SUPERVISOR
مژگان سپهری (استاد مشاور) حسین خادمی موغاری (استاد راهنما) امیرحسین خوش گفتارمنش (استاد مشاور)
STUDENT
Maryamsadat Mousavidastenaei
مریم السادات موسوی دستنائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Ability of Three Alfalfa Cultivars to Take up Potassium from Phlogopite with Different Sizes and Consequent Mineralogical Changes
Soil mineralogical studies have shown that potassium (K) bearing minerals are dominant in Iranian soils, particularly in arid to semiarid regions. Numerous investigations on the release kinetics of non-exchangeable and structural K have indicated that plants can take up K from K-containing minerals in K deficient soils. Rhizospheric environments and plant root exudates can cause the releases of K from minerals and make mineralogical changes. In addition to soil properties, the biochemical characteristics of rhizosphere depend on the type of plant. Among different parameters affecting the K dynamic in soil, the effect of particle size of micaceous minerals on the K supply and mineralogical alteration has not been studied. Besides, the role of crop cultivars has not been investigated either. Therefore, the objectives of this research were: (1) to investigate the role of different alfalfa cultivars on the K uptake from phlogopite, (2) to understand the effect of phlogopite particle size on the K release, (3) to examine the influence of alfalfa cultivar on phlogopite mineralogical changes, and (4) to study the relationship between the K uptake by plant and mineralogical bio-weathering. A pot experiment was carried out under greenhouse conditions with a completely randomized design and factorial arrangement and 3 replications for a period of 6 months. Treatments were consisted of four phlogopite particle sizes including 53 µm (D 1 ), 53- 62 µm (D 2 ), 62- 260 µm (D 3 ), 250 µm- 1 mm (D 4 ) and control (no phlogopite), three alfalafa cultivars incloudingRehnani (R), Hamedani (H) and Pickseed2065 MF and 2 types of nutrient solutions (complete and K-free). During the growing period, shoot was harvested 4 times and the root was collected at the end. The K concentration in plant samples was measured by flame photometry after dry ash extraction. For mineralogical investigations, samples were taken from the D 1 treatment and their clay fraction was examined using an XRD.The results showed that the Rehnani cultivar produced the highest amount of both shoot and root under the K-free nutrient solution. Growth media containing D 1 and D 3 treatments produced the highest level of shoot and root, respectively. The least quantity of dry shoot and root was obtained in control treatment under the K-free nutrient solution with the MF cultivar. The maximum K concentration of both root and shoot under both nutrient solutions belonged to the MF cultivar. The highest K concentration in shoot and root was measured in D 1 and D 2 treatments, respectively. In pots treated with K-free nutrient solution, the MF cultivar could take up the highest amount of K. The highest uptake of K by shoot and root was measured in D 1 and D 3 treatments, respectively. Under the K-free nutrient solution, the K concentration in shoot increases up to the 3rd cut and then decreases. The finer the phlogopite diameter, the higher the amount of K released. Coarse sized phlogopite particles seem to release K much slower but for a longer of time.X-ray diffraction analysis of Mg- saturated phlogopite and its likely weathering products indicated that in all the 3 cultivars under the K-free nutrient solution, the intensity of the 1.0 nm peak decreases while a new 1.4 nm peak forms. The highest ratio of 1.4 to 1.0 nm peak intensity was obtained for the MF cultivar supplied with the K-free nutrient solution. XRD analyses well show the formation of expandable minerals such as smectite and vermiculate. Keywords: Release of potassium, Phlogopite, Alfalfa cultivars, Vermiculite, XRD
نتایج مطالعات کانی شناسی در ایران نشان داده است که در اکثر خاک ها به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک کانی های پتاسیم دار جزء کانی های غالب خاک هستند. بعلاوه مطالعات زیادی در رابطه با سرعت رهاسازی پتاسیم غیرتبادلی و ساختمانی کانی های پتاسیم دار نشان داده اند که گیاهان می توانند از کانی های پتاسیم دار جهت تأمین پتاسیم مورد نیاز خود در شرایط کمبود پتاسیم استفاده کنند. بنابراین ریزوسفر گیاهان و ترشحات ریشه می تواند باعث آزادسازی پتاسیم از کانی های پتاسیم دار شده و سبب تغییر شکل کانی ها شود. خصوصیات بیوشیمیایی ریزوسفر علاوه بر خصوصیات خاک به نوع گیاه نیز وابسته است. در بین عوامل موثر متعدد به اثر اندازه ذرات کانی میکایی بر تبدیل کانی های حاوی پتاسیم و اثر آنها بر تغذیه پتاسیم توجهی نشده است. بعلاوه، اثر نوع واریته بر جذب پتاسیم از کانی های میکایی و تغییر و تحول آنها مورد بررسی قرار نگرفته است. لذا این مطالعه با اهداف بررسینقش ارقام متفاوت یونجه بر توانایی جذب پتاسیم از فلوگوپیت، بررسی نقش اندازه ذرات کانی فلوگوپیت در رهاسازی و امکان جذب پتاسیم، مطالعه تاثیر نوع رقم یونجه بر تغییر و تحولات کانی شناسی رسی فلوگوپیت و بررسی رابطه بین نوع و میزان تغییرات کانی شناسی فلوگوپیت و میزان پتاسیم جذب شده توسط گیاه انجام شد. آزمایش گلدانی در گلخانه با آرایش فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار طی یک دوره شش ماهه انجام شد. تیمارها شامل چهار اندازه ذرات کانی فلوگوپیت شامل اندازه کوچکتر از 53 میکرومتر(D 1 )، 53 تا 62 میکرومتر(D 2 )، 62 تا 250 میکرومتر(D 3 ) و 250 میکرومترتا 1 میلی متر(D 4 ) و شن کوارتزی به عنوان شاهد، سه رقم یونجه (رهنانی(R)همدانی(H) و Pickseed 2065 MF) و دو نوع محلول غذایی (با و بدون پتاسیم) بود. طی فصل رشد چهار برداشت از اندام هوایی و در انتها برداشت ریشه انجام و غلظت پتاسیم گیاهان با دستگاه فلیم فتومتر قرائت شد. برای مطالعات کانی شناسی در بخش رس از ریزوسفر بستر D 1 نمونه برداری انجام و اسلاید تهیه شد و سپس به وسیله دستگاه XRDآنالیز شد. به طور کلی در تیمارهای تغذیه شده با محلول غذایی فاقد پتاسیم بیشترین وزن خشک شاخسار و ریشه گیاهان متعلق به رقم رهنانی بود. بیشترین وزن خشک شاخسار و ریشه به ترتیب در بستر D 1 و D 3 اندازه گیری شد. کمترین مقادیر وزن خشک شاخسار و ریشه در رقم MFو تیمارهای شاهد که بستری عاری از فلوگوپیت داشتند مشاهده شد. در تمام تیمارهای تغذیه شده با محلول غذایی کامل و فاقد پتاسیم بیشترین غلظت پتاسیم شاخسار و ریشه گیاهان متعلق به رقم MFبود. بیشترین غلظت پتاسیم شاخسار و ریشه به ترتیب در بستر D 1 و D 2 اندازه گیری شد. به طور کلی در تیمارهای تغذیه شده با محلول غذایی فاقد پتاسیم بیشترین میزان جذب پتاسیم شاخسار و ریشه گیاهان متعلق به رقم MFبود. بیشترین میزان جذب پتاسیم شاخسار و ریشه به ترتیب در بستر D 1 و D 3 اندازه گیری شد. در تیمارهای تغذیه شده با محلول فاقد پتاسیم در طول زمان کشت با افزایش نیاز پتاسیمی گیاه و کاهش توانایی رهاسازی پتاسیم از فلوگوپیت، غلظت پتاسیم شاخسار تا برداشت سوم افزایش و بعد از آن کاهش می یابد. با کاهش اندازه کانی میزان رهاسازی پتاسیم از کانی میکایی فلوگوپیت افزایش یافت. کانی فلوگوپیت با اندازه ی ذرات درشت تر می تواند پتاسیم را در مدت زمان طولانی تری آزاد نماید و لذا می تواند نیاز پتاسیمی گیاه را در مدت زمان بیشتری تأمین نماید. در پراش نگاشت های پرتو ایکس نمونه های اشباع با منیزیم کانی فلوگوپیت و محصولات هوادیدگی احتمالی آن در ارقام مختلف و در شرایط تغذیه ای بدون پتاسیم نشان داد که در تمامی گیاهان تحت کشت از شدت قله 1 نانومتر کاسته شده و قله 4/1 نانومتر تشکیل شده است. بیشترین نسبت شدت قله 4/1 به 1 نانومتر در نمونه تغذیه شده با محلول غذایی بدون پتاسیم و تحت کشت یونجه رقم MFمشاهده شد. این تغییرات نشان دهنده ایجاد کانی های منبسط شونده مثل اسمکتیت و ورمی کولیت است. کلمات کلیدی: رهاسازی پتاسیم، فلوگوپیت، ارقام یونجه، ورمی کولیت و XRD