سورفکتانت و اثر سورفاکتنت بر آب و گیاه و شوری

سورفکتانت چیست و تاثیر سورفاکتنت بر آب و کاهش مصرف آن در کشاورزی

سورفکتانت چیست ؟

سورفاکتنت ها که اغلب از آنها به عنوان عوامل خیس کنند یاد می شود ترکیبات شیمیایی پیچیدهای هستند که موجب تغییر در بعضی خصوصیات آب مانند تغییر در ویسکوزیته و کاهش کشش سطحی آب و همچنین باعت تغییر در نحوه ی اتصال آب با ترکیبات آبگریز می شود. از سورفاکتنت ها هم اکنون استفاده های گسترده ای در علف کشها (مخصوصا علف کش های تماسی مانند پاراکوات) ، حشره کش ها و همچنین از بین بردن برخی عوامل ایجاد شده در خاک مانند لکه های خشکی استفاده میشود و تغییرات گسترده ای در ترکیبات آنها برای هر چه موثرتر شدن و ایمن شدن آن صورت گرفته است. تمامی این موارد به خاطر خصوصیات مولکولی سورفاکتنت ها است که باعث میشود مولکول های آن در آب با آرایش ویژه ای قرار بگیرند. سورفکتانت به زبان ساده ماده ای است که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده می شود کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. کلمه سورفکتانت مجموعه از کلمات Surface active agenent می باشد. سورفکتانت ها معمولا ترکیباتی آلی هستند که دارای گروههای هیدروفوبیک (دافع آب) که نقش دو و دنباله را دارد و گروههای هیدروفیلیک (جاذب آب) که نقش سر را دارد می باشند . سورفکتنت ها علیرغم تنوع بسیار زیادی که از نظر شکل و اندازه و وزن مولکولی دارند، همگی مولکولهایی دو قطبی هستند به صورتی که یک سر آنها قطبی و آبدوسته و سر دیگر آنها غیر قطبی و آب گریز است. این خصوصیت باعث میشود در هنگام محلول شدن در آب به سطح آب رفته، سر آب دوست آن در درون آب باقی مانده و سر آب گریز آن به سمت خارج آب جهت گیری کند. به این ترتیب با فاصله انداختن بین مولکول های سطحی آب و همچنین به خاطر نیروی ایجاد شده از داخل به سمت بیرون (در جهت این آرایش) کشش سطحی آب کاهش چشم گیری پیدا می کند. سر آب گریز آن نیز که به سمت خارج قرار دارد آماده برقراری ارتباط با عوامل آب گریز مانند کوتیکول و چربی ها در سطح برگها و بدن حشرات (علف کش و حشره کش ها) و یا ترکیبات آبگریز در خاک است. از این رو سر آب گریز که به صورت ردیفی در سطح آب قرار گرفته است به صورت یک جایگاه اتصال عمل کرده و موجب افزایش سطح تماس مایع با برگ و بدن حشره و خیس شدن خاک دانه های دافع آب می شود.

سورفکتانت ها معولا به وسیله گروه های باردار به ۴ گروه تقسیم می شوند :

الف – سورفکتانت کاتیونی ( دارای بار منفی )

ب – سورفکتانتهای آنیونی ( دارای بار مثبت )

ج – سورفکتانت غیر یونی ( بدون بار)

د – آمفوتریک ( در مجموع دارای بار خنثی)

حال اگر سورفکتانت در سر خود بار مثبت داشته باشد از نوع آنیونی و اگر بار منفی داشته باشد ، کاتیونی و اگر بدون بار باشد غیر یونی و اگر هم بار مثبت و هم منفی داشته باشد از نوع آمفوتریک می باشد .

انواع سورفکتانتها :

الف – سورفکتانت های زیستی ( بیو سورفکتانت )

ب – سورفکتانت با ابعاد نانو ( نانو سورفکتانت )

ج – سورفکتانت های پلی مری

دو عامل ورود آب به درون خاک را به تأخیر می اندازد.

اول ، دفع آب به خاطر خاصیت آب گریزی خاک است که در اصل علت آن وجود مواد آلی زیاد در خاک می باشد. تجزیه مواد آلی توسط فعالیت های میکروبی موجب آزاد شدن موادی میشود که به خاک خاصیت آب گریزی میدهد. پس هر چه مواد آلی خاک بیشتر باشد، خاصیت آب گریزی خاک بیشتر می شود. هر چه این حالت (آب گریزی) بیشتر باشد موجب افزایش زاویه تماس بین آب و سطح خاک می شود. به خاکی که زاویه تماس آب با آن بیشتر از ۹۰ باشد خاک غیر قابل خیس شدن گفته می شود.

دوم، جذب اندک آب به خاطر کشش سطحی آب است که موجب حفظ پیوستگی بین مولکولهای آب می شود.

تأخیر ورود آب به درون خاک یکی از اصلی ترین دلایل هدر رفت آب در مزارع از راه تبخیر است. برای افزایش کارایی و راندمان آب در مزارع از روش های گوناگونی مانند تغییر یا اصلاح روش های آبیاری، استفاده از بادشکن و … استفاده می شود. یکی از راهکارها برای اصلاح روش های آبیاری در جهت افزایش راندمان آب در مزرعه که در سالهای اخیر بر روی آن تحقیق و بررسیهایی انجام شده است، استفاده از سورفکتنت ها است. سورفاکتنتها موجب تسهیل در نفوذ آب به درون خاک با سرعت دو برابر زمانی است که آب در شرایط معمول و بدون سورفاکتنت به خاک نفوذ می کند.

روش های مورد استفاده سورفکتنت ها در آبیاری:

در روش اول، سورفاکتنت ها را به صورت محلول در آب مورد استفاده قرار میدهند. در این حالت با کم شدن کشش سطحی آب و ایجاد یک لایه غیر قطبی در اطراف قطرات، آب می تواند به آسانی به خاک نفوذ کند. آب حاوی سورفاکتنت ها می تواند وارد تمامی منافذ ریز و درشت خاک شود.

در روش دوم، سورفکتنت ها را ابتدا با خاک مخلوط کرده سپس آبیاری می کنند. در این روش در واقع عکس حالت قبل اتفاق می افتد. بدین صورت که سر آب گریز سورفاکتنتها به ذرات خاک متصل می شود. با پوشیده شدن ذرات خاک توسط سورفاکتنتها از خاصیت آب گریزی خاک کاسته شده، به سادگی اجازه نفوذ آب را میدهد.

آب حاوی سورفاکتنت ها باعث یکنواختی در خیس شدن خاک می شود. همچنین، این ماده باعث بالا رفتن ظرفیت خاک در نگهداری رطوبت در محدوده ریشه میشود. این حالت به این دلیل به وجود می آید که اولا، با کاسته شدن کشش سطحی آب و توانایی برقراری ارتباط با ذرات آب گریز خاک، آب می تواند وارد منافذ بسیار ریز خاک شود که در شرایط معمولی (بدون سورفکتنت) امکان آن وجود ندارد. ثانیا، آب حاوی سورفاکتنت ها می تواند با سرعت بیشتری وارد خاک شود و به منطقه رشد ریشه رسیده توسط پروفیل خاک نگه داشته شود. همچنین، استفاده از مویان کارآیی مصرف آب را در خاک هایی با بافت سنگین و خاک هایی با مواد آلی بالا به طور معنی داری افزایش می دهد. از آنجا که هیچ مشاهده ای دال بر این موضوع که EC ، PH و میزان نمک موجود در خاک می تواند تأثیری بر روی عملکرد سورفاکتنت ها داشته باشند، به دست نیامده است پس، همیشه می توان از این خصوصیت سورفکتنت ها بهره گرفت. به این ترتیب می توان بخش قابل توجهی از آبی که در اثر تأخیر در نفوذ به درون خاک و یا ناتوانی خاک در نگهداری آب تبخیر شده و از دسترس گیاه خارج می شود، کاسته می شود.

مدت اثر مويانها :

تاثیر مویان ها و به طور کلی Weting agent ها بر روی خاک همیشگی و طولانی مدت نیست و استفاده از آنها در غلظت ها و یا مقادیر زیاد در هر نوبت موجب طولانی تر شدن اثر آنها نمی شود زیرا از طرفی سورفاکتنت ها در عرض سه ماه تجزیه میکروبی شده و از خاک خارج می شوند و از طرف دیگر ، از آنجا که با تجزیه مواد آلی موجود در خاک دائما مواد آب گریز تولید می شود ، پس از گذشت مدتی اثر مواد سورفکتنت در خاک از بین می رود. از این رو بهترین حالت پیشنهاد شده برای چگونگی مصرف سورفاکتنتها استفاده از آنها در دفعات بیشتر و میزان کمتر است. مصرف ۲۵۰ میلی لیتر در ۱۰۰ متر مربع در ماه بالاترین بازده را در مصرف آب دارد.

مضرات سورفاکتنت ها

الف – خارج شدن آب از دسترس ریشه با مصرف بیش از حد از آنها

ب – سست شدن و از بین رفتن خاک دانه های خوب خاک

ج – کاهش در حل شدن مواد مغذی در خاک

تأثیر سورفاکتنتها بر گیاهان

آزبورن در سال ۱۹۶۷ بر روی اثرات سورفکتنت بر میزان جوانه زنی و استقرار گیاهچه در خاک های دافع آب مطالعه نمود و دریافت که سورفاکتنتها هم جوانه زنی و هم استقرار گیاهی را از طریق افزایش مقدار رطوبت در دسترس ، افزایش می دهند. همچنین Kostka با بررسی بر روی مناطقی که چمن کاری شده نشان داد که می توان با استفاده از سورفاکتنتها با کاهش دفع آب توسط خاک و بالابردن آب قابل دسترس برای گیاه، باعث افزایش کارایی و یکنواختی چمن شد. اما در بررسی های انجام شده بر روی جذب ، تجزیه مولکولی ، جابه جایی و تاثیر سورفکتنتها بر روی رشد گیاهان مشاهداتی مبنی بر اثرات سمی سورفکتنت ها بر روی گیاهان بدست آمده است. در این بررسیها که بر روی گیاه جو انجام شد مشخص شد که ۱٪ از سورفکتنت مورد استفاده در خاک ، توسط گیاه جذب می شود. که تاثیرات منفی بر رشد گیاه دارد. برای مثال تحقیقاتی که بر روی تاثیر سورفکتنتها بر روی وزن ریشه و درصد منافذ ریشه جو انجام شد نشان داد که غلظت ppm 100 از سورفاکتنت باعث کاهش ۳۲٪ وزن ریشه می شود. از طرف دیگر درصد منافذ ریشه نیز تحت تاثیر سورفاکتنت ها قرار می گیرد به طوری که از ۱۳٪ در ppm 20 به ۹٪ در ppm 80 می رسد. که این میزان در ppm 100 به 4.5% می رسد. بررسی های انجام شده برای مشاهده تاثیر سورفاکتنت در عدم مصرف (شاهد) ، 0.36 ، 0.71 ،1.42 ، L Ha-1 بر روی سویا مشخص شد که در تیمار L Ha-1 0.36 به خاطر بهبود شرایط آبیاری ۳۷٪ افزایش عملکرد نسبت به شاهد بدست آمد. اما با 0.71% و 1.42 لیتر در هکتار از میزان عملکرد کاسته شد. در این ضمینه آزمایشات متعددی نیز بر روی تک لپه ای ها مانند جو ، لولیوم ، آگروتیس ، چمن ، فستوکا و پنجه مرغی انجام شد که نشان دهنده تاثیرات سمی سورفاکتنت بر روی آنهاست. البته چگونگی اثر سورفکتنت ها بر روی گیاهان به طور دقیق تعیین نشده ولی مشاهدات سیتولوژیکی این احتمال را میدهد که این اثرات بر روی دیواره سلولی گیاهان باشد.

تأثیر سورفکتنتها بر شوری

از انجام تحقیقات و آزمایشات مختلف طی سال ها بر روی خاک، این نتیجه حاصل شده است که بهترین، موثرترین و کم هزینه ترین روش برای کاستن از شوری خاک ، استفاده از آب شیرین از طریق آبشویی است و از آنجایی که املاح موجود در خاک که تحت عنوان نمک خوانده می شوند حلالیت بالایی در آب دارند، بنابراین استفاده از آب برای شستشو و خارج کردن آنها از محل ریشه بهترین راه است.

یکی از روش های متداول برای آبشویی خاک استفاده از کلسیم برای افزایش اندازه ی خاکدانه ها و سپس آبیاری زمین با آب شیرین است. در این روش با افزایش زهکشی زمین، آبشویی با سرعت بالایی انجام می شود و از طرفی با تبادل کاتیونی صورت گرفته که به صورت جایگزینی کلسیم به جای سدیم و پتاسیم در کلوییدهای خاک است این شستشو انجام می شود اما از این روش برای میزان پایین شوری استفاده می شود و روی خاک های با شوری بالا موثر نیست.

با این که تا به حال هیچ تحقیق یا مشاهده ی مستقیمی دال بر تاثیر سورفاکتنتها بر شوری خاک بدست نیامده اما از روی خصوصیات سورفکتنتها و نتایج حاصل از مشاهدات پژوهش های علمی دیگر که در آنها از این ترکیبات استفاده شده، می توان در این ضمینه نیز استدلال کرد. برای مثال در آزمایشی که Ephraim Koren برای شستشوی دو ماده ی Trifluralin و Oryzalin از خاک با سورفاکتنت در سال ۱۹۷۲ انجام داد متوجه شد که سورفاکتنتها موجب افزایش عمق نفوذ آب درون خاک می شود. با در نظر گرفتن نتایج این آزمایش و همچنین دانستن این مطلب که ترکیبات سورفکتنت هیچ تأثیری بر روی میزان حلالیت نمکهای خاک در آب ندارند می توان به این نتیجه رسید که به احتمال فراوان با استفاده از سورفاکتنتها می توان موجب بهبود آبشویی نمکها از خاک و خارج کردن نمکها از محدوده رشد ریشه شد. در استفاده از آب های شور در کشاورزی نیز چند نکته باید مورد توجه قرار گیرد. در تمامی موارد استفاده از آبهای شور با غلظت های مختلف دو مورد مشترک است و آن استفاده از آب های شور در شرایط آبشویی و زهکشی مناسب است که در صورت نبود زهکشی مناسب می توان آن را با سورفکتنتها جبران کرد.

نگارندگان : معصومه رئیس میرزائی ، على نخ زری مقدم