مدل‌سازي كمي رهاسازي پتاسيم از فلدسپار توسط باكتري باسيلوس

Quantitative Modeling of the Potassium Release from Feldspar by Bacillus sp.

پتاسيم يكي از عناصر غذايي ضروري براي رشد گياهان بوده و در ساختار بسياري از كاني­ هاي سيليكاته­ ي خاك يافت مي­ شود. برخي از ميكروارگانيسم­ ها نظير باكتري­ ها، قارچ ­ها، جلبك­ ها و گلسنگ­ ها كارآيي بالايي در تجزيه سيليكات ها و آزادسازي عناصري نظير پتاسيم از آن­ها را دارند. اين مطالعه با هدف مدل­ سازي و ارزيابي تأثير متغيرهاي pH، زمان­ انكوباسيون و مقادير مختلف كاني فلدسپار بر ميزان رهاسازي پتاسيم توسط باكتري Bacillus sp. انجام شد. براي اين منظور دامنه ­هاي متفاوتي از اين سه متغير شامل pH (9-5)، زمان­ انكوباسيون (17-1 روز) و فلدسپار (7-1 گرم در ليتر) در نظر گرفته شده و طرح مركب مركزي با 20 آزمايش و بر اساس مقادير كدبندي شده متغيرهاي مستقل طراحي شد. نتايج نشان داد كه مدل طرح مركب مركزي قابليت مطلوبي (0/892 = R2 و mgl-1/96 = RMSE) در پيش ­بيني مقدار پتاسيم محلول دارد. تحليل حساسيت مدل طرح مركب مركزي نشان داد كه از بين سه متغير مورد بررسي، مقدار كاني فلدسپار و pH بيشترين تأثير را بر آزادسازي پتاسيم دارند بطوري­ كه درصد اثر اين دو متغير بر مقدار پتاسيم محلول به ترتيب برابر با 37/48 و 31/80 درصد به دست آمد. حداكثر غلظت پتاسيم محلول در پايين­ترين pH و بيشترين مقدار كاني فلدسپار مشاهده شد. زمان­ انكوباسيون نيز تأثير معني­ داري بر آزادسازي پتاسيم داشت. روند آزادسازي پتاسيم در مراحل اوليه انكوباسيون افزايشي، در مراحل مياني كاهشي و در ادامه افزايشي بود. به‌طوركلي افزايش مقدار كاني فلدسپار و طول دوره­ي انكوباسيون همراه با pH اوليه­ ي پايين محيط، سبب افزايش قابل‌توجه كارآيي باكتري Bacillus sp.در انحلال پتاسيم شد.

Potassium (K) is one of the essential nutrients for plant growth and it is found in the structure of many silicate minerals of soils. Soil microorganisms such as bacteria, fungi, algae and lichens have high efficiency in silicates decomposing and releasing elements such as potassium. The purpose of this study was to model and evaluate the effects of pH, incubation time and different amounts of feldspar on K release by Bacillus sp. For this reason different ranges of these three variables, including pH (5-9), incubation time (1-17 days) and feldspar (1-7 g.l-1) was considered and a central composite design with 20 experiments was used to evaluate the effects of the coded independent variables on K release from the feldspar. Results indicated that the central composite design has high efficiency (R2= 0.982, RMSE= 1.96mgl-1) in predicting soluble K concentration. Sensitivity analysis of the central composite design revealed that the pH and treated feldspar concentration are the most important factors in K release and the effect of these factors on K release are 37.48 and 31.80 percent, respectively. The highest concentration of the K was observed at high concentrations of feldspar and lowest levels of pH. Incubation time also had a significant effect on potassium release. In the early stages of the incubation time, the trend of potassium release was increased, in middle stages, K amount decreased but it was accelerated at the long times of incubation. Generally, increasing of the feldspar concentration and incubation time along with low initial pH lead to the high amounts of K release from feldspar.