Ин таҳқиқоти preprint таъсири эҳтимолии нанозарраҳои металлӣ, ки дар хокҳои кишоварзӣ истифода мешаванд ё метавонанд ба хок омехта шаванд, ба ҳаракатпазирии мис дар шароити тағйирёбандаи оксигенро меомӯзад. Муҳаққиқон ба ду хоки Mollisol-и бой аз мис нанозарраҳои оксиди мис, нанозарраҳои оҳан ва нанозарраҳои нуқра илова кардаанд. Сипас суспензияҳои хокро дар давоми 35 days байни шароитҳои оксик ва субоксик давр задаанд.

Натиҷаи асосӣ хеле қобили таваҷҷуҳ аст: Нанозарраҳои оксиди мис дар хок мисли манбаи доимии мис рафтор кардаанд. Нанозарраҳои оҳан гарчанде мустақиман мис илова накардаанд ҳам, тавассути тағйироти редокс даврҳои ҳалшавӣ ва боз нигоҳдории мисро тақвият додаанд. Нанозарраҳои нуқра бошад ба ҳаракатпазирии мис таъсири мустақими маҳдудтар нишон додаанд.

Таҳқиқот, махсусан дар минтақаҳои кишоварзие, ки хушксолӣ ва селҳои кӯтоҳмуддат зиёд мешаванд, таъкид мекунад, ки арзёбии хатари нанозарра бояд на аз рӯи шароити устувори лабораторӣ, балки аз рӯи шароити тағйирёбандаи редокс анҷом дода шавад.

Проблема чист?

Химияи хок устувор нест. Хоки кишоварзӣ баъзан дар шароити ҳавонок, оксигендор ва хушк қарор дорад; баъзан бошад пас аз бориши шадид, обёрӣ ё сел ба шароити камшавии оксиген мегузарад. Ин гузаштҳоро лапиши редокс меноманд.

Редокс ба таври содда шароитҳои химиявии марбут ба мубодилаи электронро тавсиф мекунад. Вақте дар хок оксиген ҳаст, баъзе металлҳо метавонанд дар ҳолати устувортар нигоҳ дошта шаванд. Вақте оксиген кам мешавад, сохторҳои минералие, ки оҳан, манган, мис ва монанди инҳо бо онҳо пайвастанд, метавонанд ҳал шаванд ё аз нав шакл гиранд. Ин метавонад ба ҳаракатпазиртар шудани металлҳо ё дастрасии бештар барои растаниҳо ва мавҷудоти хок оварда расонад.

Металли марказии ин таҳқиқот мис аст. Мис метавонад барои растаниҳо микроэлементи зарурӣ бошад; аммо агар дар миқдори зиёд ҳаракатпазир шавад, барои мавҷудоти хок ва решаҳо ба манбаи стресс табдил меёбад. Мушкил на миқдори умумии мис, балки дар кадом шакл будани он ва чӣ қадар қисмаш дар маҳлул ҳаракатпазир шудан аст.

Нанозарраҳо ин муодиларо боз ҳам мураккабтар мекунанд. Дар кишоварзӣ нанозарраҳои оксиди мис барои назорати замбӯруғ ва бактерияҳо, нанозарраҳои оҳан барои нигоҳ доштан ё тағйир додани ифлоскунандаҳо, нанозарраҳои нуқра бошад бо хосиятҳои зиддимикробӣ метавонанд аз роҳҳои гуногун ба муҳит омехта шаванд. Аммо ҳанӯз равшан нест, ки ин зарраҳо дар шароити тағйирёбандаи оксиген ба тавозуни металлии хок чӣ гуна таъсир мерасонанд.

Аз ин рӯ саволи асосии таҳқиқот чунин аст:

Дар шароити тағйирёбандаи оксиген нанозарраҳои металлӣ ҳалшавӣ, нигоҳдорӣ ва аз нав ҳаракатпазир шудани мисро дар хок чӣ гуна тағйир медиҳанд?

Усул чӣ пешниҳод мекунад?

Муҳаққиқон аз як минтақаи кишоварзии Чили ду намунаи хоки Mollisol гирифтаанд. Ин ду хок гарчанде монанд бошанд ҳам, аз ҷиҳати моддаи органикӣ ва қобилияти буферӣ фарқ мекунанд.

Хокҳо чунин номгузорӣ шудаанд:

• MA: Хоке, ки моддаи органикиаш камтар ва қобилияти буфериаш пасттар аст.
• MB: Хоке, ки моддаи органикиаш бештар ва қобилияти буфериаш қавитар аст.

Ин фарқ муҳим аст, зеро моддаи органикӣ метавонад бо металлҳое мисли мис комплекс ҳосил кунад. Яъне ба ҷои комилан озод гузоштани мис, онро пайваста карда ҳаракатпазириашро кам кунад.

Дар таҷриба се намуди нанозарра озмуда шудаанд:

• CuONPs: Нанозарраҳои оксиди мис
• FeNPs: Нанозарраҳои оҳан
• AgNPs: Нанозарраҳои нуқра

Ҳамчунин гурӯҳи назоратие, ки ба он нанозарра илова нашудааст, низ истифода шудааст.

Суспензияҳои хок дар реакторҳои махсус дар давоми 35 days нигоҳ дошта шудаанд. Дар ин муддат системаҳо навбат ба навбат ба шароити оксик ва субоксик гузаронида шудаанд. Шароити оксик ҳолати оксигени баландтарро; шароити субоксик бошад ҳолати камшавии оксиген ва бартарии равандҳои барқароршавиро ифода мекунад.

Муҳаққиқон дар давоми таҷриба ин тағйирёбандаҳоро пайгирӣ кардаанд:

• pH: Ҳолати туршӣ-ишқории хок
• Eh: Потенсиали редокс, яъне наздик будани муҳит ба шароити оксидкунанда ё барқароркунанда
• EC: Гузаронандагии электрикӣ, сигналӣ умумӣ дар бораи ҳаракатпазирии ионҳо дар маҳлул
• Cu²⁺ озод: Иони мисе, ки дар маҳлул мустақиман ҳаракатпазир аст
• Cu комплексишуда: Фраксияи мисе, ки бо моддаи органикӣ ё ҷузъҳои дигар пайваста аст
• Миси умумии бо CaCl₂ истихроҷшаванда: Фраксияе, ки ҳавзи миси дастрас/ҳаракатпазиртарро ифода мекунад

Формулаҳо чӣ мегӯянд?

Ин таҳқиқот на бар формулаҳои зичи назариявӣ, балки бар андозагирии таҷрибавӣ ва тавозуни массавӣ асос ёфтааст. Мантиқи муҳимтарини ҳисоб барои фаҳмидани он аст, ки мис аз кадом ҳавз ба кадом ҳавз гузаштааст.

Муҳаққиқон мисро ба чанд фраксия тақсим кардаанд:

• CuF: Иони озоди мис. Метавонад дар маҳлул ҳаракатпазири мустақим ҳисоб шавад.
• CuComplex: Миси комплексишуда. Метавонад бо моддаи органикӣ ё ҷузъҳои ҳалшудаи дигар пайваста бошад.
• CuT CaCl₂: Ҷамъи миси озод ва комплексишудаи дастрас.
• Non-labile Cu: Ҳавзи мисе, ки душвортар ҳаракат мекунад ва одатан қавитар пайваста ё камтар дастрас аст.

Идеяи муҳим дар инҷо чунин аст: Агар дар охири таҷриба миси бо CaCl₂ истихроҷшаванда зиёд шавад, қисме аз ҳавзи мисе, ки қаблан душвортар ҳаракат мекард, метавонад дастрастар шуда бошад.

Мантиқи мобилизатсияи фоизӣ дар таҳқиқот агар содда карда шавад, чунин хонда мешавад:

Чӣ қадар қисми миси умумӣ дар хок дар зери шароити таҷриба ба фраксияи ҳаракатпазиртар ва ченакпазир гузашт?

Ҳар қадар ин нисбат баландтар бошад, таъсири омезиши нанозарра ва даври редокс барои намоёнтар кардани мис дар маҳлул ҳамон қадар қавитар ҳисоб мешавад.

Паёми асосии График / Ҷадвал / Нақша

Паёми асосии тасвирҳои мақоларо бидуни дидани шаклҳои аслӣ чунин ҷамъбаст кардан мумкин аст:

Графики аввал нишон медиҳад, ки ҳангоми тағйири pH заряди сатҳи нанозарраҳо чӣ гуна тағйир меёбад. Паёми асосӣ: Нанозарраҳои CuO, Fe ва Ag рафтори электрикии якхела нишон намедиҳанд. Ин фарқ метавонад муайян кунад, ки онҳо бо зарраҳои хок, моддаи органикӣ ва ионҳои металлӣ чӣ гуна ҳамкорӣ мекунанд.

Графикҳои гузаронандагии электрикӣ нишон медиҳанд, ки бо даврҳои редокс миқдори ионҳо дар маҳлул лапиш мехӯрад. Дар давраҳои оксик гузаронандагӣ ба зиёдшавӣ майл дорад; дар давраҳои субоксик бошад поинравиҳои муваққатӣ дида мешаванд. Ин нишон медиҳад, ки равандҳои ҳалшавӣ, таҳшиншавӣ ва боз нигоҳдории металлҳо даврӣ ҳастанд.

Графикҳои pH нишон медиҳанд, ки махсусан нанозарраҳои CuO ва Fe дар баъзе давраҳо метавонанд системаро бештар турш кунанд. Туршшавӣ ҳарчанд хурд намояд ҳам, аз ҷиҳати ҳалшавии металл метавонад муҳим бошад. Дар хоки MA, ки моддаи органикиаш камтар аст, ин лапишҳо равшантаранд.

Графикҳои Eh нишон медиҳанд, ки таҷриба воқеан байни шароити оксик ва субоксик гузаштааст. Нанозарраҳои оҳан яке аз қавитарин лапишҳоро дар потенциали редокс ба вуҷуд овардаанд. Ин бо табиати оҳан, ки ба мубодилаи электрон моил аст, мувофиқат мекунад.

Графикҳои мис паёми асосии таҳқиқотро медиҳанд. Дар системаҳое, ки нанозарраҳои CuO доранд, мис дар маҳлул тадриҷан зиёд мешавад ва ин афзоиш ба осонӣ баргашта намешавад. Нанозарраҳои Fe ба ҷои афзоиши доимӣ мавҷҳои даврӣ месозанд: дар як фаза мис озод мешавад, дар фазаи дигар боз нигоҳ дошта мешавад. Нанозарраҳои Ag бошад рафторе наздиктар ба гурӯҳи назоратӣ нишон медиҳанд.

Ҷадвали тавозуни массавӣ ин намунаҳоро бо рақамҳо тақвият медиҳад. Дар хоки MA, ки қобилияти буфериаш пасттар аст, нанозарраҳои CuO тақрибан зиёда аз нисфи ҳавзи миси душворҳаракатро ҳаракатпазиртар кардаанд. Нанозарраҳои Fe низ таъсири муҳим, вале давритар нишон додаанд. Дар хоки MB аз сабаби баландтар будани моддаи органикӣ қисме аз мис комплекси шуда, қавитар буфер шудааст.

Нақшаи охир иерархияи функсионалии се нанозарраро ба таври содда ҷамъбаст мекунад:

• CuONPs: Манбаи доимии мис
• FeNPs: Мавҷҳои озодшавӣ-нигоҳдории мувофиқи редокс
• AgNPs: Таъсири мустақими пасти геохимиявӣ, таъсири эҳтимолии ғайримустақими микробӣ

Таҷрибаҳо чӣ гуна гузаронида шудаанд?

Дар таҳқиқот ду намунаи хоки кишоварзӣ истифода шудаанд. Хокҳо аввал аз ҷиҳати физикӣ-химиявӣ тавсиф шудаанд. Хусусиятҳое мисли pH, моддаи органикӣ, гузаронандагӣ, миқдори мис, зарфияти мубодилаи катион ва сохтори минералӣ муайян карда шудаанд.

Сипас хокҳо бо об омехта шуда, ба ҳолати суспензия оварда шудаанд. Ба ҳар суспензия ё ҳеҷ нанозарра илова нашудааст, ё нанозарраи CuO, Fe ё Ag илова шудааст. Гурӯҳҳои таҷрибавӣ дар се такрор гузаронида шудаанд.

Дар реакторҳо дар давоми 35 days шароитҳои газии навбатӣ татбиқ шудаанд. Дар фазаҳои оксик оксиген баланд нигоҳ дошта шудааст; дар фазаҳои субоксик оксиген кам карда шудааст. Ин моделест, ки тағйироти оксигенро, ки дар табиат бо хушксолӣ ва обхезии ногаҳонӣ ба вуҷуд омада метавонанд, тақлид мекунад.

Дар рӯзҳои муайян pH, Eh ва гузаронандагии электрикӣ андозагирӣ шудаанд. Ҳамзамон фраксияҳои озод ва истихроҷшавандаи мис таҳлил шудаанд. Ҳамин тариқ на танҳо ба миси умумӣ, балки ба он низ нигоҳ кардаанд, ки мис дар кадом шакли химиявӣ қарор дорад.

Дар ниҳоят тавозуни массавӣ анҷом дода шуда, ҳисоб карда шудааст, ки нанозарраҳо чӣ қадар мисро аз ҳавзи қаблан камҳаракат ҳисобшуда ба шакли дастрас гузаронидаанд.

Натиҷаҳо чӣ нишон медиҳанд?

Натиҷаи равшантарини таҳқиқот он аст, ки ҳар нанозарра якхела рафтор намекунад.

Нанозарраҳои оксиди мис дар давоми таҷриба боиси зиёдшавии мис дар маҳлул шудаанд. Ин таъсир махсусан дар хоки MA, ки моддаи органикӣ ва қобилияти буфериаш пасттар аст, қавитар аст. Нанозарраҳои CuO мисли манбаи нави мис, ки ба хок илова шудааст, рафтор кардаанд ва бо ҳал шудан озодшавии Cu²⁺-ро зиёд кардаанд. Баргаштии маҳдуди ин озодшавӣ дар муддати таҷриба аз ҷиҳати хатари ҷамъшаванда қобили таваҷҷуҳ аст.

Нанозарраҳои оҳан манбаи мустақими мис нестанд. Аммо бо таъсир ба даврҳои редокс метавонанд боиси озодшавии даврӣ ё боз нигоҳдории мис аз сохторҳои монанд ба оксиди оҳан шаванд. Аз ин рӯ таъсири FeNPs на ҳамчун афзоиши доимӣ, балки ҳамчун мавҷҳои «набз»-монандӣ озодшавӣ-нигоҳдорӣ дида шудааст.

Нанозарраҳои нуқра дар ин шароити таҷриба ба ҳаракатпазирии мис таъсири мустақими маҳдуди геохимиявӣ нишон додаанд. Аммо муҳаққиқон қайд мекунанд, ки нанозарраҳои нуқра бо хосиятҳои зиддимикробӣ метавонанд ба равандҳои редокси микробии хок таъсири ғайримустақим расонанд. Ин нукта бояд на ҳамчун натиҷаи асосии мустақиман исботшуда, балки ҳамчун эҳтимоли оянда таҳқиқшаванда хонда шавад.

Хусусиятҳои хок низ натиҷаро ба таври намоён тағйир додаанд. Хоки MA аз сабаби камтар будани моддаи органикӣ ва қобилияти буферӣ ба ҷамъшавии мис кушодатар намуд. Хоки MB бошад бо моддаи органикии бештар қисме аз мисро комплекси карда, ҳаракатпазирии озодро кам карда тавонистааст.

Ёфтаҳои тавозуни массавӣ ин тасвирро дастгирӣ мекунанд. Дар хоки MA бо нанозарраҳои CuO нисбати мобилизатсия тақрибан ба %55 ва бо нанозарраҳои Fe тақрибан ба %44 расидааст. Дар хоки MB ин нисбатҳо пасттар мондаанд. Ин нишон медиҳад, ки моддаи органикӣ ва қобилияти буферӣ метавонанд дар хатари муҳитӣ нақши муҳими муҳофизатӣ дошта бошанд.

Ин чаро муҳим аст?

Ин таҳқиқот нишон медиҳад, ки ҳангоми арзёбии хатари муҳитии нанозарраҳо танҳо саволи «ба хок чӣ қадар модда илова шуд?» кифоя нест. Яке аз нуктаҳои муҳимтарин он аст, ки хок бо гузашти вақт аз кадом шароитҳои химиявӣ мегузарад.

Бо тағйирёбии иқлим дар бисёр минтақаҳо ду ҳолати қатъӣ бештар рух медиҳад: давраҳои дарози хушксолӣ ва боришҳои кӯтоҳ вале шадид. Ин давр метавонад миқдори оксигенро дар хок зуд тағйир диҳад. Зиёд ва кам шудани оксиген бошад метавонад ҳалшавӣ, нигоҳдорӣ ва дастрасии биологии металлҳоро тағйир диҳад.

Нанозарраҳои мис-асос дар кишоварзӣ ё нанозарраҳои металлии ғайримустақим ба муҳит омехташуда метавонанд дар ин шароити тағйирёбанда аз интизорӣ дигаргуна рафтор кунанд. Махсусан дар хокҳои бой аз мис нанозарраҳои CuO метавонанд ба бори мавҷудаи мис манбаи иловагии миси ҳаракатпазир илова кунанд.

Нанозарраҳои оҳан бо потенсиали нигоҳ доштани ифлоскунандаҳо дар технологияҳои экологӣ таваҷҷуҳ меоранд. Аммо ин таҳқиқот нишон медиҳад, ки оҳан дар даврҳои редокс метавонад мисли воситае низ рафтор кунад, ки мисро даврӣ озод мекунад. Ин хотиррасон мекунад, ки нанозарраҳои оҳанро набояд ҳамчун «дар ҳама шароит устуворкунанда» тасаввур кард.

Паёми васеътари таҳқиқот чунин аст: Бехатарии нанозарра дар кишоварзӣ бояд на бо андозагириҳои устувор ва якдафъаина, балки бо озмунҳои динамикие, ки шароити тағйирёбандаи редоксро ба ҳисоб мегиранд, арзёбӣ шавад.

Нуктаҳои диққат

Ин мақола preprint-ест, ки аз арзёбии ҳакамон нагузаштааст. Ёфтаҳо пас аз раванди арзёбии мустақил метавонанд тағйир ёбанд.

Таҷриба на дар шароити воқеии саҳро, балки дар суспензияҳои назоратшавандаи хок-об гузаронида шудааст. Ин усул барои равшан дидани сигналҳои химиявӣ муфид аст; аммо дар хоки воқеӣ решаҳо, микроорганизмҳо, сохтори сӯрохдор, ҷараёни об ва номутаносибии фазоӣ мураккабтаранд.

Дозаи нанозарра метавонад ҳамеша сатҳи интизории муҳити зистро ифода накунад. Дар мақола гуфта мешавад, ки ин доза бештар барои тавсифи хатар ва фаҳмидани механизм истифода шудааст. Аз ин рӯ натиҷаҳо бояд бо сатҳҳои воқеии таъсир алоҳида озмуда шаванд.

Таҳқиқот баъзе механизмҳоро тавассути pH, Eh, гузаронандагӣ ва фраксияҳои мис шарҳ медиҳад. Аммо қайд мешавад, ки барои мустақиман дидани он ки мис ба кадом фазаҳои минералӣ ё органикӣ пайваста аст, дар оянда таҳлилҳои спектроскопӣ ва микроскопии XAS, XANES ё TEM лозим аст.

Эҳтимоли таъсири ғайримустақими нанозарраҳои нуқра ба равандҳои микробӣ ҷолиб аст; аммо дар ин таҳқиқот таҳлили мустақими ҷомеаи микробӣ ҳамчун далели асосӣ пешниҳод нашудааст. Аз ин рӯ ин шарҳро бояд эҳтиёткорона истифода бурд.

Хулоса

Ин таҳқиқоти preprint нишон медиҳад, ки таъсири нанозарраҳо дар хокҳои кишоварзӣ устувор нест, балки раванди динамикиест, ки ба шароити редокс вобаста аст. Нанозарраҳои оксиди мис, махсусан дар хокҳои бо қобилияти буферии паст, бо озодшавии доимии мис метавонанд хатари ҷамъшаванда эҷод кунанд. Нанозарраҳои оҳан гарчанде манбаи мустақими мис набошанд ҳам, бо гузаштҳои оксик-субоксик метавонанд мавҷҳои даврии озодшавӣ ва боз нигоҳдории мис эҷод кунанд. Нанозарраҳои нуқра дар ин шароит таъсири мустақими маҳдудтар нишон додаанд.

Барои хонандаи Verianla муҳимтарин паёми ин мақола чунин аст: Хатар дар хок танҳо бо саволи «кадом модда ҳаст?» фаҳмида намешавад. Ҳамон модда дар шароити редоксе, ки байни хушксолӣ ва обхезӣ мегузарад, метавонад гуногун рафтор кунад. Ҳангоми арзёбии истифодаи нанозарра дар кишоварзӣ сатҳи моддаи органикии хок, қобилияти буферӣ, бори мавҷудаи металл ва лапишҳои редокси иқлимӣ бояд якҷоя андешида шаванд.

Эзоҳи манбаъ ва усул

Ин навишта шарҳи соддакардашудаи маҳаллии таҳқиқоти preprint-и аз арзёбии ҳакамон нагузашта бо унвони «Redox oscillations amplify copper mobilisation from engineered nanoparticles in agricultural soils: a functional hierarchy from sustained release to episodic pulses» барои хонандагони Verianla аст. Матн тарҷумаи ҳарф ба ҳарф нест; паёмҳои асосии проблема, усул, натиҷаҳо, ҷадвал ва графикҳои мақола барои хонандаи Verianla ба таври хос аз нав баён шудаанд.

Таҳқиқот бар ду намунаи хоки Mollisol-и бой аз мис дар Чили, нанозарраҳои CuO/Fe/Ag, даври редокси оксик-субоксики 35 days, андозагириҳои pH, Eh, гузаронандагии электрикӣ ва фраксияҳои мис асос ёфтааст. Азбаски ёфтаҳо аз системаи назоратшавандаи лабораторӣ гирифта шудаанд, ҳангоми гузаронидан ба шароити воқеии саҳро сохтори маҳаллии хок, иқлим, моддаи органикӣ, решаҳои растанӣ ва таъсири дарозмуддатро бояд ба инобат гирифт.