وبلاگ تخصصی کشاورزی اسماعیل حیدری

بررسي تاثير افزايش سوپر جاذب هاي پليمري به کمپوست در ميزان جذب آب و ساير فاکتورهاي فيزيکي – شيميايي

بررسي تاثير افزايش سوپر جاذب هاي پليمري به کمپوست در ميزان جذب آب و ساير فاکتورهاي فيزيکي – شيميايي

جواد عابديني طرقبه

مسئول آزمايشگاه سازمان بازيافت و تبديل مواد شهرداري مشهد

چکيده

در دنياي امروز در کشاورزي از بقاياي خود گياهان و مواد مختلف ( مثلاً کمپوست) به عنوان مواد افزودني براي بهبود خواص فيزيکي و شيميايي خاک استفاده مي شود . با توجه به اينکه ايران کشوري کم آب و خشک است استفاده از راهکارهايي در جهت کاهش مصرف آب و استفاده بهينه از مقدار آب موجود ، راه حل بسياري از مشکلات خواهد بود . يکي از راهکارهاي استفاده از مواد سوپر جاذب جهت افزايش جذب و نگهداري آب است . در اين مقاله کمپوست توليد شده از مواد زايد جامد آلي شهري و ورمي کمپوست در کارخانه کمپوست بازيافت و تبديل مواد شهرداري مشهد از نظر ميزان جذب آب مورد بررسي قرار گرفته و کيفيت آن از نظر اين فاکتور و نگهداري آب مطلوب ارزيابي شده است . بطوريکه درجه اشباعي کمپوست و ورمي کمپوست بترتيب در حدود 100 و 150 مي باشد . در اين تحقيق نمونه هايي از کمپوست و ورمي کمپوست در مخلوط با درصد هاي متفاوت ( 1، 5 ، 10 و 15 درصد) از سوپر جاذب آب ( هيدروژل ) تهيه گرديد و پارامتر هاي فيزيکي و شيميايي نظير ميزان رطوبت ، pH ، EC و مقدار درصد اشباعي در آنها اندازه گيري شد . نتايج نشان داد که با افزايش مقدار سوپر جاذب مقدار درجه اشباعي در کود افزايش مي يابد . ولي با توجه به تغييرات در پارامترهاي ديگر ، نمونه حاوي يک درصد سوپر جاذب داراي مشخصات مناسبي مي باشد .

واژه هاي كليدي

کمپوست – سوپر جاذب – درجه اشباعي- هيدروژل

مقدمه

در دنياي امروز در كشاورزي از بقاياي خود گياهان و مواد مختلف ( مثلاً کمپوست ) به عنوان مواد افزودني براي بهبود خواص فيزيكي و شيميايي خاك استفاده مي شود . علاوه بر اين در مناطق خشك و نيمه خشك كه قسمتهاي وسيعي از كشور ما ايران نيز جزء آن مي باشد، كمبود رطوبت در فصل رشد گياهان موجب كمبود شديد عملكرد گياهان به خصوص گياهان زراعي مي شود . بنابراين استفاده بهينه از روش هاي آبياري و اصلاح خاك امري اجتناب نا پذير است. يكي از موارد افزودني در زمينه جذب آ ب، پليمري با نام سوپر جاذب آب (هيدروژل) مي باشد كه استفاده از اين پليمر نتايج شگفت انگيزي در صرفه جويي مصرف آب و افزايش كمي و كيفي محصولات باغي و زراعي و همچنين فضاي سبز و جنگلكاري ها دارد .

ايران كشوري كم آب و خشك است. با وجود اين، بايد ديد چطور قدر آب، اين مايه حيات را مي دانيم: در حالي که کل آب مصرفي در ايران حدود 5/86 ميليارد متر مکعب در سال است که 80 ميليارد متر مکعب آن در بخش کشاورزي مصرف مي شود، از اين مقدار 65 درصد آن به علت شيوه هاي غلط و سنتي آبياري هدر مي رود! در رهگذر اين اتلاف آب، كودهاي شيميايي نيز (به ويژه در خاک هاي شني) بر اثر آبياري غرقابي، به سرعت شويش يافته و موجب آلودگي منابع گرانبهاي آبهاي زيرزميني مي شوند. خشکسالي ها و فجايع زيست محيطي مرتبط، پيامد هدرروي بي رحمانه آب است. در کشورمان نزولات جوي ناکافي و کمبود شديد منآبع آب از مهمترين معضلات رشد و توليد محصول در گياهان زراعي به شمار مي رود. بنابراين بررسي راهکارهاي مقآبله با تنش خشکي از اهم تحقيقات مي باشد. از راههاي جبران کمبود آب خصوصأ در زمان رشد مي توان به استفاده از روشهاي آبياري با راندمان بالا، بهبود خصوصيات فيزيکي خاک و کاربرد برخي مواد اصلاح کننده نظير پليمرهاي سوپر جاذب اشاره نمود.هر يک از گياهان بطور اعم و گياهان زراعي بطور اخص داراي حداقل نياز آبي براي رشد و توليد عملکرد مطلوب حتي تحت شرايط گلخانه اي مي باشند. در صورتيکه حداقل نياز آبي بنا به دلايلي نتواند فراهم شود گياه مواجه با تنش خشکي شده و در صورت مصادف شدن تنش مزبور با مراحل رشدي حساس به کمبود آب ، نظير جوانه زني بذر ومرحله گلدهي مي تواند صدمات جبران ناپديري به محصول وارد آيد. برخي مواد نظير: بقاياي گياهي، ‏کود دامي ، کود کمپوست و هيد روژل هاي پليمري سوپر جاذب مي توانند مقادير متفاوتي آب در خود ‏ذخيره نموده و قابليت نگهداري و ذخيره سازي آب را در خاک افزايش دهند. آب ذخيره شده در اين ‏مواد در مواقع کم آبي در خاک آزاد شده و مورد استفاده ريشه گياه قرار مي گيرد . پليمرهاي سوپر جاذب قأدرند به ميزان 0 تا 200 ‏ميلي ليتر آ‏ب به ازاي هر گرم وزن خشک پليمر در خود ذخيره نمايند (بومن و ايو انس 1991‏). پليمرهاي سوپر جاذب موجب جذب سريع و به مقدار قابل ملاحظه آب در ساختمان خود مي شوند. تحقيقات انجام شده روي ‏تاثير پليمرهاي سوپر جاذب در خاک و تحت شرايط کم آبي روي برخي گياهان موفقيت آميز بوده و اين به دليل مناسب بودن نسبي قيمت اين مواد در برخي کشورها، سهولت ساخت و مصرف طيف وسيع کاربرد آنها مي باشد. استفاده از پليمرهاي سوپرجاذب به سالها قبل باز مي گردد. استفاده از ‏پليمرهاي سوپرجاذب در تصفيه آب آشاميد ني و فاضلاب هاي صنايع غذايي و نساجي و استخراج معادن گزارش گرديده است (بدر ونيگ 1993‏ درزولگ 1993 ‏). اين مواد همچنين در پزشکي و در ترکيب داروها يي که نياز به کنترل آزادسازي مواد مؤثره دارند به کدر مي رود (پاپس ، 1987 اندي و همکاران 1996‏). ازموارد ديگر کاربرد آنها مي توان به استفاده بعنوان کاتاليزور در برخي واکنش هادر ترکيب رزينهاي تبادل کننده يونها و در اطفاء حريق اشاره نمود (ليوه 1999 ‏). در کشاورزي از پليمرهاي سوپر جاذب بعنوان يک ماده افزودني به خاک بعنوان مخزن عناصر غذايي و نيز بعنوان جاذب آب در خاک استفاده مي شود. خواص اين مواد وابسته به عوامل زيادي از جمله خصوصيات ترکيبي و شيميايي آنها ، بافت خاک، گونه گياهي و نيز فاکتورهاي محيطي، مي باشد. پليمرهاي سوپر جاذب از نوع پلي اکريل اميد جزو اين دسته مواد بوده که بعنوان جاذب آب در افزايش ظرفيت نگهداري و جذب آب در خاک مورد استفاده قرار مي گيرند و اين خصوصيت براي مقابله با شرايط کم آبي و کاهش اثرات سوء تنش خشکي در گياهان زراعي اهميت بسزايي دارد. ‏(چاتسوپلوس و همکاران 2000 ‏). سرعت تجزيه بيولوژيکي پليمرهاي سوپر جاذب در خاک ‏به ابعاد خاکدانه و ميزان مواد آلي بستگي دارد. همچنين با کاهش اکسيژن خاک و در نتيجه کاهش فعاليت باکتريها سرعت تجزيه بيولوژکي پليمرهاي سوپر جاذب نيز کاهش مي يابد ماندگاري پليمرهاي سوپر جاذب از 2 ‏سال در خاکهاي درشت بافت تا 3 ‏سال در خاکهاي ريز بافت است (وودهوس و جانسون 1991‏). پليمرهاي سوپرجاذب بر ميزان نفوذ آب در خاک وزن مخصوص ظاهري و ساختمان خاک(هليا ولتي 1900 ‏) و نيز ميزان تبخير از سطح خاک(تيل و ا‏هدي 1981 ‏) تاثير مي گذارند. هدف اصلي از افزودن پليمرهاي سوپر جاذب به خاک بالا بردن ظرفيت نگهداري آب در خاک است. هاترمن و همکاران در سال 1999‏) گزارشي کردند که افزودن پليمرهاي سوپر جاذب به خاک شني موجب افزايش ظرفيت نگهداري آب مي گردد. گنجي خرم دل در سال 1378 ‏تاثير مقادير صفر0.5 0.1 0.2 0.3 درصد وزني پليمرهاي سوپر جاذب را روي ‏برخي خصوصيات فيزيکي خاک از قبيل ظرفيت نگهداري آب ، تخلخل و ضريب آبگذري در در نوع‏بافت خاک لومي و لومي شني بررمي نمود. نتايج نشان داد که در خاک لومي مآبين درصد هاي مختلف پليمر سوپر جاذب و مقدار 13/0 ‏درصد وزني ملمو بيشترين تاثير را روي افزايش تخلخل کل خاک داشت.

‏کاربرد پليمرهاي سوپر جاذب در خاک موجب کاهش وزن مخصوص ظاهري خاک مي گردد (ال-هدربي و همکاران در سال 1999 ‏با. آم زام 1980 طي آزمايشي مشاهده کرد که پليمرهاي سوپرجاذب وزن مخصوص ظاهري خاک شني را از1.616 به 1.585 و وزن مخصوص ظاهري خاك شني رسي را 1.331 به 1.203 كاهش دادند.‏پليمرهاي سوپر جاذب در خاک وزن مخصوص ظاهري خاک تا 12 درصد افزايش مي دهد (ال ‏محدربي، 1999‏). يکي از راههاي افزايش قابليت ثبات خاکدانه ها و جلو گيري از تشكيل سله، ممانعت از ‏ايجاد رورن آب در مزرعه و كاهش فرسايش خاك استفاده از پليمرهاي سوپر جاذب در خاک مي باشد‏( بن هور و همکاران در سال 1989 دريافتند كه كاربرد يک كيلوگرم پليمر سوپر جاذب در آبياري شياري ميزان فرسايش را تا 99 ‏درصد کاهش داد. در برخي شرايط پليمرهاي سوپر جاذب بعنوان عامل آزاد كننده کود در ماتريكس خاک مورد استفاده قرار مي گيرند (ماگلسن 1997 ‏). بدين صورت که اين پليمر عناصر غذايي مورد نياز گياهان را جذب نموده و به مرور آنها را آزاد و در اختيار گياه قرار مي دهد و بدين ترتيب مانع از آبشويي اين عناصر مي گردد.وانک و همکاران در سال 1989 آب حاصل از آب شويي خاک حاوي پليمر سوپر جاذب را مورد بررسي قردر داده و مشاهده کردند كه اين آب از حد پايئني برخوردار است و علت آن را جذب و نگهداري کودها و نمكهاي اضافه شده به ماتريس خاک توسط پليمر سوپر جاذب ذکر کردند. آبرا هام و پيلاي 1995 گزارش کردند که کاربرد پليمرهاي سوپر جاذب در خاک ميزان آب شويي آمونيوم را به ميزان قابل توجهي کاهش مي دهد. بنابراين با توجه به خصوصيات مثبت و عديده پليمرهاي سوپر جاذب، ‏اهداف اين تحقيق را مي توان به صورت زير خلاصه کرد :

1 ‏- بررسي کاربرد مقادير پليمر سوپر جاذب در مخلوط با کمپوست و ورمي کمپوست

2- ‏تعيين بهترين ميزان کاربرد پليمرسوپرجاذب تحت شرايط تنش خشکي

3- بررسي تغييرات فيزيکي و شيميايي موجود در کمپوست و ورمي کمپوست در خصوص سوپر جاذب ها .

راهکار، بکارگيري شيوه هاي نوين آبياري است. کاربرد هيدروژلهاي سوپر جاذب، جديدترين شيوه آبياري براي مناطق خشک است که به کمک آن مي توان تا 50 درصد مصرف آب آبياري را کاهش داد و ضمنا از شويش کودهاي محلول در آب و آلودگي آبهاي زيرزميني جلوگيري کرد.سوپر جاذب در خاک، آب را همراه با کودهاي محلول در آن، جذب کرده و بنا بر تقاضاي ريشه در اختيار آن قرار مي دهد. لذا اين روش به تنهايي و يا در کنار ساير روش هاي نوين آبياري، اگر بر اساس داده هاي پژوهشي و به درستي پياده شود و تداوم يابد، مي تواند ايران را از فجايع خشکسالي و زيست محيطي از يک سو، و از وابستگي شديد غذايي و رهايي از بحران اشتغال از سوي ديگر، برهاند و انقلابي در کشاورزي و اقتصاد ايجاد کند.پليمرهاي سوپر جاذب[1] ژلهاي پليمري آبدوست يا هيدروژلهايي هستند که مي توان مقادير زيادي آب حاوي املاح ( آب نمک 9 % ) يا محلولهاي فيزيولوژيکي را جذب کنند . از لحاظ عملي يک سوپر جاذب بصورت ماده خشکي توصيف مي شود که چندين برابر وزن خود محلول آبي جذب کند (9 و 4 ) . تحقيقات متعددي بر روي اين ماده صورت گرفته است . در آزمايشي که توسط ماس و کرولي (Math & Croeley) در سال 1995 در ايالت کلرادو صورت گرفته با کاربرد هيدروژل بر روي گياه گوجه فرنگي در چين هاي اول و دوم بترتيب 8/24% و 7/13% افزايش محصول و در مجموع 6/18% افزايش محصول عايد گرديده است (19) . در آزمايش ديگري که توسط راگو (Rughoo) و همکاران در سال 1997 بر روي گياه گوجه فرنگي صورت گرفت اثر دو نوع هيدروژل بر عملکرد گياه بررسي گرديد . نتايج اين تحقيق مبين آن است که هر دو هيدروژل با عث افزايش محصول به ميزان 10 % و 14 % شد (20) .

آزمايش ديگري توسط اشميت و گراهام (Shzmidt & Graham ) بر روي گياهان گوجه فرنگي ، خيار و کاهو در آزمايشگاه با بکارگيري هيدروژل و آب بسيار شور صورت گرفت که نتايج نشان از افزايش توليد در اجزا عملکرد و وزن خشک داشت (23). الحربي (Al-Hrabi) در سال1994 اثر آبياري و افزودن مواد جاذب الرطوبه در خاک را بر روي رشد نهال گوجه فرنگي آزمايش نمود . نتايج نشان داد که افزودن آن به ميزان 6/0 درصد وزني باعث افزايش معني داري در عملکرد مي گردد که مسلماً اين افزايش ناشي از دسترسي بيشتر گياه به آب بوده است (16) .

در سال 1999 افزايش شاخص جوانه زني بر روي خيار توسط الحربي (Al-Hrabi) و همکاران گزارش شده است (15) . جيمز و ريچاردز (James & Richards) نيز در سال 1996 در شرح سوپر جاذب ها ( هيدروژلها ) گفته اند که آنها قادرند تا هزار برابر وزن خود آب جذب کنند (18) . والاک (Wallace) هم در سال 1990 با استفاده از هيدروژل عملکرد بالايي در محصول گوجه فرنگي بدست آورد (24) . هنس و نايدو (Haynes & Naidu) در سال 1998 اعلام نمودند هيدروژل علاوه بر افزايش ظرفيت نگهداري آب ، به نگهداري مواد غذايي (کود) عناصر ماکرو و ميکرو در خاک نيز کمک مي کند (17) . سيبلربوش (Silberbush) و همکاران در سال 1993 پلي اکريلاميد جاذب رطوبتي به نام آگروسواک را به عنوان يک ماده اصلاح کننده خاک براي افزايش دسترسي گياهان به آب در خاک شني در منطقه نگو(Negev) فلسطين مورد آزمايش قرار دادند . نتايج نشان داد ظرفيت ذخيره آب در خاک با افزايش ميزان کاربرد آگروسواک زياد مي شود (21) .

اثر هيدروژل بر ذخيره آب در خاکهاي شني و لوم شني و تاثير آن بر رشد جو و گندم و نخود توسط اختر (Akhter) و همکارانش در سال 2004در کشور پاکستان بررسي گرديد . نتايج نشان داد با افزايش 1/0 و 2/0 و 3/0 درصد هيدروژل به خاک ظرفيت نگهداري آب بطور خطي (R=0.988) افزايش خواهد يافت . افزودن هيدروژل به خاک باعث تاخير 4 تا 5 روزه در پژمردگي نهال در هر دو نوع خاک بکار رفته شد (14) .

سيواپالان (Sivapalan) و همکاران در سال 2001 در يک آزمايش گلخانه اي اثر پليمر جاذب رطوبتي به نام آلکوزورب را روي عملکرد و کارآيي مصرف آب سويا در يک خاک شني مورد آزمايش قرار دادند . نتايج نشان داد که مقدار آب نگهداري شده در خاک در فشار 01/0 مگا پاسکال به ميزان 23 و 93 درصد به ازاي کاربرد 03/0 و 07/0 درصد وزني پليمر افزايش يافت . ميزان کارايي مصرف آب سويا در 03/0 درصد 12 برابر و در 07/0 درصد به ميزان 19 برابر نسبت به تيمار کنترل افزايش نشان داد (22) . در کشورمان نيز تحقيقات گسترده اي در اين زمينه انجام شده است .

کوچک زاده و همکاران در سال 1379 در تحقيق خود تحت عنوان : “تاثير پليمر فراجاذب آب بر روي برخي خصوصيات فيزيکي خاک ” نشان دادند که اين پليمر مي تواند نگهداري رطوبت را در خاکهاي سبک افزايش دهد و مشکل نفوذ پذيري خاکهاي سنگين را برطرف سازد (10) . شرفا در سال 1366 تاثير ماده جاذب رطوبت هيدروپلاس را بر تخلخل ، ظرفيت نگهداري و عبور آب دو نوع خاک نسبتاً سنگين و سبک مورد آزمون قرار داد و اعلام داشت که افزودن هيدروپلاس موجب افزايش ظرفيت نگهداري رطوبت در هر دو نوع خاک مي شود و تخلخل در خاکهاي سبک را افزايش مي دهد (7) . در تحقيقي که شفيعي در سال 1382 بر روي تاثير پليمر سوپر جاذب بر افزايش رطوبت خاک و بازدهي و استقرار گونه پانيکوم آنتيدوتيل داشت مشخص گرديد که استقرار گونه در تيمار شاهد 75 % و در تيمار پليمر 80 % و توليد ماده خشک هر گلدان در تيمار شاهد 71/1 و در تيمار پليمر 82/3 گرم بوده است . همچنين کارايي مصرف آب در تيمار شاهد 21/0 و در تيمار پليمر 46/0 گرم در ليتر بود (3) .

گوگلاني هم در سال 1382 با کاربرد 30 تا 50 گرم پودر هيدروژل براي هر درخت در باغهاي زيتون گنبد نشان داد که حداقل 50 % در مقدار آب آبياري صرفه جويي مي شود (13) .

الله دادي در سال 1384 در بررسي اثر مقادير سوپر جاذب آب از نوع A200 بر رشد و عملکرد سويا گزارش نمود که بيشترين عملکرد و اجزاء عملکرد سويا با اعمال آبياري کافي ( دور آبياري 6 روز ) و نيز کاربرد بالاترين مقدار پليمر سوپر جاذب 225 کيلوگرم در هکتار بدست مي آيد (2) .

در گزارش روشن (1381) در دومين دوره تخصصي کاربرد هيدروژلهاي سوپر جاذب در کشاورزي و صنعت آمده است که با مصرف 10 گرم در متر مربع بر روي گياه چمن دور آبياري دو برابر شده و 50 درصد در مصرف آب و هزينه هاي آبياري صرفه جويي مي شود (5) . در طرحي اثر پليمر آبدوست Terracottem بر دور آبياري خربزه در سال 1382 در منطقه شهرستان سمنان اجرا گرديد که نتايج نشان داد که استفاده از هيدروژل تاثير مثبت روي صفات مورد بررسي ( بنيه گياه ، وزن ميوه و بيوماس گياه ) در شرايط تنش خشکي دارد ، فاکتور اثرات متقابل صفات مذکور فقط در سطح 1 % براي صفت بيوماس گياه معني دار شد بطوريکه تيمار با دور آبياري 6 روز و 15 گرم پليمر بيشترين بيوماس را داشته است (6) . تاثير هيدروژل هاي سوپر جاذب در کاهش خشکي درختان زيتون توسط عليرضا طلايي و ادل اسد زاده در سال 1384 بررسي گرديد . نتايج نشان داد با کاربرد 3/0 درصد وزني پليمرهاي سوپر جاذب ، شاخص هاي رشد در نهال هاي مورد تيمار نسبت به شاهد افزايش چشمگيري داشته و کمتر در معرض تنش خشکي قرار گرفته است (8) . کاربرد پليمر سوپر جاذب بر روي گياه دارويي کتان روغني در مرکز تحقيقات کشاورزي زابل اجرا گرديد .

نتايج اين تحقيق نشان داد که با اعمال 5/7 ميليمتر (75% نياز ناخالص آبياري) به ميزان 1500 متر مکعب آب در هر هکتار صرفه جويي مي گردد و در صفات اندازه گيري شده گياه تغيير محسوسي مشاهده نگرديده (11) . کاربرد شش مقدار سوپر جاذب (3،2،1،0 و 5 گرم سوپر جاذب در کيلو گرم ) و چهار دور آبياري (18،14،10 و 22) بر روي رشد و عملکرد ذرت علوفه اي بررسي گرديد که نتايج نشان داد که اثر مثبت مقادير با سوپر جاذب روي صفات مورد بررسي بخصوص ارتفاع بوته و تجمع ماده خشک بوده است . اين اثر در فواصل آبياري 18 و 22 روز بيشتر از دور آبياري 10 و 14 روز ملاحظه شد . بيشترين تاثير روي صفات مورد اندازه گيري مربوط به مقادير 3 و 4 و 5 گرم سوپر جاذب در کيلوگرم خاک بود و مقادير 1 و 2 گرم خاک به دليل کافي نبودن ميزان آن تفاوت معني داري را با شاهد بدون سوپر جاذب نشان نداد (1)

گودرزي در سال 1384 در بررسي اثر گوگرد و کمپوست در افزايش جذب عناصر غذايي توسط گندم گزارش گرد که مصرف گوگرد به تنهايي موجب افزايش جذب عناصر غذايي فسفر ، پتاسيم ، آهن ، روي و مس به ترتيب 5/5 ، 11 ، 39 ، 5 و 29 درصد نسبت به شاهد شد در حاليکه مصرف توام گوگرد با کود آلي کمپوست جذب اين عناصر را به ترتيب 78 ، 73 ، 68 و 54 درصد افزايش داد .

عملكرد، ساختار وخصوصيات هيدروژل :

سوپر جاذب ها از اتصال تعداد نامحدودي مونومر ( تک پاره) ساخته شده اند پس وزن مولكولي آن ها ممكن است به چند ميليون برسد ، در حقيقت پلي آلكيل آميدهاي1[2] غير سمي هستند كه بار مثبت آنها عنصرمعدني پتاسيم يا سديم است . هر چه غلظت مونومر در اين مواد افزايش يابد سبب ايجاد تخلخل بر اثر تبخير محلول در ژل مي شود كه اين فضاهاي خالي باعث افزايش سطح تماس ژل با محلولهاي آبي مي شود و در نتيجه سرعت جذب را افزايش مي دهد. سوپر جاذب ها از نظر ميزان جذب ، سرعت جذب ، استحكام ژل ، به چهار نوع تقسيم مي شوند . اين مواد در حدود 500 برابر وزن مولكولي خود آب جذب مي كنند در حقيقت براي گياه به منزله آب انبار هاي زيبايي هستند كه در موقع نياز ريشه به راحتي آب را در اختيار آن قرار مي دهند. اين مواد پس از 7-4 سال بسته به نوع آن در خاك توسط ميكروارگانيسم ها تخريب مي شوند. هيدروژل ها به علت تغييرحجم مداوم كه به دليل جذب آب وازدست دادن آب پيدا مي كنند ميزان هوا را در خاك افزايش داده و باعث تهويه بيشتر خاك مي شوند.

از مزاياي استفاده از هيدروژل ها مي توان موارد زير را برشمرد :

1- تاثيرات برروي شاخصهاي خاك از نظر بافت فيزيکي .

2- فشردگي خاك

3- تهويه بهينه خاك

4- ممانعت از فرسايش خاك

5- جلوگيري از شسته شدن و هدر رفتن مواد غذايي خاك

6- كاهش تاثيرات منفي حاصل از نمك خاك و کاهش شوري (EC) در خاک

7- جذب بهتر مواد غذايي از طريق ريشه و افزايش راندمان استفاده از کود هاي طبيعي .

8- انبوهي رشد ريشه (تقويت ريشه زايي) و افزايش ريشه دواني

9- افزايش شاخص جوانه زني و سهولت در جوانه زني

10- فزايش تاثير كودها و آفت كشها به ميزان بسيار چشمگير

11- كاهش تاثيرات منفي ناشي از تنش خشكي

12- كاهش چشمگير مصرف آب و جلوگيري ازاتلاف آب در حدود 70-50 %

13- افزايش كمي وكيفي محصول و در نتيجه درآمد بالاتر

14- افزايش توليد ماده خشك در گياه بدون نياز به افزايش مصرف آب

براي رفع مشكل هدر رفت آب در خاكهاي سبك (شني) مي توان با استفاده از هيدروژل ظرفيت نگهداري آب را بالا برد. به علاوه براي رفع مشكل نفوذ پذيري خاكهاي سنگين (رسي) مي توان از هيدروژل استفاده نمود. هيدروژل در كشاورزي ، باغباني، جنگلكاري و فضاي سبز استفاده مي شود هيدروژل تاثيرات مثبت بسزايي در كنترل فرسايش خاك دارد. اين پليمرها مي توانند از بارندگيهاي پراكنده در مناطق كم آب به خوبي استفاده كرده و در موقع نياز ريشه در اختيار گياه قرار دهند. در مناطقي كه داراي شيب فراوان هستند اين مواد مي توانند از هدر رفتن آب جلوگيري كنند. از آنجا كه اين مواد جذب آب ناشي از بارندگي هاي پراكنده را بالا مي برد پس فواصل آبياري را افزايش مي دهند كه اين افزايش بستگي به شرايط فيزيكي خاك ، آب و هوا و ميزان مصرف هيدروژل در خاك متفاوت است. اين پليمرها تنش هاي رطوبتي را از بين برده وبه سازگاري گياهان كاشته شده با محيط جديد كمك مي كنند. سوپر جاذبها با قرار گرفتن در خاك باعث جذب آب ثقلي و غير قابل استفاده براي گياه مي شوند بنابراين از تنشهاي وارده و تقليل عملكرد تاحد زيادي جلوگيري مي كند . هيدروژل عناصري نظير : نيتراتها ، فسفاتها ، پتاسيم، آهن ، روي، وانواع ويتامينها را در خود نگهداري نموده و از هدر رفتن آنها جلوگيري مي كند .
ميزان و طريقه كاربرد

هيدروژل بايد به صورت ماده خشك با خاك مخلوط شود و حداقل در لايه 5 سانتي متري خاك قرار بگيرد زيرا اشعه ماوراء بنفش باعث شكسته شدن سريع اين مواد مي شود . نحوه استفاده از هيدروژل در موارد مختلف به شرح زير است :

درختان و بوته ها: حدود 100-50 گرم سوپر جاذب خشك به ازاي هر درخت توصيه مي شود. به اين طريق كه 25-20 سانتيمتر از سطح خاك را با سوپر جاذب مخلوط كرده و استفاده مي كنيم. ميزان مصرف هيدروژل بستگي به بافت خاك و اندازه درخت دارد.

انتقال نهال: ابتدا نهال را در ظرفي حاوي ژل (هيدروژل كه آب جذب كرده به تناسب 1 كيلوگرم در 220 ليتر آب) فروبرده به صورتيكه اين مواد از ريشه جدا نشود نهال را جا به جا مي كنيم. روش كاشت به شرح زير مي باشد: ابتدا محل چاله ها را مشخص كرده و با توجه به حجم ريشه نهال اقدام به حفر چاله اي مي كنيم كه تقريباً سه برابر حجم ريشه باشد سپس مقداري هيدروژل را با خاك مخلوط كرده ودر اطراف ريشه كه در وسط چاله قرار دارد مي ريزيم و وقتي از محكم شدن نهال و چسبيدن ريشه آن به خاك چاله مطمئن شديم آنگاه آبياري مي كنيم . اين چاله ها بايد حداقل 10 سانتي متر پايين تر از سطح زمين باشند تا بتوانند آبهاي سطحي را جذب كند .
درختان ميوه و جنگلكاريهاي شهري: 100-80 گرم براي هر درخت توصيه مي شود .روش كار به اين صورت است كه در قسمت سايه انداز درخت كه توسعه ريشه بيشتر است 5-3 حفره 50-40 سانتي متري ايجاد مي كنيم ( اندازه و تعداد حفره ها بستگي به اندازه درخت دارد ) در اين روش كه روش كپه اي ( درون گودال ) است مقداري هيدروژل را در كف چاله ها به صورت خشك مي ريزيم و سپس روي آن را با خاك معمولي پر مي كنيم البته چاله ها بايد حداقل 10 سانتي متر از سطح زمين پايين تر باشند.علاوه بر اين روش سوپرجاذ بها مي توانند به صورت نواري و اختلاط كامل با خاك به كار روند .

زمينهاي چمن: به مقدار 25-20 گرم سوپر جاذب در هر متر مربع و در عمق 5/2- 2 سانتي متري خاك قرار مي دهيم. روش كار به اين صورت است كه ابتدا بستر خاك را آماده مي كنيم و بعد مقدار توصيه شده را به صورت دستپاش يا بذر پاش در سطح خاك پخش كرده و سپس با برگرداندن خاك سوپر جاذب را در لايه 5/2- 2 سانتي متري قرار مي دهيم و به اندازه 10 سانتي متر خاك معمولي روي آن مي ريزيم و غلتك مي زنيم و بعد عمليات بذر پاشي را انجام مي دهيم. دراين روش مقدار آبياري كمتر از روشهاي معمول و همچنين دوره آبياري طولاني تر مي شود .

كشتهاي زراعي: بسته به خصوصيات مزرعه از جمله بافت خاك، شرايط اقليمي و… حد ود 25-40 كيلوگرم سوپر جاذب در هر هكتار (10000متر مربع) خاك استفاده مي شود وبه دو صورت نواري ، دست پاش يا كود پاش اعمال مي شود . روش نواري: هيدروژل ته شيار ريخته و روي آن را با خاك پوشانده و آبياري مي شود . روش دستپاش يا كود پاش: هيدروژل در سطح مزرعه پخش مي شود و با ابزار مناسب آنها را زيرخاك مي برند.

پرورش قارچ: كلوفوني به مقدار دو كيلوگرم در هرمتر مكعب با بستر كاشت مخلوط شده و تا حالت اشباع آبياري مي شود .

خزانه نشاء: حدود 120- 40 گرم كلوفوني در هر متر مربع ودر عمق 15-10سانتي متري استفاده مي شود.
گلدان: هيدروژل را با خاك مخلوط مي كنيم و به صورت لايه اي در قسمت پايين گلدان مي ريزيم تا ازهدر رفتن آب جلوگيري كنيم يا سوراخهايي تا دو سوم عمق گلدان ايجاد كرده و مقداري هيدروژل خشك را درون آن ريخته و آن را مي فشاريم و سپس سوراخها را با خاك معمولي مي پوشانيم تقريباً به ازاي هر كيلو گرم خاك گلدان دو گرم هيدروژل مصرف مي كنيم . در هر يك از شرايط فوق لازم است تا 3-2 نوبت آبياري معمولي انجام شود و سپس فاصله آبياري را افزايش دهيم .

كاربرد هيدروژل بسته به نوع گياه ، بافت خاك ، شرايط اقليمي و كيفيت آب ، موجب كاهش آب مصرفي به ميزان 70-50% مي شود كه اين مقدار براي گياهان گلداني 75-50% ، زمينهاي چمن 40-15%، گياهان زراعي در شرايط مزرعه اي 40-20% است .

رزينهاي سوپرجاذب (سوپرآب) مواد اصلاح‌كننده جديدي هستند كه به تازگي كاربرد وسيعي پيدا كرده‌اند. اين هيدروژلها، پليمرهايي به شدت آبدوست‌اند كه ضمن برخورداري از سرعت و ظرفيت زياد جذب آب، به مثابه آب انبارهاي مينياتوري عمل كرده و در موقع نياز ريشه، به راحتي آب و مواد غذايي محلول در آب را در اختيارريشه گياه قرار مي‌دهند. مقدار آبي كه در خاك ذخيره مي‌شود به ظرفيت نگهداري رطوبت خاك نيز بستگي دارد.

پليمرهاي سوپر‌آب ضمن بالا بردن ظرفيت نگهداري آب در خاكهاي سبك مي‌توانند مشكل نفوذناپذيري خاكهاي سنگين و مشكل شويش سريع كودها وآلودگي آبهاي زيرزميني را نيز مرتفع كنند. اين سوپرجاذبها از آنجاكه با جذب سريع آب به ميزان صدها برابر وزن خود به ژلي با دوام زياد تبديل مي‌شوند، در كشاورزي و باغباني، جنگلكاري، فضاي سبز و نيز در تثبيت بيولوژيكي شنهاي روان، كنترل فرسايش خاك و كويرزدايي از جايگاه ويژه‌اي در دنيا برخوردارشده‌اند.

با اينكه سوپرآب، تحت فشار هم قادر به نگهداري آب جذب كرده خود است، به‌محض نياز ريشه، آب را به سهولت در اختيار آن قرار مي‌دهد. سوپرآب با جذب سريع آب و حفظ آن، بازده جذب آب ناشي از بارندگيهاي پراكنده را بالا برده و در صورت آبياري خاك، فواصل آبياري را نيز افزايش مي‌دهند. مقدار اين افزايش به شرايط فيزيكي خاك، آب و هواي منطقه و ميزان مصرف سوپرجاذب در خاك، بستگي دارد. استفاده از سوپرآب در كاشت نشاء و نهال، تنشهاي رطوبتي را از بين برده و به سازگاري نباتات كاشته شده با محيط كمك مي‌نمايد. با توجه به pH نزديك به خنثاي سوپرآب كه بين 6 تا 7 است، اثر سوء بر خاك نداشته و هيچگونه سميتي نيز ندارد. اين سوپرجاذبها پس از 3 تا 5 سال، بسته به نوع آن و تركيب خاك، توسط ميكروارگانيسمها تخريب مي‌شوند و لذا آلودگي زيست‌محيطي ايجاد نمي‌كنند. علاوه بر نگهداري آب، سوپرآب به علت تغيير حجم مداوم (انبساط به هنگام تورم و انقباض به هنگام از دست دادن آب) ميزان هوا را در خاك افزايش مي‌دهد.

روش تحقيق

ابتدا جهت تعيين ترکيب بهينه کمپوست – هيدروژل و ورمي کمپوست – هيدروژل آزمايشات فيزيکي ، شيميايي بخصوص تعيين نقاط مهم رطوبتي در نسبت هاي مختلف نمونه – هيدروژل انجام شد . درصد هاي اختلاط مورد آزمايش بشرح ذيل بود :

جدول 1 – ترکيب درصد اختلاط نمونه ها با کمپوست

A	B	C	D	E	کد نمونه
100	99	95	90	85	درصد کمپوست
0	1	5	10	15	درصد هيدروژل

جدول 2 – ترکيب درصد اختلاط نمونه ها با ورمي کمپوست

A	B	C	D	کد نمونه
100	99	95	90	درصد ورمي کمپوست
0	1	5	10	درصد هيدروژل

در ادامه بهترين ترکيب کمپوست – هيدروژل را که بالاترين ظرفيت نگهداري آب را نشان دهد و ويژگيهاي شيميايي – فيزيکي مطلوب داشته باشد تعيين گرديد . همچنين در مورد ورمي کمپوست نيز بطور مشابه نمونه ها تهيه گردد .

نمو نه ها ابتدا بوسيله آسياب کاملاً خرد شده و بصورت مخلوط همگن در آورده شده است . سپس از آنها مقادير لازم جهت آزمايشات مختلف برداشته شده است سپس آزمايشات انتخابي تعيين درصد رطوبت ، pH و هدايت الکتريکي1[3](EC) و درجه اشباعي روي نمونه ها انجام شده است .

مشخصات دستگاهها

براي اندازه گيري فاکتورهای مختلف ازروش های استانداردانجمن سلامت امریکا استفاده شده است.براي اندازه گيري هدايت الکتريکي از دستگاه هدايت سنج BA 380 – EDT و pH از دستگاه pH مترMetrohm 744 استفاده شده است . آون Memmert نيز براي خشکاندن وتعيين رطوبت مواد بکار رفته است ضمنا” اندازه گيري ها بر حسب ماده خشک مي باشد . هدايت الکتريکي بر حسب ms/cm گزارش شده است .براي محاسبه درصد اشباع نیز از روش هاي وزني استفاده شده است.مشخصات سوپر جاذب مورد استفاده در اين تحقيق که ساخت پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران مي باشد به شرح جدول 3 مي باشد:

رديف	ويژگي	مشخصه هيدروژل
1	ظاهر	دانه سفيد
2	بو و سميت	ندارد
3	دانسيته gr/cm3	5/1-4/1
4	pH در محيط آبي	7-6
5	حلاليت در آب	نامحلول
6	ميانگين اندازه ذرات (mm)	4-2
7	ظرفيت جذب آب شهر (g/g)	190
8	ظرفيت جذب آب مقطر (g/g)	220
9	ظرفيت جذب محلول 9/0 درصد سديم کلريد (g/g)	45

جدول 4 – نتايج نمونه هاي ترکيبي با کمپوست

کد نمونه	نوع نمونه	درجه اشباعي	pH	EC (ds/m)	رطوبت (درصد)
A	100 گرم کمپوست	8/98	35/7	07/3	5/8
B	99 گرم کمپوست + 1 گرم سوپر جاذب	0/154	44/7	80/2	5/8
C	95 گرم کمپوست + 5 گرم سوپر جاذب	1/326	52/7	98/3	4/8
D	90 گرم کمپوست + 10 گرم سوپر جاذب	0/382	52/7	15/4	4/8
E	85 گرم کمپوست + 15 گرم سوپر جاذب	4/542	68/7	42/4	0/9

همانطور که نتايج نشان مي دهد ترکيب کمپوست و ورمي کمپوست با سوپر جاذب باعث افزايش درجه اشباعي شده که مسلماً موجب افزايش زمان نگهداري آب در خاک مي شود و به دنبال آن فوايد بسياري در کشاورزي به دنبال خواهد داشت . (مطابق نمودار 1 )

جدول 5 – نتايج نمونه هاي ترکيبي با ورمي کمپوست

کد نمونه	نوع نمونه	درجه اشباعي	pH	EC (ds/m)	رطوبت (درصد)
A	100 گرم ورمي کمپوست	0/150	0/8	52/1	2/38
B	99 گرم ورمي کمپوست + 1 گرم سوپر جاذب	0/190	10/8	60/1	8/37
C	95 گرم ورمي کمپوست + 5 گرم سوپر جاذب	0/350	12/8	14/2	7/36
D	90 گرم ورمي کمپوست + 10 گرم سوپر جاذب	4/442	17/8	44/2	6/36

در اثر افزايش سهم درصدي سوپر جاذب کمي تغيير افزايش در ميزان هدايت الکتريکي (EC) ديده مي شود که بنا به دليل مقادير بهينه مورد استفاده در اين اختلاط با مقدار 1 درصد همخواني دارد . در مورد ورمي کمپوست نيز نتايج تقريباً بطور مشابه تکرار شده است .

تيجه گيري

بنابراين استفاده از سوپرجاذب به تنهايي يا در کنار ساير روشهاي آبياري و يا در حين مصرف کودهاي آۀي نظير کمپوست و ورمي کمپوست در صورتيکه به نحوه صحيح به کار رود و ادامه يابد اين توانايي را دارد که زمينهاي خشک و غير قابل کشت کشورمان را با کمترين هزينه از خشکسالي نجات دهد و همچنين تحولي عظيم در کشاورزي و اقتصاد کشاورزان شريف و کليه مراکز و سازمانهاي حفظ و نگهداري منابع طبيعي و فضاي سبز کشور ايجاد کند و با توجه به اثرات زيست محيطي مفيدي که از توليد کمپوست حاصل مي شود به حفظ محيط زيست سبز نيز خدمت خواهد شد .