تثبیت پتاسیم
پژوهشگران ثبيت پتاسيم را به عنوان فرآيندي تعريف نموند كه طي آن يون‌هاي پتاسيم از فاز محلول و يا تبادلي خاك به فضاهاي بين لايه‌اي رس‌هاي ميكا، ايلايت و يا ورميكولايت انتقال و با جايگزيني در حفرات ديتريگونال (Ditrigonal Voids) سبب فرو ريزش لايه‌اي (Colapse) گرديده و در نتيجه بخش اعظم آن در كوتاه مدت قابل تبادل نمي‌باشد. اين محققان همچنين بيان نمود كه تثبيت پتاسيم از لحاظ حاصلخيزي و تغذيه گياه در مجموع فرآيندي نافع بوده زيرا از هدر رفت بخشي از پتاسيم در اثر آبشويي جلوگيري مي‌نمايد ولي ممكن است دربعضي از خاك‌هاي با ظرفيت تثبيت پتاسيمي بالا در كوتاه مدت موجب بروز مشكلاتي از نظر تغذيه گياهي گردد.
شکل 1- چرخه پتاسیم در خاک
منگل و کرکبی در سال 1980 (Mengel & Kirkby, 1980) تثبيت پتاسيم را به مكان‌هاي بين لايه‌اي كاني‌هاي رسي نسبت داده و معتقدند كه تثبيت پتاسيم به مفهوم جذب يون‌هاي پتاسيم به وسيله اين مكان‌ها و به صورت اختصاصي است. مالاولتا در سال 1985 (Malavolta, 1985) تبديل پتاسيم محلول و يا تبادلي به فرم غير تبادلي را به عنوان تعريف ديگري از تثبيت پتاسيم ذكر نموده است.
برخی محققان حركت تدريجي پتاسيم از محلول خاك و مكان‌هاي جذب سطحي با نيروي پيوند كم به طرف مكان‌هاي با نيروي پيوند بيشتر و نيز به طرف مكان‌هاي بين لايه‌اي با جذب اختصاصي كه نتيجه آن كمتر شدن پتاسيم قابل دسترس نسبت به پتاسيم كل مي‌باشد را به عنوان تعريفي از تثبيت پتاسيم ارايه داده‌اند. اين محققين فرآيند تثبيت پتاسيم را عكس فرآيند هواديدگي در كاني‌هاي ميكا در نظر گرفته و همچنين بيان نموده‌اند كه اين پديده در تمام خاك‌ها به يك اندازه تحقق نيافته بلكه در خاك‌هايي كه در آن‌ها رس‌هاي يك به يك به مقدار زياد وجود دارد، حداقل و در خاك‌هاي حاوي مقدار زياد كاني‌هاي دو به يك نظير ورميكولايت، ايلايت و كلرايت قدرت تثبيت پتاسيم حداكثر است.
گروهي وجود فضاهاي خالي كه ابعاد آن‌ها برابر ضخامت يون پتاسيم آبدار مي‌باشد را دليل تثبيت پتاسيم مي‌دانند. بر اساس اين نظريه، يون‌هاي پتاسيم بر اثر نيروهاي الكتريسيتة ثابت (بار دائمي) به طور محكم در اين فضاهاي خالي نگهداري مي‌شوند و يون آمونيوم كه شعاع هيدراته آن حدودا با يون آبدار پتاسيم برابري مي‌كند، با وضعيتي مشابه در ميان لايه‌هاي سيليكاتي تثبيت مي‌گردد.
قرار گرفتن يون‌هاي آمونيوم در بين لايه‌هاي اين كاني موجب مي‌گردد تا ظرفيت تثبيت پتاسيم در بين لايه‌ها كاهش يافته و قابليت جذب آن براي گياه فزوني يابد. در صورتي كه يون‌هاي پتاسيم بيش از يون‌هاي آمونيوم در ميان لايه‌ها قرار گيرد، ظرفيت تثبيت آمونيوم كاهش يافته و بر قابليت جذب اين يون افزوده مي‌گردد. اين موضوع از نقطه نظر اقتصادي و مديريت مصرف كود اهميت كاربردي فراوان داشته و به هنگام محاسبه مقدار كودهاي ازتي و پتاسيمي بايستي مورد توجه كامل قرار گيرد. از نظر كاربردي در خاك‌هاي تخليه شده از نظر پتاسيم، اگر مصرف كودهاي آمونيومي مقدم بر كودهاي پتاسيمي باشد، مقدار تثبيت آمونيوم در بين لايه‌هاي رسي به مراتب بيشتر از پتاسيم خواهد بود.
برخی محققان گزارش نموده‌اند كه پتاسيم تثبيت شده در بين لايه‌هاي كاني‌هاي رسي به عنوان يكي از شكل‌هاي پتاسيم در خاك ميتواند نقش قابل ملاحظه‌اي در تأمين پتاسيم مورد نياز گياه داشته باشد اين محققان هچنين بيان نموند كه مرز مشخص و معيني بين پتاسيم لايه‌اي بومي و پتاسيم تثبيت شده وجود ندارد اما به طور كلي ميتوان گفت كه پتاسيم بين لايه‌اي بومي، نسبت به پتاسيم تثبيت شده با نيروي بيشتري نگهداري مي‌گردد و به همين جهت به آن پتاسيم به سختي قابل تبادل نيز مي‌گويند. البته گاهي اوقات اين بخش از پتاسيم نيز ممكن است نقش قابل ملاحظه‌اي در تأمين پتاسيم مورد نياز گياه داشته باشند.
برخي از محققان عقيده دارند كه در خاك‌هاي با قدرت تثبيت بالاتر از 65 درصد بايد ميزان مصرف كودهاي پتاسيمي نسبت به حالت عادي افزايش يابد. برخي نيز توصيه كرده‌اند كه در خاك‌هاي با ظرفيت تثبيت پتاسيم خيلي زياد، تعيين مقدار كود مصرفي ساليانه بايد مستقل از مقدار پتاسيم قابل جذب خاك صورت گرفته و براي مقابله با قدرت تثبيت بالاي پتاسيم كاربرد سالانه 350 كيلوگرم در هكتار پتاسيم (K2O) را امري ضروري دانسته‌اند.
شکل 2- تثبیت پتاسیم بین لایه‌های رسی
سازوکارهای تثبیت پتاسیم
به نظر مي‌رسد كه تثبيت پتاسيم به وسيله جزو رس خاك توسط دو سازوكار اصلي صورت مي‌گيرد. سازوكار اول مربوط به قرار گرفتن پتاسيم در حفرات شش وجهي موجود در سطوح قاعده‌اي رس‌هاي سيليكاتي لايه‌اي دو به يك و سازوكار دوم تشكيل تركيبات نامحلول پتاسيم به ويژه آلومينوسيليكات‌هاي پتاسيم‌دارا است. هرچند كه بخش عمده‌اي از تثبيت پتاسيم از طريق سازوكار اول انجام مي‌گيرد ولي ضرورتا نميتوان تمام پديده تثبيت توسط رس‌ها را با آن توضيح داد. چنين به نظر مي‌رسد كه اين فرآيند با دهيدراته شدن (از دست دادن آب) يون‌هايي نظير پتاسيم و آمونيم به هنگام نزديك شدن لايه‌هاي مجاور سيليكات‌هاي لايه‌اي درطول زمان خشك شدن كه ابعاد آن‌ها برابر ضخامت يون پتاسيم آبدار مي‌باشد، فعال مي‌گردد. با توجه به مطالب فوق بنظر مي‌رسد كه انرژي آبپوشي (هيدراسيون) نسبي يون‌هاي مختلف در پديده تثبيت حائز اهميت باشد. انرژي آبپوشي نسبتا پايين يون‌هايي نظير پتاسيم، آمونيم، روبيديم و سزيم باعث سهولت از دست دادن آب و كاهش شعاع هيدراته و به دنبال آن افزايش ضريب ترجيح آن‌ها براي قرار گرفتن در مكان‌هاي تثبيت مي‌گردد. نظريه انرژي آبپوشي به خوبي اين واقعيت را توضيح مي‌دهد كه چرا باريم دو ظرفيتي با شعاع كريستالي يكسان با آمونيم توسط ميكا يا ورميكولايت تثبيت نمي‌شود. ظاهرا يون‌هاي باريم با انرژي آبپوشي زيادشان نمي‌توانند به سهولت بي‌آب يا دهيدراته شده و توسط لايه‌هاي مجاور كاني محبوس شوند. با مرطوب شدن مجدد، يون‌هاي باريم به سهولت آبپوشي شده و شبكه‌هاي مجاور را به فاصله گرفتن از يكديگر مجبور مي‌كنند. محبوس شدن يون پتاسيم در نتيجة فروريزش (Colapse) لايه‌هاي سيليكاتي مجاور انجام مي‌گيرد كه در ارتباط با از دست دادن آب (دهيدراتاسيون) فضاي بين لايه‌اي و كاتيون‌هاي بين لايه‌اي مي‌باشد. دليل اينكه چرا يون پتاسيم به وسيله رس‌هاي سيليكاتي ترجيح داده مي‌شود پايين بودن انرژي آبپوشي و مناسب بودن اندازه آن براي قرار گرفتن در حفرات شش گوش در ورقه‌هاي تتراهدرال مي‌باشد. عمل تثبيت پتاسيم با كاهش فضاي بين لايه‌اي در شبكه بلور همراه است زيرا يون‌هاي پتاسيم با نيروي كافي توسط دو لايه جذب مي‌شوند و در نتيجه دو لايه را به هم نزديك مي‌كنند. تثبيت پتاسيم با سازوكار فوق با تشكيل كاني‌هاي ميكا شكل توأم است. به طوري كه ضخامت كاني در بعد C از 5/1 نانومتر به 25/1 و 1 نانومتر كاهش پيدا مي‌كند. تثبيت پتاسيم به اين طريق همانند يك واكنش برگشت ناپذير باعث كاهش ظرفيت تبادل كاتيوني اوليه خاك مي‌گردد.
دومين سازوكار تثبيت از طريق تشكيل تركيبات نامحلول پتاسيم به ويژه آلومينوسيليكات‌ها بوده و در پ‌هاش بالا به شكل مطلوب‌تري انجام مي‌گيرد. در چنين شرايطي مقدار پتاسيم تثبيت شده نسبت به كاهش ظرفيت تبادل كاتيوني بسيار بيشترخواهد بود.