نانو کامپوزیت های خاک رس - پلیمر

◄چکيده مقاله :
نانوکامپوزيتهاي خاک رس / پليمر بهبود فوق‌العاده‌اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پرکننده استفاده مي‌شود، ايجاد مي‌کند. اين تکنولوژي که امروزه مي‌تواند کاربرد تجاري نيز پيدا کند، توجه زيادي را طي سالهاي اخير به خود جلب کرده است. عمدة پيشرفت‌هايي که در اين زمينه بوقوع پيوسته، طي پانزده سال اخير بوده و در اين مقاله به اين پيشرفتها و همچنين مزيتها، محدوديتها و برخي مسايل و مشکلات آن خواهيم پرداخت.
◄مقدمه
نانوکامپوزيتهاي خاک رس / پليمر بهبود فوق‌العاده‌اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پرکننده استفاده مي‌شود، ايجاد مي‌کند. اين تکنولوژي که امروزه مي‌تواند کاربرد تجاري نيز پيدا کند، توجه زيادي را طي سالهاي اخير به خود جلب کرده است. عمدة پيشرفت‌هايي که در اين زمينه بوقوع پيوسته، طي پانزده سال اخير بوده و در اين مقاله به اين پيشرفتها و همچنين مزيتها، محدوديتها و برخي مسايل و مشکلات آن خواهيم پرداخت. هر چند اخيراً پيشرفتهاي عمده‌اي در توسعة روشهاي سنتزي و کاربرد آنها در پليمرهاي مهندسي صورت گرفته و تحقيقاتي نيز در مورد خيلي از خواص مهندسي آنها صورت گرفته، ولي با اينحال، براي فهميدن مکانيزم‌هايي که باعث افزايش کارايي در نانوکامپوزيتهاي مرسوم به الياف تقويت مي‌شوند، مزيتها و امتيازاتي دارد، ولي هنوز نتوانسته تاثيري در بازار کامپوزيتهايي که در آنها جزء اليافي درصد بالايي دارد، ايجاد کند.
موضوع فناوري نانو طي سالهاي اخير بطور فزاينده‌اي مطرح شده است. عرصة نانو، محدوده‌اي بين ابعاد ميکرو و ابعاد مولکولي است و اين محدوده‌اي است که دانشمندان مواد و شيميدان‌ها در آن به مطالعاتي پرداخته‌اند و اتفاقاً مورد توجه آنها نيز قرار گرفته است، مانند مطالعه در ساختار بلورها. ولي تکنولوژي که توسط علوم مواد و شيمي توسعه يافته و به نانومقياس معروف است، نبايد به عنوان نانوتکنولوژي تلقي شود. هدف اصلي در نانوتکنولوژي ايجاد کاربردهاي انقلابي و خواص فوق‌العاده مواد، با سازماندهي و جنبش آنها و همچنين طراحي ابزار در مقياس نانو مي‌باشد.
◄تعريف :
نانوکامپوزيت‌هاي خاک¬رس / پليمر يک مثال موردي از نانوتکنولوژي هستند. در اين نوع مواد، از خاک¬رس‌هاي نوع اسمکتيت (Smectite-type) از قبيل هکتوريت، مونت موريلونيت و ميکاي سنتزي، به عنوان پرکننده براي بهبود خواص پليمرها استفاده مي‌شود. خاک¬رس‌هاي نوع اسمکتيت، ساختاري لايه‌اي دارند و هر لايه، از اتمهاي سيليسيم کوئورانيه شده بصورت چهار وجهي که به يک صفحه هشت وجهي با لبه‌هاي مشترک از Al(OH) 3 يا Mg(OH) 2 متصل شده، تشکيل شده است. با توجه به طبيعت پيوند بين اين اتمها، انتظار مي‌رود اين مواد خواص مکانيکي فوق‌العاده‌اي را در جهت موازي اين لايه‌ها نشان دهند ولي خواص مکانيکي دقيق اين لايه‌ها هنوز شناخته نشده‌اند. اخيراً با استفاده از روشهاي مدل‌سازي تخمين زده شده که ضريب يانگ در راستاي لايه‌ها، پنجاه تا چهارصد برابر بيشتر از يک پليمر عادي است. لايه‌ها نسبت صفحه‌اي (aspect ratio) بالايي دارند و هر لايه تقريباً يک نانومتر ضخامت دارد، در حاليکه شعاع آن از سي نانومتر تا چند ميکرون، متفاوت مي‌باشد. صدها يا هزاران عدد از اين لايه‌ها بوسيله يک نيروي واندروالسي ضعيف، روي هم انباشته مي‌شوند تا يک جزء رسي را تشکيل دهند. با يک پيکربندي مناسب اين امکان وجود دارد که رس‌ها را به اشکال و ساختارهاي گوناگوني، درون يک پليمر، به شکل سازمان‌يافته قرار دهيم.
در گذشته، عمدتاً به اين شکل از دانه‌هاي رسي براي افزايش کارايي پليمر استفاده مي‌شود که آنها را در حد ميکروني خرد مي‌کردند تا از آنها در توليد پليمرهاي تقويت شده بوسيله پرکننده‌هاي در اندازه ميکرون، استفاده کنند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده.
مي‌توان تصور کرد که خواص مکانيکي فوق‌العاده لايه‌هاي منفرد در اجزاي خاک¬رس نتوانند در يک سيستم به طرز موثري عمل کنند و پيوندهاي ضعيف بين دو لايه منشاء ايراد در اين کار مي‌باشد. معمول است که از ميزان بالايي از خاک¬رس استفاده شود تا به بهبود کافي هر ضرايب دست يابيم، در حاليکه اين کار باعث کاهش استحکام و سختي پليمر مي‌شود.






شکل 1: اصول کاربردي متفاوت در ساخت ميکرو و نانوکامپوزيت‌هاي رايج
اصلي که در نانوکامپوزيت‌هاي خاک¬رس / پليمر رعايت مي‌شود، اين است که نه تنها دانه‌هاي رسي را از هم جدا مي‌کنند، بلکه لايه‌هاي هر دانه را نيز از هم جدا مي‌کنند (همانطور که در شکل 1 بصورت شماتيک نشان داده شده است) با انجام اين عمل، خواص مکانيکي فوق‌العاده هر لايه نيز بطور موثر بکار مي‌آيد و اين در حالي است که در اجزاي تقويت¬شده نيز بطور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند، زيرا هر جزء رسي خود از صدها تا هزاران لايه تشکيل شده است.
◄ويژگيها نانوکامپوزيت¬هاي خاک رس / پليمر
يکي از دستاوردهاي تحقيقات اين است که مشخص شده که بسياري از خواص مهندسي هنگاميکه از ميزان کمي معمولاً چيزي کمتر از 5% وزني، پرکننده استفاده شود، بهبود قابل توجهي مي‌يابد. در پليمرهايي چون نايلون (nylon6-6) هرگاه از چنين ميزان کمي پرکننده استفاده شود، يک افزايش 103 درصدي در ضريب يانگ، 49 درصدي در قدرت کشساني و 146 درصدي در مقاومت در برابر تغيير شکل بر اثر گرما، از خود نشان مي‌دهد. ساير خواص فيزيکي بهبود يافته عبارتند از: مقاومت در برابر آتش، مقاومت بارير (barrier resistance) و هدايت يوني.
امتياز ديگر نانوکامپوزيتهاي خاک رس / پليمر اين است که تاثير قابل توجهي بر خواص اپتيکي پليمر ندارند. ضخامت يک لايه رس منفرد، بسيار کمتر از طول موج نور مرئي است، بنابراين نانوکامپوزيت‌هاي خاک¬رس / پليمر که خوب ورقه شده باشد، از نظر اپتيکي شفاف مي‌باشد. ميکرو نانوکامپوزيت‌هايي که تصويرشان در شکل 1 نشان داده شده، از ترکيب خاک¬رس و پلي¬پروپيلن و با استفاده از روش سرد کردن سريع جهت به حداقل رساندن اثر کريستاليزاسيون، ساخته شده‌اند. ميکروکامپوزيت‌هاي مرسوم، قهوه‌اي و مات به نظر مي‌رسند، در حاليکه نانوکامپوزيت‌ها تقريباً شفاف و بيرنگند. با اين دلايل، نتيجه مي‌گيريم که نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس/ پليمر نمايش خوبي از نانوتکنولوژي مي‌باشد. با سازماندهي و چينش ساختار کلي در پليمرها در مقياس نانومتر، مواد جديد با خواص نو يافت شده‌اند. نکته ديگر در توسعه نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر اين است که اين تکنولوژي، فوراً مي‌تواند کاربرد تجاري پيدا کند، در حاليکه بيشتر نانوتکنولوژي‌هاي ديگر، هنوز در مرحله مفاهيم و اثبات هستند.

◄كاربردهاي نانوکامپوزيت¬هاي خاک رس / پليمر
اولين کاربرد تجاري اين مواد با استفاده از نانوکامپوزيت خاك¬رس / نايلون 6 بعنوان روکش نوار زمان‌سنج براي ماشينهاي تويوتا در همکاري با ube در سال 1991 بود. به فاصله کمي بعد از آن Unikita نانوکامپوزيت نايلون6 را بعنوان محافظ روي موتورهاي GDI شرکت ميتسوبيشي معرفي کرد. در آگوست 2001، ژنرال موتورز و باسل، کاربرد نانوکامپوزيت‌هاي خاك¬رس / پليمر را بعنوان جزء مکمل COMC ساخاري و شورلت اکستروژن‌ها به همگان اعلام کرد. اين امر با کاربرد اين نانوکامپوزيت‌ها در درب‌هاي شورلت ايمپالاز (Impalas) صورت گرفت.
اخيراً شرکت نوبل پليمرز (Noble/Polymers) نانوکامپوزيت‌هاي خاك¬رس / پلي‌پروپيلن را براي استفاده در صندلي‌هاي هندا آکورد ساخته است و اين در حالي است که Ube دارد نانوکامپوزيت‌هاي خاك¬رس / نايلون12 (clay/nylon-12) را براي استفاده در اجزاي سيستم سوخت‌رساني، توليد مي‌کند.
علاوه بر کاربرد در صنعت خودرو، نانوکامپوزيت¬هاي خاك¬رس / پليمر، به صنايع نوشيدني‌ها نيز راه يافته‌اند. Alcos CSZ نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر چندلايه را در کاربردهاي جديد خود (بعنوان مواد خطي – سدي) (barrier liner materials) بکار مي‌برد. شرکت Honey well محصولات نانوکامپوزيت خاك¬رس / پليمري Aegis TM NC resin را در بسته‌بندي نوشيدني‌ها بکار مي‌برد و اخيراً شرکت‌هاي Mitsubishi Gas Chemical و Nano car، نانوکامپوزيتهاي Nylon-MXD6 را براي ساخت بطري‌هاي چند لايه(polyethylene terephtalate) PET ساخته است.
◄تاريخچه نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر
اگرچه تحقيقات در مورد ترکيب خاك¬رس/ پليمر به قبل از 1980 برمي‌گردد، ولي کارهايي که در آن زمان صورت گرفت را نبايد در تاريخچه نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر به حساب آورد، چرا که هيچگاه به نتيجه چشمگيري براي بهبود خواص فيزيکي و مهندسي آنها ختم نشد. در حقيقت مي‌توان منشاء نانوتکنولوژي خاك¬رس / پليمر را کارهاي شرکت تويوتا که تلاش براي لايه‌لايه کردن دانه‌هاي رسي در نايلون6 شروع شد، دانست. آنها فاش ساختند که توانسته‌اند بهبود قابل توجهي در خواص پليمرها، با تقويتشان بوسيله خاک رس در مقياس نانومتر، ايجاد کنند. از آن موقع به بعد تحقيقات وسيعي در اين زمينه در سطح جهان انجام شده است. در حال حاضر اين بهبودها به ساير پليمرهاي مهندسي از جمله پلي¬پروپيلن (PP) ، پلي¬اتيلن، پلي¬استايرن، پلي¬وينيل کلريد،¬ آکريلونيتريل، پليمرهاي بوتا اي ان استايرن (ABS) ، پلي¬متيل متاکريلات، PET ، کوپليمرهاي اتيلن سوينيل استات، پلي¬اکريلونيتريل، پلي¬کربنات، پلي¬اتيلن اکسيد (PEO) ، اپوکسي رزين، پلي¬اميد، پلي¬لاکتيد، پلي¬کاپرولاکتون، فنوليک رزين، پلي¬پي¬فنيلن وينيلن، پلي¬پيرول، لاستيک، استارک (آهار)، پلي¬اوراتان، پلي¬وينيل پيريدين، سرايت کرده.
◄تکنولوژي ساخت نانوکامپوزيت¬هاي خاک¬رس / پليمر
مرحله نهايي در ساخت نانوکامپوزيت¬هاي خاك¬رس / پليمر، جدا جدا کردن لايه‌هاي رسي و پخش آن در پليمر مي‌باشد. استراتژي کار بستگي دارد به سازگاري و همگون بودن رس و پليمري که استفاده مي‌شود. اين تعيين مي‌کند که آيا نياز به عمليات مقدماتي روي خاك¬رس يا پليمر قبل از مخلوط کردن هست يا نه. اگر سطح لايه‌هاي سيليکاتي با پليمر، سازگار و همگون باشد، اختلاط مستقيم بين اين دو مي‌تواند اتفاق بيفتد، بدون اينکه نياز به عمليات مقدماتي باشد. چنين مواردي بيشتر وقتي اتفاق مي‌افتد که پليمر قابل حل در آب، مانند PEO يا PVP استفاده کنيم، چرا که اين پليمرها و سطح لايه‌هاي سيليکات، هر دو آبدوست هستند و نيروهاي دوقطبي يا وان‌دروالسي بين لايه‌هاي سيليکات، باعث سهولت جذب مولکولهاي آبدوست و ايجاد فشارهاي عمودي روي لايه مي‌شود که در نتيجه باعث جداکردن تک‌تک لايه‌هاي رسي در اين پليمرها مي‌گردد.
اما به هر حال، بيشتر پليمرها آب گريز و در نتيجه با دانه‌هاي رسي آبدوست، ناسازگار هستند. در اين موارد نياز به يکسري عمليات مقدماتي روي خاک¬رس يا پليمر داريم. پرکاربردترين روش‌هاي براي اصلاح دانه‌هاي رسي، استفاده از آمينواسيدها، نمکهاي آمونيم آلي و يا فسفونيم تترا ارگانيک‌هاست تا سطح آبدوست رس‌ها را به آب گريز تبديل کنيم. دانه‌هاي رسي که به اين روش اصلاح مي‌شوند، ارگانوکلي ناميده مي‌شوند. در مورد پليمرهايي که فاقد هرگونه گروه عاملي مي‌باشند، مانند پلي¬پروپيلن (PP) ، معمولاً از تکنيک¬هاي افزودن گروه عاملي قطبي روي زنجيره پليمري استفاده مي‌شود و يا اينکه در طي فرآيند ساخت، پليمرهاي پيوند خورده را بصورت مستقيم وارد مي‌کنند. مثلاً در نانوکامپوزيت¬هاي رسي / پلي¬پروپيلن (clay PP) از مالئيک اسيد پيوند خورده به پلي¬¬پروپيلن، بصورت مستقيم استفاده شده است. در طي پيشرفتهاي اخير، از مخلوطي که پلي پروپيلن، پروپيلن پيوند خورده با مالئيک ايندريد و ارگانوکلي استفاده شده است.
روشهاي زيادي در توليد نانوکامپوزيتها استفاده شده، ولي سه روشي که از ابتداي کار توسعه بيشتري يافته‌اند عباراند از: پليمريزاسيون in situ ، ترکيب محلول القاشدن و فرآيند ذوبي .
روش اينسيتو عبارت است از وارد نمودن يک پيش ماده پليمري بين لايه‌هاي رسي و آنگاه پهن کردن و سپس پاشيدن لايه‌هاي رسي درون ماده زمينه (matrix) با پليمريزاسيون. ابتکار اين روش بوسيله گروه تحقيقاتي شرکت تويوتا بود و زماني رخ داد که مي‌خواستند نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر6 را بسازند. اين روش قابليت و توانايي توليد نانوکامپوزيتهايي با لايه لايه شدگي خوب را دارد و در محدوده وسيعي از سيستم¬هاي پليمري، کاربرد دارد. اين روش براي کارخانه‌هاي پليمر خام مناسب است تا در فرآيندهاي سنتزي پليمر، نانوکامپوزيت‌هاي رسي / پليمر بسازند و مخصوصاً براي پليمرهاي ترموستينگ (پليمرهايي که در برابر گرما مستحکم‌تر مي‌شوند) بسيار مفيد است.
روش ترکيب محلول القا شده (solution induced interceletion) از يک حلال براي بارگيري و پخش رس‌ها در محلول پليمري استفاده مي‌شود. اين روش هنوز مشکلات و موانع زيادي را در راه توليد تجاري نانوکامپوزيت‌ها پيش رو دارد. قيمت بالاي حلالهاي مورد نياز و همچنين مشکل جداسازي فاز حلال از فاز محلول توليد شده، از جمله اين موانع هستند. همينطور در اين روش، نگرانيهايي از نظر امنيت و سلامتي وجود دارد . با اين وجود اين روش در مورد پليمرهاي محلول در آب قابل اجرا و مقرون به صرفه است، بخاطر قيمت پايين آب که بعنوان حلال استفاده مي‌شود و همچنين امنيت بيشتر و خطر کمتر آن براي سلامتي.
در روش فرآيند ذوبي، ترکيب خاك¬رس و پليمر در حين ذوب شدن انجام مي‌شود. بازده و کارآيي اين روش به اندازه روش اينسيتو نيست و کامپوزيتهاي توليد شده، ورقه‌ورقه شدگي کمي دارند. به هر حال اين روش مي‌تواند در صنايع توليد پليمر قديمي که در آنها از روشهاي قديمي مانند قالبگيري و تزريق (Extrution and injection molding) استفاده مي‌شود، بکار رود و اتفاقاً نقش مهمي در افزايش سرعت پيشرفت توليد تجاري نانوکامپوزيت‌هاي رس / پليمر ايفا کرده است.
علاوه بر اين سه روش با روش‌هاي ديگر نيز در حال توسعه هستند که عبارتند از: ترکيب جامد، کوولکانيزاسيون و روش سل-ژل. اين روشها بعضاً در مراحل ابتدايي توسعه هستند و هنوز کاربرد وسيع پيدا نکرده‌اند.
◄رقابت نانوکامپوزيت¬هاي خاک¬رس / پليمر با کامپوزيتهاي اليافي
با پيدا شدن سروکله تکنولوژي نانوکامپوزيت، جهشي در زمينه تقويت پليمرها بوجود آمده، و معقول به نظر مي‌رسد که فکر کنيم نانوکامپوزيت¬هاي خاك¬رس / پليمر، بتوانند جاي کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف مرسوم را بگيرند.
از نظر تئوري، تقويت پليمرها در مقياس نانويي، امتيازات برتري نسبت به کامپوزيتهاي تقويت¬شده با الياف دارند. ضعف کامپوزيت¬هاي تقويت شده با الياف، در واقع يک شکست در راه استفاده مفيد از خواص ذاتي و طبيعي مواد است. مثلاً سعي مي‌کنيم که با بکارگيري پيوندهاي قوي کووالانسي و استفاده از صفحه‌هاي آروماتيک ساختار گرافيتي، مواد کربني را مستحکم‌تر کنيم. در حاليکه الياف کربني که امروزه استفاده مي‌شود، تنها 3 تا 4 درصد استحکام نظري صفحات آروماتيک را به دست مي‌دهند. عدم اتصال داخلي بين صفحات آروماتيک در ساختار الياف کربني، مانع دستيابي به استحکام مطلوب مواد مي‌شود، در حاليکه اين مشکل در مورد نانوکامپوزيتهاي تقويت¬شده با پرکننده‌هاي لايه‌اي وجود ندارد. هنگاميکه از پرکننده‌هاي لايه‌اي و ورقه‌اي در زمينه پليمري استفاده مي‌شود، اتصالات و پيوندهاي داخلي بوجود آيد و بنابراين حداکثر استفاده از خواص ذاتي و طبيعي لايه‌هاي منفرد مي‌شود.
در حقيقت خواص مکانيکي بدست آمده، در بهترين نانوکامپوزيت‌هاي خاك¬رس / پليمر بسيار کمتر از کامپوزيتهايي است که از درصد بالايي الياف، براي تقويت استفاده مي‌کنند. در حال حاضر بيشترين پيشرفتها و بهبودها در خواص مکانيکي نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / نايلون6 بدست آمده که در آنها 4 درصد وزني از خاك¬رس بارگذاري شده است. شکل 2 ضريب و قدرت کشساني اين نانوکامپوزيت را با نايلون 60 و نايلون 60 تقويت شده با 48 درصد وزني، الياف خرده شيشه‌اي نشان مي‌دهد. مشاهده مي‌شود که بهترين نانوکامپوزيت خاك¬رس / پليمري، هنگاميکه حجم بالايي از جز را تقويت‌کننده اليافي مطرح باشد، نمي‌تواند با کامپوزيتهاي اليافي همساني و رقابت کند. به منظور دستيابي به خواص مکانيکي بهتر عناصر تقويت‌کننده بيشتري در نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر مورد نياز است، در حاليکه چنين کاري غيرممکن است. زيرا هنگاميکه عمل لايه لايه شدن اتفاق مي‌افتد، سطح تماس لايه‌هاي رسي صدها و بلکه هزاران برابر مي‌شود و اين باعث مي‌شود که مولکولهاي پليمر کاني، براي خيس کردن تمام سطح تقويت‌کننده‌هاي رسي نداشته باشيم.

شکل 2
در هر حال، هنگاميکه بحث استفاده از درصد پايين پرکننده مطرح باشد، در اين حالت نانوکامپوزيت‌هاي خاك¬رس / پليمر را با کامپوزيتهاي تقويت شده بوسيله الياف، مقايسه کنيم، مي‌بينيم که نانوکامپوزيتها تقويت بهتري را نسبت به کامپوزيتهاي اليافي مرسوم، نشان مي‌دهند. اطلاعات بدست آمده بوسيله تحقيقات Fornes و Panl در مورد ضريب يانگ نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / نايلون6 و کامپوزيت¬هاي نايلون6 تقويت شده با الياف شيشه‌اي در محدوده استفاده از 10 درصد وزني پرکننده، در شکل 3 رسم شده است. مي‌توان مشاهده نمود که نانوکامپوزيتها کارآيي بيشتري را در بهبود ضريب يانگ نسبت به کامپوزيتهاي اليافي نشان مي‌دهند.






شکل 3
از مقايسه بالا مشهود مي‌گردد نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر در محدوده بارگذاري درصد پايين از الياف، امتيازاتي نسبت به کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف دارند و مطمئناً بازار کامپوزيتهاي اليافي مرسوم با حجم پايين از جزء اليافي، با پيشرفت نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمري تحت تاثير قرار خواهد گرفت، ولي فعلاً تابحال، پيشرفت در نانوکامپوزيت¬ها تاثير کمي روي بازار کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف گذاشته است.
◄مشكلات توسعه نانوکامپوزيت¬هاي خاک¬رس / پليمر
علاوه بر پرکننده‌ها، عمده مشکلات پيش¬روي پيشرفت نانوتکنولوژي خاك¬رس / پليمر عبارتنداز: عدم شناخت مکانيزمهاي موثر در افزايش کارايي، به کاربردي پليمرهاي ترموستينگ و عدم پايداري ارگانوکلي‌ها در برابر حرارت.
اگرچه مدل‌سازي‌هاي زيادي در جهت پيشبرد درک از مکانيزم افزايش کارايي عمده خواص فيزيکي و مهندسي در استفاده از نانوکامپوزيت‌هاي خاك¬رس / پليمر انجام شده، ولي هنوز مسافت زيادي را پيش¬رو داريم. به¬عنوان مثال، هنوز خواص فيزيکي مهندسي لايه‌هاي منفرد سيليکات، دقيقا شناخته نشده‌اند. از اين رو مشکل است که يک مکانيزم تقويت‌کننده ايجاد کنيم، و از طرفي، ساختار ذغال باقيمانده ناشي از احتراق نانوکامپوزيت خاك¬رس / پليمر هنوز روشن نيست. بدون آن ممکن نيست مکانيزمي براي ايجاد مقاومت در برابر آتش، براي آن طراحي کنيم. مدل‌سازيها و تحقيقات تجربي اساسي، بايد در جهتي هدايت شود که در آينده اين موانع برطرف شوند.
به کاربردن پليمرهاي ترموستينگ، مشکل عمده ديگري در توسعه نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس / پليمر مي‌باشد. ترکيب خاک¬رس با يک پيش ماده پليمر ترموستينگ مي‌تواند عامليت يک پليمر را تغيير دهد. تغيير در عامليت بر ميزان اتصالات عرضي تاثير مي‌گذارد و بخوبي مشخص است که عمده خواص مهندسي پليمر‌هاي ترموستينگ، تابعي از ميزان تعداد اتصالات عرضي است. با اين وجود گزارش‌هايي هم وجود داشته مبني بر بهبود خواص مکانيکي سيستمهاي پليمري ترموستينگي که ميزان اتصالات عرضي آن پايين بوده است، از جمله اپوکسي رزين با T g پايين و پلي اوراتان‌ها.
آخرين مسئله مستقيماً بر مي‌گردد به نگراني در مورد تجاري‌سازي نانوتکنولوژي خاك¬رس / پليمر، کمبود ارگانوکلي‌هاي پايدار در برابر گرما و نيز از نظر تجاري در دسترس، از موانع ثبت شده در اين مسير هستند. بيشتر ارگانوکلي‌هاي در دسترس، از جايگزيني کاتيون فلزي درون ساختار رس، با نمکهاي آمونياک آلي تهيه مي‌شوند. اين نمکهاي آمونيم در مقابل گرما ناپايدارند و حتي در دماهاي کمتر از 170 درجه سانتيگراد از بين مي‌روند. مسلماً چنين مواد فعال سطحي (سورفکتنت) براي بيشتر پلاستيکهاي مهندسي هنگاميکه از تکنولوژي فرآيند ذوب شدن براي ساختن نانوکامپوزيت‌ها استفاده شود، صاحب نيستند و ساخت نانوکامپوزيتهايي که در آن از ارگانوکلي‌هاي اصلاح شده بوسيله نمکهاي آمونيم بکار رفته، با استفاده از تکنيک‌هاي ديگر، به يک معضل تبديل شده است. اگرچه تعداد زيادي سورفکتنت پايدار در برابر گرما، مثل فسفونيم شناخته شده‌اند، ولي اين سورفکتنت‌ها براي کاربرد تجاري، مقرون به صرفه نيستند. نوآوري‌هايي در جهت اصلاح رس‌هاي آبدوست با استفاده از پليمرها و اليکومرهاي چند عاملي انجام شده تا ارگانوکلي‌هاي پايدار در برابر گرما براي توليد نانوکامپوزيتهاي رس / پليمر بسازند.
◄خلاصه و نتيجه‌گيري:
پيشرفت‌هاي عمده در توسعه نانوکامپوزيت¬هاي خاك¬رس / پليمر به پانزده ساله اخير بر مي‌گردد و مزيتها و محدوديتهاي اين تکنولوژي روشن شده است. با اين حال، تا شناخت مکانيزم‌هاي افزايش کارايي و بهبود خواص مهندسي آنها و اينکه بتوانيم ريزساختارهاي آنها را سازماندهي و چينش کنيم تا به خواص مهندسي ويژه دست پيداي کنيم، راه طولاني در پيش رو داريم.
در مواقعي که از درصد پايين پرکننده استفاده شود، نانوکامپوزيتهاي خاك¬رس/ پليمر اين پتانسيل را دارند تا جايگزين کامپوزيتهاي مرسوم تقويت شده با الياف شوند.

سلامت خاك

خاك پايه و اساس كشاورزي است. اكوسيستم داراي خاك غني عملكرد گياهان زراعي و دام را افزايش مي دهد. عمليات كشاورزي پايدار مي تواند كيفيت خاك اكوسيستم را اصلاح نمايد. سلامت خاك طبق تعريف ظرفيت نوع خاص خاك براي فعاليت در داخل مرزهاي اكوسيستم طبيعي يا پايداري توليد مديريت شده گياه و دام ، حفظ و افزايش كيفيت هوا ، آب و حمايت از سلامت انسان و زيستگاه مي باشد. ماده آلي خاك براي حفظ سلامت و ساختمان خاك ، كاهش فرسايش خاك و افزايش عناصر غذايي و راندمان استفاده از آب مهم مي باشد. هم چنين ماده آلي براي ميكروارگانيزم هاي خاك منبع كربن ( انرژي ) فراهم مي كند. مقدار ماده آلي خاك بايستي حفظ يا افزايش يابد تا سطح موازنه نوع خاص خاك رضايت بخش باشد. ماده آلي از كودهاي حيواني ، كمپوست ، الحاق بقاياي گياهي و يا گياهان پوششي تناوب زراعي بدست مي آيد.

تخريب ساختمان و حاصلخيزي خاك در دراز مدت ممكن است در اثر فشردگي خاك مخصوصا" در سيستم كشت مكانيزه بوجود آيد. كاهش حاصلخيزي خاك ممكن است ناشي از تغييرات ساختمان خاك ، PH خاك ، وضع غذايي خاك يا در اثر تجمع شوري ، و آبياري غلط باشد.

مشاهده گونه هاي تنوع جانوري در خاك مي تواند نشانه هاي بسيار خوب از سلامت خاك باشد. كرم هاي خاكي در حفظ ساختمان خاك ، هوادهي ، چرخه عناصر غذايي ، زهكشي و تجزيه مواد آلي اهميت زياد دارند. كرم هاي خاكي هم چنين فعاليت ميكروب ها را تحريك مي كنند، موجب دانه بندي خاك ، افزايش سرعت نفوذ پذيري و ظرفيت نگهداري آب در خاك مي شوند.

سوسك هاي كاربيد ساكنين قسمت فوقاني درون خاك هستند و از شكارچي هاي مهم آفات حشره مي باشند. ميكرو ارگانيزم هاي مفيد خاك (باكتري ها ، قارچ و غيره ) در متن سلامت خاك از شاخص هاي حاصلخيزي ذاتي خاك هستند و از نظر قابليت و مناسب بودن خاك براي كشت گياهان زراعي مهم مي باشند.

آزمایشگاه شیمی خاک از واحدﻫای بخش تحقیقات بهزراعی مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه بذر چغندرقند بوده که  شروع فعالیت آن حدوداً از سال 1365 می باشد. پرسنل  این آزمایشگاه در حال حاضر شامل يک نفر کارشناس ارشد در زمینه خاکشناسی (تغذیه و حاصلخیزی خاک)،  يک  نفر کارشناس کشاورزی عمومی و دو نفر تکنسین آزمایشگاهی می باشد.

این آزمایشگاه در زمینهﻫای مختلف تجزیه صفات شیمیایی خاک، آب، گیاه و بذور و همچنین برخی صفات فیزیکی خاک به شرح ذیل فعالیت دارد:

1-      اندازه گیری فسفر، پتاسیم قابل جذب خاک و همچنین کربناتها و بی کربناتهای موجود در خاک

2-      اندازه گیری فسفر، سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم در گیاه و آب

3-      اندازه گیری اشکال مختلف نیتروژن موجود در آب، خاک و گیاه از جمله نیتروزن کل، نیترات و آمونیوم

  4-      اندازه گیری درصد موادآلی ( درصد کربن) موجود در خاک، همچنین درصد رطوبت موجود در خاک و در اندام مختلف گیاه شامل برگ، دمبرگ، غده و بذر

  4-      اندازه گیری درصد موادآلی ( درصد کربن) موجود در خاک، همچنین درصد رطوبت موجود در خاک و در اندام مختلف گیاه شامل برگ، دمبرگ، غده و بذر

5-      اندازه گیری اسیدیته (PH) و هدایت الکتریکی(EC) آب و خاک 

 6-      تعیین بافت، وزن مخصوص ظاهری و PF خاک ( تعیین درصد رطوبت خاک درنقاط مختلف، ظرفیت زراعی، نقطه پژمردگی موقت و دائم)

 7-      اندازه گیری سطح برگ(LA)

 8-      اندازه گیری رطوبت خاک در مزرعه با دستگاههای موجود شاملT.D.R و TRIM

9-      اندازه گیری نور در مزرعه(Sun Scan)

10-   تعیین درصد اشباع خاک

11-   اندازه گیری  فشردگی لایه های مختلف خاک در مزرعه(Peneterometer)

 12-   تهیه و تآمین آب مقطر جهت مصارف آزمايشگاه شيمي خاک و سایر آزمایشگاهﻫا.

13-   اندازه گیری تبخیر و تعرق گیاه  با استفاده از دستگاه پرومتر

14-   اندازه گیری کارائی کوانتوم فتوسنتزی با استفاده از دستگاه  استرس متر 

از دیگر فعالیتﻫای این آزمایشگاه می توان به برگزاری دورهﻫای کارآموزی دانشجويان مقاطع  مختلف اشاره کرد که بطور متوسط سالانه بیش از ده نفر در این آزمایشگاه دوره کارآموزی خود را می گذرانند که بالغ بر 2500 ساعت می شود.

این آزمایشگاه با آزمایشگاهﻫای سایر مؤسسات در زمینهﻫای مختلف تجزیه همکاری مشترک داشته و علاوه بر تجزیهﻫای سالانه در مؤسسه تحقیقات چغندرقند که بالغ بر 6000 عدد است، تجزيه نمونهﻫای بخش های تحقیقات چغندرقند در شهرستانها نیز بر عهده اين آزمايشگاه می باشد.

روش های توصیه کودی:

 عدم توجه به نتایج آزمون خاک باعث مصرف بیش از حد کود شده که اين مصرف علاوه بر ضرر اقتصادی باعث کاهش کیفیت چغندرقند می گردد. در حال حاضر  کوددهی کلیه طرح های در دست اجراء  در ستاد موسسه تحقیقات چغندر قند اعم از بهنژادی، بهزراعی, گیاه پزشکی و تولید بذر (کرج و فیروزکوه)  بر اساس تجزیه خاک و گیاه انجام می گیرد . طبق آمار موجود در برخی از سالﻫا با وجود عدم مصرف هیچگونه کود شیمیایی،  بیش از 100 تن در هکتار ریشه چغندر قند برداشت شده است. بدين ترتيب می توان به اهمیت تجزیه خاک در ميزان مصرف کودهای شیميایی پي برد. از مهمترین عوامل موثر در توصیه مناسب کود های شیمیایی مورد نیاز، روش صحیح نمونه برداری خاک و گیاه  و آماده سازی آن می باشد که در ذیل به اختصار بيان شده است.

تجزیه خاک و گیاه:

مهمترين و مؤثرترين روش جهت دستيابي به كشاورزي پيشرفته از جنبه تغذيه گياهي مصرف عناصر غذائي بر اساس تجزيه خاك و گياه مي باشد. يكي از قديمي ترين روشهاي برآورد عناصر غذائي مورد نياز گياهان از جمله چغندرقند استفاده از آزمايشات مزرعه اي و اعمال تيمارهاي مختلف كودي بوده که در نهايت بهترين تيماري که از نظر عملكرد كمي و كيفي در حد مطلوبي بوده بعنوان فرمول غذائي منطقه معرفي شده است. اشكال اساسي روش فوق اين است كه: حاصلخيزي خاك بر اساس ميزان مصرف كود در زراعتهاي قبلي, نوع محصول ومديريت از مزرعه اي به مزرعه ديگر و حتي در خاكهاي مشابه بسيار متغير مي باشد. بنابراين كوددهي بر اساس نتايج چندين آزمايش مزرعه اي در يك مزرعه خاص صحيح نيست. يكي ديگر از روشهاي ارزيابي حاصلخيزي خاك بر اساس آزمون خاك و گياه مي باشد. در حاليكه اين روش به تنهايي كامل نبوده ولي بكارگيري آن وضعيت هريك از عناصر غذايي را در زمان دلخواه ميسر مي كند. آزمون خاك به منظور تعيين مقدار عنـاصر غذائي قابل استفاده گياه در خاك انجام مي گيرد و بر اساس نــتايج بدست آمــده مي توان توصيه كودي مناسب را براساس اعداد و ارقام مبناء و مرجع كه از قبل با انجام تحقيقات مختلف مشخص شده انجام داد. مهمترين مرحله در آزمون خاك تهيه و آماده سازي نمونه خاك مي باشد. بطوريكه بايد نمونه نماينده را انتخاب كرد. متاسفانه در کشاورزي ايران تاكنون توجه چنداني به تجزيه خاك جهت برآورد عناصر غذائي مورد نياز گياه نشده است. كشاورزان بخصوص جمعيت سنتي كار تنها بر حسب عادت آبا و اجدادي اقدام به مصرف كودهاي شيميائي بدون هيچگونه اطلاع فني مي نمايند. بخصوص اينكه مبادرت به مصرف بي رويه چند نوع عنصر غذايي محدود پر مصرف از جمله: نيتروژن، فسفر و شايد پتاسيم مي كنند. در حال حاضر مصرف بي رويه كودهاي شيميائي صرفه نظر از ضرر اقتصادي باعث آلودگي محيط زيست و تخريب خاكهاي كشاورزي شده است.

راههاي متعددی جهت تشخيص كمبود مواد غذائي به شرح ذيل وجود دارد:

1-مشاهده وضعيت ظاهري رشد و وقوع علائم كمبود

2-تجزيه بافت گياهي

3-روشهاي بيولوژيكي

4-آزمايشهاي كودي در مزرعه

5-آزمون خاك

در بين روشهاي ذكر شده مطمئن ترين و واقعي ترين راه تعيين نياز غذائي گياه، روش آزمايش هاي كودي در مزرعه مي باشد. اين روش معياري است جهت صحت و سقم ساير روشها البته اين روش معايبي نيز دارد از جمله : فوق العاده گران بودن، نياز به نيروي انساني متخصص، امكان كمتر كنترل شرايط رشد و نمو و همچنين نياز به تكرار آزمايش در چند مكان و يا زمان

توجه به تجزيه خاك جهت برآورد عناصر مورد نياز گياه قدمتي بيش از دو قرن دارد. بطوري كه در سال 1813 سرهامفري داوي انگليسي در كتاب اصول اساسي شيمي كشاورزي نوشت :

چون گياهان عناصر غذائي را از خاك دريافت مي كنند اطلاع از تركيب خاك امري الزامي و ضروري است. در سال 1841 ليبگ آلماني در كتاب شيمي آلي و كاربرد آن در كشاورزي و فيزيولوژي نوشت :

بعنوان يك اصل اساسي در زراعت بايد بخاطر داشت كه هرچه را از خاك برداشت مي كنيم بايد به آن برگردانيم. در حال حاضر نيز توجه زيادي به روشهاي آزمون خاك و بافت گياه جهت تعيين نياز غذائي گياه معطوف است كه در ذيل به شرح آن پرداخته مي شود .

1- آزمون خاک[1]

همانگونه که بيان شد يكي از روشهاي ارزيابي حاصلخيزي خاك بر اساس آزمون خاك مي باشد. بطوركلي به آزمايشهاي شيميائي سريع جهت ارزيابي قابليت استفاده عناصر غذائي موجود در خاك براي گياه و تعيين مقدار كود لازم به منظور دستيابي به حداكثر عملكرد آزمون خاك گفته مي شود.

اهداف آزمون خاك

1-تشخيص خاكهاي داراي كمبود قبل از كشت و يا در طول دوره رشد گياه بطوريكه بتوان بر اساس آن مقدار كود لازم را توصيه و رفع كمبود نمود.

2-تعيين سرنوشت كودهاي اضافه شده به خاك و رديابي تغييرات حاصله در قابليت استفاده عناصر غذائي اين كودها پس از وارد شدن به خاك.

3-پيش آگاهي دادن درباره نقاطي كه ممكن است در نتيجه مصرف بي رويه كودها، فاضلابها و فضولات در خاك باعث مسموميت در گياه، انسان و يا حيوانات شود.

4-تعيين نقاطي كه خاك آنها از نظر غلظت عناصر به حد سميت رسيده و بايد از مصرف بيشتر عناصر در آنها به هر شكلي خودداري نمود.

 دو هدف اخير در حفظ محيط زيست داراي اهميت فوق العاده اي مي باشند.

مراحل انجام آزمون خاك

يك برنامه آزمون خاك شامل سه مرحله اجرائي مي باشد.

1-نمونه برداري و آماده سازي نمونه خاك.

2-انتخاب عصاره گير و تجزيه صحيح خاك به منظور تعيين دقيق غلظت عناصر غذائي قابل استفاده گياه.

3-تعيين نتايج آزمايشگاهي و انجام توصيه كودي جهت دستيابي به عملكرد حداكثر 

از بين سه مرحله فوق مهمترين مرحله آزمون خاك، مرحله نمونه برداري و آماده سازي نمونه خاك است.

بطوريكه بايد نمونه نماينده[2] را انتخاب كرد. چنانچه نمونه برداري و آماده سازي آن صحيح انجام نگيرد، به كارگيري بهترين و دقيق ترين وسايل، دستگاهها و يا مجربترين افراد و با بهترين نوع مواد شيميائي نتيجه اي نداشته و نهايتاً تفسير آن غلط انجام خواهد شد.

توجه به اين نكته ضروريست كه تغييرات در نمونه ها حتي در مزرعه كود نخورده هم وجود دارد. بنابراين در برداشت نمونه مي بايست دقت كامل را مبذول تا اين خطاها به حداقل ممكن كاهش يابند.

ضمن اينكه تغييرات نمونه ها خطا نيست بلكه واقعي است بعنوان مثال در مزارعي كه كود نواري داده شده نمونه خاك با فاصله چند سانتي متر ازيکديگر نيز متفاوت مي باشد. در اراضي كود نخورده تغيير در نمونه ها بدينگونه مي باشد كه نمونه خاك قسمتهاي فرسوده شده و نشده (مانند آبشوئي در بعضي قسمتهاي مزرعه) حتي تحت مديريت واحد هم ممكن است متفاوت باشد. علت آن تغيير در ميزان آب آبياري داده شده در ابتدا و انتهاي كرت، بافت و مواد آلي خاك مي باشد.

بنابراين نمونه برداري صحيح از خاك كاري بسيار مهم و حساس بوده بطوريكه اين مرحله از آزمون خاك تعيين كننده درجه دقت و صحت نتايج بدست آمده مي باشد.

وزن يك هكتار خاك زراعي با عمق 30 سانتي متر و وزن مخصوص ظاهري 4/1 گرم بر سانتي متر مكعب بيش از چهـار ميليون كيلوگرم است. بنابرايـن نمونـه برداشت شده از يك هكتار زمين بايد به گونه اي باشد كه بتوان اين نمونه حدود يك كيلوگرمي را نماينده اين وزن زياد خاك دانست. به اصطلاح، مشت نمونه خروار به معني واقعي باشد.

ازطرفي تعداد نمونه مهم است. ابتدا مي بايست زمين را از نظر وضعيت ظاهري رنگ، شيب، فرسايش و يا خصوصيات ذاتي مانند بافت، سابقه كشت قبلي، و در زمان داشت و وجود زراعت در زمين بر اساس وضعيت ظاهري همانند رنگ زراعت تقسيم بندي و سپس اقدام به نمونه برداري كرد. به ازاء هر هكتار مي بايست حدود 15-10 نمونه برداشت و در نهايت با هم مخلوط و يك نمونه تركيبي حدود يك كيلوگرم را به آزمايشگاه ارسال نمود.

آماده سازي نمونه خاك

پس از نمونه برداري آماده سازي نمونه خاك مهم است. چنانچه نمونه برداري به طرز صحيح انجام ولي آماده سازي نمونه به طرز صحيح انجام نگيرد، تغييرات ايجاد شده در نمونه باعث ايجاد خطا در نتايج واقعي خواهد شد. بعنوان مثال چنانچه نمونه برداري به منظور ارزيابي عناصري همانند نيتروژن و گوگرد كه تحت تاثير فعاليت ميكروبهاي خاك تغيير مي كند انجام شود, رعايت نكات ذيل جهت متوقف نمودن فعاليت ميكروبهاي خاك ضروريست.

1-نمونه برداري در زماني انجام شود که رطوبت زمين در حد گاو رو باشد.

2-نمونه هاي برداشت شده با دست كاملاً نرم و در پاكتهاي كاغذي ريخته و تا پايان مدت نمونه برداري درب پاكتها، باز و در محيط خنك (مانند سايه بوته هاي موجود در مزرعه وياظروف دو جداره يخي) نگهداري شوند.

3-پس از اتمام كار، نمونه هاي برداشت شده سريعاً به محيط آزمايشگاه حمل و در نازكترين قشر ممكن پهن تا در هواي آزاد خشك شوند (هوا خشك).

4-از ريختن نمونه ها در پاكتهاي پلاستيكي و يا ظروف سر بسته كه امكان تبادل هوا وجود ندارد و يا برداشت نمونه هايي با رطوبت بالا كه امكان نرم كردن خاك وجود نداشته باشد بايد خودداري كرد. زيرا بدليل ايجاد محيط با اكسيژن كم باعث فعال شدن ميكروبهاي بي هوازي شده و اين گروه از باکتريها باعث تبديل سريع نيترات خاك به گازهاي نيترو و نيتريت مي شوند و جواب واقعي از تجزيه گرفته نخواهد شد.

عمق نمونه برداري

عمق نمونه برداري بر حسب شرايط، و نوع و مرحله رشد گياه (عمق توسعه ريشه) متغير مي باشد. به طوری که بر حسب شرايط خاك،  گاهي لايه هاي تشكيل دهنده به فواصل خيلي كم از يكديگر قرار داشته و يا سطح آب زير زميني بالا مي باشد. بنابراين در اينگونه خاكها مي بايست با در نظر گرفتن اين شرايط عمق نمونه برداري تعيين شود.

در ارتباط با نوع گياه و شرايط مختلف دوره رشد بر حسب عمق توسعه ريشه عمق نمونه برداري متفاوت است. بعنوان مثال براي زراعت چغندرقند و در مرحله 6-4 برگي عمق 30-0 سانتي جهت برآورد نيتروژن مورد نياز کافي بوده در حاليكه با پيشرفت مرحل رشدي گياه و در مرحله 10-8 برگي عمق 60-30 سانتي متري نيز در تغذيه نيتروژني گياه دخيل و حدود 30% نيتروژن مورد نياز گياه چغندرقند را تامين مي كند.

طبق تحقيقات مختلف بهترين عمق كه گياه چغندرقند بيشترين عناصر غذائي مورد نياز خود را از آن تامين مي كند عمق 30-0 سانتي متري مي باشد و به دليل اينكه در مراحل اوليه رشد نيز بيشترين جذب را انجام مي دهد و با توجه به عمق توسعه ريشه كه مراحل اوليه رشد حدود 30 سانتي متر مي باشد, بنابراين عمق نمونه برداري در چغندرقند جهت برآورد عناصر غذائي مورد نياز همان عمق 30-0 سانتي متري است, البته در شرايط خاص از جمله زياد بودن مواد آلي در اعماق پايين تر از 30 سانتي متر و يا سبك بودن خاك باعث جذب عناصر غذائي توسط اين گياه از اعماق پايين تر نيز مي شود. بطوريكه در تحقيقات مختلف عملكرد چغندرقند با ميزان نيترات اعماق 60، 90، 120، 200 و 250 سانتي متري و در مراحل اوليه رشد چغندرقند همبستگي مثبت داشته است. ولي تحقيقات در ايران نشان داده است كه نمونه برداري از اعماق 30-0 و 60-30 سانتي متري جهت برآورد عناصر غذائي مورد نياز چغندرقند كفايت مي كند.

2- اندام هوايي چغندرقند بعنوان شاخصي جهت ارزيابي عناصر غذائي

تجزيه گياه يكي از ساده ترين روشها جهت مطالعه ارتباط بين رشد و ميزان عناصر غذائي موجود در گياه است. استفاده از غلظت هاي مرجع عناصر غذائي, كه در يك دوره رشد مشخص فيزيولوژي و از قسمت معيني از گياه طبق تحقيقات و آزمايشات مختلف بدست آمده, راهنماي خوبي جهت ارزيابي وضعيت تغذيه گياه مي باشد. يك مفهوم اساسي كه بايد در تجزيه اندامهاي گياه به آن توجه داشت اين است كه غلظت عناصر غذائي موجود در هر بخش از گياه در هر لحظه تحت تاثير فاكتورهاي رشد گياه قرار مي گيرند. بنابراين زمان نمونه برداري قابل توجه بوده و بايد مد نظر قرار گيرد. با تجزيه گياه مي توان مستقيماً وضعيت تغذيه گياه را بررسي نمود در حاليكه تجزيه خاك يك روش غير مستقيم مي باشد.

در ارتباط با چغندرقند آزمايشات و تحقيقات مختلف نشان داده اند كه تجزيه گياه راهنماي خوبي جهت تعيين ميزان كود مورد نياز گياه مي باشد.

مناسب ترين اندام چغندرقند جهت نمونه برداري, برگهايي که تازه تكامل يافته (جوانترين برگهائي كه سطح برگ آنها به حداكثر رسيده است) است.

جهت ارزيابي عناصر فسفر، نيتروژن و كلر، دمبرگ برگهاي مذكور و جهت بررسي ساير عناصر از جمله پتاسيم، سديم، عناصر ريز مغذي و…، پهنك مناسب ترين بخش اندام هوائي مي باشد.

 روش نمونه برداري

ترجيحاً چهار و يا دو نمونه مركب با در نظر گرفتن يکنواختي هر مزرعه بايد برداشت گردد. هر نمونه مركب بايد حداقل شامل 25 تا 50 برگ باشد. به منظور اين كار ابتدا بايد مزرعه را به چهار قسمت مساوي تقسيم کرد و نمونه بردار در هر قطعه از گوشه به طرف مركز و يا از مركز به طرف گوشه هاي مزرعه حركت (مورب) داشته باشد بطوريكه با خطوط كشت نيز زاويه بسازد .

1

2

4

3

طرز حركت در مزرعه چغندرقند جهت نمونه برداري از برگ

پس از برداشت نمونه هاي برگ و دمبرگ, نمونه ها بايد كاملاً با آب معمولي حاوي سه دهم درصد شوينده ها شستشو و سپس با آب مقطر آب كشي گردند. در صورت زياد بودن نمونه ها مي توان پهنك ها را به قطعات حدود چهار سانتي متري برش داده و در نهايت حدود يكصدگرم (يك مشت پر) از نمونه ها را برداشت و در پاكت كاغذي با سايز مناسب ريخت و سريعاً در آون با دماي 80-75 درجه سانتيگراد خشك كرد. توجه به اين نكته ضروري است كه پس از برداشت از مزرعه، نمونهﻫا نبايد بيش از 48 ساعت در دماي معمولي نگهداري شوند و اگر قرار است به هر دليلي نمونه ها قبل از خشك كردن نگهداري شوند بايد در دماي پنج درجه سانتيگراد اين كار صورت گيرد. به هر حال پس از برداشت، نبايد اندام هوائي را زياد نگهداري کرد و لازم است بلافاصله در پاكتهاي كاغذي و يا ظروفي كه كاملاً هوا در آن جريان داشته باشد ريخت و در كوتاهترين زمان ممكن به آزمايشگاه منتقل، شسته و در آون خشك کرد. از حمل اندام هوائي جهت تجزيه عناصر غذائي با كيسه نايلون در بسته و يا هر ظرفي كه هوا در آن جريان نيابد بايد اكيد خودداري نمود. زيرا باعث تنفس گياه و تغيير غلظت عناصر غذائي مورد نظر مي گردد. در ارتباط با برگهاي چغندرقند نيز به علت آبدار بودن برگ و دمبرگ حتماً از آون تهويه دار استفاده، تا از پخته شدن نمونه ها جلوگيري شود. جهت جلوگيري از تغيير غلظت عناصر، از خشك كردن نمونه اندام هوائي در هواي آزاد بايد پرهيز كرد.

http://www.sbsi.ir/

بافت خاك

   مطالعه فيزيكي خاك از تجزيه مكانيكي آن آغاز مي شود كه عبارت از تفكيك ذرات خاك از روي وزن آن ها. خاك از ذراتي به ابعاد مختلف تشكيل شده است كه عبارتند از :شن سيلت و رس .منظور ما دراينجا نيز ذرات اوليه و بنيادين خاك است نه خاكدانه ها.

بافت خاك عامل نگهداري رطوبت و تنظيم كننده غلظت محلول خاك حاوي عناصر غذايي وتغذيه گياه است.از اين رو در تعيين حاصلخيزي خاك و قابليت بهره برداري از آن نقش اساسي دارد.به همين خاطر در ارزيابي خاك ها و طبقه بندي آنها.

مطالعه و برسي بافت لايه هاي گوناگون نيم رخ  خاك ضرورت دارد .بهترين خاك از نظر بافت كشاورزي خاكي است كه حاوي 10تا20 درصد مواد آلي و مابقي نيز به تساوي از سن وسيلت باشد .

·        روش كار

ابتدا از عمق هاي متفاوت مقداري خاك برداشته و همچنين از پاي بوته ها تقريبا هر كدام به مقدارkg 1 خاك برمي داريم .خاك را كوبيده و آن را الك مي كنيم و مي گذاريم تا خشك شود .

براي تعيين بافت خاك از روش هيدرومتريHgdrometer methodاستفاده مي كنيم كه سريعتر است .

1-50گرم خاك خشك رادر يك ارلن مي ريزيم .

2-100سي سيcalgon (sodium hexameta phosphate ) اضافه كرده و به مدت 10تا 20 ساعت مي گذاريم بماند. علت اضافه كردن كلگان اين است كه ذرات خاك بوسيله كاتيون هاي مختلف و مواد آلي و كربنات كلسيم به همديگر بست شده اند. ماده آلي را بوسيله آب اكسيژنه از بين برده و براي از بين بردن چسبندگي بقيه مواد، كلگان كافي است تا خاك را به حالت ديسپرسه درآورد.

3- محتويات رالن را داخل ظرف بهم زن ريخته و كاملا ارلن را شسته و ظرف را به دسگاه بهم زن وسل كرده و حدود 2 دقيقه به هم مي زنيم.

4- محتويات ظرف به همزن را در يك سيلندر يك ليتري ريخته و ظرف را كاملا مي شوييم. سپس حجم سيلندر را با آب مقطر به يك ليتر مي رسانيم.

5- سيلندر را 20 مرتبه به هم مي زنيم.

6- هيدرومتر را داخل سيلندر گذاشته و بعد از 40 ثانيه درجه حرارات هيدرومتر را يادداشت مي كنيم و در هر زمان نيز درجه حرارات را توسط ترمومتر اندازه مي گيريم.

7- با آرامي هيدرومتر را خارج كرده و مي گذاريم يك ساعت سيلندر با مواد داخل آن بماند در اين زمان هيدرومتر را به دقت داخل سيلندر قرار داده و درجه حرارت را يادداشت مي كنيم.

8- مجدداً به آرامي هيدرومتررا خارج كرده مي گذاريم سيلندر به همان حال باقي بماند سپس هيدرومتر را داخل سيلندر گذاشته و درجه نهايي هيدرومتر را يادداشت مي كنيم .درجه بندي هيدرومتر براي 67 درجه فارنهايت يا 20 درجه سانتي گراد تنظيم شده و اگر حرارت محلول با اين درجه تفاوت داشته باشد بايد تصحيحي بدين صورت انجام پذيرد.

اگر درجه حرارت بيش از 20 درجه باشد در اثر حرارت چسبندگي محلول كم مي شود هيدرو متر در محلول پايين تر رفته عدد كمتري نسبت به مقدار واقعي نشان مي دهد كه جهت تصحيح به ازاء هر درجه سانتي گراد 36/. به درجه خوانده شده هيدرومتر اضافه مي شود.

اگر درجه حرارت از مقدار استاندارد 20 درجه سانتي گرا دكمتر باشد وسكوسيتي محلول بيشتر شده و هيدرومتر كمتر در محلول فرو رفته و عدد بيشتري از مقدار واقعي نشان مي دهد كه جهت تصحيح به ازاء هردرجه سانتي گراد 46/. از درجه خوانده شده كم مي شود.

اگر 100سي سي كلگان 5درصد را در يك ليتر آب حل كنيم هيدرو متر عدد5/6 را نشان مي دهد،بنا براين بايد از عدد هيدرمتر 5/6 را كم كرده تا عدد مربوط به ذرات خاك بدست آيد.

دو مورد مقاله مفيد

جهت دريافت مقاله روي آن كليك نماييد

بررسي اثر قطع گروهي بر خواص فيزيكي خاك جنگلي

بررسي اثر روش هاي مختلف شخم بر وزن مخصوص ظاهري، تخلخل، رطوبت خاك و عملكرد گندم در شرايط ديم

فیزیک و مکانیک خاکهای کشاورزی

تعداد واحد : 3

نوع واحد :دو واحد نظری – یک واحد عملی

پیشنیاز : مقاومت مصالح (1)

سر فصل درس :

نظری :

تعریف خاک و طبقه بندی خاکها و ساختمان خاک – خواص فیزیکی خاک – جرم مخصوص ، چگالی ، تخلخل ، پوکی ، درجه اشباع – خواص مکانیکی خاک – تنش در خاک – کرنش در خاک – رابطه بین تنش و کرنش – توزیع تنش – توزیع کرنش – مقاومت خاک – نقطه تسلیم در خاک – برشی – تراکمی – کششی – جریان پلاستیکی – حرکت خاک ( بدون ثبات ) – ممنتم – اصطکاک – دگرچسبی – سایش – پارامتر های دینامیکی – اندازه گیری پارامترهای مستقل – مکشی – تراکمی – جریان پلاستیکی – اندازه گیری پارامترهای مرکب – نفوذ – مقاومت تحمل پذیری – مقاومت کلی – اندازه گیری رفتار دینامیکی ناخالص – گسیختگی – حرکت – فرسایش طوفانی .

عملی :

تعیین دانه بندی با الک و هیدرومتر – تعیین حدود خمیری و روانی – آزمایش تراکم – آزمایش نفوذ پذیری – آزمایش تحکیم – آزمایش تک محوری – آزمایش سه محوری – آزمایش برش مستقیم

خصوصیات فیزیكی خاك     ویژگیهای خاك در دو بخش فیزیكی خاك شامل بافت، وزن مخصوص، تخلخل، نفوذپذیری، درجه حرارت، رنگ، درصد مداد آلی و كربن آلی آن می باشد. بافت: بافت سطحی خاك منطقه از سبك تا متوسط و بافت خاك زیر منطقه از متوسط تا سنگین تغییر می كند. بافت خاك محدوده مورد نظر در بخشهای مختلف در خاك سطحی سبك تا سنگین و در خاك زیر از سبك تا خیلی سنگین تغییر می كند و نوع بافت در خاك شنی ـ لومی، لوم ـ شنی ـ لومی است و بافت شنی ـ لومی غالب است. نفوذپذیری : نفوذپذیری خاك منطقه زیاد و آب به سرعت نفوذ كرده و خاك زود خشك می شود . عمق : عمق خاك روئی منطقه عموماً كم و حداكثر به 30 سانتی متر میرسد و پس از 30 سانتی متر شن همراه با قلوه سنگ و سنگریزه وجود دارد  عمق آب زیرمینی : در نقاط مختلف عمق آب زیرزمینی متفاوت است و در قسمتهایی كه خاك دارای بافت ریزتر است بخصوص در كنار منابع آب، سفره آب سطحی بالا (بخش نیزار) و در كناره های اتوبان پایین است. مواد آلی: به علت وجود گیاهان در منطقه مقداری مواد آلی در خاك منطقه وجود دارد و درصد آن متغیر است ولی كاملاً غالبیت، با درصدهای پایین است . حرارت : از نظر حرارت، خاك منطقه رژیم ترمیك است . رطوبت : از لحاظ رطوبت خاك منطقه رژیم آدریك