تأثیر شکل های سوسپانسیونی و دانه ای کودهای حاوی فسفات بر فسفر، آهن و روی قابل جذب خاک

مقدمه

با توجه به تأمین بخش مهمی از نیاز کشور به کودهای حاوی فسفات از طریق واردات، هرگونه اقدام در راستای افزایش اثربخشی این کودها اثرات مهمی در کاهش میزان وابستگی کشور در پی خواهد داشت. تحقیقات چندساله اخیر نشان دهنده برتری کودهای فسفات دار مایع در مزارع مناطق خشک دارای خاک آهکی در مقایسه با کودهای مرسوم جامد (گرانولی) می باشد. آزمایش بر روی چندین خاک آهکی در جنوب استرالیا نشان داد که کاربرد کود مونوآمونیوم فسفات به صورت مایع در مقایسه با شکل دانه ای، عمل کرد دانه گندم را بیش تر افزایش داد (Holloway et al., 2001). محققان (McBeath et al., 2005) با انجام آزمایش های گل خانه ای و میدانی(بر روی خاک های جنوب استرالیا) دریافتند که عمل کرد دانه گندم هنگام مصرف کودهای مایع بیش تر از زمانی بود که اشکال دانه ای آن مصرف شدند. در 62 درصد خاک های مورد آزمایش، وزن ماده خشک گندم در تیمار کود مایع بیش تر بود. خاک هایی که در آن گیاه پاسخ بهتری به مصرف کودهای مایع می داد، از نظر غلظت کل و ظرفیت بافری فسفر تفاوتی با سایر خاک ها نداشتند؛ اما یک هم بستگی معنی دار و مثبت میان مقدار کربنات کلسیم خاک و پاسخ گندم به کودهای فسفات دار مایع دیده شد؛ به گونه ای که با افزایش آهک خاک برتری کود مایع آشکار می گردید  داده شدکه اثربخشی کودهای چندعنصری (دارای فسفر، ازت، روی و منگنز)، هنگامی که به صورت مایع به خاک تزریق شدند، بیش تر از حالتی بود که همین کودها به صورت گرانول در کشت گندم مصرف گردیدند (Holloway et al., 2006). در توجیه این پدیده دو احتمال مطرح است. نخست آن که هنگام تزریق کود مایع به خاک، واکنش های شیمیایی در خاک به گونه ای بوده که در نهایت عناصر غذایی با انرژی کم تری نگه داری شده و درنتیجه از قابلیت جذب بیش تری برای گیاه برخوردار بوده اند. احتمال دیگر مرتبط با نحوه پراکنش کود در میان ذرات خاک می باشد. به این ترتیب که در روش تزریق کود مایع، حجم بیش تری از خاک به کود آغشته شده و درنتیجه درصد فراوان تری از ریشه ها با خاک غنی شده تماس داشته و جذب فسفر بیش تر شده است.

عوامل فیزیکی و شیمیایی چندی در خاک باعث اثربخشی بهتر کودهای مایع می شوند؛ که از میان آن ها، پخشیدگی
مهم ترین عامل  است. استفاده از روش رقّت ایزوتوپی (Isotopic dilution method) نشان داد که در مجاورت دانه کود حاوی فسفات، مقدار فسفر ناپایدار (Labile) کم تر از مقدار متناظر برای کود مایع بود (Lombi et al., 2004_{a, b}). این امر می تواند به رسوب فسفات کلسیم در مجاورت دانه کود مربوط باشد؛ پدیده ای که شدت آن هنگام افزودن کود مایع کم تر است. غلظت بسیار زیاد فسفات خارج شده از دانه کود، علت احتمالی چنین حالتی می باشد. کاربرد فنون ایزوتوپی و طیف سنجی در خاکی با 77 درصد آهک نشان داد که فسفات موجود در کود فسفات دار مایع نسبت به فسفات خارج شده از یک دانه کود فسفات دار جامد، تا مسافت دورتری از محل تزریق کود در خاک برای گیاه قابل جذب است (Lombi et al., 2006). استفاده از روش های پیشرفته در این آزمایش ثابت کرد که رسوبات کلسیم در نزدیکی گرانول، ماهیتی مشابه با اکتا کلسیم فسفات و یا هیدروکسی آپاتایت دارند. حلالیت ناچیز این دو ترکیب، توجیه کننده قابلیت کم تحرک فسفات کود در خاک می باشد (Lombi et al., 2006). غلظت بیش تر فسفر در مجاورت دانه کود شرایط را برای تشکیل رسوبات فسفات دار با حلالیت کم مساعد می نماید. اما هرچه غلظت فسفات در محلول خاک کم تر باشد (مشابه شرایطی که در محل تزریق کود مایع حاوی فسفات وجود دارد)، فسفر بیش تر به صورت جذب سطحی نگه داری می شود؛ که در این حالت قابلیت جذب آن برای گیاه
بیش تر است (Tunesi et al., 1999). در توجیه پخشیدگی کم تر فسفر از دانه کود فسفات دار (در مقایسه با کود فسفات دار مایع که نتیجه آن تجمع زیاد فسفر در نزدیکی دانه کود و پدید آمدن موادی با حلالیت کم تر می باشد)، لامبی و همکاران (2006) بر این باورند که جریان آب به سمت دانه های آب دوست کود حاوی فسفات (که بر خلاف جهت پخشیدگی فسفات از کود می باشد) در روند پخشیدگی فسفات اختلال ایجاد کرده و به این ترتیب از شدت پخشیدگی کاسته می شود. هم چنین
آن ها (2004) نشان داده بودند که چند هفته پس از قرار گرفتن دانه کود حاوی فسفات در خاک، درصدی از فسفر هم چنان در دانه کود باقی مانده و به خارج پخشیده نشده است.

محققان دریافتند که تحرّک روی و منگنز (مصرف شده به همراه کود حاوی فسفات) در خاک، پس از مصرف کود به صورت مایع بیش تر از هنگامی بود که این کودها به صورت گرانول در خاک قرار گرفتند (Hettiarachchi et al., 2008). اندازه گیری های بسیار دقیق آن ها نشان داد که در حالت تزریق کود مایع، ترکیبات حاصل در خاک از حلالیت بیش تری برخوردار بودند. ماهیت این ترکیبات، مشابه فسفات منگنز هیدراته، کلسیت به همراه منگنز، روی نگه داری شده به صورت جذب سطحی و سیلیکات روی بود. با مصرف کود گرانولی ترکیباتی مانند اکسید منگنز، کربنات منگنز و فسفات روی پدید آمده بود.
پژوهش گران با آزمایش بر روی 4 خاک آهکی در جنوب استرالیا به این نتیجه رسیدند که در آهکی ترین خاک، مقدار قابل توجهی از مونوآمونیوم فسفات، دی آمونیوم فسفات و یا سوپرفسفات تریپل که به شکل جامد به آن افزوده شده بود، سریعأ به مخزن فسفر غیرفراهم برای گیاه وارد گشت. این در حالی  بود که با مصرف این کودها به شکل مایع، تثبیت فسفر کم تر بود (Bertrand et al., 2006). یکی از محتمل ترین فرضیه ها برای توضیح اختلاف در کارآیی کودهای مایع و جامد این است که در شرایط خشک و در خاک های با قدرت بالای تثبیت فسفر (مانند خاک های آهکی در مناطق خشک)، انحلال و پخشیدگی فسفر به طرف خارج از کودهای جامد محدود است. این امر باعث به وجود آمدن مناطق موضعی با غلظت بالای فسفر در نزدیکی دانه کود می شود؛ و رسوب فازهای جامد بسیار کم محلول کلسیم-فسفات را به دنبال دارد (Bertrand et al., 2006). هرچند پژوهش های یادشده حاوی اطلاعات مفیدی در زمینه واکنش های خاک با کودهای فسفات دار گرانولی یا محلول می باشند، اما از جنبه کاربردی سؤالاتی مطرح است که در منابع علمی پاسخ روشنی برای آن ها یافت نمی شود. به طور مثال:

1. در بیش تر آزمایش های مذکور از ترکیبات کاملأ محلول دارای فسفات (اسید فسفریک) استفاده شده است. در کشور ما ارزان ترین منابع کود حاوی فسفات (سوپرفسفات ساده، سوپرفسفات تریپل و دی آمونیوم فسفات) از نظر شیمیایی
   به گونه ای هستند که اختلاط آن ها با آب، منجر به تولید کود مایع در شکل سوسپانسیون (و نه کاملأ محلول) می شود. واکنش کود سوسپانسیونی در خاک، ضرورتأ مشابه اسید فسفریک نمی باشد. بنابراین برای اهداف کاربردی نمی توان به طور مستقیم از نتایج موجود استفاده نمود.
2. اگر مصرف کود مایع بر شکل گرانولی ارجحیت داشته باشد، مشخص نیست که به طور متوسط چقدر می توان از میزان توصیه شده برای مصرف کودهای حاوی فسفات کاست. به علاوه اگر کارآیی مصرف کود مایع کم تر، ولی به دلیل ارزان تر بودن روش مصرف، مقرون به صرفه اقتصادی باشد، بایستی دانست که میزان افزایش مصرف کود مایع بایستی چه مقدار باشد. به عبارت دیگر، مقدار مصرف کودهای دارای فسفات در کشور بر اساس روش اختلاط با خاک و بر مبنای استفاده از کودهای جامد دارای دانه بندی توصیه می شود؛ و در صورت استفاده از کود مایع اطلاعاتی برای تغییر احتمالی در مقدار توصیه وجود ندارد.
3. در مورد فراهمی فسفات در خاک (پس از مصرف کودهای جامد و مایع) در یک بازه زمانی هیچ اطلاعاتی یافت نگردید. به عنوان مثال آیا تفاوت فراهمی اشکال جامد و مایع در کوتاه و بلندمدت یک سان است؟ این گونه اطلاعات، جهت توصیه مصرف کودهای مایع در باغ ها ضروری می باشد. 

در پژوهش حاضر، اثر مصرف خاکی کود سوپرفسفات تریپل در دو شکل جامد (گرانولی) و مایع (سوسپانسیون) بر فسفر قابل جذب خاک، در یک دوره زمانی 165 روزه ارزیابی گردید. از آن جا که حلالیت ترکیبات فسفات کلسیم هم گام با کاهش اسیدیته افزایش می یابد (Lindsay and Norvell, 1978)، اثر افزودن اسید سولفوریک به سوسپانسیون  نیز بررسی شد.
هم چنین با توجه به وجود اطلاعاتی که مؤید تأثیر شکل کودهای حاوی فسفات (مایع یا جامد) بر فراهمی آهن و روی قابل جذب خاک می باشد (Holloway et al., 2006) و با توجه به کمبود شایع این عناصر در خاک های کشور، تأثیر اشکال کود دارای فسفات بر آهن و روی قابل جذب خاک نیز ارزیابی گردید. در این آزمایش, فسفر جذب شده، با محلول بی کربنات سدیم (Olsen and Sommer, 1982) و آهن و روی استخراج شده با محلول دی. تی. پی. ای. (Lindsay and Norvell, 1978) به عنوان شاخصی از مقادیر فراهم این عناصر برای گیاهان در نظر گرفته شد. هم اکنون در آزمایشگاه های خاک شناسی ایران و جهان از این روش ها برای ارزیابی حاصل خیزی و تعیین مقدار کود مورد نیاز خاک های آهکی مزارع استفاده می شود.

مواد و روش ها

دو نمونه خاک S₁ و S₂ (هر یک به وزن 5 کیلوگرم) از مناطق خوشنام و مشکین دشت شهرستان شهریار تهیه و پس از خشک نمودن در جریان هوا، از الک 2 میلی متری عبور داده  شدند. مقدار رطوبت خاک هواخشک و هم چنین ظرفیت نگه داری آب خاک در فشار 33/0 اتمسفر (ظرفیت مزرعه) اندازه گیری شد. نحوه اجرای تیمارها  از آزمایش های لامبی و همکاران (2004) اقتباس گردید؛ و برای هم آهنگی با اهداف کاربردی مورد نظر در این تحقیق تغییراتی نیز در آن داده شد. برای انجام آزمایش از ظروف پلاستیکی به حجم 200 میلی لیتر، پیرامون 26 میلی لیتر در قسمت فوقانی و 19 میلی لیتر در قسمت انتهایی استفاده گردید. 

کود حاوی فسفات به سه شکل: "گرانول" (P₂)، "سوسپانسیون" (P₃) و "سوسپانسیون اسیدی" (P₄)، به نمونه های 20 گرمی خاک اضافه گردید. تیمار "بدون کود" (P₁) به عنوان شاهد و تیمار "محلول اسیدی" (P₅) برای آشکار شدن نقش اسید به تنهایی نیز در نظر گرفته شدند. تیمارها به صورت زیر اجرا شدند:

• در تیمار "بدون کود"، با افزودن آب مقطر رطوبت خاک به ظرفیت مزرعه رسانیده شد. با اندازه گیری پیوسته وزن خاک موجود در ظروف (هر هفته یک مرتبه)، کاهش رطوبت خاک (که به علت بسته بودن درب ظروف ناچیز بود) با افزودن قطرات آب مقطر جبران گردید. رطوبت در سایر تیمارها نیز به همین ترتیب تنظیم شد.
• در تیمار "گرانول"، دانه کود به وزن تقریبی 40 میلی گرم، در قسمت میانی توده خاک قرار گرفت و سپس مانند "بدون کود" رفتار شد.
• در تیمار "سوسپانسیون"، دانه کود 40 میلی گرمی داخل ظرف قرار داده شد. سپس مقدار آب لازم برای رسانیدن نمونه خاک به ظرفیت مزرعه (بدون حضور خاک) اضافه گردید. بعد از گذشت 24 ساعت (زمان لازم برای متلاشی شدن گرانول) مخلوط را هم زده (آماده شدن سوسپانسیون کود حاوی فسفات) و سپس خاک به آرامی به آن افزوده گردید. در این حالت سوسپانسیون کود فسفات دار به صورت یک نواخت جذب ذرات خاک شد.
• در تیمار "سوسپانسیون اسیدی" مانند تیمار "سوسپانسیون" عمل شد؛ با این تفاوت که 5/0 میلی لیتر از مقدار آب مقطر کاسته و به جای آن اسید سولفوریک 1/0 نرمال اضافه گردید.
• ·         تیمار "محلول اسیدی" مانند تیمار سوسپانسیون اسیدی بود؛ با این تفاوت که کود حاوی فسفات افزوده نگردید.

در طول مدت آزمایش، ظروف در محیط آزمایشگاه و در در دمای حدود 20 درجه سانتی گراد نگه داری شدند. پس از گذشت  14، 36 و 165 شبانه روز از زمان افزودن کودها (T₁, T₂, T₃)، فسفر قابل جذب خاک به روشOlsen  و آهن و روی قابل جذب خاک به روشLindsay  اندازه گیری شد. از آن جا که برای اندازه گیری های فوق می بایست نمونه های کوچک تر خاک از درون ظروف برداشته شوند، ابتدا خاک موجود در هر ظرف آزمایشی به خوبی هم زده  شد؛ و سپس مقدار خاک لازم برای تجزیه های آزمایشگاهی جدا گردید. آزمایش در قالب طرح کاملأ تصادفی و در 3 تکرار اجرا  شد. مقایسات آماری نیز توسط نرم افزار SAS انجام شد.

نتایج و بحث

برخی از ویژگی های خاک در جدول 1 نشان داده شده است.

همان گونه که نمودار 1 نشان می دهد فسفر قابل جذب نمونه خاک خوشنام پس از افزودن کود سوسپانسیون اسیدی، در زمان اول (14 شبانه روز) بیش ترین مقدار بود. از آن جا که افزایش فسفر قابل جذب (نسبت به "بدون کود") در تیمار محلول اسیدی مشاهده نگردید، می توان گفت که افزایش فسفر فراهم خاک در تیمار سوسپانسیون اسیدی، ناشی از نقش اسید در جلوگیری از کاهش حلالیت کود حاوی فسفات در خاک (و نه تبدیل اشکال فسفر غیرقابل جذب خاک به اشکال قابل جذب) بود. در زمان های طولانی تر (36 و 165 شبانه روز)، کود فسفات دار دانه ای اثر قوی تری در افزایش فسفر قابل جذب خاک داشت (نمودار 1). 

نمودار 2 اثر تیمارها را در خاک مشکین دشت نشان می دهد. در این خاک و بر خلاف خاک خوشنام، اثر کود فسفات دار دانه ای در کوتاه مدت (14 روز)، تفاوتی با اشکال سوسپانسیون و یا سوسپانسیون اسیدی نداشت. اما در زمانهای دوم و سوم، همانند خاک خوشنام، شکل دانه ای موثرتر بود. آزمایش حاضر دارای اهداف کاربردی می باشد و به گونه ای طراحی نشده است که بتوان علت تفاوت نتایج خاک 1 و 2 در کوتاه مدت را مشخص نمود. اما در مجموع این احتمال وجود دارد که به علت وجود رس بیشتر در خاک شماره 2 و در نتیجه سطح تماس بیشتر برای واکنش فسفر کود مایع با ذرات خاک، اثر بخشی کود مایع کمتر از خاک 1 شده باشد. واکنش پذیری بیشتر ذرات ریز دانه خاک در واکنش با کود فسفات دار در منابع علمی متفاوتی ذکر گردیده است (شریعتمداری و همکاران¹، 2006).   

داده های آزمایش نشان می دهد که از نظر افزایش فسفر قابل جذب خاک، کود فسفات دار دانه ای در درازمدت مؤثرتر از کود سوسپانسیونی بود؛ اما در کوتاه مدت یا دارای اثری یک سان بود (خاک 2) و یا آن که کود سوسپانسیونی بر اشکال گرانولی ارجحیت داشت (خاک 1).

نتایج کوتاه مدت آزمایش حاضر با نتایج آزمایش هالووی و همکاران² (2001)، لامبی و همکاران (2004) و برتراند و همکاران (2006) هم سو می باشد. اما نتایج دراز مدت (زمانهای دوم و سوم) بر خلاف یافته های محققین فوق و با قسمتی از نتایج آزمایشهای مک بث و همکاران (2005) هماهنگ می باشد. آزمایش هایی که موید برتری کودهای فسفات دار مایع بر دانه ای می باشد، در زمان های کوتاه انجام شده اند زیرا در این تحقیقات گیاهان زراعی مد نظر بوده اند. این گیاهان دوره رشد کوتاهی داشته و در صورتی که یک منبع کود مایع بتواند نیاز گیاه را در کوتاه مدت تامین نماید، کود خوبی محسوب می شود. بر خلاف گیاهان زراعی که در اوایل فصل رشد نیاز به جذب فسفر بیشتری از خاک دارند، درختان میوه در ابتدا، بیشتر وابسته به فسفر ذخیره شده در اندام های خود (پوست ریشه و ساقه) بوده، ولی در اواسط فصل رشد که ماده سازی افزایش می یابد، بیشتر وابسته به فسفر جذب شده از خاک می باشند (طلایی، 1377). به همین علت و بر اساس نتایج آزمایش حاضر، بهتر است که زمان مصرف کود فسفات دار مایع در خاک باغ ها، اواسط اردیبهشت باشد تا نیاز به مقادیر بیشتری از کود (در مقایسه با گرانول) نباشد. به عبارت دیگر در این حالت مقدار کود فسفات دار مایع، برابر خواهد بود با مقدار کود توصیه شده دانه ای. در غیر این صورت مقدار مصرف کود مایع بایستی بیش از کود جامد باشد. در غیر این صورت مقدار مصرف کود مایع بایستی بیش از کود دانه ای باشد. مقدار این افزایش بستگی به ویژگی های خاک دارد و به عنوان مثال در چنین شرایطی در خاک 1 به کود مایع بیشتری (در مقایسه با خاک 2) نیاز می باشد. البته توانائی های گیاهان (مانند گسترش و قدرت جذب ریشه) نیز می تواند اثراتی در این زمینه داشته باشد.

 اشکال مایع و یا جامد کود فسفات دار و یا محلول اسیدی تاثیری بر آهن قابل جذب خاک نداشتند (نمودارهای 3 و 4). هر چند افزایش حلالیت آهن، دست کم در تیمار محلول اسیدی انتظار می رفت، لیکن چنین افزایشی مشاهده نگردید.  به نظر می رسد کاهش پی اچ و افزایش غلظت آهن در مدت کوتاهی رخ داده و پس از آن قدرت بافری خاک (ناشی از حضور آهک) مانع از آن شده باشد که پس از  14 روز (و یابیشتر)، افزایشی در آهن قابل جذب اندازه گیری شود. چنین حالتی توسط خرسندی³ (1994) نیز گزارش شده است. در آزمایش وی اثرات افزودن اسید سولفوریک (به همراه آب آبیاری) تا مدت 45 روز باعث افزایش غلظت آهن و فسفر در محلول خاک شده بود.

نمودار 5 نشان می دهد که در خاک خوشنام اشکال سوسپانسیونی و دانه ای کود حاوی فسفات تأثیری بر مقدار روی قابل جذب نداشت؛ اما افزودن محلول اسیدی (بدون کود حاوی فسفات) در کوتاه مدت (14 شبانه روز) باعث افزایش قابل توجه آن گردید. در خاک مشکین دشت کاهش مشخصی در مقدار روی قابل جذب پس از افزودن کودهای سوسپانسیونی در زمان های اول و دوم مشاهده شد (نمودار 6). هم چنین افزودن کود فسفات دار گرانولی در زمان های دوم و سوم باعث کاهش روی قابل جذب خاک نسبت به تیمار  بدون کود شد.

نتیجه گیری

افزایش کارآیی مصرف کودهای فسفات دار از جنبه های مختلف زیست محیطی، زراعی و اقتصادی مهم می باشد. به همین علت آزمایش های انجام شده در خاک های آهکی مناطق خشک که مزیت اشکال مایع کودهای فسفات دار بر اشکال دانه ای مرسوم در مزارع را نشان داده، مورد توجه محققین قرار گرفته است. نتایج متفاوتی که تا کنون در این موضوع گزارش گردیده، بر ضرورت انجام پژوهش های کاربردی در این زمینه تاکید دارد. در آزمایش حاضر مشخص گردید که در دو خاک مورد آزمایش، کود مایع فسفات دار تا دو هفته پس از مصرف به خوبی کودهای دانه ای فسفر مورد نیاز گیاه را تامین می نماید و در عین حال تاثیر منفی بر آهن و روی قابل جذب برای گیاه (در مقایسه با کود دانه ای) ندارد. نکته جالب مزیت نسبی کود مایع در یکی از دو خاک بود، هر چند این برتری در زمان طولانی تر وجد نداشت. در چنین خاک ها و برای گیاهانی که دوره رشد کوتاهی داشته و در ابتدای فصل کشت می توانند مقدار زیادی فسفر جذب و در اندام های خود ذخیره نمایند، اثر بخشی بیشتر کودهای فسفات دارمایع قابل تصور می باشد .(Holloway et al., 2001)با دور شدن از چنین شرایطی، اثربخشی کمتر کودهای مایع دور از انتظار نیست (McBeath et al.,2005)

پاورقی ها

Shariatmadari et al

Holloway et al

Khorsandi