اشاره:
آن‌چه در پي مي‌آيد مقاله‌ي «زئوليتهاي طبيعي و كاربرد آنها در خاك» از مجموعه‌ي مقالات آشنايي با مفاهيم خاكشناسي است كه توسط گروه كشاورزي سرويس مسائل راهبردي خبرگزاري دانشجويان ايران تدوين شده است.
در سال‌هاي اخير به‌دليل مشكلات مصرف بي‌رويه‌ي نهاده‌هاي شيميايي در صنعت كشاورزي و روش‌هاي رايج توليد محصولات غذايي، توسعه‌ي سازوكار‌هاي كشاورزي پايدار مورد توجه بوده و در اين راستا كاربرد مواد معدني طبيعي به‌منظور بهبود باروري، اصلاح ساختمان فيزيكي و شيميايي خاك كه منجر به افزايش ظرفيت نگهداري آب در خاك نيز مي‌شود، توصيه شده است. زئوليت‌ها امروزه، يکي از پرکاربردترين مواد با منشا طبيعي در همين راستا هستند که به‌دليل دارا بودن ويژگي‌هاي منحصر به فرد خود، به صورت گسترده در سطح جهاني مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
سرويس مسائل راهبردي ايران ضمن اعلام آمادگي براي بررسي دقيق‌تر نياز‌هاي خبرنگاران و سياست‌پژوهان محترم، علاقه‌مندي خود را براي دريافت( isnakeshavarzi@yahoo.com) مقالات دانشجويان، پژوهشگران، حرفه‌مندان، مديران و سياست‌گذاران محترم و پيشنهادات آن‌ها در ارائه‌ي عناوين جديد مقالات و يا تكميل يا ويرايش مقالات منتشرشده، اعلام مي‌كند.
در ادامه متن كامل اين گزارش به حضور خوانندگان گرامي تقديم مي‌گردد. 

زئوليت‌ها، خانواده‌ي بزرگي از كاني‌هاي آلومينوسيليكاتي را تشكيل مي‌دهند، هر چند استفاده از آن‌ها سابقه‌اي ديرينه دارد اما تاريخچه‌ي مكتوب دراين باره از سال 1756 هنگامي‌كه كرونستد معدن‌شناس سوئدي، اولين زئوليت (استيلبيت) را كشف كرد، شروع مي‌شود. او در بررسي‌هاي خود متوجه شد كه ‌گروهي از مواد معدني را کشف کرده که با حرارت ديدن بـخـاراتي آزاد كـرده و جوشان بـه نـظـر مي‌رسـند، بنابراين آنها را زئوليت ناميد كه از دو كلمه‌ي يوناني «Zeo» به معناي جوشان و «Lithos» به معناي سنگ، تشكيل شده است.
اگرچه اين كاني‌ها از قرن 18 ميلادي براي دانشمندان و معدن‌شناسان شناخته شده بودند، اما تا حدود 70 سال پيش پژوهش علمي و عملي قابل توجهي بر روي آن‌ها انجام نشده بود؛ بعدها پس از شناخت خواص فيزيكوشيميايي منحصر به فرد آن‌ها، توجه بسياري از پژوهش‌گران به اين رشته‌ي علمي جلب شد به‌طوري كه طي 30 سال گذشته، گسترش فوق‌العاده‌اي در زمينه‌هاي گوناگون علم زئوليت پديد آمده است.
زئوليت‌ها در اصل آلومينوسيليكات‌هاي هيدراته‌ کريستاله عناصر گروه I و II اصلي جدول تناوبي هستند كه به دو صورت طبيعي و مصنوعي در دسترس مي‌باشند. تاکنون بيش از 50 نوع زئوليت طبيعي و متجاوز از 150 نوع زئوليت مصنوعي شناخته شده‌اند؛ شبكه‌ي زئوليت‌ها از نظر ساختاري متشكل است از شبكه‌ي سه بعدي بي ‌پاياني از چهار وجهي‌هاي SiO4 و AlO4 (واحدهاي آلومينوسيليكاتي) كه توسط اتم‌هاي اكسيژن به‌هم متصل شده‌اند. 
به ازاي هر چهار وجهي AlO4 كه در شبكه موجود است، يك بار منفي در شبكه ايجاد خواهد شد. سيليسيم به صورت كاتيون Si4+ و آلومينيم به صورت كاتيون Al+3 است، بارهاي منفي حاصل به‌وسيله‌ي كاتيون‌هاي متحرک موجود در شبكه خنثي مي‌شوند؛ شبكه داراي كانال‌ها و يا حفره‌هاي متصل به‌هم است كه به وسيله‌ي آب و كاتيون‌ها اشغال مي‌شوند.
كاتيون‌هاي شبكه متحرك هستند و اين تحـــرك خاصـــيت تبادل كــاتيوني را براي زئوليت‌ فراهم مي‌آورد، هم‌چنين زئوليت‌ها به‌دليل داشتن چارچوبي محكم و قوي در شرايط سختي چون دماهاي بالا، محيط‌هاي اسيدي و قليايي، فعاليت ميكروبي، شرايط اكسيداسيون، احيا و حتي در برابر تشعشعات يونيزه كننده‌ي پايدار هستند. هيدراسيون و دهيدراسيون زئوليت‌ها (جذب آب و از دست دادن آب) تغييرات قابل توجهي در ساختمان آنها بوجود نمي‌آورد و نيز به‌دليل عدم تغيير محل كاتيون‌ها در اثر دهيدراسيون، جذب مجدد آب بدون هيچ تغيير ساختماني انجام مي‌شود.

چهار خاصيت مهم زئوليت‌ها كه استفاده‌ي صنعتي و تجاري بالقوه‌ي آنها را باعث مي‌شود عبارتند از:
1. عمل كردن به‌عنوان مبادله كننده‌ي يون
2. پايداري بالاي حرارتي، مكانيكي و شيميايي آنها
3. ظرفيت بالا در انجام واكنش‌هاي كاتاليستي
4. سطح جذب بالا

زئوليت‌ها كاربردهاي گوناگون و گسترده‌اي شامل تبادل يوني، صافي، تصفيه و به‌سازي هوا و حذف بوهاي نامطبوع، غربال شيميايي، برطرف كردن سختي آب و جذب گاز دارند؛ بنابراين جدا از بحث کشاورزي در صنايع مختلف، نيز داراي کاربردهاي وسيعي هستند که در ادامه فهرست ‌وار كاربرد آنها را در صنايع گوناگون آمده است:
• استفاده در ذخيره‌سازي گازها
• حامل موادشيميايي واكنش دهنده
• كاربرد در تكنولوژي هسته‌اي
• كاربرد در تصفيه و بهسازي هوا
• كاربرد در استفاده از انرژي خورشيدي
• كاربرد در شوينده‌هاي خانگي
• استفاده در عمليات اطفا حريق
• کاربرد در صنايع کاغذ سازي
• کاربرد در توليد سيمان و آجر
• در صنعت رنگ با خاصيت ضد خورندگي
• فلوئور و گوگرد زدايي پسماندهاي صنعتي
• بازيافت مس از پسماندها
• حذف جيوه و متيلن بلو، فلزات سنگين و آمونيوم
• تصفيه فاضلاب

*کاربرد کلينوپتيلوليت در کشاورزي*

تحقيقات مقدماتي درباره‌ي کاربرد زئوليت در کشاورزي، در سال 1960 در ژاپن آغاز شد و از دهه‌ي 1970 که بحث زئوليت در آمريکا مراحل آزمايشي را طي مي‌کرد تا امروز که استفاده از زئوليت‌ها در کشاورزي در بسياري از کشورها حتي ارمنستان و ترکيه بحثي شناخته شده و کاربردي است. تا جائي‌که سازمان هوا فضاي آمريکا (ناسا) از زئوليت‌ها براي کشت و کار در فضا به‌عنوان کشاورزي در فضا يا Astor Culture استفاده کرد.
كلينوپتيلوليت، فراوان‌ترين و پرمصرف‌ترين زئوليت طبيعي است كه در رسوبات كه منشأ آتشفشاني دارند يافت مي‌شود، بيشترين ذخاير زئوليت‌هاي طبيعي ايران نيز مربوط به اين نوع زئوليت مي‌باشد. چنين رسوباتي داراي اهميت تجاري هستند زيرا توف‌هاي كلينوپتيلوليتي درجه‌ي خلوص مطلوبي داشته و مي‌توانند به راحتي استخراج شوند.
خصوصيات بي‌نظير زئوليت‌هاي طبيعي از جمله کلينوپتيلوليت مانند تبادل کاتيوني، جذب، آبگيري و آب‌دهي، خصوصيات کاتاليکي و فراواني آنها در رسوبات سطح زمين و نزديک به سطح زمين استفاده از آنها را در دامنه‌ي متنوعي از فرآيندهاي کشاورزي به‌عنوان کودهاي کند رها، اصلاح کننده‌هاي خاک، مکمل جيره‌هاي غذايي دام، طيور و آبزيان، حامل حشره کش‌ها، علف کش‌ها و قارچ کش‌ها، عامل کنترل رطوبت و بو در تهيه‌ي کودهاي حيواني، عامل حذف آمونياک و هوادهي و توليد اکسيژن در سيستم‌هاي پرورش آبزيان، عامل حذف آفلاتوکسين از تغذيه‌ي دام، طيور و نيز محصولات کشاورزي و نيز افزايش انبارداري محصولات کشاورزي تسريع کرده است.

*کاربردهاي کلينوپتيلوليت در خاک*

بدون شک يکي از جنبه‌هاي مهم استفاده از زئوليت‌هاي طبيعي به‌ويژه کلينوپتيلوليت در کشاورزي، کاربرد آنها در خاک، به‌عنوان بستر کشت و کار مي‌باشد. همان‌گونه که مينگ و مومپتون، دو تن از متخصصان انجمن علوم خاک آمريکا در سال 1989 پيش بيني کردند، امروزه خاک‌شناسان بيش از هر زماني روي جنبه‌هاي مختلف مينرال‌هاي زئوليت، به‌عنوان يکي از اجزاي طبيعي پيکره‌ي خاک و در راستاي افزايش توليدات گياهي و حيواني درحال مطالعه هستند.
کاربرد کلينوپتيلوليت در خاک مزاياي متعددي دارد که به صورت خلاصه در ادامه به آن اشاره مي‌شود:

• راندمان کودي

کلينوپتيلوليت راندمان مصرف کود را بالا برده و در نتيجه باعث افزايش رشد گياه و عملکرد مي‌شود، براي نمونه تحقيقي نشان داد کاربرد زئوليت به ميزان 4- 8 تن در ايکر باعث افزايش 13- 38درصد عملکرد سيب مي‌شود. زئوليت اضافه شده به کود باعث نگهداري عناصر غذايي و در نتيجه باعث بهبود کيفيت خاک براي مدت طولاني مي‌شود. از مهمترين عناصري که توسط زئوليت‌ها در خاک حفظ مي‌شوند، مي‌توان نيتروژن، پتاسيم، کلسيم، منيزيم و عناصر کم مصرف را نام برد. از آنجاکه حداکثر تلفات کودي در خاک‌هاي شني و در اثر از بين رفتن قابليت نگهداري عناصر غذايي بروز مي‌کند، زئوليت‌ها اين عناصر را در ناحيه‌ي ريشه حفظ کرده تا در شرايط کمبود، آنها را در اختيار گياه قرار دهند و در نتيجه باعث افزايش راندمان کودهاي ازته و پتاسه از طريق افزايش دوره‌ي فعاليت آنها در خاک و درنهايت افزايش عملکرد محصول از اين طريق، مي‌شوند.

• جذب گازها

زئوليت‌هاي طبيعي قادر به جذب انواع گازها همانند HCHO ,Xe ,Kr ,Ar ,SO2 ,NH3 ,H2S ,He ,H2O ,N2 ,H2 ,O2 ,CO2 ,CO CH3OH و... مي‌باشند. اين مينرال‌ها به‌طور عمده گازهاي NH3 و H2S را جذب کرده و مانع از توليد بوهاي نامطبوع مي‌شوند. هم‌چنين جذب آمونيوم توسط زئوليت‌ها، اين مينرال‌ها را به کودهاي کندرهاي غني از موادغذايي تبديل کرده است.
رشد محصولات در خاک‌هاي حاوي مقادير بالاي سرب، کادميوم و مس، مي‌تواند توسط قابليت جذب بالاي زئوليت‌ها، مصون بماند. تحقيقات نشان مي‌دهد کاربرد زئوليت، جذب S90 به وسيله گياهان را به مقدار زياد کاهش مي‌دهد.

• جذب آب

زئوليت‌ها به‌دليل منافذ زياد ساختماني، قادر به جذب آب تا 60درصد وزن خود هستند و مولکول‌هاي آب بدون اين‌که به ساختمان کريستالي مينرال آسيبي بزنند، مي‌توانند به‌راحتي تبخير يا مجدداً جذب شوند، زئوليت‌ها هم‌چنين باعث تسريع خيس شدن و گسترش جانبي رطوبت در ناحيه‌ي ريشه در حين آبياري مي‌شوند. به‌علاوه قابليت جذب بالا، زئوليت‌ها را به‌عنوان حاملين قوي آفت‌کش‌هاي کشاورزي تبديل کرده است. کاربرد زئوليت در خاک هم‌چنين باعث افزايش نفوذ آب در خاک، کاهش رواناب و در نتيجه منجر به کاهش فرسايش خاک مي‌شود که بسيار حائز اهميت است.

• تبادل يوني

زئوليت‌هاي داري بار منفي، قابليت نگهداري و جذب کاتيون‌هايي همانند سديم، پتاسيم، باريم، کلسيم، آمونيوم و گروه‌هاي باردار همانند آب، آمونياک، کربنات‌ها و نيترات‌ها را دارند. کاتيون‌هاي فلزي قليايي و قليايي خاکي نيز قادرند توسط زئوليت‌ها جذب ‌شوند. در سال1986 با وقوع فاجعه چرنوبيل و پخش مقدار زياد ازمواد راديواكتيو در محيط، امکان استفاده از زئوليت‌ها جهت جمع آوري مواد راديو اكتيو، به ويژه سزيم، مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت چندين فرآيند زئوليتي به منظور مقابله با اين فاجعه، مورد استفاده قرار گرفت.

• به‌ساز خاک

به‌سازهاي خاک مي‌توانند جهت اصلاح بسياري از مشکلات فيزيکي و شيميايي خاک استفاده شوند و بر اساس تعريف به هر ماده‌ي طبيعي يا مصنوعي اطلاق شده که براي بهبود رشد گياه به خاک اضافه مي‌شود شامل: آهک، گچ، کمپوست ، خاک اره و زئوليت...
اهميت توليد به‌سازهاي خاک بر پايه‌ي زئوليت‌ها به حدي بوده که محققين سازمان فضايي سازمان هوا- فضاي آمريکا، به‌سازي با نام تجاري ZeoPro تهيه کرده که داراي بيش از 90درصد زئوليت طبيعي و کمتر از 10درصد کلسيم هيدروکسي آپاتايت و گفته شده مزاياي زيادي داشته و 50 تا 75 درصد مصرف کود را کاهش مي‌دهد.
بنابراين حفظ و اضافه کردن زئوليت به خاک باعث کاهش قابل توجه هزينه هاي آب و کود مصرفي به دليل نگهداري عناصر غذايي در ناحيه ريشه، مي‌شود.
هم‌چنين ساختمان متخلخل زئوليت باعث بهبود تهويه و رطوبت خاک براي مدت طولاني مي‌شود، در نتيجه زئوليت‌ها مي‌توانند موجب افزايش رشد ميکروارگانيسم‌ها در خاک و نيز افزايش مقاومت گياهان در مقابل تنش‌ها همانند خشکي، کمبود عناصر غذايي و عوامل بيماري‌زا شوند. زئوليت کمي خاصيت قليايي دارد، بنابراين استفاده آن در خاک باعث بافري شدن pH خاک و عدم نياز به مصرف آهک مي‌شود، به‌علاوه تحقيقات نشان داده زئوليت در تشکيل ترکيبات با ارزش هوموسي در خاک شرکت مي‌کند. زئوليت‌ها مي‌توانند باروري خاک‌هاي اسيدي شني را براي کشت‌هاي پي در پي حفظ کنند. اين مينرال، در زمين‌هاي گلف و ميادين ورزشي، که هزينه هاي آبياري و نگهداري بيشتر مورد توجه است، بسيار پر کاربرد است.

• کيفيت محصول

امروزه آلودگي فلزات سنگين مناطق وسيعي از خاک‌هاي دنيا را تحت تاثير قرار داده و در اين ارتباط مشکلات زيادي در ارتباط با انتقال فلزات سنگين به محصول و در نهايت به زنجيره غذايي به وجود آمده است. يکي از روش‌هاي کم هزينه و کارا در کاهش آلودگي خاک و جلوگيري از ورود فلزات سنگين به زنجيره‌ي غذايي استفاده از زئوليت‌ها به شکل استفاده مستقيم يا به همراه کودها از جمله کمپوست در خاک است.
تحقيقات نشان داده کاربرد کلينوپتيلوليت مانع از تجمع کادميوم، سرب و روي به ترتيب تا 72، 81 و 41درصد مي‌شود و مانع از جذب آنها توسط گياه يا آلودگي آب‌هاي زيرزميني مي‌شود.

*نتيجه گيري*

با توجه به نياز كنوني کشاورزي به توجه به اصول بوم شناختي و به‌منظور جلوگيري از گسترش روز افزون مصرف نهاده‌هاي شيميائي، به کارگيري مواد طبيعي فاقد اثرات سمي از جمله زئوليت‌ها مي‌تواند مورد توجه قرارگيرد.
باتوجه به فراواني معادن و ذخاير زئوليتي ايران (دومين ذخاير نهشته‌هاي ايران پس از آهن) و در دسترس بودن آن، جا دارد با انجام طرح‌هاي تحقيقاتي در زمينه‌هاي گوناگون، دانش و تکنولوژي به‌کارگيري اين مينرال‌هاي جادويي را بومي کرده و با کاهش مصرف سموم و کودهاي شيميايي در کشاورزي و حفظ تعادل محيط زيست، به سمت کشاورزي پايدار گام برداريم.
بنابراين مصرف زئوليت‌ها، به‌عنوان بهساز طبيعي خاک و به عنوان مکمل كودهاي شيميايي، در جهت افزايش عملكرد كمي ‌و كيفي محصولات کشاورزي، ضرورتي اجتناب ناپذير است.

انتهاي پيام

مهندس مجتبي مهربانيان دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي خاكشناسي دانشگاه تهران
خبرنگارمهندسي كشاورزي سرويس مسائل راهبردي خبرگزاري دانشجويان ايران