al (1972) خصوصیات خاکهای اسیدی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج بدست آمده نشان داد که آهن عنصر غالب موجود در این خاکها است و بقیه عناصر روند زیر را دنبال می نمایند: Fe>Mn>Zn>Cu. همچنین  Lopes et al (1985) بیان کردند که آهن و منگنز در خاکهای اسیدی حالت سمیت پیدا می کنند در حالی که روی و مس به مقدار کافی وجود نخواهند داشت و کمبود آنها مشاهده می شود.

اشکال 3-7--------------

اثرات سطوح گوگرد بر وزن خشک و میزان فسفر جذب شده

 نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان داد که سطوح گوگرد اثر معنی داری بر میزان وزن خشک گیاه داشت (p<0.01). با افزایش سطوح گوگردی از وزن خشک گیاه کاسته شد، به طوری که بیشترین میزان وزن خشک در سطح صفر و کمترین آن در تیمار 15 تن در هکتار گوگرد اندازه گیری شد. استفاده از گوگرد در خاکهای اسیدی موجب کاهش شدید pH خاک و در نتیجه مسموم شدن گیاه با آهن و آلومینیوم شده و در نتیجه رشد و تولید ماده خشک گیاه به شدت کاهش می یابد. با اکسیداسیون گوگرد در خاکهای اسیدی و تولید اسید سولفوریک، pH خاک دچار تغییر شدیدی شده و به شدت کاهش می یابد. این کاهش در pH خاک به دلایل ایجاد زخم در روی ریشه و ممانعت از جذب عناصر موجب کاهش میزان ماده خشک می شود. نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که سطوح گوگرد اثرات معنی داری بر غلظت فسفر موجود در بافتهای گیاه داشت. با افزایش سطوح گوگرد از میزان غلظت فسفر در بافت گیاه کاسته شد (جدول 2).

جدول 2---------

افزودن گوگرد در خاکهای اسیدی موجب: 1- حلالیت اکسیدهای آهن و آلومینیوم و در نتیجه تثبیت فسفر و کاهش میزان فسفر قابل جذب خاک می گردد2-  زخم شدن ریشه و کاهش رشد گیاه می شود و در نتیجه فسفر جذب شده به شدت کاهش می یابد. با افزودن گوگرد به خاک و اکسیداسیون آن، اسید سولفوریک تولید می شود که از یک طرف باعث تثبیت بیشتر فسفر و از طرف دیگر باعث زخم شدن ریشه و ممانعت از جذب عناصر غذایی می شود. افزودن گوگرد به خاک طبق معادله زیر موجب تولید دو یون هیدروژن می شود:

CO2 + S0 + ½O2 + 2H2O  →  CH2O + SO4^-2 + 2H⁺

ورود یونهای هیدروژن آزاد شده در محلول خاک موجب تغییر شدید pH خاک و صدمه به ریشه گیاه می گردد (Mullen et al, 2007).

اثرات سطوح گوگرد بر جذب عناصر کم مصرف

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان داد که سطوح گوگرد اثر معنی داری بر آهن جذب شده داشت(p<0.01). بالاترین میزان آهن جذب شده از سطح 15 تن در هکتار گوگرد و کمترین میزان آن در سطح صفر گوگرد اندازه گیری شد (شکل 9). با افزودن گوگرد به خاکهای اسیدی pH این خاکها کاهش یافته و در نتیجه آهن و آلومینیوم در غلظتهای مسموم کننده وجود داشته و باعث مسمومیت گیاه می شوند. با افزودن گوگرد به خاکهای اسیدی و کاهش واکنش خاک، گیاه کمتر رشد نموده و از طرفی غلظت آهن قابل دسترس با کاهش هر واحد واکنش خاک هزار برابر شده و در نتیجه غلظت آهن در بافت گیاه افزایش می یابد. نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که اثر سطوح گوگرد بر جذب روی معنی دار نیست[A11]  (شکل 10). میزان روی جذب شده با افزودن 5/7 تن در هکتار گوگرد افزایش و با افزایش سطح گوگرد به 15 تن در هکتار کاهش یافت. با افزودن 5/7 تن در هکتار گوگرد pH خاک به میزان کمی کاهش یافته که این امر افزایش میزان روی قابل جذب و در نتیجه جذب بیشتر روی را در بر دارد، ولی افزایش بیشتر سطح گوگرد موجب تغییر شدید pH خاک، کاهش قابلیت دسترسی روی و عدم رشد گیاه شده و روی جذب شده کاهش می یابد. نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که سطوح گوگرد اثر معنی داری بر مس جذب شده توسط ذرت دارد. میزان مس جذب شده با افزایش سطوح گوگرد کاهش یافت و این کاهش معنی دار بود. به نظر می رسد حداکثر جذب مس در pH های اسیدی بالاتر از 5/4 اتفاق افتاده و کاهش بیشتر pH از طریق ایجاد مسمومیت و کاهش رشد گیاه منجر به کاهش جذب مس می شود (شکل 11).

اشکال 8-11----------

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که سطوح گوگرد اثر معنی داری بر میزان منگنز جذب شده دارد. جذب منگنز نیز روندی مشابه با جذب آهن داشت و با افزایش سطوح گوگرد بر میزان جذب این عنصر افزوده شد. با کاهش pH قابلیت دسترسی و جذب آهن و منگنز افزایش می یابد و این افزایش در مورد منگنز بسیار شدیدتر از آهن است (شکل 7). با افزودن گوگرد به خاکهای اسیدی، منگنز به میزان زیادی حل شده و برای گیاه ایجاد مسمومیت می نماید، بطوریکه در خاک اسیدی مورد آزمایش سمیت منگنز به وضوح دیده شد. در pH های خیلی پایین میزان رشد گیاه کاهش و گیاه با مسمومیت آهن و آلومینیوم و منگنز روبرو می شود.

 نتیجه گیری کلی

با توجه به داده های حاصل از این تحقیق چنین نتیجه گیری می شود که ورود گوگرد در خاکهای اسیدی موجب کاهش واکنش و در نتیجه کاهش قابلیت کشت این خاکها می گردد. لذا باید از ورود گوگرد در این خاکها تا حد امکان جلوگیری بعمل آورد. همچنین برای رفع نیاز سولفات گیاه در این خاکها از روشهای دیگر استفاده نمود.