در سالهای اخیر همگام با افزایش تولید جهانی گوجه فرنگی، میزان تولید و سطح زیر کشت این محصول در ایران نیز افزایش یافته است، به طوری که افزایش سطح زیر کشت فقط در کشتهای خاکی نبوده، بلکه کشت های بدون خاك آن افزایش قابل توجهی را نشان می دهد که می تواند به دلیل مدیریت بهتر آب و مواد غذایی در این نوع سیستم کشت باشد (پیوست و برزگر، ١٣٨٤).اغلب واحدهای تولیدی در ایران از پرلیت، پیت و لیکا در مواردی از پشم سنگ به عنوان بستر کشت استفاده می کنند، که به دلیل گرانی باعث افزایش هزینه تولید گردیده است. استفاده از زئولیت با توجه به هزینه پایین، عدم اثر نامطلوب بر رشد گیاه و نیز به دلیل فراوانی در ایران، می تواند جایگزین مناسبی برای بسترهای رایج در کشور معرفی گردند(احمدی دهج،١٣٩١).

زئولیت طبیعی (کلینوپتیلولیت) از جمله بسترهای است که در سال ١٩٨٠ میلادی کشف گردید؛این بستر به دلیل دارا بودن ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، ظرفیت بالای جذب و نگهداری آب و مواد معدنی، تأثیر مطلوبی بر رشد گیاهان دارد (گول [1]و همكاران‏، ٢٠٠٥).

زئولیت‌ها گروهی از آلومینوسیلیکات‌های هیدراته متبلور با خلل و فرج‌های ریز هستند که حاوی کاتیون‌های قابل تعادلی از گروه فلزات قلیایی و قلیایی خاکی یعنی (Na+، K+، Mg2+ و Ca2+ ) بوده و به‌طور برگشت پذیر آب را جذب و آزاد می‌کنند كه در دوران كمبود رطوبت آن را بصورت طولانی مدت در خود نگه داشته و بتدریج در اختیار ریشه گیاهان قرار می دهد (روبرت[2]، ٢٠٠١)

و بطور فزاینده ای در زمینه های مختلف از جمله صنعت، كشاورزی، حفاظت محیط زیست و حتی پزشكی مورد استفاده واقع شده اند (حجازی و قربانی، ١٣٧٣). زئولیت بخاطر تخلخل یا ساختار كریستالی قادر است بالاتر از٦٥%وزن خود آب جذب نماید (موپتون[3]، ١٩٩٩). زئولیت ها كانی هایی طبیعی و آلومینو سیلیكاته با بار منفی هستند . مهمتر ین ویژگی زئولیت ظرفیت تبادل كا تیونی آن می باشد ( g١٠٠ meq/٣٠٠-١٠٠(.

این تبادل به طور عمده با آمونیوم و پتاسیم محیط انجام می گیرد و بار منفی ساختار ب كاتیون های محیط خنثی می گردد(سیمنس[4]،١٩٨٣). علاوه بر ظرفیت تبادل كاتیونی، زئولیت قدرت مكانیكی بالا در برابر سایش و خرد شدگی دارد ؛ همچنین دارای تخلخل بالا برای انتشار گاز و ورود و خروج مایعات به خصوص آب می باشد و به اندازه كافی نرم هست كه با خرد شدن به اندازه دلخواه در بیاید علاوه بر این كه سمی نیست و باعث آلودگی محیط زیست نمی شود ،كانی طبیعی و ارزان قیمت است(لگو [5]و همكاران ،٢٠٠٦). كه در تغییرات pH ساختار خود ر ا حفظ می كند، همچنین به نظر می رسد به دلیل خاصیت تبادل كاتیونی ، زئولیت میتواند عناصر غذایی به خصوص آمونیوم و پتاسیم را به صورت مخزنی در كانا ل های ساختاری خود نگه داشته و به تدریج در اختیار گیاه قرار دهند(شپارد[6]،١٩٨٣). برخلاف سایر اصلاح كننده های خاك زئولیت سریعا در خاك تجزیه نشده و لذا به بهبود وضعیت مواد مغذی آن کمک می نماید(آنونیموس[7]،٢٠٠٤). کاربرد زئولیت در كشاورزی همچنین باعث بهبود تاثیر و افزایش کارآیی كود های شیمیایی می شود. از طرف دیگر، مصرف زئولیت باعث جذب مواد ارزشمندی از قبیل نیتروژن(N)، پتاسیم (K)، كلسیم، منیزیم و سایر عناصر معدنی در بخش ریشه شده و در مواقع نیاز آن را در اختیار گیاه قرار می دهد(لگو،٢٠٠٦). با توجه به اهمیت گیاه گوجه فرنگی در سبد تغذیه ای انسان از یک طرف و كاهش منابع آبی درسطح جهان وبویژه ایران وافزایش بی رویه مصرف كودهای شیمیایی از طرف دیگر،ضرورت مطالعه وبررسی تاثیر زئولیت بر کارآیی مصرف آب و مواد مغذی توسط گیاه گوجه فرنگی احساس گردید.نتایج آزمایش(بوریسی [8] وهمكاران،١٩٨٤) نشان داد كه زئولیت استفاده شده درخاك تعدادی ازمحصولات كشاورزی ازقبیل سیب زمینی، ذرت، برنج، گوجه فرنگی، بادمجان و هویج باعث افزایش عملكرد شد كه دربعضی موارداین افزایش عملكرد به ٦٠درصدهم رسید. درنتجه استفاده از تركیب زئولیت با خاك تعدادی از محصولات كشاورزی مشاهده شدكه محتوای ویتامین تا ٧٠درصدافزایش یافت .كاتوك[9] وهمكارانش (١٩٩٦)بیان كردندكه زئولیت طبیعی به دلیل خاصیت تامپونی خود باعث تنظیمPHخاك ودرنتیجه بهبود كیفیت فیزیكی وشیمیایی خاك میشود.این ماده معدنی زئولیت توسط (دیوایری [10](١٩٩٨)در محصولات باغی استفاده شدكه كاربردآن منجر به آزادسازی تدریجیNH4وافزایش جذب آمونیوم شد. لگو (٢٠٠٠) طی آزمایشات صورت گرفته متوجه شد كه زئولیت به دلیل قابلیت تبادل کاتیونی بالا(حدود ١٠٠ تا ٣٠٠ میلی اكی والان در صد گرم) از فقیرشدن خاك از مواداولیه جلوگیری كرده وباعث آزادسازی تدریجی آمونیوم وپتاسیم وسایر موادغذایی میشود ونهایتا باعث رشد بهتر گیاه وافزایش بازده محصول می گردد.آنلو [11]و همكاران و همكاران (٢٠٠٤) باكارهایی كه برروی نشاء گوجه فرنگی انجام دادند به اثرات مثبت افزایش زئولیت بر روی رشد نشاء پی بردند.

١-٢اهداف ومشخصات تحقیق

گوجه فرنگی یک گیاه پر مصرف از لحاظ مواد غذایی است و در بستر های متفاوت امكان كشت دارد، انتخاب یک بستر مناسب برای كشت آن موضوع تحقیقات بسیاری می باشد . بستر مناسب كشت باید توانایی در اختیار قرار دادن هوای كافی برای ریشه را داشته باشد و ضمن داشتن ظرفیت نگهداری آب مناسب، بتواند به سهولت و به نحوی مطلوب آب را تخلیه كند(وردونك[12] و دیمییر[13]،٢٠٠٤).

با توجه به گسترش خشكسالی وكاهش منابع آبی درسطح جهان وبویژه ایران و از آنجایی كه خشكسالی و تنشهای آبی در بسیاری از مناطق دنیا می تواند زندگی گیاهان، جانوران و در نهایت بشر را تحت تأثیر خود قرار داده و تولید محصول را از طریق كاهش تعادل كربن در گیاهان محدودمی نماید، بنابراین نیازمند یافتن راهكارهایی برای كاهش مصرف آب وافزایش راندمان آبیاری می باشیم. منابع آب وخاک جزء سرمایه های ملی ومتعلق به همه نسل ها است. امروزه مقوله افزایش عملکردیا بالا بردن تولید درواحد سطح به ازای آب مصرفی استوار شده است درکشور ما توجه به این امرازآن رو ضروری است که درمنطقه خشک ونیمه خشک واقع شده است ومحدودیت بیشتر منابع آب وخاک نسبت به سایر مناطق دنیا درآن وجوددارد. براساس آمار واطلاعات موجود,درحال حاضر مصرف آب درکشور حدود ٩٤میلیاردمترمکعب درسال است که ٨٤ درصد آن دربخش کشاورزی وبقیه دربخشهای شرب، صنعت و سایرموارد به مصرف می رسد(باغانی وعلیزاده،١٣٧٩). بنابراین جنبه ی نو این طرح مرتبط با اثرات زئولیت بر روی مقاومت گیاه گوجه فرنگی به تنش های آبی می باشد. نتایج این طرح می تواند دربرنامه های مبارزه با خشكسالی مثمرثمر واقع شود.بعلاوه این ماده دارای اثرات مثبتی دررابطه با فراهم نمودن عناصرمعدنی موردنیاز گیاهان می باشد كه می تواند دركاهش مصرف كوهای شیمیایی اثرگذار باشد. با توجه به آمار واطلاعات موجودتنها در ٢٢سال گذشته ایران با ١٣ سال خشک سالی مواجه بوده که منجر به خسارت های سنگین به بخش کشاورزی گردیده است، با این حال با اعمال مدیریت صحیح و به کارگیری تکنیک های پیشرفته به منظور حفظ ذخیره رطوبت خاک،افزایش ماندگاری آب درخاک،می توان راندمان آبیاری را افزایش داد .امروزه با توجه به مطالعات گسترده در جهان از روش های گوناگونی برای مبارزه با کاهش خسارت خشکسالی روی گیاهان زراعی و باغی استفاده می گردد.از آن جمله می توان به کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب نظیر زئولیت اشاره نمود. درکشاورزی این پلیمرها به عنوان جاذب رطوبت قادرند میزان ٢٠٠الی ٥٠٠میلی لیتر آب به ازای هرگرم وزن خشک در خود ذخیره کنند.این مخازن ذخیره ای کوچک وقتی داخل خاک قرار می گیرند آب حاصل از آبیاری و بارندگی را در خود ذخیره می کنند و در صورت خشک شدن محیط آب جذب کرده را به تدریج تخلیه می نمایند و بدین ترتیب خاک مدت طولانی بدون نیاز به آبیاری مجدد مرطوب می ماند (راهنما،١٣٨٨).

1-3 انواع مواد اصلاح كننده خاك

برای اصلاح خاك، ایجاد تغییر فیزیكی و افزایش ظرفیت آن در نگهداری آب، مواد بسیار متنوعی به خاك افزوده میشود. این مواد به سه گروه تقسیم میشوند، گیاهی مانند زغال سنگ نارس (تورب یا پیت)، خاك اره، تراشه های چوب، برگ؛ مواد معدنی ای مانند بنتونیت، كائولن، دیاتومیت، ژیپس، پیت، پرلیت، لیكا، زئولیت؛ و مواد آلی نظیر مالچهای مصنوعی و پلیمرها. پلیمرها و زئولیت هااز جدیدترین مواد اصلاح كننده خاك هستند كه اثرات كمی و كیفی بیشتری دارند و در سطح گسترده تری از آنها استفاده میشود.) اله دادی، ١٣٨٠).

-4 پلیمرهای سوپرجاذب

پلیمرهای سوپرجاذب از گروه رزینها هستند (آزام [14]،١٩٨٠).این پلیمرها مواد اصلاح كنندهای هستند كه به تازگی كاربرد وسیعی پیدا كرده اند. این مواد از جنس هیدروكربن و از مشتقات نفت هستند و میتوانند صدها برابر وزن خود آب و مایعات آبی را جذب كنند و در خود نگه دارند (گنجی خرم دل ،١٣٨١).سوپرجاذبها در اثر جذب آب متورم میشوند و پس از تبخیر تدریجی آب به حالت اولیه خود باز میگردند. جذب آب در این مواد به صورت شیمیایی صورت میگیرد، بر خلاف مواد اسفنجی كه جذب آب در آنها فیزیكی است، به همین دلیل پلیمرها، حتی تحت فشار هم آب را به مدت طولانی تری حفظ میكنند. با مخلوط كردن این مواد با خاك، آب آبیاری به سرعت جذب شده و از هرز رفتن آن جلوگیری میشود. آب جذب شده به زمان و با سرعتی كاملاً كنترل شده به محیط خشك اطراف نفوذ میكند، در نتیجه خاك به مدت طولانی و بدون نیاز به آبیاری مجدد مرطوب میماند. جذب سریع آب و حفظ آن، بازده جذب ناشی از بارندگیهای پراكنده را بالا برده و در صورت آبیاری خاك، فواصل آبیاری را نیز افزایش میدهد. )خوشنویس،١٣٨٠).استفاده از سوپرجاذب در كاشت نشاء و نهال تنشهای رطوبتی را از بین برده و سازگاری گیاهان كاشته شده را با محیط بیشتر میكند. علاوه بر نگهداری آب، سوپرجاذبها به علت تغییر حجم مداوم(انبساط هنگام تورم و انقباض هنگام از دست دادن آب) باعث افزایش میزان هوا در خاك میشوند) گنجی خرم دل ، ١٣٨١(.

مطالعات نشان داده است که با بهره گرفتن از این پلیمرهای ابر جاذب می توان بازدهی آبیاری را افزایش داد چون مقدار آب اتلاف شده از طریق جاری شدن و یا نفوذ بیش از حد در زمین کاهش می یابد.پلیمرهای سوپرجاذب توانایی خاک های سبک برای نگهداشتن آب و میزان نفوذ پذیری آب در خاک های سنگین را به میزان چشمگیری افزایش می دهند(هلالی[15] و لیتی[16]،١٩٨٨). پلیمر های سوپر جاذب در افزایش عملکرد محصولات نقش موثری دارند. کاربرد پلیمر سوپر جاذب موجب کاهش وزن مخصوص ظاهری خاک می گردد که این پلیمر ها وزن مخصوص ظاهری خاک شنی را از ٦٦/١ به٥٨/١کاهش دادند(آزام ،١٩٨٠).محققین گزارش کردند که کاربرد ٢٠ کیلو گرم در هکتار سوپر جاذب وزن خشک، عملکرد دانه گیاه گندم را به طور معنی داری افزایش داد. و افزایش ١تا٢ تن زئولیت در هکتار به خاک در مورد گندم ١٣تا١٥درصد،تربچه ٥٣-٢٥ درصدو بادمجان ٥٥- ١٩درصد افزایش نشان داد(استرن[17] و همكاران،١٩٩٢).زئولیت ها با توجه به سه عامل مهم ساختمان شیمیایی،فراوانی و قابلیت دسترسی و ارزش اقتصادی تعیین کننده به طور عمده در کشاورزی کاربرد دارند. (کشاورز وفرح بخش،١٣٩٠). عمر مفید این پلیمر ها در خاک 5سال تخمین زده شده است(هلالی و لیتی ،١٩٨٨).

1-5 سابقه استفاده از پلیمرهای سوپرجاذب در جهان

معروفترین نوع سوپرجاذب طبیعی، نوعی رزین نشاستهای، با نام مخفف H-SPAN است این محصول در دهه ۱۹۷۰ ، به عنوان نخستین سوپرجاذب تجاری وارد بازار شد، اما به دلایل اقتصادی و ضعف كارایی، به ویژه استحكام كم ماده ژلاتینی سازنده آن نسبت به انواع كاملاً صنعتی از جنس )آكریل( با موفقیت چندانی روبه رو نشد. سوپرجاذبهای آكریلی بیشترین اهمیت را در بین انواع سوپرجاذب دارند و تقریباً پایه تمام تولیدات صنعتی در جهان سوپرجاذبهای آكریلی هستند. ویژگیهای این سوپرجاذبها از نظر ظرفیت جذب، سرعت جذب، استحكام ژل سازنده و ارزانی نسبی آنها سبب استقبال از این گروه سوپرجاذبها شده است. این مواد در اواخر دهه ۱۹۵۰ در آمریكا برای استفاده در موارد مختلفی از جمله نگهداری آب در كشاورزی و كمك به اطفاء حریق ساخته شدند. لیكن استفاده از این مواد از اوایل دهه ۱۹۸۰ گسترش یافت (گنجی خرم دل ،١٣٨١(.میزان مصرف سوپرجاذب در جهان از سال ۱۹۸۶ رشد چشمگیری داشته است. در دهه گذشته استفاده از این پلیمرها در صنایع بهداشتی موجب تحول در این صنعت شده است. به طوری كه اكنون میزان تولید سالانه سوپرجاذبها به١٠٠٠٠٠٠ تن میرسد.

سابقه ساخت و بررسی تاثیر كاربرد سوپرجاذب(ژلهای آب دوست) در كشاورزی به حدود دو دهه قبل باز میگردد، ولی سابقه استفاده انبوه آن در جهان بسیار كمتر است. سوپرجاذبهایی كه در كشاورزی استفاده میشوند از نوع پلی اكریلآمید است. یكی از انواع این سوپرجاذبها یک پلیمر تركیبی است كه از پیوند دو مولكول آكریلآمید و آكریلات پتاسیم ساخته شده است و میتواند تا٥٠٠-٤٠٠ برابر وزن خشكش آب جذب كند و به شكل ژل درآید. این مواد در كشاورزی به عنوان یک ماده افزودنی به خاك و همچنین مخزن عناصر غذایی، در تولید گیاهان دارویی، و نیز به عنوان ابر ذخیره كننده آب در خاك استفاده میشوند)خوشنویس، ١٣٨٠).