استفاده از رزین های تبادل یونی برای کشاورزی به منظور بهبود خاک یک روش کارآمد برای بالا بردن کیفیت محصولات کشاورزی است. رزین ها کاربردهای بالقوه گسترده ای در زمینه کشاورزی دارند.استفاده از رزین های تبادل یونی مصنوعی برای بررسی زیستی یون در خاک و رسوب در اوایل سال 1942 آغاز شد (Schlenker) و 1943 (Converse et al.)، که تنها 7-8 سال پس از تولید رزین تبادل یونی مصنوعی بود (آدامز و هلمز 1935). در طی این تحقیقات اولیه، رزین تبادل یونی به عنوان منبع یون های جذب شده برای رشد گیاهان در ماسه استفاده می شد.  با مطالعات بیشتر که از مبدل های یونی به عنوان یک منبع یون های مواد مغذی در یک محیط و به عنوان وسیله ای از محلول های غذایی بافر گزارش شد. (آرنون وGrossenbacker 1947; اسکاگلی و داوسون 1963; اسکاگلی 1969; چکای و همکاران 1987; کرون و همکاران 1993). با این حال، اکثر مطالعات رزین تبادل یونی بر روی آن متمرکز شده اند. (به عنوان مثال، یون های مواد مغذی) در خاک، در نتیجه به عنوان یک ماده غذایی عمل می کند.

روش های دسته ای در کشاورزی

بیشتر روش هایی که تاکنون توسعه یافته اند، روش دسته ای نامیده می شوند. در این روش مقدار معینی از خاک و رزین با هم مخلوط می شوند.( در آب اضافی مخلوط می شوند) و برای مدت طولانی تکان داده می شوند. نتایج حاصل از این رزین به شدت تحت تاثیر محلول، خاک ، رزین می باشد. همچنین، نوع و اشباع یونی رزین، دما، روش نگهداری رزین و روش مورد استفاده برای بازیابی یونهای جذب شده از رزین حائز اهمیت است.

در حین استخراج، رزین ها غلظت یون پایین را در محلول حفظ می کنند،در نتیجه آزادسازی بیشتر از مواد جامد خاک را تحریک می کند
(Sparks 1987) تا زمان رسیدن به تعادل. علاوه بر این، روش های استخراج چند ماده مغذی مبتنی بر رزین انجام می شود. در اصل بهتر از روش های مرسوم استخراج چندگانه استفاده شود.

مطالعات تفکیک فسفر با استفاده از رزین تبادل یونی

هنگامی که چانگ و جکسون (1957) برای اولین بار فسفر را به روش استخراج متوالی، “ناپایدار” توسط NH4Cl انجام دادند و استفاده از محلول کلرید آمونیوم ادامه یافت. در طرح جایگزین P-fractionation، که از رزین تبادل آنیونی (مهره) استفاده کرد. (فرم) برای استخراج اشکال حساس (در دسترس گیاه) فسفر غیر آلی به جای NH4Cl. در مشخص کردن P، آنیون موجود رزین تبادلی با تکان دادن در سوسپانسیون خاک استفاده می شود. 16 ساعت برای اندازه گیری فسفر غیر آلی به راحتی در دسترس، که شامل فسفر معدنی محلول، فسفر غیرآلی «قابل تعویض» و برخی از P رسوب محلول تر تشکیل می شود. استخر اندازه گیری شده توسط استخراج رزین بسیار شبیه به آن چیزی است که با ایزوتوپی ارزیابی می شود
رقیق سازی (Amer et al. 1955). سیبسن (1978) و نایدو و همکاران.(1991) گزارش کرد که رزین ها (به ترتیب فرم های HCO3 و Cl) میزان فسفر قابل دسترس گیاه را بهتر از روش رقیق سازی ایزوتوپ 32P انجام می دهد.
طی این مطالعات رزین ها در هر دو شکل HCO3 و Cl همبستگی بهتری داشتند. با جذب فسفر محصول نسبت به تبادل ایزوتوپی 32P در همه خاک های اسیدی، خنثی و آهکی آزمایش شده است. هم دانه های رزین و هم غشاء مشابهی را نشان داده اند.

استفاده از رزین های تبادل یونی در مطالعات خاک

غشای تبادل آنیون مورد استفاده در یک تکنیک دسته ای در اندازه گیری زیست توده میکروبی خاک موفق بوده است. (کونو و همکاران 1995). روش AEM نیز به همین ترتیب بود روش هایی مانند استخراج بخور (بروکز و همکاران 1982) با استفاده اضافی از نوارهای AEM برای بازیابی فسفر معدنی از عصاره خاک زیست توده میکروبی خاک P از مقدار فسفر به دام افتاده توسط AEM در تخمین زده شد.
تعلیق خاک پس از اصلاحات برای تثبیت فسفر توسط خاک و P بازیابی از زیست توده میکروبی آزاد شده توسط بخور CHCl3 این روش ساده‌تر، سریع‌تر گزارش شده است. روش استخراج با بخور CHCl3، و به ویژه در خاک هایی با ظرفیت نگهداری فسفر بالا که در آن استخراج بخور معمولی در غلبه بر فسفر مشکل دارد، مناسب است.

جذب مداوم محلول P توسط تبادل یونی غشاء در طول استخراج محلول P را در سطوح پایین نگه می دارد و بنابراین تعادل محلول-P در جهت تغییر می کند. آزاد سازی فسفر از سلول های میکروبی به محلول، در حالی که استخراج شیمیایی منجر به افزایش مداوم می شود در غلظت محلول P و در نتیجه تعادل در جهتی تغییر می کند که باعث کاهش آزاد شدن بیشتر فسفر از سلول های میکروبی به محلول است.

گونه شناسی یون در محیط های خاک

با این حال، این مدل ها هستند اغلب قادر به پیش بینی دقیق گونه ها در محلول های خاک به دلیل ترکیب بسیار پیچیده و نامشخص است.
از مواد آلی محلول موجود استفاده از تبادل یونی رزین وسیله ای ساده و قابل اعتماد برای اندازه گیری فلز است گونه زایی در محیط های خاکی فوتوات و نایدو نتایج مطلوبی را هنگام استفاده از رزین تبادل کاتیونی گزارش کرد برای گونه زایی روی (Zn2+) و مس (Cu2+) در مقایسه با یک مدل ژئوشیمیایی به نام MINTEQA2.
در رویکردی دیگر، Liang و Schoenau (1996) آلاینده های فلزی (Cd، Cr، Ni و Pb) را به تعدادی تقسیم کردند.
دسته بندی های عملیاتی تعریف شده از طریق تعادل با رزین های تبادل یونی از انواع مختلف برای تولید pH سیستم متفاوت و یا میل ترکیبی کاتیونی است.  به نظر می رسد که روش تبادل یونی انتخابی بهتر است نسبت به حذف توسط معرف های شیمیایی یا هضم به دلیل آن است.

استخراج فراکسیون های زیست در دسترس هیدروفیل

ترکیبات آلی با گروه های عاملی اسیدی در pH بالا جدا می شوند و بخش هایی با بار منفی تولید می کنند که روی مواد تبادل آنیونی جذب می شود. آنیونی برای ارزیابی از غشای تبادلی (AEM) استفاده شده است. بخش قابل دسترس زیستی علف کش ها و سمیت گیاهی آنها در انواع مختلف خاک تعیین علف کش ها در خاک معمولاً شامل نمونه برداری از خاک است. تصفیه، استخراج علف کش، پاکسازی نمونه و تعیین با کروماتوگرافی گازی (GC) یا کروماتوگرافی مایع با فشار بالا (HPLC) است.  روش‌های غشایی رزین می‌توانند این روش را ساده‌تر کنند و به راحتی انجام می‌شوند و هزینه کمتری دارند، که این روش را کارآمدتر می‌کند.
اسیدهای دی کربوکسیلیک با وزن مولکولی کم (مانند اگزالیک،مالونیک، سوکسینیک، فوماریک، مالئیک و متیل مالونیک) ترشح شده از ریشه گیاه نقش مهمی در انواع مختلف دارد. فرآیندهای سطح مشترک خاک و ریشه با این حال، غلظت آنها در ترشحات ریشه به طور معمول کمتر از سطح است.

کاربرد رزین تبادل یونی در کشاورزی

رزین‌های تبادل یونی یک نوع ماده شیمیایی هستند که در فرآیندهای تصفیه آب و بهبود کیفیت آب استفاده می‌شوند. این رزین‌ها قابلیت جذب یون‌های مختلف را دارند و بر اساس این ویژگی به عنوان یک فیلتر و تقویت کننده کیفیت آب عمل می‌کنند. در کشاورزی نیز، رزین‌های تبادل یونی می‌توانند کاربردهای متعددی داشته باشند، از جمله:

• تصفیه آب آبیاری: آبیاری با آب آلوده به املاح مختلف می‌تواند به طولانی شدن زمان رسیدن به اشباع خاک و افزایش شوری خاک منجر شود. با استفاده از رزین‌های تبادل یونی، می‌توان املاح مضر را از آب حذف کرده و آبیاری بهتری را فراهم کرد.
• مدیریت pH خاک: رزین‌های تبادل یونی می‌توانند برای تغییر pH خاک استفاده شوند. این رزین‌ها می‌توانند یون‌های هیدروژن یا هیدروکسید را جذب یا ترکیب کرده و در نتیجه به تنظیم pH خاک کمک کنند.
• کنترل املاح: رزین‌های تبادل یونی می‌توانند به عنوان جاذب املاح مختلفی که برای گیاهان مضر هستند عمل کنند. این املاح می‌توانند شامل سدیم، کلرید، بورون و… باشند.
• تقویت کیفیت آب آشامیدنی برای دام: آب آشامیدنی دام باید کیفیت مناسبی داشته باشد تا به سلامت دام کمک کند. رزین‌های تبادل یونی می‌توانند در حذف آلودگی‌های مختلف از آب آشامیدنی دام کاربرد داشته باشند.

در کل، استفاده از رزین‌های تبادل یونی در کشاورزی می‌تواند به بهبود کیفیت آب، بهبود شرایط خاک و بهبود عملکرد محصولات کشاورزی کمک کند.

مواد قابل حذف از خاک با استفاده از رزین های تبادل یونی

رزین‌های تبادل یونی قابلیت جذب و حذف انواع یون‌ها و املاح مختلف را دارند. برخی از این مواد مربوط به سختی آب هستند که می‌توانند توسط رزین‌های تبادل یونی حذف شوند. به بیان ساده رزین هایی که قابلیت حذف سختی آب را دارند به اصطلاح رزین سختی گیر آب می نامند. برخی از برندها برای حذف سختی آب رزین های تبادل یونی خاصی تعبیه کرده اند به عنوان مثال رزین سختی گیر پرولایت c100 , c100e  برای حذف املاح و سختی آب مورد استفاده قرار می گیرد. برخی دیگر از مواد و املاح که توسط رزین قابل حذف هستند عبارتند از:

• یون‌های سدیم (Na+): نمک‌های سدیمی که ممکن است باعث شوری خاک شوند و برای برخی گیاهان مضر باشند، می‌توانند توسط رزین‌های تبادل یونی حذف شوند.
• یون‌های کلرید (Cl-): نمک‌های کلریدی که می‌توانند به افزایش شوری خاک و آب آشامیدنی یا آب آبیاری منجر شوند، قابلیت حذف توسط این رزین‌ها را دارند.
• یون‌های کلسیم (Ca2+), منیزیم (Mg2+): این یون‌ها ممکن است در آب و خاک به میزان زیادی وجود داشته باشند و موجب شوری خاک و مشکلات دیگری شوند که می‌توانند توسط رزین‌های تبادل یونی حذف شوند.
• یون‌های آهن (Fe3+), منگنز (Mn2+), بور (B3+): این یون‌ها در آب و خاک ممکن است به مقادیر زیادی وجود داشته باشند و باعث مسمومیت گیاهان شوند که رزین‌های تبادل یونی می‌توانند آن‌ها را جذب کرده و از محیط حذف کنند.
• یون‌های نیترات (NO3-), فسفات (PO4-): این یون‌ها نیز می‌توانند در آب و خاک به میزان زیادی وجود داشته باشند و مشکلات زیست محیطی و کشاورزی ایجاد کنند که رزین‌های تبادل یونی می‌توانند آن‌ها را حذف کنند.

به طور کلی، رزین‌های تبادل یونی می‌توانند انواع یون‌ها و املاح مختلفی را از آب و خاک حذف کنند که ممکن است برای کشاورزی مضر باشند یا باعث کاهش بهره‌وری خاک و گیاهان شوند.

نتیجه گیری:

رزین های تبادل یونی برای کشاورزی نقش مهمی را برای بهبود کیفیت محصولات ارائه می دهند. این رزین های با تعدیل ph، کنترل املاح، تصفیه آب ابیاری و بهینه کردن ان برای کشاورزی و حذف یون های مضر ( از جمله باقی مانده سم و کود) می توانند نقش مهمی برای کشاورزان داشته باشند.

منبع:

cdnsciencepub.com