علاوه بر خاک‌هاي رسي ساده‌تر که در صنايع خوراک‌سازي و براي چسباندن پلت و نرم کردن مواد بکار ميروند، دو دسته اصلي از خاکهاي رسي شامل بنتونيت و زئوليت در دامپروري بکار ميروند. اين مواد داراي خاصيت تبادل يوني و ظرفيت جذب و دفع آب هستند و لذا براي کاهش رطوبت سالن، کاهش گازهاي مضر سالن و حذف سموم قارچي (به ويژه آفلاتوکسين) مواد غذايي از روده حيوان و امثال آن بکار ميروند. سطح مصرف هر يک ازآنها متفاوت و نحوه عمل آنها نيز بسته به ترکيب سموم قارچي و نوع باندهاي در دسترس آنها و شايستگي آنها براي باندشدن با خاک هاي رسي متفاوت است و همواره نتايج يکساني در بر ندارد. در برخي شرايط خاکهاي رسي موجب کاهش ديگر مواد مغذي و افزودني‌هاي ديگري از قبيل موننزين و سالينومايسين ميشوند. اين گونه روابط بسيار پيچيده ‌است. در ادامه خصوصيات شيميايي و خواص کاربردي اين دو خاک رسي به طور مختصر بيان شده است.

مرور مبحث گذشته

سيليکون يک عنصر چهار وجهي شبيه کربن است که با اکسيژن ارتباط‌هاي 4 وجهي برقرار ميکند و درجات متفاوتي از پلي‌مر شدن را از خود به نمايش ميگذارد. قسمت عمده سنگهاي پوسته زمين و ماه از سنگ‌‌هاي سيليکاته است. رس‌ها در واقع سيليکات‌هاي آلومينيوم آبدار و داراي لايه‌هاي 8 وجهي يا 4 وجهي هستند که در کنار هم قرار گرفته و بسته به تعداد اين لايه‌ها در ساختمان آنها توليد رس‌هاي 1:1 و 1:2 مي‌کنند. رسهاي 1:1 (کائولينيت يا خاک چيني) از نظر الکتريکي خنثي هستند.

در شماره پيشين مجله اطلاعات مختصري در مرود اين خاک‌هاي رسي ساده ارائه شد. در ساختمان رس‌هاي پيچيده‌تر، نحوه قرار گرفتن دو لايه 4 وجهي در طرفين لايه 8 وجهي موجب توسعه ساختار رسي 1:2 ميشود. ترکيب شيميايي ورقه‌ها، مقدار بار الکتريکي و در نتيجه ظرفيت تبادل کاتيوني و وجود خلل و فرج موجود در ساختمان‌ رس‌هاي 1:2 سرچشمه بروز خواص متعددي است که در زمينه اين گونه خاک‌هاي رسي در صنعت و کشاورزي مي‌شناسيم. بعلاوه ميزان جايگزيني آهن و منيزيم به جاي آلومينيم و نيز جايگزيني عناصر قليايي و قليايي خاکي در ساختمان آنها، تغيير و تنوعات ساختماني و خواص شيميايي پيچيده‌تر و گسترده‌تري به آنها ميدهد.

بنتونيت (مونتموريلونيت)

مونتموريلونيت يک رس کريستالي از خانواده رس‌هاي اسمکتيت و داراي دو لايه 4 وجهي و يک لايه 8 وجهي است که حالت صفحه‌اي با قطر تقريبي يک ميکرومتر بخود مي‌گيرد. مونتموريلونيت در واقع ترکيب اصلي خاک‌هاي هوادهي‌شده آتشفشاني با نام عمومي «بنتونيت» است. در عالم طبيعت به ندرت خاک يک دست و خالصي از يک ماده شيميايي وجود دارد. بنابراين در هيچ نقطه‌اي از جهان نميتوان مونتموريلونيت خالص تهيه کرد.

خاکهاي بنتونيت (سفيد مايل به خاکستري يا سبز) نقاط مختلف جغرافيايي داراي ناخالصي‌هاي متفاوتي است‌ ولي ساختار اصلي آنها از مونتموريلونيت است. بنتونيت‌ها را بر اساس عنصر غالب ساختمان‌شان (از قبيل پتاسيم، سديم، کلسيم و آلومينيم) نامگذاري ميکنند ولي در سطح صنعتي دو نوع کلسيم و سديمي آن مشهور است و استفاده صنعتي دارد. بنتونيت سديم (تورمي) که در صنايع حفاري بکار ميرود، يون سديم در آن به عنوان کاتيون تبادلي عمل ميکند و تا 20 برابر خود آب ميگيرد و ميتوان از آنها ايجاد سول (پودر معلق) يا ژل (براي تهيه پماد) کرد. بنتونيت کلسيم (غير تورمي) که در صنايع جذبي به ويژه در محيط‌هاي مايع (حتي روغن) بکار ميرود. تحت شرايطي ميتوان بنتونيت کلسيم را در نتيجه تبادل يوني به بنتونيت سديم تبديل کرد. براي اين کار يک محلول نمک سديم بيکربنات را در حد 5 تا 10 درصد به بنتونيت اضافه ميکنند و بخوبي به هم ميزنند و فرصت تبادل يوني به آنها مي‌دهند تا کلسيم آن خارج شود.

مونتموريلونيت داراي ساختمان شيميايي به صورت Na0.2Ca0.1Al2Si4O10(OH)2(H2O)10 است (تصوير شماره 1) و براي اولين بار در مونموريلون فرانسه نامگذاري شد. جايگزيني Al3+ به جاي Si4+ در لايه‌هاي چهار وجهي و جايگزيني Mg2+ و Zn2+ در لايه‌هاي هشت‌وجهي موجب ايجاد يک بار منفي خالص در سطح خاک مي‌شود. اين عدم توازن بار الکتريکي توسط کاتيون‌هاي داخلي (عمدتاً Na+ و Ca2+) خنثي و جبران شده و در نتيجه مونتموريلونيت خاصيت فيزيکوشيميايي خاصي از قبيل سطح تماس زياد، قدرت جاذبه فراوان، پايداري ساختماني بالا، اينرسي شيميايي و ظرفيت قوي براي ايجاد سوسپانسيون در غلظت‌هاي پايين پيدا ميکند. استفاده از مونتموريلونيت در جيره غذايي حيوانات موجب افزايش وزن و کارايي تبديل غذايي و کاهش بار ميکروبي روده و کاهش اثرات نامناسب مايکوتاکسين‌ها ميگردد. از طرفي مونتموريلونيت حامي و محافظ غشاء روده است به طوري که به باکتري‌هاي پاتوژن چسبيده و آنها را به صورت انتخابي دفع ميکند.

همچنين مونتموريلونيت موجب تقويت و استحکام سد مخاطي روده‌ها شده و بازتوليد اپيتليوم روده را تقويت ميکند. در انسان از اين رس براي مقابله با اسهال استفاده ميکنند. ملاحظه ميشودکه در کنار عناصر اصلي سيليسيم و آلومينيوم که شبکه اصلي لايه‌دار اين نوع رس را مي‌سازد دو عنصر ديگر کلسيم و سديم نيز ديده مي‌شود. ممکن است عناصر پتاسيم، آهن و ديگر کاتيونها نيز در آن وجود داشته باشد. در شرايط مصنوعي و کارگاهي امروز، به جاي عناصر طبيعي مونموريلونيت‌ها، از عناصر خاصي همچون مس استفاده ميکنند و آنها را براي اهداف خاصي از قبيل مقابله با باکتري‌هاي اشرشيا، سالمونلا و يا کلستريديوم بکار مي‌برند. بنابراين چه بسا در صنايع خاکهاي رسي، با نام‌هايي از قبيل مونتموريلونيت کلسيم، سديم، مس و امثال آن مواجه شويم که هر يک داراي رفتار و خاص متفاوتي هستند.

خواص

استفاده از خاکهاي رسي در صنايع خوراک‌‌سازي دام و طيور تازه نيست. کائولين، بنتونيت و زئوليت از جمله خاک‌هاي رسي هستند که به صورت افزودني (1 تا 2 درصد) و به عنوان نرم‌کننده و چسباننده، براي ساخت جيره‌هاي پلت استفاده ميشد. بعدها متوجه شدندکه افزودن خاکهاي رسي به جيره غذايي علاوه بر ايجاد خاصيت پلت شدن و مزاياي ناشي از آن، خود داراي اثرات مفيدي بر عملکرد حيوان داشته و در برخي موارد اثر يدکي برخي مواد معدني را در جيره‌هاي کمبود اين عناصر بازي ميکرده است. مکمل‌هاي رسي علاوه بر اين اثر جزئي مبني بر تأمين مواد مغذي داراي مزاياي ديگري نيز هستند. از جمله مصرف 1 تا 5 درصدآنها موجب افزايش کارايي انرژي جيره طيور شده و سرعت عبور مواد غذايي از کانال روده را کاهش ميدهند قابليت هضم مواد مغذي و فعاليتهاي آ‌نزيمي ترشحات دستگاه گوارش ميشود.

مونتموريلونيت به عنوان لجن چسبنده در صنعت حفاري، افزودني خاک‌هاي مستعد خشکي و ماده ساخت سدها و آبگيرهاي خاکي براي جلوگيري از نشت آنها بکار مي‌رود. در طب و داروسازي نيز کاربرد دارد. مداواي سندروم تحريک گوارشي و مقابله با مسموميت آفلاتوکسيني، درمان يبوست، کاهش جذب کلسترول، مقابله با جذب فلزات سنگين، سموم و مواد شيميايي خطرناک از جمله کاربردهاي آن است. مونتموريلونيت داراي خاصيت ضدباکتري است. براي پايدار کردن امولسيون‌هاي دارويي و سوسپانسيون ها و ايجاد خاصيت چسبيدن به پوست و قرص‌سازي و يا به عنوان کارير و يا بخشي از يک سيستم رهاسازي تدريجي دارو بکار ميرود.

بنتونيت داراي ظرفيت جذب آب بالايي است و لذا براي کنترل و کاهش ميزان رطوبت بستر مرغداري‌ها (در تابستان و زمستان) استفاده مي‌شود. بعلاوه استفاده از آن در مرغ تخمگذار موجب افزايش وزن بدن،‌ اندازه تخم و طول دوره حيات مرغ‌ها شد حتي اگر ميزان دريافت انرژي آنها در مقايسه با گروه شاهد کمتر بود. بعلاوه براي مقابله و کاهش شدت مسموميت آفلاتوکسيني و ديگر مايکوتاکسين‌ها در طيور و خوک بکار رفته و گاه اوقات در شرايط آزمايشگاهي نيز موجب کاهش اين نوع مسموميت شده است. البته ممکن است در کنار جذب و دفع اين مواد، ساير مواد مغذي از قبيل ويتامين‌ها (ويتامين A در جوجه‌) و مواد معدني (در خوک) را نيز دفع کند.

بنتونيت سديم يک ترکيب شيميايي بي ضرر و خنثي و يک باندکننده قوي آفلاتوکسين است و بين آنها يک کمپلکس پايدار و ثابت و نامحلول ايجاد مي‌شود و اين سم را از دسترس دستگاه گوارش خارج مي‌سازد. البته وجود توأم آفلاتوکسين و فومونيسين در دستگاه گوارش اثرات متفاوتي دارد و ممکن است بنتونيت يا زئوليت به خنثي کردن آنها مبادرت نکند. توانايي جذب سموم اين خاکها در نواحي مختلف جغرافيايي فرق ميکند کمااينکه pH محتويات دستگاه گوارش به ويژه سنگدان بر ساختار لايه‌بندي آنها اثر گذاشته و خواص جاذبيت آنها را تحت تأثير قرار ميدهد.

زئوليت (کلينوپتيلوليت)

زئوليت يا «سنگ جوشان» براي اولين بار در سال 1756 در سوئد کشف شد زيرا وقتي دماي آن به 200 درجه مي‌رسيد به جوش مي‌آمد. ابتدا فکر ميکردند زئوليت نوعي سنگ آتشفشاني است ولي بعدها متوجه شدند حدود 50 نوع طبيعي و با ساختارهايمتفاوت ومنحصر بفرد آن در نقاط مختلف کره زمين وجود دارد و ميتوان آن را به صورت مصنوعي نيز ساخت. زئوليت از جمله تکتوآلومينوسيليکاتهاي کريستالي آبدار و داراي خاصيت تبادل يوني است. معتبرترين زئوليت شناخته شده طبيعي، «کلينوپتيلوليت» است که به دليل پايداري ساختماني آن در شرايط گرماي بالا و شرايط اسيدي، در مطالعات دامپروري مورد استفاده قرار ميگيرد و به ويژه براي آمونياک و يوون پتاسيم جاذبه فراواني دارد. زئوليت داراي کانالهاي بزرگي در ساختار خود مي‌باشد که مولکولهاي آب و کاتيون‌هاي قليايي به نرمي به آنها متصل شده‌اند. اين آب زئوليتي در کنار کاتيون‌هاي مورد اشاره به صورتي انتخابي، مولکولهاي گاز و بخار را جذب کرده و نيز مولکولهاي آب را جذب يا رها ميکند و بدون اينکه ساختار آن تغيير کند، بر اساس خاصيت انتخابي که دارد کاتيون‌ها را به جاي يکديگر تعويض ميکند. هر زئوليت داراي ترکيب شيميايي و ساختار کريستالي خاصي بوده و در نتيجه خواص جذبي متفاوتي دارد. سوراخ ها يا حفرات داخلي زئوليت داراي قطر 12 آنگستروم است که از طريق کانالهاي با قطر 8 آنگستروم به هم متصل مي‌شوند. بسته به نوع ماده معدني حفرات به هم ربط پيدا کرده و کانال‌هاي عريضي با اندازه‌هاي متفاوت ايجاد ميکنند (تصوير 2). اين کانالها امکان حرکت يون‌ها و مولکول‌هاي مختلف را به آن ميدهد. به طورکلي زئوليت داراي دو خاصيت اساسي است که در دامپروري بکار ميرود. اول اينکه قادر به از دست دادن و گرفتن مجدد آب است و دوم اينکه به صورتي انتخابي انواع کاتيون‌ها را در درون ساختمان خود تبادل مي‌کند بدون اينکه تغيير عمده‌اي در ساختار آن ايجاد شود. براي مثال کاتيونهاي کلسيم قابل تبادل با ديگر کاتيون‌ها از قبيل يون آمونيوم، منيزيم و سديم و پتاسيم است.

زئوليت‌ها داراي خاصيت آمفوتري (دوگانه) هستند و هم در اسيد و هم در قليا حل ميشوند ولي در محدوده pH طبيعي اين قابليت حل اندک است. ممکن است در شرايط روده مرغ‌ها، مقداري از آلومينيوم و روي موجود در زئوليت به خون مرغها وارد شود و اثرات مثبتي بر کيفيت پوسته تخم و توسعه استخوان مرغها به جا بگذارد.

خواص

زئوليت وظايف متعددي از قبيل تبادل يوني، ‌فيلتر کردن، ‌حذف بو، غربال شيميايي، ‌نرم‌کننده آب و جذب گاز دارد و در انواع صنايع بکار ميرود. زئوليت به ويژه شکل خالص‌تر آن کلينوپتيلوليت به دليل ويژگي تبادل يوني تمايل زيادي به گازهاي سمي موجود در هوا و آب به ويژه ميل ترکيبي زيادي براي گاز آمونياک دارد و لذا در فيلترهاي تصفيه آب از ‌آن استفاده ميشود، براي اصلاح خاک کشاورزي مصرف ميگردد تا مواد مغذي خاک را حفظ کند و در اختيار ريشه گياه قرار دهد و براي کاهش نيتروژن و فسفر کود و به حداقل رساندن اثرات منفي بو و کاهش ميزان گاز‌هايي از قبيل آمونياک و سولفيد هيدروژن در دامپروري‌ها بکار ميرود. زئوليت تا حدود 60 درصد وزن خود آب ميگيرد. آبها از حفرات زئوليت تبخير شده و مجدداً جذب ميگردد بدون اينکه به ساختار آن لطمه وارد کند بنابراين به عنوان يک منبع آب ذخيره در طول دوره خشکسالي بکار ميرود.

زئوليت داراي بار منفي است و به عنوان دامي براي کاتيونهاي مثبت سديم، پتاسيم و کلسيم و گروه‌هاي با بار مثبت مثل آب و آمونياک عمل ميکند. کربنات‌ها و نيترات‌ها نيز به ساختار منفي زئوليت‌ها جذب ميشوند بنابراين کاتيون‌هاي قليايي و قليايي خاکي به يکسان جذب آن ميشوند. کاتيونهاي جذب شده متحرک هستند زيرا با اتصال ضعيفي به زئوليت باند ميگردند. ميتوان با استفاده از روشهاي تبادل يوني به راحتي و به اختيار آنها را جايگزين کرد. به همين دليل زئوليت‌ها اساساّ تبادل‌کننده‌هاي يوني مناسبي تلقي مي‌شوند. زئوليت نيز همچون بنتونيت داراي خاصيت جذب آفلاتوکسين و کاهش غلظت آن در کبد است. کلينوپتيلوليت در سطح 5 درصد جيره مرغ تخمگذار موجب افزايش توليد تخم، ‌پايداري و استحکام پوسته و افزايش کارايي تبديل غذايي شد ولي بر زمان شروع تخمگذاري و وزن تخم اثري نداشت. زئوليت در جيره‌هاي حاوي کلسترول بالا موجب کاهش کلسترول خون شد.

زئوليت خاصيت جذب آمونياک نيز دارد و مي‌توان از آن در جيره غذايي استفاده کرد ويا مستقيماً بر روي بستر نگهداري مرغها ريخت تا تراکم اين گاز را در سالن کاهش دهد.

مرتضي بيکي بندرآبادي
عضو هيئت علمي مرکز تحقيقات جهاد کشاورزي استان قم

منابع:

Quinseberry, J. H. 1958. The use of clay in poultry feed. Clays and Clay Minerals, 16: 267-270. Trekova, M, L. Matlova, L. Dvorska and I. Pavlik. 2004. Kaolin, bentonite, and zeolites as feed supplements for animals: health advantages and risks. Vet. Med. – Czech, 49: 389-399. Mumpton, F. A. 999. La roca magica: Uses of natural zeolites in agriculture and industry. Proc. Natl. Acad. Sci., 96:3463-3470. Gray, S. J., T. L. Ward, L. L. Southern, D. R. Ingram. 1998. Interactive Effects of Sodium Bentonite and Coccidiosis with Monensin or Salinomycin in Chicks. Poultry Science, 77:600–604.