كاربرد فسفر در كشاورزی ( خوراك دام و طیور)

اهمیت فسفر در بدن حیوانات

كلسیم و فسفر بیش از 70 درصد خاكستر بدن حیوانات را تشكیل می دهند. متجاوز از 99 درصد كلسیم و(85-80 ) درصد فسفر بدن در اسكلت و اندامها قرار دارد. 14 درصد فسفر در بافتهای نرم و یك درصد باقیمانده در مایعات بین سلولی ( 1994 Bordy ).

22 درصد كل مواد معدنی بدن به فسفر اختصاص دارد كه بین استخوانها و بافتهای نرم نقل و انتقال آن به همراه كلسیم مداوماً صورت می گیرد. بطور كلی فسفر مجموعاً یك درصد وزنی بدن حیوانات را به خود اختصاص می دهد. این ماده معدنی یكی از مهم ترین مواد مورد استفاده در جیره دام و طیور است كه از نظر هزینه رتبه سوم را در بین سایر مواد غذایی مصرفی دارد. ( 1990Muir).

فسفر بصورت فسفات كلسیم غیر محلولی هیدرواكسی آپاتیت در ساختمان استخوانها و دندانها بكار رفته است. ساختمان كریستالی مواد معدنی استخوان شامل توالی آپاتیتها است و توسط فرمول هیدواكسی آپاتیت

3Ca₃ ( PO₄)₂ (OH)_{2 ‌} محاسبه می شود (scott 1992).

مطالعات بیو شیمیایی هیدرواكسی آپاتیت نشان می دهد كه بخش آپاتیت استخوان حاوی نسبت متوازن اجزای Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ ‌ نیست بلكه 10 درصد كمبود كلسیم دارد. وقتی آپاتیت استخوان در معرض حرارت بین 300 تا 600 درجه سانتی گراد قرار داده می شود یونهای اورتو به پیروفسفات تبدیل می شوند از آنجایی كه پیرو فسفات در اثر حرارت و از دست دادن آب متراكم شدن بنیان هیدرواكسی متصل به گروه فسفات ایجاد می گردد. این تغییر را می توان به عنوان معیاری از معتدل بودن اجزای آپاتیت استخوان دانست. كلسیم و فسفر همیشه به نسبت تقریبی (1 : 2) در بافتهای بدن وجود دارند و این نسبت حتی در شرایط كاهش جزئی ماده معدنی استخوان نیز تغییر نمی كند.مقدار و محل تشكیل استخوان بستگی به غلظت كلسیم و فسفر دارد.

اگر غلظت كلسیم یا فسفر بسیار كم باشد حتی فعالیت فسفاتاز نیز نمی تواند آهكی شدن استخوان را باعث شود.

علاوه بر استخوان فسفر نقش مهمی در عضلات، متابولیسم انرژیٍ ، كربوهیدارت، اسید های آمینه، چربی، متابولیسم بافت های عصبی، شیمی نرمال خون، رشد اسكلت، انتقال اسیدهای چرب و سایر لیپیدها عهده دار است و بصورت فسفات قسمت مهمی از اسیدهای نوكلئیك (RNA , DNA ) را تشكیل داده است.

3-3-2 جذب فسفر

مقدار جذب فسفر به عوامل مختلفی از جمله منبع غذایی، نسبت كلسیم به فسفر، PHروده، مصرف لاكتوز و میزان كلسیم، فسفر، ویتامین D ، آهن، آلومینیوم، منیزیوم و چربی جیره بستگی دارد. كلسیم و فسفر همیشه تقریبا 1 : 2 در بافتهای بدن حضور دارند علت آن است كه این نسبت در استخوان در حدود (1: 2/2 ) است و چون قسمت اعظم این دو عنصر در استخوان قرار دارد بنابراین انتظار می رود این نسبت در جیره نیز رعایت شود تا حداكثر رشد را تأمین نماید. (Scott , etoal 1982) .

تغییرات این نسبت به مقدار زیاد می تواند روی جذب فسفر تأثیر گذارد. محاسبه شده است كه برای ابقای 2 گرم كلسیم در بدن به یك گرم فسفر نیاز است. بنابراین مقدار این نسبت در جیره بین (1:1 ) تا (1:2) توصیه می گردد، و اگر (1:3) بیشتر شود اثرات نامطلوبی ایجاد می كند در حالی كه كمتر از (1:1) بهتر تحمل می شود.

رابطه بین كلسیم و فسفات پیچیده است نسبت این دو هنگامی مورد سوال است كه مقدار فسفر جیره برای حداكثر رشد یا بیماری، تشكیل سنگ كلیه و آهكی شدن بافتهای نرم مطرح می شود. این نسبت تحت تأثیر این واقعیت است كه فسفر جیره سریعتر از كلسیم جیره جذب بافتهای نرم می شود.

فیتاتها كه به نسبت زیادی در غلات وجود دارند باعث كاهش قابلیت جذب فسفر گیاهی می شوند. فسفری كه بصورت فیتات حبس شده توسط طیور قابل استفاده نیست مگر آنكه توسط آنزیم فیتاز و غیره تجزیه شود. در غیر اینصورت بدن از كلسیم و فسفر جیره محروم می شود و نیاز به ماده معدنی افزایش می یابد.

علت آن اینست كه این ماده ( اسید هگزا فسفریك اینوز تبول) در PHپنج تا هفت املاح بسیار نامحلول كلسیمی در روده تشكیل می دهد. در نشخوار كنندگان بعلت ترشح آنزیم فیتاز میكروبی، فسفر حبس شده در فیتات آزاد شده و به مصرف حیوان می رسد. جذب فسفر به نیاز حیوان بستگی دارد یعنی هر چه نیاز بیشتر باشد جذب مؤثر تر خواهد بود.

اگر فسفات توسط غذا تأمین شود بهتر است از املاح معدنی فسفاته پتاسیم استفاده شود. فسفات جیره عمدتاٌ بصورت جیره ( استری) ظاهر می شود و با هیدرولیز تدریجی تقریباً بصورت آهسته وارد بدن شده و بطور موثری در فرآیندهای متابولیكی مصرف می شود.

فسفاتی كه بصورت غیر آلی تأمین شود سریعاٌ جذب شده و بجای مصرف توسط بافتها تمایل به دفع دارد ( Swan son 1992) .

اسید یته پایین روده جذب كلسیم و فسفر را بدلیل افزایش حلالیت آنها آسانتر می سازد. بنابراین ترشح عادی اسید كلریدریك یا H⁺ معده برای جذب موثر فسفر ضروری است.

برلیوم در جیره بواسط تشكیل فسفات برلیوم نامحلول جذب فسفات از روده كوچك را مختل می سازد. (Scott 1982 ).

دفع فسفر

دفع فسفر از طریق كلیه و روده انجام می گیرد. دفع كلسیم و فسفر تحت كنترل است بخشی از كلسیم و فسفر فیلتر شده مجدداٌ از طریق كلیه ها جذب می گردد. آستانه دفع كلسیم از كلیه ها بین 5/6 تا 8 میلی گرم در 100 میلی لیتر خون است. و در غلظت كمتر دفع نمی شود. در حیوانات شیرده مقدار زیاد كلسیم و فسفر در شیر ترشح می شود كه غلظت آنها بالاتر از خون است.

در طیور تخم گذار نیز غدد مترشحه، پوسته تخم مرغ نیز فسفات كلسیم با یك نسبت كلسیم به فسفر 17:1دفع می كند. به همین دلیل نیاز كلسیم و فسفر مرغان تخم گذار از سایر گونه های حیوانی بیشتر است و كمبود آن در جیره باعث نرم شدن پوسته تخم مرغ و در نهایت قطع تخمگذاری می شود.

كمبود فسفر و عوارض ناشی از آن

كمبود فسفر به چند طریق می تواند ایجاد شود. اول استفاده مداوم از تركیبات آلومینیوم دار بخصوص در جیره های كمبود فسفر كه با فسفات جیره تركیب و از جذب آن جلوگیری می نماید. دوم كمبود فسفر در اثر دفع آن كه در اثر گرسنگی و یا در افراد مبتلا به دیابت ایجاد می شود. سوم كمبود فسفر جیره كه افزایش كلسیم پلاسما را باعث می گردد. اگر فسفر و كلسیم نتوانند بطور طبیعی در بدن ذخیره شوند علت آن ممكن است به مقدار كم این دو عنصر در غذا و یا عوامل مربوط به هضم و جذب آنها و عمدتاً ویتامین D مربوط می شود. كمبود فسفر باعث بیماریها و عوارض از قبیل ریكتز و استئو مالاشی می گردد.

در طیور كمبود فسفر ( حدود 20% فسفر قابل دسترسی ) و افزایش كلسیم ( 24/2 درصد كلسیم و 45 درصد فسفر) باعث ایجاد ضایعات پاتولوژیكی شبیه توده غضروفی داخل مغز استخوان می گردد و بسته به شرایط كمبود تعداد متفاوت خواهد بود. پاها به طرفین باز می شوند و ممكن است شكستگی سر استخوان اتفاق بیافتد. كاهش میزان اكسیژن و افزایش دی اكسید كربن خون بدلیل عدم استحكام دنده ها و خم شدن آنها، كاهش حجم قفسه سینه و دخالت در حركات تنفسی مشاهده می گردد. مبتلایان در نهایت بواسطه نارسایی قلبی تلف می شوند.

منابع فسفر مورد نیاز

فسفر در مواد غذایی با منشأ گیاهی، حیوانی و معدنی وجود دارد ولی قابلیت دسترسی آنها برای موجود زنده بسته به نوع آنها متفاوت است منابع غذایی اهمیت زیادی در تأمین فسفر مورد نیاز طیور دارند. زیرا در حدود 50 درصد فسفر كل جیره توسط آنها تأمین می گردد كه البته همه آنها قابل جذب نیست.

الف: منابع گیاهی فسفر:

اكثر منابع گیاهی فسفر بصورت فیتات یا فسفر فیتیتی است كه عمدتاً برای تك معده ای ها قابل جذب نیست. فیتات با بسیاری از مواد معدنی (كلسیم، منیزیم، روی ، منگنز) تركیب و قابلیت جذب آنها را پایین می آورد. مقدار قابل استفاده برای جوجه های جوان (0 – 10 ) درصد طیور تخمگذار 50 درصد گزارش گردیده است. (میر سلیمی 1374 )

در حدود دو سوم تا سه چهارم فسفر منابع گیاهی به شكل فیتات است كه معمولاٌ در محاسبات در حدود یك سوم فسفر كل گیاهی بعنوان فسفر قابل جذب در نظر گرفته می شود. منابع غنی فسفات گیاهی شامل كنجاله تخم پنبه 07/1 درصد، كنجاله كنجد 27/1 درصد، سبوس گندم 37/1 و سبوس برنج 67/1 درصد دارا می باشد( میر سلیمی 1374).

ب: منابع حیوانی فسفر:

فسفر موجود در منابع حیوانی به خاطر عاری بودن از فیتین قابلیت جذب معادل منابع معدنی دارد.مهمترین آنها پودر استخوان 5/12 درصد، پودر گوشت (4-5) درصد، پودر ماهی (6/1-8/3 )درصد، پودر ضایعات كشتارگاهی طیور 7/1 درصد فسفر دارند.

ج: منابع معدنی فسفر:

با توجه به اینكه تأمین فسفر از نظر هزینه رتبه سوم را در تهیه خوراك طیور داراست لذا همیشه سعی در انتخاب گزینه ارزان قیمت بوده است و با در نظر گرفتن اینكه بیش از 50 درصد فسفر مورد نیاز حیوان مكمل های افزوده شده به خوراك تأمین می گردد اهمیت استفاده از تركیبات معدنی بیشتر جلوه گر می شود.

تأمین منابع معدنی فسفر همانند كاربرد سایر مواد معدنی برای خوراك دام و طیور بستگی به فاكتورهای متنوعی همانند موقعیت، قیمت، شكل شیمیایی و سایر مسائل اقتصادی و از همه مهمتر قابلیت جذب بیولوژیكی دارد.

باطله گوشتهای مصرفی، پودر استخوان و ماهی حاوی فسفر می باشند و تولید آنها بزرگترین رقیب برای منابع معدنی فسفر می باشند ولی با توجه به هزینه كمتر تأمین مواد معدنی فسفر هنوز كاربرد مواد معدنی پیشتاز می باشد.

در این نوشتار بدلیل تنوع و كاربرد وسیع تركیبات معدنی فسفر در تهیه مكملهای معدنی خوراك دام و طیور یك تقسیم بندی كلی به دلیل ارائه توضیحات بهتر بعمل آمده است. در این تقسیم بندی اساسی بر روی عملكرد و انجام كارهای فراوری و شیمیایی بر روی سنگهای معدنی می باشد.

1) استفاده از سنگ معدن فسفات بصورت طبیعی یا پس از یكسری اصطلاحات اولیه روی سنگ مادر

2) استفاده از اسید فسفریك حاصل از سنگ فسفات و تهیه تركیبات متنوع فسفات كلسیم.

3) استفاده از تركیبی از سنگ فسفات ( اصلاح شده) زئولیت.

در مورد ردیف 3در فصل آخر توضیحات كاملتری ارائه می گردد و در مورد ردیفهای تقسیم بندی(1) و (2)بصورت اجمالی به كارهای صورت گرفته شده پرداخته می شود و تا حد امكان ارائه راهبردهای عملی در این موارد پیشنهاد می گردد. در ادامه این قسمت ابتدا روشهای اندازه گیری قابلیت جذب فسفر ارائه می گردد.

3-3-6 روشهای اندازه گیری قابلیت جذب فسفر:

مطالعات مختلف روی متابولسیم مواد معدنی نشان مید هد كه مقدار ماده معدنی در جیر، معمولاً نشان دهنده مقدار قابل جذب آن نیست و حتی تركیبات مختلف آن ماده نیز در دستگاه گوارشی حیوان تفاوت جذب نشان می دهد.

ماده ای دارای ارزش غذایی مناسب است كه بتواند توسط حیوان مورد استفاده قرار گیرد. آزمایشات مختلف نشان داده است كه كمتر ماده معدنی است كه بطور كامل جذب شود و همیشه مقداری از دسترسی حیوان خارج می گردد. فسفر نیز خارج از این حالت نیست و همواره مقادیری از آن در فرآیند هضم طبیعی و اعمال متابولیكی بدن از دست می رود. از آنجایی كه عوامل مختلفی روی جذب و مصرف فسفر اثر می گذارند كه شامل نوع جیره تركیب شیمیایی فسفر، نسبت كلسیم به فسفر، سن، جنس، مقدار چربی و انرژی، محیط، هورمونها، بیماری و انگل، مقادیر پروتئین و عناصر كمیاب، اثر متقابل فسفر با سایر عناصر حالات فیزیكی منبع فسفر و سایر اجزای جیره خصوصا اندازه ذرات غذایی، نحوه تهیه غذا و بسیاری عوامل دیگر می باشند كه در هر مرحله زمانی ممكن است یك یا چند مورد به جذب فسفر تأثیر گذارند. بنابراین میزان فسفر موجود در مكملهای فسفاته و جیره های غذایی از نظر كمیت نمی تواند معیاری از جذب آن توسط حیوان باشد. بهمین دلیل همواره سعی گردیده است تا یك ارتباط منطقی بین مقدار قابل جذب فسفر و مقدار آن در جیره مكملها پیدا شود تا توسط آن بتوان جذب واقعی حیوان از فسفر موجود در تركیبات آنرا پیش بینی نمود. روشهای مختلف برای اینكار وجود دارد كه مختصراً به آن اشاره می شود:

الف: روشهای شیمیایی

در این روش سعی می شود تا ارتباط بین تركیبات فسفر و حلالها شیمیایی، پیدا شود. این روش دقت بالایی ندارد و در بعضی موارد عدم كارایی آن نیز ثابت گردیده است ولی در بعضی موارد بدلیل تسریع عملیات و هزینه پایین عملیات بعنوان معیار اولیه بكار برده می شود. در این روش مكملهای فسفردار را در اسید سیتریك (2 درصد) اسید كلریدریك(4/0درصد) و سیترات آمونیوم خنثی حل می كنند و از میزان حلالیت فسفر در حلالهای فوق تخمینی از میزان جذب بدست می آید. در ایران از قابلیت حل فسفر در اسید سیتریك (2درصد) بعنوان تعیین میزان جذب فسفر هنوز هم استفاده می گردد. در یك تحقیق روی بوقلمون مشخص گردید كه میزان حل در اسید كلریدریك (0.4 درصد) معیار خوبی از ارزش بیولوژیكی نمی دهد ولی همبستگی ( 87 – 95 ) درصد بین میزان حل در اسید سیتریك 2درصد و ارزش بیولوژیكی وجود دارد.

بطور كلی جایگزین نمودن این روش با روش بیولوژیكی مخاطره آمیز می باشد و توصیه شده است كه استفاده كنندگان از فسفاتهای غذایی می توانند از قابلیت حل در اسید سیتریك ( 2درصد) یا سیترات آمونیوم خنثی توام با سایر روشهای كنترل كیفی مانند تعیین میزان فسفر، كلسیم، سدیم و فلوئور به عنوان معیار قابلیت جذب بیولوژیكی استفاده كنند.

ب: روش بیولوژیكی:

در این روش قابلیت دسترسی فسفر مكملهای مختلف فسفره را بصورت آزمونهای مقایسه ای روی موجود زنده ( عمدتاً طیور) آزمایش می كنند. این روش امروز توسط اكثر محققین به كار برده می شود و روش « نسبت شیبها» نامیده می شود.

طرز عمل:

در ابتدا یك جیره كه معمولاً محتوی ذرت و سویا است تهیه و میزان كلسیم و فسفر آن را مشخص می كنند سپس مكملهای مورد آزمایش بسته به روش اجرایی به جیره اضافه می نمایند. تا فسفر جیره در حد نیاز جوجه ها تأمین گردد. در بعضی از روشها از چندین سطح فسفر در جیره استفاده می كنند. تا به این ترتیب یك منحنی پاسخ برای درصد خاكستر استخوان نسبت به فسفر مصرفی بدست آورند و این منحنی را با منحنی پاسخ یك مكمل استاندارد كه معمولا بتاتری كلسیم فسفاتٌ اسید فسفریك و یا دی كلسیم فسفات می باشد مقایسه نمود و از تقسیم ضرایب رگرسیون حاصل از نمونه ها ضرایب رگرسیون منحنی استاندارد و درصد جذب نمونه ها را تعیین نمود.

در ارزیابی روی موجود زنده بسته به نظر محقق ممكن است تغییراتی از نظر اجرایی در جیره های غذایی داده شود. در یك روش میزان فسفر در سطوح متفاوت از صفر تا (6/0) درصد جیره یا بیشتر برای تولید حداكثر خاكستر استخوان داده می شود. كه به این ترتیب سطح ایده آل هر نمونه نیز تعیین می گردد. درصدهای بالاتر از میزان مورد نیاز برای تكمیل منحنی استاندارد تعیین قابلیت جذب مكمل فسفاته لازم است. در روش دیگر استفاده میزان فسفر را در حد بحرانی نیاز واقعی حیوان تنظیم می كنند كه به این ترتیب تفاوت بین نمونه های آزمایشی مشهود تر خواهد بود( Chan 1995) .

استفاده مستقیم از سنگ معدن:

شاید استفاده از سنگ فسفات جهت تأمین فسفر مورد نیاز خوراك دام و طیور ارزانترین گزینه باشد به شرطی كه سنگ معدن انتخاب شده دارای ارزش جذب بالایی باشد. عوامل خیلی زیادی در كاربرد سنگهای معدنی فسفات جهت مصارف خوراكی موثر می باشند كه یك سری مربوط به هزینه های استخراج و حمل و نقل آن و در بعضی موارد تغلیظ سنگ معدن مربوط می گردد و در مورد دیگر مربوط به میزان مواد عناصر موجود در سنگ می باشد که از آن جمله عناصری می توان به نسبت کلسیم به فسفر ، سنگ فسفر ، آلومینیوم، فلوئور، عناصر سنگین و غیره اشاره كرد. بطور كلی توصیه می گردد در تمامی موارد تا جایی كه توجیه عملی و اقتصادی امكان پذیر باشد از سنگ فسفات استفاده گردد و تا حد قابل قبولی روی فرآوری سنگ فسفات جهت تهیه محصولی با كیفیت قابل قبول فعالیت نمود.

در این بخش بیشتر به یك گزارش عملی از كاربرد سنگهای فسفات ایران در تغذیه طیور پرداخته می شود و با توجه به نتایج حاصله از روشهای بیولوژیكی پس از مقایسه قابلیت جذب سنگهای معادن مختلف فسفات ایران به دلایل جذب یا عدم آن با توجه به عناصر و شكل تركیبات این معادن پرداخته می شود.

در یك كار تحقیقاتی كه از طرف دانشكده كشاورزی تهران بین ( سالهای 69-66) روی قابلیت كاربرد سنگهای فسفات معادن ایران در تغذیه طیور عمل آمده به منظور بررسی و تعیین ارزش غذایی سنگهای فسفات معادن در ایران و مصرف آنها در تغذیه طیور سه آزمایش جداگانه روی جوجه های گوشتی و مرغهای تخمگذار انجام گرفته است، در آزمایش اول برای تعیین قابلیت جذب فسفر سنگهای فسفاته چهار معدن شمشك ( جیرود)، دلیر( جاده چالوس) ، سلطانیه (زنجان) ، ریش (بهبهان) بصورت خام و حرارت داده شده آزمایشی بمدت دو هفته بر روی 241 قطعه جوجه یكروزه انجام پذیرفت. در این آزمایش قابلیت جذب فسفر سنگهای فسفاته مذكور نسبت به دی كلسیم فسفات(قابلیت جذب فسفر موجود در دی كلسیم فسفات 100% فرض شده است) به روش خاكستر استخوان ساق تعیین گردید. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داده است كه قابلیت جذب فسفر سنگهای خام معدن های جیرود، ریش، دلیر، سلطانیه با استفاده از روش خاكستر استخوان ساق به ترتیب عبارتند از:

75/4 ،5 ،15 ،82، 20/42 و پس از حرارت دادن آنها قابلیت جذب فسفرشان به ترتیب 0 ، 0، 0، 37/13گردید. قابلیت جذب فسفر سنگهای مذكور بصورت خام با استفاده از روشهای شاخص بیولوژیكی به ترتیب 05/3 ، 640/55 ، 79/64 بوده و پس از حرارت دادن آنها قابلیت جذب فسفرشان به ترتیب 0، 0 ، 0 ، 53/ 0 بوده است در جدول شماره (1) و (2)تجزیه شیمیایی سنگهای فسفاتی برخی معادن مورد آزمایش قرار گرفته ایران بصورت خام و حرارت داده شده آورده شده است.

با توجه به نتایج آزمایش براط تهیه بهترین نوع سنگ فسفاته و مشخص نمودن بهترین روش اندازه گیری قابلیت جذب فسفر سنگهای فسفاته در تغذیه طیور گوشتی اهداف زیر دنبال گردیده است:

1- مطالعه و تعیین قابلیت جذب سنگ معدن فسفات ایران بصورت خام و حرارت دیده جهت طیور به روشهای خاكستر ساق و ران و شاخص بیولوژیكی بر حسب خاكستر استخوان ساق و ران در مقایسه با دی كلسیم فسفات بعنوان منبع استاندارد.

2- حداكثر امكان جایگزینی سنگهای فسفات خام و حرارت دیده بجای دی كلسیم فسفات در جیره طیور و مطالعه اثرات آن به روی رشد- تلفات، بازده غذایی، خوراك مصرفی و ...

3- مطالعه اثر جایگزینی 100 % سنگهای فسفات خام و حرارت دیده به جای دی كلسیم فسفات در جیره طیور.

جدول شماره (1) تجزیه شیمیایی سنگهای فسفاتی معادن ایران (خام)

جدول شماره (2) تجزیه شیمیایی سنگهای فسفاتی معادن ایران (پس از فرآیند حرارتی)

بطور كلی قابلیت جذب فسفر كلیه سنگهای فسفات مورد آزمایش نسبت به دی كلسیم فسفات پایین تر می باشد و احتمالاً بعلت وجود عناصر مزاحم نظیر آلومینیوم و فلوئور و غیره همراه سنگهای مورد آزمایش می باشد كه باعث كاهش خاكستر استخوان پا و ساق جوجه ها و كاهش وزن دیگر معیارهای دخیل در اندازه گیری قابلیت جذب فسفر می باشد.

در پایان گزارش اخیراً یادآوری جالبی شده است كه حرارت دادن سنگهای فسفات معدن ایران با توجه به عناصر مزاحم موجود در آنها اگر چه باعث كاهش فلوئور آنها می گردد ولی احتمالاً به علت ایجاد تركیباتی بین عناصر و فسفر آنها قابلیت جذب فسفرشان را كاهش می دهد.ضمناً قید این نكته ضروری است كه علت افزایش قابلیت جذب فسفر سنگهای معادن سایر نقاط دنیا بر اثر حرارت وجود مقادیر ناچیز عناصر مزاحم یا پالایش این گونه سنگها جهت تغذیه عناصر مزاحم و افزایش مقدار فسفر و كاهش كلسیم آنها قبل از فرآیند حرارتی است.

در این راستا به نظر می رسد كه متخصصین رشته های معدن بایستی با بررسی جامع از وضعیت عناصر موجود در معادن سنگهای فسفات كشور از یك طرف و بررسی حد مجاز قابل قبول عناصر و تركیباتشان در فسفاتهای خوراكی از طرف دیگر نسبت به گزینش یك كانسار جهت فرآوری و عملیات تحقیقاتی اقدام كنند.

در مطالعات اولیه مشخص گردید كه محصول فرعی كارخانه تغلیظ معدن آهن چادرملو واقع در استان یزد كه به صورت كنسانتره آپاتیت حاصل می شود با مقدار اولیه اسمی این محصول سالیانه بالغ بر 140 هزار تن می باشد و ظرفیت یاد شده تا 240 هزار تن قابل افزایش می باشد.

جهت مقایسه عناصر و شرایط موجود در دی كلسیم فسفات و كنسانتره آپاتیت چادرملو جداول ( 3) و (4) حاوی اطلاعات و عناصر موجود در این دو ماده معدنی آورده شده است.

جدول شماره (3) مشخصات فنی دی كلسیم فسفات طبق استاندارد جهانی و ایران

همچنانكه از نتایج جداول (3-5) و (3-6) بر می آید، كنسانتره آپاتیت چادرملو دارای مشخصات خیلی نزدیكی به دی كلسیم فسفات است. لذا با اجرای یكسری عملیات فرآوری و بهسازی می توان تركیبی با مشخصات نزدیك به دی كلسیم فسفات از این ماده معدنی تهیه نمود. لذا بعنوان یك پیشنهاد توصیه می گردد كه این ماده معدنی بعنوان خام و كار شده بصورت بیولوژیكی روی طیور آزمایش گردد.

در این مورد یكسری آزمایشهای اولیه روی قابلیت كاربرد كنسانتره آپاتیت بعمل آمده كه عبارتند از:

الف) تعیین حلالیت P₂o₅ ­ در اسید سیتریك 2 درصد

ب) تعیین مواد نامحلول در اسید كلریدریك.

جدول شماره 3-6مشخصات آپاتیت چادرملو

(اندازه گیری توسط XRF ) نمونه شماره یک نمونه شماره 2

- اندازه ذرات كنسانتره ( Lum size ) : كوچكتر از 045/0 mmمیلی متر

- رطوبت (Moisture) : حداكثر 10 درصد

- توده ویژه ( Bulkdensity ) : در حدود 2 بر متر مكعب

هر چند حلالیت در اسید سیتریك بعنوان معیار سنجش صددر صد قابلیت جذب نمی باشد ولی در مقیاس و امكانات آزمایشگاهی بیشترین همبستگی را با قابلیت جذب بیولوژیكی نشان می دهد. در این آزمایش حلالیت P₂o₅ سنگ آپاتیت چادرملو اسید سیتریك 2 درصد تعیین می گردید.

روش آزمایش:

حدود یك گرم از كنسانتره فسفات را در یكصد میلی لیتر اسید سیتریك 2 درصد می ریزیم بمدت 30 دقیقه مخلوط حاصل را به شدت تكان می دهیم سپس مخلوط را از كاغذ صافی عبور می دهیم. محلول زیر كاغذ صافی را مورد آزمایش قرار داده و مقدار P₂o₅ آنرا می خوانیم. با استفاده از P₂o₅ حاصل می توان درصد حلالیت سنگ را بدست آورد. در آزمایش تعیین حلالیت سنگ آپاتیت چادرملو مشخص گردید كه 8/2 درصد P₂o₅ از كنسانتره آپاتیت حل می گردد.

این آزمایش همچنین با مشخصات فوق برای سنگ فسفات جیرود نیز به عمل آمد كه در نتیجه میزان حلالیت P₂o₅ سنگ 75/8 درصد تعیین گردید.

از نظر تست آزمایشگاهی به نظر می رسد كه سنگ جیرود دارای حلالیت بهتر P₂o₅ می باشد ولی جهت دستیابی به جواب دقیق بایستی میزان حلالیت حتما روی حیوان آزمای گردد تا بتوان قضاوت واقعی را به عمل آورد. در مورد حلالیت سنگ فسفات در اسید كلریدریك مشخص گردید كه قریب به80 درصد فسفر موجود در سنگ در این اسید حل می گردد. نتیجه آزمایش های اولیه تأییدی جهت ادامه و پیشبرد تحقیقات در این زمینه می باشد.

3-3-8 استفاده از اسید فسفریك جهت تهیه تركیبات فسفات

اسید فسفریك به دو روش مرطوب و حرارتی تولید می شود. در روش مرطوب سنگ فسفات را با اسید سولفوریك تركیب می كنند كه در نتیجه واكنش گچ و اسید فسفریك تولید می گردد. كه این اسید دارای ناخالصیهای فرآوان ا ز قبیل AS و Fe, cu ,ca,Fوغیره می باشد. این اسید برای تهیه سوپر فسفات و كودهای شیمیایی استفاده می شود.برای تهیه اسید فسفریك خوراكی بایستی این ناخالصیها را با عملیات بیشتر جدا كرد.

در روش حرارتی سنگ فسفات را با همراهی سیلیس ذوب می كنند. محصول نهایی بعد از یكسری فرآیندهای كوره ای اسید فسفریك خواهد بود. این اسید فسفریك بسیار خالص تر از اسید فسفریكی است كه از روش مرطوب بدست آمده و برای تصفیه آن نیازی به عملیات بیشتر نیست. البته هزینه روش حرارتی بسیار بالا بوده و این روش در خیلی از موارد توجیه اقتصادی ندارد. فقط برای مصارف خاصی كه احتیاج به اسید بسیار پاك دارد مورد استفاده قرار می گیرد و بطور كلی دارای حجم بسیار كوچكی از تولید اسید فسفریك كل دنیا داراست.

3-3-8-1 نحوه تولید و فرآیند دی كلسیم فسفات

روش ساخت دی كلسیم فسفات بصورت خنثی سازی اسید فسفریك با آهك می باشد كه به دو صورت خشك و تر انجام می گیرد.

الف: روش تر(مرطوب):

در این روش كه غیر مستقیم نیز نامیده می شود و در ایران نیز متداول است اسید فسفریك را با آهك كمی آب خنثی می كنند. عمل خنثی سازی در حوضچه های مخصوص و یا با استفاده از همزنهای الكترو موتوری انجام می شود. این كار بصورت ابتدایی یعنی با استفاده از بیل و یا وسایل دیگر نیز می تواند انجام شود. ولی كیفیت فرآورده به خوبی استفاده از همزن الكترو موتوری نیست. مدت زمان انجام واكنش حدود نیم ساعت است. و محصول بدست آمده مخلوطی از مونو و دی كلسیم فسفات مایع است كه باید رطوبت گیری شود و در نوع فرآورده تولید می كند، یكی دارای 5/18 درصد فسفر و 18-24 درصد كلسیم و دیگری21 درصد فسفر و 15-24 درصد كلسیم است. برای رطوبت گیری از خشك كردن گردان استفاده می گردد كه حرارت آن 470 تا 700 درجه سانتیگراد و درجه حرارت خروجی آن 88 تا 110درجه سانتیگراد است.

محصول خارج شده5/1 تا 5/2 درصد رطوبت دارد. از خشك كن های نازلی نیز استفاده می شود كه در آنها مایع مذكور از طریق نازلی كه در بالای یك مخزن به ارتفاع 4 متر نصب شده به پایین اسپری می شود كه به صورت پودر خشك به كف مخزن سقوط می كند. مخزن توسط حرارت غیر مستقیم از خارج گرم می شود بطوری كه از تماس مستقیم مایع با شعله كه باعث كاهش كیفیت جذب آن می شود جلوگیری به عمل می آید.

ب: روش خشك كردن:

در این روش اسید فسفریك بدون آب به آهك افزوده می شود. در این روش مواد بخوبی مخلوط نمی گردد و واكنش بسیار كند تر از روش مرطوب است. محصول بدست آمده 10 درصد رطوبت دارد كه خشك كردن آن آسانتر از روش قبلی است. در این روش ممكن است در اثر بی دقتی نسبت اسید به كربنات به درستی رعایت نشود و فسفر فرآورده پایین بیاید. برای تهیه مطلوب آن استفاده از مخلوط كننده ها افقی برقی با پوشش داخلی ضد اسید پیشنهاد می شود.

وضعیت ساخت دی كلسیم فسفات در ایران:

بر اساس بررسی های انجام شده اسید فسفریك مورد نیاز اكثراً از شركت پتروشیمی ایران تهیه می شود.اسید مذكور طبق توصیه این شركت فقط برای ساخت كودهای فسفاته (دی آمونیوم فسفات)باید مصرف شود. برای مصارف خوراكی لازم است به روشی مناسب تصفیه شود تا بتوان در این صنایع از آن استفاده نمود.

ناخالصیهای اسید فسفریك شامل عناصری مانند سلنیم، فلوئور، آرسنیك، سرب، كلر، كادمیوم و غیره است كه قبل از مصرف باید حذف شوند و میزان استاندارد P₂o₅ آن باید 50 درصد آهك آن از كربناتهای با عیار بالاتر از 99 درصد باشد.

برای خالص كردن اسید معمولاً آن را بمدت 24 ساعت بدون حركت در محلی نگهداری می كنند تا ناخالصیها رسوب كند. سپس با روش های مختلفی از جمله استفاده از سیلیكاتها، حرارت و یا رنگبرها و مواد مشابه آن را فلوئور زدایی می كنند.

بعد از این مرحله اسید را با كربنات كلسیم یا آهك كه از معادن داخلی و یا خارجی تأمین می گردد تركیب می كنند. بنابراین هر تولید كننده بسته به روش خالص سازی و فلوئور زدایی و نوع آهك مصرفی، محصولی تولید می كند كه می تواند از نظر جذب بیولوژیكی با بقیه متفاوت باشد.

اهمیت تنظیم حرارت در تولید فرآورده:

مونوكلسیم فسفات در حرارت 135 تا 170 درجه آب تبلور خود را از دت می دهد و حرارت 270 درجه آب مولكولی آن خارج شده به متا فسفات غیر قابل جذب تبدیل می شود. دی كلسیم فسفات آب خود را در 85 درجه به آرامی و در 174درجه به سهولت و در 213 درجه بطور كامل از دست داده و بالاخره در حرارت 420 تا 430درجه آب مولكولی آن خارج گردیده و به پیروفسفات با جذب بسیار پایین تبدیل می گردد.بنابراین تنظیم حرارت خشك كردن در كیفیت مكمل مورد نظر بسیار حائز اهمیت است و می تواند یكی از علل تفاوت جذب فسفر از محصولات ساخت كارگاههای مختلف باشد، در بعضی از كارگاهها برای خشك كردن محصول ابتدا مایع تولید شده را توسط پمپ روی سینی های مشبكی كه روی روزنه های آن پارچه برزنتی قرار داده شده و در بخش پایانی این سینی ها پمپ مكشی قرار داده می شود تا با ایجاد خلاء آب اضافی را كشیده و در نهایت آنها تبدیل به كیك نماید.

در سیستمهای كاملتر از دستگاه پرس نیز كمك گرفته می شود تا سرعت كار بیشتر شود. بعد از این مرحله، محصول باید دانه بندی شود. برای این كار اول آن را آسیا نموده و سپس از سرندهای مناسبی عبور می دهند. دانه های بزرگتر بصورت سیستم بسته دوباره به دستگاه بازگردانده می شوند.

فصل دوم

شناخت قابلیتهای كاربرد زئولیتهای طبیعی در كشاورزی

2-1 شناخت قابلیتهای كاربرد زئولیت های طبیعی در كشاورزی

2-1-1 مقدمه

خواص شیمیایی و فیزیكی بی نظیر زئولیتهای طبیعی آنها را در جهت استفاده در كشاورزی مورد توجه قرار داده است. اساس و پایه استفاده از زئولیتها در مبحث كشاورزی بطور كلی عبارتند از:آزاد سازی پیوسته و آرام كودها، سیستم زئوپونیك Zeoponics، بهسازی و آماده سازی خاك.

این كاربرد ها تحقیقات گسترده ای را می طلبد تا مصرف زئولیت در صنعت كشاورزی نهادینه گردد. آزاد سازی پیوسته و آرام كودها را با استفاده از زئولیت می توان در خاكهای مصنوعی و طبیعی به كمك خواص تبادل یونی و حلالیت كم اعمال نمود. سیستم زئوپونیك بطور موفقیت آمیزی در كشورهای بلغارتان و كوبا توسعه داده شده است كه بر اساس پرورش گیاهان در خاكهای مصنوعی است.

با استفاده از بافت خاص دانسیته متوسط، جذب – دفع آب، ظرفیت بالای تبادل كاتیونی و پایداری شیمیایی در PH‌های رایج این ماده معدنی جهت برآورد مایحتاج مغذی گیاه در یك دوره استفاده می شود. همچنین ثابت شده است كه زئولیت باعث افزایش ظرفیت تبادل یونی خاکها گردیده ، عامل حفظ رطوبت ، باعث افزایش خاصیت هیدرولیكی خاك، افزایش ظرفیت تولید در خاكهای اسیدی و كاهش جذب مس، كادمیوم، سرب، روی، از فلزات موجود در خاك می گردد.

مقدار اثر بخشی و گستردگی خواصهای ذكر شده برای زئولیت متناسب با مقدار افزوده شده و روش آماده سازی آن می باشد. اگر هدف تولید زئولیتهای اقتصادی برای اهداف كشاورزی و باغبانی باشد بایستی تكنیكهای فرآوری و آماده سازی مخصو ص روی زئولیتها انجام داد. بكار گیری زئولیتهای هم اندازه و قابل دسترسی جهت این اهداف مناسب تر است.

البته همیشه كاربردهای مذكور توجیه اقتصادی ندارند به هر جهت دستیابی به تكنولوژی پالایش و بهینه سازی زئولیتها با روشهایی كه توجیه اقتصادی داشته باشند در صدر تحقیقات توسعه كشاورزی و باغبانی قرار دارد.

2-1-2 آزاد سازی آرام و پیوسته كود

آزاد سازی آرام و پیوسته كودها با استفاده از زئولیت از اصطلاحاتی است كه می توان در خاك های طبیعی و مصنوعی اعمال نمود. این عمل درنتیجه فعالیت تبادل یونی زئولیتها با حلالیت منیرالها و تبادل یونی مجموعه با زئولیت حاصل می گردد. تحقیقات در این زمینه نشان می دهد كه اغلب مواد مغذی گیاه را می توان بدین طریق در اختیار آن قرار داد. حسن استفاده از این خاصیت به منظور صرفه جویی در مصرف كود شیمیایی و جلوگیری از آلودگیهای زیست محیطی می باشد بطوریكه بخشی از كودهای شیمیایی ازت دار و پتاسیم دار بعد از مصرف در محصولات كشاورزی بعلت قابلیت انحلال بوسیله آبهای سطحی شسته شده و به عمق بیش از ریشه گیاه نفوذ می نماید و یا به وسیله آبهای سطحی از محیط خارج می گردد. زئولیت با دارا بودن خاصیت جذب یونی شدید نسبت به NH⁺₄ و k⁺ ‌ بخش اعظم عناصر فوق را در كودهای نیتراته و پتاسیم دار بخود جذب نموده و در درون شبكه خود برای مدت طولانی نگهداری و در نتیجه در طویل مدت نیاز گیاه را تأمین می كند. این امر سبب صرفه جویی قابل توجهی در مصرف كود شیمیایی گردیده و بعلاوه از آلودگی آبهای تحت الارضی و سطحی ناشی از مصرف كود شیمیایی كاسته و به بهداشت محیط نیز كمك می كند.

در اوائل تحقیقات استافده از زئولیت در كشاورزی بر روی خواص تبادل یونی متمركز گردیده بود.در حالیكه اخیراٌ استفاده از زئولیت در آزاد سازی آرام و پیوسته بر مبنای حلالیت مینرالها و خواص تبادل یونی مجموعه متمركز می باشد. كه این حالت بهتر از استفاده منفرد خواص تبادل یونی و حلالیت مینرالها می باشد. بهمین دلیل در این نوشتار ابتدا به خاصیت تبادل یونی زئولیت و استفاده از آن جهت آزاد سازی آرام و پیوسته طیور بطور اجمالی پرداخته می شود و سپس استفاده تركیبی از حلالیت خاصیت تبادل یونی ارائه می گردد كه بهمراه شرح مطالعه مورد آزمایش جهت برآورد حلالیت سنگهای فسفات ایرا ن با همجواری زئولیت آورده شده است.

2-1-2-1 تبادل یونی كود زئولیت:

تحقیقات استفاده از خواص تبادل یونی زئولیت جهت توسعه راندمان كودها در دهه 1960 در كشور ژاپن شروع گردیده و سپس از آن تحقیقاتی در آمریكا و چند كشور دیگر پیگیری شد. این آزمایشات تحت شرایط گوناگون خاك، محصولات كشاورزی، انواع زئولیت ، منابع متفاوت زئولیت و نرخ استفاده از زئولیت بعمل آمده كه نتایج قابل توجه و متفاوتی حاصل شده است. بعضی از نتایج افزایش های قابل توجهی را نشان داده است. و در بعضی تغییر حاصل نگردیده و تعداد كمی از نتایج نشان از كاهش راندمان كودها را داشته است. جهت رسیدن به داده های علمی و دقیق نتایج استفاده از ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیتها در كشاورزی تجربیات در سه مرحله آزمایشگاهی ، گلخانه ای و صحرائی گردآوری گردیده است. بدلیل جذب سریع مواد مفید موجود در كودها نظیر (NH₄⁺ ) یا (k⁺ ) و سایر مواد مغذی توسط زئولیت از شستشوی آنها در اثر آبیاری و نزولات جوی جلوگیری بعمل می آید. این مواد بتدریج همزمان با نیاز رستنی آزاد و جذب گیاه می گردد و در نتیجه بازدهی كود را افزایش می دهد.

2-1-2-2 كود دهی با استفاده از حلالیت و تبادل یونی:

تا سال 1980 و حتی در اوایل سالهای 1990 اكثر تحقیقات و اساس علمی استفاده از زئولیتهای طبیعی در مبحث كود دهی در كشاورزی ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیتها بوده است. كه در نتیجه وارد ساختن منیرالهای مورد نیاز گیاه در داخل شبكه زئولیت ها و استفاده از خاصیت آزاد سازی آرام آن بوده است.

اخیراً استفاده از واكنشهای حاصل از تركیب حلالیت و تبادل یونی مورد توجه قرار گرفته است. این روش بهتر از حلالیت و تبادل یونی هر كدام به تنهایی می باشد. بطور مثال همچنان كه می دانیم اغلب سنگهای معدنی فسفات در شرایط عادی قابل جذب گیاه نمی باشند و بعد از تبدیل آن به سوپر فسفات خواص جذب توسط گیاه را پیدا می نمایند. نتایج پاره ای از آزمایشها با مخلوطی از زئولیتهایی كه اصلاحاتی از قبیل فعال سازی و باردار كردن بر روی آنها صورت پذیرفته نتایج خوبی داشته است. برای روشن شدن مطلب به روابط خلاصه شده و ساده ما بین فلوئور آپاتیت برای روشن شدن مطلب به روابط خلاصه شده و ساده ما بین فلوئور آپاتیت و زئولیت اصلاح شده به نوع اشاره شود.

با توجه به منابع گسترده فسفات در ایران كه به علت تركیب میزالوژی و شیمیایی عملاً جهت تهیه كود سوپر فسفات مقرون به صرفه نمی باشد می توان با استفاده از زئولیت از این سنگها بطور مستقیم بعنوان كود در كشاورزی استفاده كرد. آزمایش ساده زیر جهت نشان دادن این مورد بعمل آمده است.

برای این آزمایش زئولیت حاوی بیش از 60 درصد كلینو پتیلولیت انتخاب گردید. برای تهیه آپاتیت خالصتر از بلورهای آپاتیت استفاده شد. نمونه ها در دستگاه پودر كن و یبراتوری بصورت سایز زیر 100 مشی درآورده شدند.

در این آزمایش پارامتر های درصد وزنی آپاتیت – زئولیت در نمونه مدت زمان حلالیت بعنوان متغیر مورد سنجش قرار گرفت. نتایج آزمایش بصورت جدول شماره 2-1 ارائه شده است.

جدول شماره (2-1) حاوی اطلاعات حاصل از حلالیت فسفر

( P₂o₅ ) آپاتیت در آب

همچنانكه از جدول فوق بر می آید با افزایش درصد زئولیت نسبت به آپاتیت و مدت زمان حلالیت P₂o₅ نمونه افزایش می یابد. با توجه به اینكه در این آزمایش روی نمونه های زئولیت هیچگونه آماده سازی و فعال كردن صورت نپذیرفته است می توان با فعال سازی زئولیت و با در نظر گرفتن جذب عناصر موجود در محیط توسط گیاه و افزایش زمان تأثیر نتایج قابل ملاحظه ای را بدست آورد.

2-1-3 سیستم زئوپونیك Zeoponics

سیستم زئوپونیك استفاده از زئولیت را در باغبانی و كشاورزی وارد مرحله جدیدی كرده است. بطوری كه توجه همگان را به خود جلب نموده است. واژه زئوپونیك برای اولین بار توسط Parhamدر سال 1984 برای كشت گیاهان در خاكهای مصنوعی كه حاوی زئولیت، ورمیكولیت و زغال نارس بودند بكار برده شد. آقای Ming‌در سال 1989 سیستم زئوپونیكی را تعریف نمود كه در آن زئولیت بكار برده شده حاوی عناصر مورد نیاز گیاه بود، كه توسط گیاه از داخل زئولیت قابل جذب می باشد و همچنین این زئولیت عناصر مورد نیاز را در طول عمر گیاه به نسبت احتیاج گیاه آزاد كرده و جذب آن می شود. بطور كلی واژه زئوپونیك برای كشت گیاهان در خاكهای مصنوعی كه حاوی زئولیت می باشند اطلاق می گردد. دانشمندان كشور بلغارستان از پیشتازان استفاده موفقیت آمیز این سیستم بوده اند. در آزمایشاتی كه توسط این دانشمندان صورت پذیرفته است تأثیر سایز ابعاد زئولیت ( نوع كلینوپنیلولیت آن در سایزهای 8/0 تا 2 mm، 2 تا 5 mm و 5 تا 8 mm ) ورمیكولیت و زغال نارس كه به آن كودهای نیتراته و فسفاته افزوده شد مورد تحقیق واقع شده است كه نتایج موفقیت آمیزی در كشت توت فرنگی و فلفل بدست آمده است. كشورهایی نظیر كوبا، آمریكا و ژاپن نیز در این مسیر تحقیقات گسترده ای بعمل آورده اند.

استفاده از سیستم زئوپونیك در سالهای اخیر توسط سازمانهای تحقیقات فضایی بویژه سازمان تحقیقات فضایی آمریكا (Nasa ) مطالعات گسترده ای را در استفاده از سیستم زئوپونیک جهت پرورش گیاهان در فضا و ساطر کرات شروع كرده اند. دانشمندان روسی- بلغارستانی با ساخت سیستم اتوماتیكی SVET كه بر روی ایستگاه فضایی MIR‌نصب گردیده است مطالعات پرورشی گیاه را در فضا مورد بررسی قرار داده اند.

آقای Ming‌از سازمان Nasa در سالهای 95 و 93 سیستم زئوپونیت را پیشرفته کرده و در آن از هیدروکسی آپاتیت نباتۀ مصنوعی که با مقداری زئولیت اصلاح شده نوع ((NH⁺₄-Cp , K⁺- cp ) كه در آنها سایر عناصر مورد نیاز گیاه نیز جای داده شده بود استفاده كرد.

آزمایشات نشان داده است كه NوP Cl, Mo,B,Mn, Cu,Zn, He,S و Mg, Ca, K را می توان در تركیب زئوپونیك مورد استفاده قرار داد.

2-1-4 بهسازی و آماده سازی خاكها:

زئولیتها بدلیل دارا بودن خواص بی نظیری همچون جذب و دفع رطوب، كنترلPHخاك، قدرت تبادل یونی، قدرت انتخاب یون، سختی فیزیكی و مقاومت بالا در برابر شرایط شیمیایی متفاوت در امر بهسازی و آماده سازی خاكها در صنایع كشاورزی نقش ارزنده ای را ایفا می كنند.

در اغلب شهرهای بزرگ و مراكز صنعتی خاكهای سطحی و آبهای تحت الارضی به مواد سمی و عناصر فلزی سنگین و مضر نظیر سرب، كادمیوم، مس و غیره و همچنین مواد پرتوزا آغشته می گردد كه در سیكل تولید از طریق گیاه وارد بدن حیوان و انسان می گردد.

علاوه بر آلودگیهای شهری و صنعتی استفاده مداوم از كودهای شیمیایی نیز در تشدید این آلودگیها بسیار مؤثر می باشد. بطوریكه اغلب كودهای شیمیایی خود دارای درصد ناچیزی از عناصر فلزی نظیر روی، سرب، غیره می باشند تداوم كود دهی همه ساله موجب ازدیاد درصد بالایی از این عناصر در خاك زراعی شده و در نتیجه جذب این عناصر توسط گیاه مشكلاتی را سبب می شود در بسیاری از شهرهای دنیا روزانه انباشته عظیمی از زباله جمع آوری و به كود مبدل می گردد. استفاده از این كودها موجب آغشتگی خاك های زراعی به پاره ای از عناصر فلزی و سمی گردیده و مسائل پیچیده ای را سبب می شود. اختلاط درصدی از زئولیت با این كودها تا حدی در حد آن معضل موثر و چاره ساز است.

زئولیت با خاصیت شدید جذب آب قادر است مقداری از آب موجود در خاك را تا حد اشباع خود جذب كند و آنرا برای مدت طولانی در درون شبكه بلوری خود نگهداری نماید. آب موجود در شبكه بتدریج آزاد و جذب گیاه می گردد.

زئولیتها در معرض تابش مستقیم آفتاب در طول روز مقداری از آب بخش سطحی خود را از دست می دهند.ولی در طول شب با پایین آمدن درجه حرارت محیط، مجدداً با جذب رطوبت هوا مقداری از آب از دست داده را جبران می نماید. این عمل موجب كاهش چشمگیر مصرف آب در كشاورزی می گردد و حتی ممكن است در مناطق خشك و كم آب با توجه به خواص فیزیكی زمین زراعی، مصرف آب را به نصف تقلیل دهند. در نتیجه استفاده از زئولیت برای كشورهایی نظیر كشور ما كه با كمبود آب در كشاورزی مواجه است می تواند مقداری از مشكلات ناشی از كمبود آب را مرتفع سازد.

عامل مهم دیگری كه می توان به آن اشاره كرد استفاده از زئولیتهای طبیعی جهت كنترل PH‌زمینهای زراعی می باشد. زئولیتهای طبیعی بدلیل تبادل كاتیونها و خواص غربال مولكولی خود با جذب و دفع بعضی عناصر و تركیبات موثر در PH‌باعث كنترل آن می گردد. نتایج افزودن زئولیت به نسبت های وزنی یك درصد، 5 درصد و 10 درصد به خاك زراعی موفقیتهای قابل توجهی را در كنترل PH در مدت زمان 2 ساعت برآورده كرده است. ثابت شده است كه افزودن زئولیت باعث افزایش PH از 1/0 تا 2/1 واحد در زمین زراعی شده است.

زئولیت همچنین باعث بهبود حركت عناصر مورد نیاز گیاه در داخل زمین می گردد كه می تواند ناشی از تخلخل شبكه و یا خاصیت تبادل كاتیونی آن باشد از این خاصیت مهم می توان در خاكهای زراعی ضعیف كه انتقال یونها در آن كم می باشد استفاده نموده و قدرت خاك را بالا برد.

2-2 شناخت قابلیتهای كاربرد زئولیت های طبیعی در پرورش آبزیان

2-2-1 مقدمه

سهم قابل توجهی از تولید، اشتغال و صادرات كشور مربوط به بخش آبزیان می باشد به لحاظ ارزشمند بودن این سرمایه ملی، دورنمای خوبی در این بخش به چشم می خورد. با توجه به سرمایه گذاری كمی گسترده در بخش آبزیان در سالهای اخیر، افزایش تولید این محصول ناشی از افزایش منابع تولید در كشور است. در حالی كه در كشورهای توسعه یافته بهره وری مورد توجه است لذا برنامه های اصلی این بخش بایتی توجه به مسائلی داشته باشد كه بتوان از ظرفیتها موجود بیشترین استفاده را نمود. این امر تحقیق نمی یابد مگر با انجام تحقیقات گسترده روی این بخش با در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی كشور و منابع طبیعی موجود در آن كه بتوان بهترین هماهنگی ور راهكار را بدست آورد.

خواص فیزیكی و شیمیایی بی نظیر زئولیتهای طبیعی آنها را در جهت استفاده در پرورش آبزیان مورد توجه قرار داده است. مهمترین خاصیت زئولیت كه استفاده آنرا در پرورش آبزیان توجیه می كند خاصیت ظرفیت تبادل كاتیونی می باشد كه این خاصیت را می توان دستخوش تغییراتی داد كه در عمل سودمند تر واقع گردد. وجود اسناد و مدارك بسیار در مورد تأثیرات سودمند مصرف زئولیتهای طبیعی در پرورش آبزیان و وجود زئولیتهای طبیعی عالی در كشورمان و همچنین سرمایه گذاریهای گسترده و قابل توجه در دو دهه اخیر در مورد توسعه پرورش آبزیان در كشور، لازم می باشد در این زمینه مطالعات علمی و كاربردی صورت بگیرد.

برای بیان اهمیت مصرف زئولیت یك مثال از كاربرد زئولیتهای طبیعی كشورمان برای پرورش ماهیها كه در میزان كشنده آمونیاك mg 150 در طی 24 ساعت بعمل آمده است را در جدول (2-2) نشان می دهیم.

جدول (2-2) اثر زئولیت در مقابل میزان كشنده آمونیاك در طی 24 ساعت

هر دو جنبه قضیه هم عمل «معدنكاری زئولیت » و هم اینكه ( پرورش آبزیان) از برنامه های سرمایه گذاری و اهداف اشتغال زائی كشور محسوب می گرددكه در شرق بدلیل وجود استعدادهای هر دو مورد سوژه مناسبی جهت رفع محرومیت زدایی در این مناطق بشمار می آید.

2-2-2 آمونیاك در پرورش آبزیان:

آمونیاك NH₃ ‌ گازی بیرنگ و محلول در آب است كه می تواند به حالت یونیزه درآید كه یون آن آمونیوم ( ⁺₄ NH)نامیده می شود. در طبیعت معمولاً با فعالیت آنزیمی موجودات زنده (شكستن یا كاتابولیسم مولكولهای نیتروژن دار از جمله اسیدهای آمینه و نوكلئیك) حاصل می شود. آمونیاك در صنعت بعنوان یك محصول فرعی از تقطیر زغال سنگ و یا در اثر عبور بخار ‌آب از روی سیانید و یا در اثر تركیب گاز ازت با هیدروژن در حرارت و فشار زیاد تولید می شود. از آمونیاك به عنوان یك ماده سرد كننده در سردخانه ها و كولرها استفاده می گردد. همچنین در پالایشگاهها، ساخت كود شیمیایی ، اسید نیتریك و ساخت مواد شیمیایی متعدد مصرف می شود. بین یون آمونیوم و آمونیاك تعادلی وجود دارد كه تحت تأثیر دما و PH آب است:

^-4/74 K=10

آلودگی آب به آمونیاك می تواند با منشأ آلی یا معدنی باشد. مورد آلودگی آب به آمونیاك به منشأ آلی عمدتاً در اثر وارد شدن فاضلابهای شهری و دامداری ها یا زهكشی زمینهای كشاورزی به آب می باشد. در پرورش ماهیها استفاده از كودهای آلی، آمونیاك دفعی ماهی و آمونیاك حاصل از فساد مواد غذایی اضافی را می توان بعنوان عوامل تولید آمونیاك نام برد. حضور آمونیوم در محیطهای آبی اثرات زیان آوری را همچون كاهش غلظت اكسیژن محلول در آب، كاهش رشد جلبكها و نهایتاً باعث پوشیده شدن سطح منابع آبی می گردد كه در نتیجه تغییر طعم، مزه، رنگ آب، افزایش میزان مصرف كلر جهت ضدعفونی كردن آب و مسمومیت های شدید در اكثر انواع آبزیان حتی در غلظتهای كم را بهمراه دارد.

در مسمومیتهای مضمن با آمونیاك (مقدار پایین تر از حد كشنده)، معمولاً میزان رشد درصد بقای ماهیان كاهش یافته و ماهیها نسبت به عوامل عفونی حساس تر می شوند. این حالات معمولاً با ضایعات آبششی، كبدی، كلیوی همراه است. اولین علائم مسمومیت حاد با آمونیاك در ماهی شامل برقراری، افزایش سرعت تنفس و آمدن ماهی به سطح آب می باشد.

روشهای جداسازی آمونیوم عمدتاً به چهار روش نیتریفیكاسیون، ستون دفع گاز، كلر زنی تا نقطه شكت و تبادل یونی توسط رزینهای طبیعی(زئولیتها) و مصنوعی (آمبرلیت200) تقسیم می شوند. در صنعت پرورش آبزیان بطور عمده از دو روش نیتریفیكا سیون و تبادل یونی استفاده می گردد.

2-2-3 اندازه گیری ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیتها با( ):

همانطوریکه قبلا گفته شد زئولیتها بدلیل تنوع ساختمان بلوری دارای خواص فیزیکی و شیمیایی مجزایی می باشد . لذا جهت کاربردهای تبادل کاتیونی بایستی زئولیتها حتماً قبلا مورد آزمایش واقع گردند تا مقدار مفید بودن آنها مشخص گردد . بهمین منظور جهت کاربرد در محیط پرورش آبزیان لازم می باشد ظرفیت تبادل کاتیونی زئولیتها با مشخص گردد برای این کار روشها و آزمایش های زیادی پیشنهاد گردیده است که در اینجا فقط به یک مورد که از لحاظ اجرا و آزمایش راحت تر می باشد اشاره می گردد.

این روش كه سهل الوصول بوده و دقت كمتری نسبت به سایر روشها داراست جهت بدست آوردن فلوفیت تبادل كاتیونی بصورت تقریبی توصیه می گردد. [j6]2 گرم از نمونه پودر شده زئولیت انتخاب كنید. سپس 250 میلی لیتر Nacl‌یك نرمال روی نمونه بریزید. مخلوط حاصل را به مدت 5 ساعت تكان دهید. مخلوط حاصل را بگذارید رسوب كند سپس جدا كرده و روی رسوب مانده 250 میلی لیتر Naclیك نرمال بریزید و مراحل فوق را انجام دهید.این عمل را سه مرحله تکرار کنید . سپس نمونه ها را از کاغذ صافی عبور دهید . مواد روی كاغذ صافی را با 80 میلی لیتر اتانول 80 درصد بشوئید تا نمكهای اضافی در آن حل گردد. نمونه ها را در دمای 105 –100 درجه سانتی گراد خشك كنید. آنالیز مقدار تفاوت مجموع یونهای k ، Mg,Ca,Na را روی نمونه ها با همدیگر مقایسه كنید.

این تفاوت نشان دهنده ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیت مورد آزمایش می باشد.

(Sumo_o )مجموع كاتیونهای قبل از عملیات و Sum₁ ‌ مجموع كاتیونهای بعد از عملیات).

اندازه گیری مجموع كاتیونهیا Na,k,ca,mg در نمونه ها قبل از اجرای عملیات ظرفیت تبادل كاتیونی كل می باشد كه اختلاف این مقدار با مجموع كاتیونهای فوق پس از اجرای مراحل آزمایش، ظرفیت تبادل كاتیونی موثر زئولیت مدنظر با را تحت آن شرایط به ما می دهد.

2-2-4 افزایش ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیتها

اخیراً گزارشاتی مبنی بر وجود روشهای علمی و كاربردی جهت بالا بردن ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیتهای طبیعی ارائه گردیده است. این روشها بر اساس آماده سازی زئولیتهای خام با كاتیونهایی است كه قدرت تبادل یونی آنها با كاتیونهای مورد نظر بیشتر می باشد. این روش می تواند محاسن زیر را برای مصرف زئولیتهای طبیعی بدنبال داشته باشد:

1)- استفاده دقیق تر و بیشتر زئولیتها جهت جدا كردن كاتیونهای مورد نظر و انتخابی تر از محیط اطراف.

2)- مقدار زئولیت كمتر از لحاظ وزنی و حجمی ، استفاده بیشتری را در محیط عمل ایفا می نماید.

3)- زئولیت مورد نظر را تا اندازه دلخواه اكتیو نموده تا به مقدار مشخص و مورد نیاز از محیط اطراف توانایی جذب كایتون داشته باشد.

4)- در صورت نیاز به مصرف زئولیتهای باردار شده می توان مقدار بار آنها را كنترل نمود.

یك روش بالا بردن ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیت ها اكتیو كردن كلینو پتیلولیت ها با یون كلسیم می باشد ( Cp-Ca ) كه این نوع زئولیتها در مصارف تصفیه آب با مقدار بالای آمونیوم بكار برده می شود. تمام كلسیم های موجود در زئولیت در محیط با یونهای بدون ممانعت خاصی تبادل می گردند. لذا استفاده از زئولیتهایی كه توسط یونها كلسیم فعال گردیده اند در مصارف آبزیان بهتر می باشد.

جهت این كار بایستی كلینو پتیلولیت ها را در محیط مایع حاوی كلریدسدیم 05/0 مولار در دمای 298درجه كلوین بمدت 24 ساعت با محلول شستشو داد. جهت دسترسی به ماكزیمم تبادل كاتیونی تحت شرایط موجود نسبت جامد به مایع حدود 10 انتخاب می گردد.

رابطه مستقیمی بین از دست دادن كاتیون كلسیم و جذب كاتیون آمونیوم توسط زئولیت بر قرار می باشد لذا می توان ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیت را پس از اكتیو سازی توسط روشهایی كه قبلاً ارائه گردید اندازه گیری نمود. با تغییر مولاریته و نسبت جامد به مایع محلول كریدكلسیم به زئولیت می توان مقدار ظرفیت تبادل كاتیونی زئولیت را به اندازه مورد نظر رسانید تا با اهداف و شرایط محیط مصرفی هماهنگی داشته باشد.

2-2-5 مزایای استفاده از زئولیتها طبیعی بعنوان فیلتر های شیمیایی در پرورش آبزیان

در میان روشهای جداسازی آمونیوم كاربرد روش تبادل یونی توسط رزینهای طبیعی(زئولیت) بدلیل موارد ذیل انتخابی مناسب محسوب می گردد:

1) راندمان بلا در حذف آمونیوم

2) عدم وابستگی راندمان حذف به شرایط محیطی مانند PHدرجه حرارت و مواد سمی.

3) سهولت در عملیات

4) ارزان قیمت بودن زئولیتها

5) امكان استفاده از زئولیتهای آمونیوم دار شده در مصارف كشاورزی و غیره.

بررسی خواص اكثرزئو لیتها نشا ن می دهد كه انتخاب پذ یری كا تیونها به ترتیب كلی

زیر می باشد.

با دانستن این مطلب كه پتالسیم در صد كمی از كاتیونهای موجود درآبهای پرورشی

آبزیان به خود اختصاص میدهد درنتیجه قسمت عمده ظرفیت تبادلی این كانیها صرف

جذب آمنیوم می گردد در حا لیكه رزینهای مصنوعی علیرغم داشتن ظرفیت كل تبادل یونی زیاد، انتخاب پذیری بسیار كمی برای آمونیوم در مقایسه با كاتیونهای دیگر دارند. تبادل كننده های مصنوعی علاوه بر برداشت آمونیاك باعث حذف مواد معدنی آب می گردند ولی زئولیتها(بویژه كلینوپتیلولیت) ترجیحاً را از آب برداشت كرده و تأثیر اساسی بر مقدار كاتیونهای دیگر آب نمی گذارد.

ارجعیت دیگر مصرف زئولیت در مقایسه با سایر روشهای جداسازی آمونیوم تأثیر قابل توجه زئولیتها در كوتاه مدت و حجم كم آب در جلوگیری از تلفات ناشی از آمونیاك می باشد. كه از این خاصیت مهم می توان در حمل و نقل ماهیان زنده استفاده نمود بطوریكه در حال حاضر توصیه می گردد.

2000 كیلوگرم ماهی ( متوسط طول 20-25^cm ) در 45000 لیتر حمل شود.(40% كیلوگرم به ازای هر لیتر آب ). اگر آمونیاك آب حذف گردد می توان این رقم را تا سه برابر افزایش داد. همچنین از زئولیتهای طبیعی می توان در آكواریوم های خانگی برای حذف آمونیوم استفاده نمود.

2-2-6 نتیجه گیری و پیشنهادات

با وجود تأكید گسترده حتی در منابع خارجی دال بر وجود ذخایر عالی زئولیت در ایران لازم می باشد كه در این مورد توجه بیشتر معطوف گردد تا قابلیتهای كاربرد زئولیتهای طبیعی در مصارف گوناگون مشخص گردد.

جهت كاربرد زئولیتهای طبیعی در پرورش آبزیان توصیه می گردد انواع زئولیتهای موجود در كشور شناسایی گردیده و برای هر كدام از آنها شناسنامه تحقیقاتی تهیه شود و با توجه به شرایط موجود در پرورش گونه های متفاوت آبزیان بهتر است نمونه های انتخاب گردند سپس با اعمال روشهای بالا بردن كیفیت ماده معدنی، نمونه های انتخاب شده را به بهترین وجه مورد استفاده قرار داده و تا حد امكان از استفاده خام این ماده معدنی پرهیز بعمل آورد تا با فرآوری این ماده معدنی بتوان سرمایه ملی بهترین و سودمندترین كاربردها را بعمل آورد.

2-3 شناخت قابلیتهای كاربرد زئولیتهای طبیعی در خوراك دام

زئولیتها كاربردهای گسترده ای در تقویت و كارایی غذایی حیوانات و همچنین محل زیست آنها یافته اند. شواهد معتبر نشان می دهند كه افزودن 1 تا 6 درصد وزنی كلینوپنیلولیت به رژیم غذایی برخی حیوانات مانند خوك، گاو، گوسفند، و خرگوش نه تنها باعث افزایش وزن و تقویت كارایی غذایی و رشد آنها می شود، بلكه از بروز شدت وقوع برخی از بیماریهای مهم حیوانات مثل dieharra می كاهند.

از سال 1965 بر روی استفاده از زئولیتهای طبیعی به عنوان مكمل غذایی ماهیان، خوكها، گاوها، گوسفند ها و سایر حیوانات مطالعاتی انجام گرفته است.

بر اساس تجربه موفقی كه در مورد استفاده از رس مونتموریونیتی (بنتونیت) در آهسته نمودن عبور مواد غذایی در سیستم هضمی جوجه ها شده و نتایج آن حاكی از كارایی این ماده معدنی بوده است. در سال 1968 در ژاپن به غذای خوكها، جوجه ها و نشخواركنندگان كلینوپتیلولیت و موردنیت اضافه شد. نتیجه این آزمایش افزایش قابل توجهی در وزن به ازای هر واحد خوراك مصرف شده (كارایی غذایی) و همچنین افزایش سلامت كلی این حیوانات را موجب شده است. در آزمایشهایی كه در ژاپن توسط wagi , kondo بر روی خوكها انجام شده است، معلوم شد كه خوكهایی كه به جیره غذایی آنها پنج درصد وزنی كلنیوپتیلولیت اضافه شده 25 تا 29 درصد از حیواناتی كه از جیره بدون كلینوپتیلولیت تغذیه می كردند بیشتر رشد داشته اند. كارایی غذایی در مورد خوكهای جوانی كه كلینوپتیلولیت در تغذیه آنها بكار برده شد از گروه كنترلی (حیوانات با جیره و خوراك معمولی)بیشتر بوده است، اگر چه در مورد خوكهای مسن تر این افزایش تنها 6 درصد بوده است.

همچنین از مقایسه مدفوع این حیوانات معلوم شد كه عمل هضم در خوكهایی كه كلینوپتیلولیت در جیره غذایی آنها بود بهتر انجام شده است. بعلاوه میزان نیتروژن موجود در مدفوع آنها از گروه دوم كمتر بوده است كه نشان دهنده آن است كه زئولیت باعث تبدیل كارآتر نیتروژن به پروتئین حیوانی شده است. در آزمایشهای بعدی معلوم شده است كه در یك دوره دوازده هفته ای در حیواناتی كه از رژیم غذایی دارای زئولیت تغذیه می كرده اند میزان تبدیل نیتروژن به پروتئین 1 تا 6 درصد نسبت به گروه كنترلی افزایش داشته است. آزمایشهای بعدی نیز نشان داده است كه رطوبت و بوی مدفوع حیوانات نیز در اثر تغذیه جیره غذایی دارای زئولیت كاهش یافته و هیچگونه آثار سمیت یا اثرات مضر دیگر نیز در این آزمایشها مشاهده نشده است.

در آزمایشهایی كه در سال 1978 توسط Tori‌بر روی 400 رأس خوك در ژاپن انجام شده است معلوم گردید كه نرخ مرگ و میزان وقوع بیماری در حیواناتی كه 6 درصد كلینوپتیلولیت به رژیم غذایی شان اضافه شده بود به طور قابل ملاحظه ای پایینتر از سایر حیوانات (گروه كنترلی) بود. كاهش قابل ملاحظه ای نیز در تعداد موارد زیر زخم معده پندیمونیا (ذات الریه) و مشكل قلبی مشاهده شده است. یك گروه دیگر ژاپنی به سرپرتی Markita ‌ در سال 1978 با افزودن زئولیت به غذای خوكهایی كه به بیماری Dirrhetic(اسهال) دچار بودند آنها در مدت 7 روز به طور كامل درمان كرده اند. افزایش كلینوپتیلولیت در رژیم غذایی حیوانات حتی در كارایی شیر آنها نیز موثر بوده و در رشد اولادی كه از مادرانی كه در زمان آبستنی از جیره غذایی دارای زئولیت تغذیه كرده اند به دنیا آمده اند، به نحو چشم گیری افزایش ملاحظه می شود.(63 تا 86 درصد رشد بیشتر) . بعلاوه همان اثرات مثبت در مورد نرخ مرگ و میر و كاهش بیماری نیز در مورد آنها گزارش شده است. در نشخواركنندگان، آزاد شدن تدریجی به میكروارگانیسمهای این حیوانات اجازه می دهد تا پروتئین سلولی را جهت جذب آسانتر توسط سیستم هضمی سنتز كنند. قابلیت زئولیت در ایفای نقش مخزن امكان افزودن نیتروژن اضافی به خوراك حیوان را مهیا می كند، در حالی كه همین حیوان را در مقابل تولید سطوح سمی آمونیاك نیز محافظت می كند.

Konalo ‌ و همكارانش در سال 1969 با انجام آزمایش در یك دور 14 تا 60 روزه مشاهده كردند كه افزودن كلینوپتیلولیت به غذای گوساله های جوان باعث تحریك اشتهای آنها، افزایش نرخ رشد و كاهش نرخ وقوع بیماری اسهال می شود.

در این آزمایش 5درصد زئولیت به علوفه معمولی حیوان اضافه شد و در نتیجه حیوانات گروه آزمایشی نسبت به گروه كنترلی 20 درصد رشد بیشتر داشته اند. گرچه محاسبات نشان داد كه گروه آزمایشی علوفه بیشتری نیز مصرف كرده است.

فوكوشیما (1980 ) نشان داده است كه افزودن 2 درصد زئولیت به جیره غذایی گاوها در محافظت از بیماری اسهال و افزایش تولید شیر آنها موثر می باشند. این تأثیر مستقیماٌ مربوط به افزایش آلبوین و كاهش میزان اوره – N‌ در خون گزارش شده است.

پانل و همكاران1993 مشاهده كرده اند كه افزایش كلینوپتیلولیت به جیره غذایی به نسبت وزنی یك به10 می تواند حیوانات را در برابر سمیت سرب محیط محافظت نماید. میل شدید كلینوپتیلولیت به گرفتن Cd‌ و pb موجب آن شده است كه به عنوان یك ماده افزودنی مهم برای گاوهایی كه در جیره غذایی و محیط آنها مقادیر زیادی از این عنصر یافت می شودمطرح می شوند.

یكی دیگر از كاربردهای زئولیت در خوراك حیوانات استفاده از آن جهت حفاظت حیوانات در مقابل میكوتوكسینها است. تحقیقات دامنه داری در مورد اثرات كلینوپتیلولیت در برابر میكوتوكسینها در دست اقدام می باشد.

http://poroje.org/