اندازه گیری EC و pH خاک

[keytwo]

مقدمه:
اندازه گيري هدايت الكتريكي(Electrical Conductivity) به طور غير مستقم ميزان املاح محلول خاك را مشخص ميكند و به روش هاي صحرايي و آزمايشگاهي تعيين مي شود و واحد آن dS/m يا mmoh/cm است.
قابليت هدايت الكتريكي محلول خاك، متناسب با غلظت يون ها در محلول خاك مي باشد به نحوي كه هرچه غلظت يون ها در يك محلول خاك بيشتر باشد EC آن نيز بيشتر خواهد بود.
EC را مي توان به طريقه ي عصاره گيري از گل اشباع و همچنين تهيه نمونه هاي 1:2 و 1:5 و1:10 آب و خاك به دست آورد كه آن از طريق قرار دادن پروب ECمتر در عصاره ي اشباعي حاصل از گل اشباع و همچنين عصاره هاي اشاره شده به دست مي آيد و از طريق تجزيه و تحليل اعداد به دست آمده مي توان تاثير عوامل مختلف را بررسي نمود.
ميزان آب در خاك در حالت اشباع تابع بافت خاك، سطح ويژه، رس و ظرفيت تبادلي كاتيوني خاكها مي باشد.(merril at al 1987)
به همين دليل از روش مكش براي به دست آوردن عصاره ي اشباع استفاده مي شود و عصاره ي اشباع براي اندازه گيري ECو ساير عناصر محلول استفاده مي شود.(richards1954).
ميزان EC خاك تابع دماي محلول مي باشد و با افزايش هر درجه سلسيوس(در دماهاي 15 تا 35 درجه) به ميزان 2درصد افزايش مي يابد.
(با توجه به گزارش كردن EC در دماي25 درجه براي تصحيح مي توان از روش زير استفاده نمود:
EC₂₅₌EC_t*f_tكه در آن EC₂₅ هدايت الكتريكي در دماي 25 درجه، EC_t هدايت الكتريكي قرائت شده و f_t ضريب مربوط به تصحيح دما مي باشد)¹.
(مقاديرdS/m1 EC > مربوط به نمونه خاك هاي مناطق خشك است به اين خاطر كه اين شرايط آب و هوايي باعث افزايش تبخير مي شود و همچنين يون ها با فرسايش مينرال ها وارد محلول خاك مي شوند يا با داخل شدن نمك ها(املاح) از آب هاي زير زميني كه به شكل مينرال هاي ثانويه در اين خاكهاي خشك بر روي هم انباشته مي شوند، مينرال هاي ثانويه نظير: مينرال هاي رسي، كربناتها، سولفاتها و كلريد ها هستند و از آنجايي كه Na,K,Ca,Mg به آساني در ميان محلول خاك فعال هستند و همچنين يون هاي قابل تعويض در اسمكتايت و ايليت يا يون هاي ساختماني در كربناتها، سولفاتها و كلريد ها مجموعه ي كاملي از يون هايي هستند كه بيشترين نقش را در شوري خاك دارند اگر چه مجموعه ي متناظر ليگاندها و همچنينCO₃,SO_4,Cl^-نيز هستند كه متمايلند كه شوري را ايجاد كنند.
بنابراين محلول هاي خاك نواحي خشك اساساً خاصيت الكتريكي محلول شان شامل: كلريد، سولفات، كربنات و نمك هاي فلزات گروههاي يك و دو اصلي جدول تناوبي هستند. EC = 4dS/mبرابر است با قدرت يوني58mol/m³كه اين ميزان شوري حدود 10 درصد شوري است كه در آب درياها ←


1) us.salinity lab , 1954
وجود دارد اما اين مقدار شوري در زمينه كشاورزي مقداري زياد است و فقط گياهان شور پسند مي توانند در آن مقاومت كنند و وقتي كه EC = 2dS/m باشد برابر است با قدرت يوني29 mol/m³ كه گياهان متحمل به شوري ملايم مي توانند مقاومت كنند. بنابر اين در رابطه با مقدار شوري در گياهان، يك خاك مي تواند شور ناميده شود در هر قدرت يوني بيشتر از 15mol/m³ اگر رشد گياهان تحت تنش (فشار باشد).)¹
به طور كلي خاكهاي شور فاقد كربنات هاي محلول اند در حاليكه خاكهاي قليايي و شور قليايي، مقادير قابل ملاحظه اي كربنات دارند.
(علل شوري:
- اثر ژئومورفولوژي:مسئله شوري و شوره زايي در مناطق گرم و خشك، در درجه ي اول جلگه هاي پست و دره هاي آبرفتي(خوزستان)و ... را در بر مي گيرد كه در اينها آب تبخير شده و در نتيجه نمك هاي محلول در سطح زمين انباشته شده و باعث شوره زاري منطقه مي گردد.
- شرايط آب و هوايي: عوامل موثر در شرايط آب و هوايي، درجه حرارت، باران سالانه و وجود بادهاي خشك و گرم است، معمولاً درجه حرارت بالا و رطوبت كم محيط سبب كم شدن رطوبت نسبي هوا مي گردد و تبخير را بالا مي برد، در نتيجه نمك از اعماق به سطح بالا مي آيد كه اين كيفيت در آب و هواي گرم و خشك مانند خوزستان حكمفرماست.)²
( لايه هاي حاصل نمك: افق هاي محتوي نمك كه در عمق پروفيل خاك مدفونند، با حمل نمك محلول خود به وسيله رطوبت كاپيلاري به قشر سطحي باعث شوري خاك مي شوند، كه اين تجمع و افزايش املاح بيشتر زاييده ي آب و هواي گرم و خشك و نيمه خشك مي باشد كه بايد دامنه ي تبخير واقعي از خاك بيشتر از مقدار بارندگي موثر باشد و همچنين توزيع بارندگي در ماههاي سال و نيز شرايط انتشار آن در سالهاي پيشين موثر است و همچنين ساختار زمين شناسي و ماهيت كاني هاي آزاد شده در طول تخريب سنگ مادر، سطح ايستابي و غلظت نمكهاي موجود در آب زير زميني از اين موارد مي باشد.)³
به طور كلي هدف از اندازه گيري ECتعيين مقدار يون هاي موجود در محلول خاك و اثرات نمك ها بر ساختار خاك و رشد گياهان از طريق اثري كه بر فشار اسمزي دارد مي باشد.







1)Sposito,G.2000, section12, soil salinity and page 226-227,translate by keyvan valizadeh
2)خاكهاي شور در منابع طبيعي ، دكتر محمد جعفري
3)اصلاح خاكهاي شور و سديمي، دكتر خسرو الياس آذر
pH: pH يك خاك بستگي به مقدار فعاليت يون هيدروژن دارد و عبارتست از منفي لگاريتم فعاليت H⁺ .
در شرايط خنثي بودن pH ميتوان گفت كه فعاليت يون هيدروژن و هيدروكسيل با هم برابر است و به طور كلي:pH + poH = 14 كه در اين صورت ميتوان گفت كه اگر فعاليت يون هيدروژن در يك محلولي زياد باشد، فعاليت يون هيدروكسيل كمتر خواهد بود.
pH يك محلول را ميتوان به دو طريق تعيين كرد: 1- از طريق روش هاي رنگ سنجي كه البته روش دقيقي نيست و نمي تواند مقادير كم تغيير pH را مشخص سازد 2- با استفاده از دستگاه pH متر كه بر اساس اندازه گيري پتانسيل الكتريكي حاصل از يونهاي هيدروژن است.
عوامل مختلفي ميتواند بر روي pH تاثير گذارد از جمله: خصوصيت نوع مواد آلي و غير آلي خاك: كلوييد ها و اجزاي آلي خاك داراي مقادير مختلفي از يون هيدروژن هستند، جداسازي و يا تفكيك يون هيدروژن از گروهـهاي عامل اجزائ خاك در محدوده ي خاصي از pH امكان پذير و محـدود
مي باشد، علاوه بر يون هاي هيدروژن تفكيك شده از محل هاي تبادلي اجزاي آلي و معدني و يا در اثر پديده هيدروليز آلومينيوم (Al⁺³ + H₂ → Al(OH)⁺² + H⁺) در اثر تبادل كاتيوني نيز مقداري يون هيدروژن وارد فاز محلول مي گردد.
2) نوع نمك و الكتروليت موجود در محيط و غلظت آنها: مثلاً كربنات سديم(سودا) در خاكها با فرايند هاي شيميايي و بيوشيميايي ويژه اي توليد مي شوند، اين دو تركيب مخصوصاً هنگاميكه كاتيون سديم در غلظت هاي بالا در املاح خنثي آن، مخصوصاً Na₂SO₄ و گاهي NaCl به طرف كلوييد هاي خاك جذب ميشود، مشروط به وجود CO₃ و HCO₃فعال در فاز آبي در خاكها تشكيل ميشوند.
Na₂CO₃↔ 2Na⁺ + CO₃^2-
Na HCO₃↔ Na⁺ + HCO₃^-
هر دوي اين نمكها از درجه ي انحلال بالايي برخوردار بوده و نيز شديداً يونيزه مي شوند، پس افزايش درجه حرارت مي تواند باعث افزايش انحلال نمك هاي سديم در آب شود كه آن نيز باعث افزايش اين نمك ها علي الخصوص در خاكهاي مناطق گرم مي شود.
مشروط به غلظت زياد اين نمكها در خاك، pH مي تواند تا بالاي 10 صعود كند، در اين حالت سهم Na قابل تعويض در كلوييد هاي جذبي خاك از سهم گنجايش كاتيوني كل، به ارقامي بالاتر از 30 درصد افزايش مي يابد مانند (جدول زير)¹:

100	80	60	40	20	10
44.1	44.1	45.9	48.8	21.8	12.3	6.9	Na2CO3
23.7	18.2	15.8	12.6	9.4	8.11	6.9	Na HCO3

1) جدول4-5 ،اصلاح خاكهاي شور و سديمي، خسرو الياس آذر
(وقتي غلضت فاز مايع خاك زياد مي شود، آب هاي حاوي كربنات ها و بي كربنات هاي فراوان، بويژه آب هاي زير زميني در اثر كاهش فشار سهمي CO₂ محلول(فراريت آن در گرما و محيط خاك ) و در نتيجه تغيير pH محيط، قبلاً كربنات كلسيم و منيزيم را به دليل تمايل به رسوب و نيز غلظت اشباعي كمتر از املاح ديگر در خاك رسوب مي دهند. در اين هنگام نسبت سديم به دو كاتيون مزبور در فاز مايع خاك افزايش يافته و كربنات و بي كربنات قابل يونيزاسيون با درجات شديد در فاز مايع باقي مي مانند و با افزايش غلظت سديم در محيط سوداي باقيمانده نيز بيشتر خواهد شد ← افزايش نسبت سديم به كلسيم سبب افزايش كربنات سديم باقي مانده مي شود)¹.
در pH هاي كمتر از 6 گاز كربنيك هيدراته شده و اسيد كربنيك به صورت گونه ي غالب در محلول وجود دارد. در pH بالاتر از 10 يون كربنات گونه ي غالب است. كل گونه هاي حل شده ي كربنات در مقادير بيشتر از يون هيدروكسيل در تمام دامنه ي pH حضور دارند، در خاكهاي آهكي نيز افزايش مقدار pH بستگي به تعادل بين كربنات كلسيم آب و گاز كربنيك دارد و واكنش تفكيك به صورت :
Ca CO₃↔Ca²⁺ + CO₃^2- و CO₃^2-) Ksp↔ (Ca²⁺) (
در يك سيستم باز كه كلسيت و آب به حالت تعادل بوده و فشـار جزئي گاز كربنيك معلـوم باشد رابطه ي مقابل صادق است:2pH – 2P Ca²⁺ = 18.08 – Pksp – log P CO₂))²
pHقليايي خاكهاي شور از نمك هاي كربنات و بي كربنات سديم منشا مي گيرد، اين نمك ها يونآزادOH^- توليد كرده كه اينها باعث خنثي كردن يون هايH⁺آزاد شده از ريشه ي گياه، عملتعادل يوني بين ريشه و محيط زندگي آن را مختل مي كنند كه اين بصورت غير عادي نمودن ريشه ي گياه يا نابودي آن ظاهر مي شود.
خاصيت قليايي يك محلول خاك شور مي تواند با استفاده از وزن اندازه گيري شده ي عمده ي مواد شركت كننده در محلول به دست آيد:
Alkality=(H CO₃^-)+2 (CO₃^2-)+(H₂PO^-)+2(HPO₄^2-)+3(HPO₄^3-)+(B(OH)₄^-)+(Cl^-)+(H⁺)+(OH^-)

براساس نظريه توماس(tomas1967) pH كمتر از 4 نشانگر وجود اسيديته آزاد كه معمولاً از اكسيداسيون سولفيدها حاصل مي شود و pH كمتر از 5.5 احتمالاً آلومينيوم قابل تعادل و pH بين7.8 تا 8.2 وجود كربنات كلسيم را نشان مي دهد و pH بيش از 8.3 بيانگر وجود كربنات سديم در خاك است كه معمولاً درصد سديم تبادلي آن از 15 درصد بيشتر است.
به طور كلي هدف از اندازه گيري pH بررسي اثرات آن در خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك و تاثير در رشد گياهان است.






1) اصلاح خاكهاي شور و سديمي، خسرو الياس آذر
2) حاصلخيزي خاكهاي مناطق خشك و نيمه خشك،چاپ دوم- محمد جعفر ملكوتي و همايي،م

وسايل مورد نياز:
هاون چيني، الك دو ميليمتر، قيف بوخنر، كاغذ صافي، ECمتر، pHمتر، پيست آب مقطر

روش انجام آزمايش: ابتدا از بخش بدون زهكشي اراضي دانشگاه از عمق 0 تا 15 سانتيمتري نمونه برداشته و سپس آن را به آزمايشگاه برده و پس از كوبيدن در هاون چيني آن را از الك mm 2 گذرانده و از آْن براي تهيه گل اشباع به اين طريق استفاده شد كه ابتدا مقداري از خاك را در ظرفي ريخته و مقداري آب( تقريباً نصف مقدار خاك) به آن اضافه كرده و آن را خوب هم زده به طوري كه سطح آن كاملاً براق بوده تا اينكه خاك كاملاً از آب اشباع شود و سپس براي جلوگيري از تبخير آب در آن را بسته و به مدت 24 ساعت كنار گذاشته تا جهت عصاره گيري آماده شود.
قبل از عصاره گيري پروب pH متر را درون گل اشباع قرار داده و pH خاك مورد نظر را پس از اينكه عدد pH متر ثابت شد يادداشت مي كنيم.
براي عصاره گيري از گل اشباع آن را به درون قيف بوخنر كه در ته آن يك كاغذ صافي وجود دارد ريخته و سپس به وسيله پمپ خلا كه به قيف متصل است (حدود 45 دقيقه زير پمپ) قرار گرفته و عصاره جمع آوري مي شود(به اندازه ي حدوداً 100 سي سي) و سپس EC عصاره به وسيله ي EC متر اندازه گيري مي شود، البته بايد ابتدا EC متر را كاليبره كرد به اين ترتيب كه آن بايد KCl .01 M را 1.413 dS/m قرائت كند و در صورت نشان ندادن بايد ضريب دستگاه را تغيير داد تا عدد مزبور را نشان دهد.
همچنين جهت كاليبره كردن pH متر بايد پروب آن داخل بافرهاي 4و9و7و12 قرارداده شود و آن اعداد را نشان دهد و در صورت نشان ندادن بايد درون pH متر KCl 3 M ريخت تا اعداد گفته شده را نشان دهد.

نتايج وبحث :
خاكهاي شور خاكهايي هستند كه به نحوي توليد محصول، رشد گياه و عملكرد گياه را كاهش مي دهند و يا متوقف مي كنند. خاكهاي شور از طريق افزايش فشار اسمزي و افزايش غلظت بعضي از يون ها در محلول خاك و همچنين تاثير بر روي خصوصيات فيزيكي و شيمياي خاك و تاثير متقابل بعضي از يون ها بر روي رشد گياه و عملكرد محصول تاثير مي گذارند و موجب كاهش محصول مي گردد. عملكرد و توليد محصول در شوري هاي مختلف و در گياهان مختلف متفاوت است.
همچنين pH محلول خاك به طور مستقيم در گياه تاثير ندارد. اثر آن در گياه در بصورت در اختيار قرار دادن يا ندادن عناصر غذايي مورد نياز گياه است.
pH هاي به دست آمده براي گروه هاي مختلف و خاك هاي مختلف مي تواند به دليل يون هاي موجود و فشار CO2 متفاوت باشد.
به گونه اي كه در نمودار 1 مشاهده مي شود با كاهش فشار CO₂ غلظت بيكربنات ها در خاك افزايش مي يابد و همچنين با افزايش غلظت يون هاي OH^- و CO₃^2- ،pH افزايش پيدا مي كند.
اعداد به دست آمده براي خاك مورد آزمايش(EC = 114.5 dS/m وpH = 8.55) مي توان گفت كه خاك مورد نظر شور و قليايي بوده و در اين خاكها نمك هاي غالب از نوع كربنات و سولفات(Na₂SO₄) است.و اين خاك ها معمولاً حالت پف كرده دارند، چون سديم شعاع هيدراته زياد دارد و بر اثر جذب آب باعث انبساط خاك مي شود ولي در اثر شوري(ساير املاح موجود)مانع از ديسپرس شدن مي شود.
mg/L) = 114.5 * 640 = 73280)غلظت نمك ها
Cation or Anion(meq/L) = 114.5 * 10 = 1145
Osmotic Pressure (Bar) = 114.5 * .36 = 41.22

نتيجه گيري كلي و ذكر منابع خطا :
با توجه به اعداد به دست آمده براي EC و pHخاك آزمايش شده، نتيجه گيري شد كه خاك آزمايش شده شور و قليايي است (EC و pHكه به ترتيب مقادير 114.5 dS/m و 8.55 به دست آمد) و فشار اسمزي كه ايجاد كرده است(41.22 Bar) رشد گياه در اين خاك را با محدوديت مواجه كرده است كه ناشي از غلظت بالاي نمك ها و كاتيون ها و آنيون ها مي باشد.
همچنين گونه هاي كربنات موجود در خاك مورد آزمايش، با توجه به شكل1-7 عمدتاً مي تواند از نوعHCO₃^-باشد.

منابع خطا :
1) خطاي وسايل اندازه گيري و مورد استفاده
2) عوامل محيطي و شرايط آزمايشگاه : مثلاً مقدار CO₂ محيط مي تواند بر رويpH اندازه گيري شده تاثير گذار باشد.
3) دقيق نبودن دستگاه، نشستن و خشك نكردن دقيق الكترود و تاثير درجه حرارت از مواردي هستند كه در آزمايش باعث خطا مي شوند.
نمودار 1 ) غلظت نمك هاي مختلف كربنات و بيكربنات و H⁺ در فشار هاي مختلف CO₂

منابع مورد استفاده :
1) Rhoads,j.D ، ترجمه : آقايي راد – ام و همكاران. ارزيابي شوري خاك.
2) الياس آذر، خ. 1381. اصلاح خاك هاي شور و سديمي، انتشارات جهاد دانشگاهي اروميه .
3) برزگر، ع. 1383. خاك هاي شور و سديمي شناخت و بهره وري، انتشارات دانشگاه شهيد چمران.
4) جعفري، م. 1381. خاك هاي شور در منابع طبيعي، انتشارات دانشگاه تهران.
5) ملكوتي،م و م،همايي. 1382. حاصلخيزي خاك هاي مناطق خشك و نيمه خشك،چاپ دوم. انتشارات دانشگاه تربيت مدرس.
6) جعفري حقيقي،م. 1383. روش هاي تجزيه خاك، ساري:انتشارات نداي ضحي.
7) The chemistry of soils , Sposito, G.2000 , section 12 . Soil salinity
8) Method of soil analysys .C .a .black , Ed ,chaif