بخشی از مقاله
تأثیر نسبتهای مختلف گچ و بیوچار بر اصلاح یک نمونه خاک شور و قلیا
چکیده
شور و سدیمی شدن خاک از جنبههای مهم تخریب اراضی بهویژه در مناطق خشک و نیمهخشک محسوب میشود که باعث کاهش عرضه عناصر غذایی و در نهایت افت رشد گیاه و عملکرد آن میگردد؛ بنابراین اصلاح این خاکها امری ضروری میباشد. در این راستا تحقیق حاضر با هدف امکان اصلاح یک خاک شور و سدیمی با بهرهگیری از یک ترکیب معدنی کلسیمدار (گچ) و یک ترکیب آلی (بیوچار) و همچنین بررسی استفادهی توأم و جداگانهی این مواد با نسبتهای متفاوت، در اصلاح خاک ذکر شده صورت پذیرفت. آزمایشها در قالب طرح بلوک کاملاً تصادفی با هفت تیمار شامل شاهد، 10 گرم بیوچار به ازای هر کیلوگرم خاک، 20 گرم بیوچار به ازای هر کیلوگرم خاک، %1 گچ، %2 گچ، %1 گچ10 + گرم بیوچار، %2 گچ 20 + گرم بیوچار در 3 تکرار به اجرا درآمد. نمونهها به مدت 3 ماه با اعمال نیاز آبشویی مناسب (LF=0.3) آبیاری شدند. پس از 12 هفته برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک شامل نسبت جذب سدیم (SAR) هدایت الکتریکی (EC)، pH در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج جدول تجزیه واریانس، اثر نوع تیمار اصلاحی بر روی SAR، EC و pH خاک در سطح یک درصد معنیدار بود و نتایج مقایسهی میانگینها نشان داد که استفاده از گچ و بیوچار به تنهایی و همچنین بهکارگیری توأم این دو مادهی اصلاحکننده به همراه آبشویی، تأثیر معنیداری بر روی SAR، EC و pH خاک داشته و آنها را کاهش داده است. گرچه استفاده از گچ بهتنهایی تأثیر بیشتری بر سه خصوصیات ذکر شده داشته است.
مقدمه
در حال حاضر تخریب اراضی بهعنوان یک تهدید جهانی مطرح بوده و از جنبههای مختلف باعث کاهش محصول و افت عملکرد در اراضی کشاورزی میشود. یکی از علتهای تخریب اراضی، شور و سدیمی شدن خاک است که بخشهای وسیعی از مناطق خشک و نیمه خشک را تحت تأثیر قرار داده است. حدود نیمی از اراضی زیر کشت آبی دنیا در معرض تهدید شوری و سدیم قرار گرفتهاند .(8) خاکهای شور و سدیمی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی نامطلوبی دارند که باعث کاهش عرضه عناصر غذایی و در نهایت افت رشد گیاه و عملکرد آن میگردد 22) و .(21 مساحت خاکهای شور و خاکهای وابسته به آن در ایران بیش از 44/5 میلیون هکتار میباشد .(5) تحقیقات زیادی در زمینهی تأثیر سدیمی شدن خاکهـا بر خصوصیات فیزیکی آنها انجام گرفته است. نتـایج ایـن تحقیقات نشان میدهد که اولین شواهد تخریـب، افـزایش درصد سدیم تبادلی و پراکنــدگی ذرات خــاک بــوده کــه بــا فروپاشــی خاکدانهها و پر شدن منافـذ درشـت، هـدایت هیـدرولیکی خاک را کاهش میدهـد .(24) ازاینرو برای اصلاح خاکهای شور و سدیمی، روشهای متفاوتی توسط پژوهشگران مورد استفاده قرار گرفته است که یکی از آنها استفاده از منابع آلی است. هرچه ماده آلی یک خاک بیشتر باشد، به دلیل ایجاد فضای بین ذرات، جرم مخصوص خاک کاهش مییابد. نتایج مطالعات برخی محققان مانند پوجت و همکاران (2000)، کای و واندن بیگارت (2002) و همچنین تجادا و همکاران (2006) نشان میدهد که با کاربرد مواد آلی، جرم مخصوص ظاهری کاهش مییابد. این پژوهشگران دریافتند که ماده آلی بهعنوان عامل سیمانی کننده عمل کرده و در همآوری ذرات برای تشکیل خاکدانههای مقاوم ضروری است. از طرفی مواد آلی یکی از عوامل اتصالدهنده ذرات اولیه بوده که باعث تشکیل و پایداری خاکدانه میشود. خاکدانه سازی و افزایش اندازه خاکدانهها، فضای تخلخل را افزایش داده و به این ترتیب، جرم مخصوص کاهش مییابد. در بسیاری از موارد برای اصلاح این قبیل خاکها (شور و سدیمی) فقط آبشویی املاح خاک صورت میگیرد و در صورت لزوم، احداث شبکه زهکش کافی است. لیکن علاوه بر موارد فوق، گاهی مصرف مواد اصلاحکننده نیز الزامی است. مواد اصلاحکننده معمولاً بهمنظور افزایش نفوذپذیری و خنثی نمودن اثرات میزان بالای سدیم به کار میروند، زیرا در حال حاضر روشهای اقتصادی بهتری وجود ندارد تا با بهکارگیری آنها سدیماملاح اضافی آب آبیاری را جدا نماید. مصرف مواد اصلاحی آلی و معدنی در خاکهای شور، میتواند سبب تعدیل اثرات شوری بر فعالیتهای میکروبی و ویژگیهای بیوشیمیایی آن گردد. ازآنجاکه هزینه اقتصادی تهیه مواد اصلاحکننده و همچنین در دسترس بودن آنها را نیز باید همواره مد نظر قرار داد، بنابراین باید سعی شود که علاوه بر مصرف مواد اصلاحکننده آلی و معدنی، این مواد ارزان قیمت و در دسترس باشند .(2)
بیوچار یک باقیماندهی جامد حاوی کربن است که در شرایط گرمایی و در شرایط محدود اکسیژن و درجه حرارت پایین >700) درجه سانتیگراد) تولید شده که این فرایند تحت عنوان پیرولیز در دمای کم است و مادهی جامد حاصل از آن دارای زیتودهی غنی از کربن میباشد .(27) دمای تولید و نوع مادهی خام دو فاکتور اصلی تغییر دهندهی ویژگیهای بیوچار است .(13) تقریباً نیمی از وزن زیتودهی خشک را کربن خالص تشکیل میدهد که اگر زیتوده در هوای آزاد تجزیه شود تقریباً تمام کربن آن به اتمسفر آزاد میشود. انواع مختلف مواد میتواند بهعنوان مادهی اولیه برای تولید بیوچار استفاده شود که از این دسته مواد میتوان به ضایعات چوب، کودهای دامی و بقایای محصولات کشاورزی اشاره کرد. این مزیت بیوچار که از گسترهی وسیعی از زیتودهها قابل تولید است و همچنین توانایی گوناگون آن باعث شده که بیوچار بهعنوان یک ابزار سودمند زیست محیطی و باصرفهی اقتصادی برای مدیریت محیط زیست مطرح شود .(13)
همچنین گچ به دلیل دارا بودن کلسیم و جایگزینی آن بهجای سدیم در مکانهای تبادلی، میتواند باعث کاهش سدیم تبادلی و افزایش نفوذپذیری گردد. 7) و .(26 با توجه به نقش مواد اصلاحکننده در بهبود خصوصیات خاک، این تحقیق به بررسی تاثیر دو نمونه از این مواد بر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک میپردازد.
مواد و روشها
(1 خاک مورد مطالعه
خاک مورد نظر از عمق صفر تا 30 سانتیمتری خاک، از منطقه حسین آباد واقع در دشت یزد-اردکان با مساحت 650000 هکتار، با ارتفاع 1210 متر از سطح دریا با طول 54 13 77 و عرض 3203 06 در مرکز ایران و حدفاصل شهرهای یزد اردکان جمعآوری شد. پس از انتقال نمونهخاک به آزمایشگاه، مقداری از خاک مورد نظر در آزمایشگاه توسط هاون چینی کاملاً کوبیده و نرم شد سپس از الک 2 میلیمتری عبور داده شد. سپس برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک تعیین گردید(جدول .(1 بافت خاک بر اساس درصدهای شن، رس و سیلت و با استفاده از مثلث بافت خاک sandy loam است. خاک مورد آزمایش با توجه به طبقهبندیهای انجام شده (فصل دوم نشریه 205 موسسه تحقیقات خاک)، به دلیل EC و SAR بالا، جز خاکهای شور و قلیا محسوب میگردد. بافت خاک به روش هیدرومتری، درصد کربنات کلسیم با استفاده از روش تیتراسیون با اسید سولفوریک درصد مواد آلی با استفاده از روش احتراق مرطوب، میزان pH،EC،SAR عصاره اشباع و کاتیونهای کلسیم و منیزیم به روش تیتراسیون و سدیم با استفاده از دستگاه فلیم فتومتری تعیین گردید .(19)
(2 انجام آزمایشهای اصلاح
آزمایش در قالب طرح بلوک کاملاً تصادفی با هفت تیمار: شاهد، 10 گرم بیوچار به ازای هر کیلوگرم خاک (Bch1)، 20 گرم بیوچار به ازای هر کیلوگرم خاک (Bch2)، %1 گچ (G1)، %2 گچ (G2)، %1 گچ10 + گرم بیوچار (G1 +Bch1)، %2 گچ + 20 گرم بیوچار (G2 +Bch2) در 3 تکرار به اجرا درآمد. منظور از تیمار خاکی است که هیچ اصلاحکنندهای به آن اضافه نشده است. بیوچار مورد استفاده در این آزمایش استوور یا همان غلاف ذرت بود که در شرایط گرمایی و محدودیت اکسیژن و درجه حرارت پایین >700) درجه سانتیگراد) تبدیل به مادهی جامد بیوچار شده بود. گچ مورد استفاده، همان جیپسیم یاسولفات کلسیم آبدار بود که بهصورت پودر در آمده، از الک 2 میلیمتری عبور داده شده و مورد استفاده قرار گرفت.
بعد از پیاده کردن نقشهی طرح و اعمال تیمارها، با در نظر گرفتن نیاز آبشویی با توجه به محاسبات انجام شده به میزان LF =0/3، آبشویی صورت گرفت. پس از 12 هفته pH، EC و SAR نمونهها در آزمایشگاه خاکشناسی مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت تجزیه دادهها از روش تجزیه واریانس یک طرفه و برای مقایسه میانگین تیمارها از آزمون چند دامنهای دانکن استفاده شد. تجزیه دادهها و نمودارها به ترتیب به کمک نرم افزار SPSS و Excel انجام گرفت.
نتایج و بحث
جدول 2 نتیجهی تجزیه واریانس تیمارهای بهکاربرده شده در این آزمایش را بر روی نسبت جذب سدیم، هدایت الکتریکی عصارهی اشباع و pH خاک را نشان میدهد. بر اساس نتایج بدست آمده اثر تیمارهای مورد استفاده در آزمایش بر روی صفات فوقالذکر در سطح یک درصد معنیدار بود.
الف) تأثیر تیمارهای آزمایش بر نسبت جذب سدیم (SAR) خاک
بر اساس نتایج بدست آمده، همه تیمارهای مورد استفاده در این تحقیق SAR خاک را در مقایسه با شاهد بهطور معنی داری کاهش دادند. بیشترین کاهش SAR مربوط به تیمار %2 گچ بود که از این نظر با تیمار گچ 1 درصد اختلاف معنیداری نداشت. تیمارهای %2 گچ و %1 گچ مقدار SAR خاک را نسبت به شاهد به ترتیب 50/09 و 45/79 درصد کاهش دادند. پس از تیمارهای گچ %2 و گچ %1 تیمارهای 20 گرم بیوچار +گچ %2 و 10 گرم بیوچار%1+ گچ به ترتیب با 30/63SAR و 31/98 بیشترین تأثیر را در کاهش این پارامتر نشان دادند. در بین تیمارهای اصلاحی کمترین کاهش SAR مربوط به تیمار 10 گرم بیوچار بود که با تیمار 20 گرم بیوچار اختلاف معنیداری نداشت (شکل .(1 علت کاهش SAR در تیمار گچ، آزاد شدن کلسیم در محلول خاک، به دلیل حل شدن گچ اضافه شده به خاک است .(18) کو و همکاران (2003)، هانای و همکاران (2004)، الیاس و همکاران (1997) و عسگری و پاشایی اول (1380) نشان دادند که کاربرد گچ، باعث کاهش SAR در خاک شده است و نیز کاربرد گچ را مؤثرترین مادهی اصلاحکننده ذکر کردند. بیوچار فرآیند اصلاح خاک توسط گچ را بهبود می بخشد، این امر دلیل کاهش SAR در تیمارهای حاوی بیوچار است. در مقایسه با تیمارهای حاوی گچ، میزان کاهش SAR درتیمارهای فاقد گچ و تیمارهای گچ به همراه بیوچار کمتر بوده که علت آن را میتوان آزاد شدن یونهای قلیایی در خاک در تیمارهای حاوی بیوچار دانست.
· حروف مشابه روی ستونها نشان دهندهی عدم اختلاف معنیدار در سطح 5 درصد میباشد.
ب) تأثیر تیمارهای آزمایش بر هدایت الکتریکی (ECe) خاک
بر اساس شکل 2 تمامی تیمارهای مورد استفاده EC خاک را نسبت به شاهد بهطور معنیداری کاهش دادند. بیشترین میزان کاهش EC به ترتیب مربوط به تیمارهای %2 گچ و %1 گچ است که به ترتیب میزان این پارامتر را نسبت به شاهد 59/27 و 56/59 درصد کاهش دادند. بعد از تیمارهای گچ %2 و گچ %1 بیشترین کاهش به ترتیب مربوط به تیمارهای 20 گرم بیوچار%2+ گچ و 10 گرم بیوچار %1+ گچ است. علت اینکه کاهش Ec در تیمارهای حاوی بیوچار کمتر از تیمارهای فاقد این مادهی آلی بوده است را میتوان ناشی از وجود املاح در این ماده و متعاقب آن تجزیهی این املاح و ورود یونهای ناشی از این تجزیه به محلول خاک دانست .(3) رجبی (1393)، نشان داد اضافه کردن بیوچار تولید شده در دمای 200 و 400 درجه سلسیوس به طور معنیداری باعث افزایش قابلیت هدایت الکتریکی خاک میشود. لاشاری و همکاران (2013)، کاهش قابل توجهی در اثر کاربرد توام بیوچار کمپوست کود مرغی و محلول رقیق شده اسید چوب در شوری خاک مشاهده کردند. اوجدا و همکاران (2015)، بیان کردند که کاربرد بیوچار هدایت الکتریکی (EC) خاک را اصلاح کند. در مقابل نجمی (1392)، نشان داد که کاربرد بیوچارهای حاصل از بیومس کاه و کلش برنج، چوب و ضایعات کارخانه کاغذسازی و یک نوع بیوچار تهیه شده به وسیله کورههای سنتی ساخت ذغال باعث افزایش معنیدار هدایت الکتریکی نسبت به شاهد در اکثر تیمارها میگردد.
· حروف مشابه روی ستونها نشاندهندهی عدم اختلاف معنیدار در سطح 5 درصد آزمون دانکن میباشد.
ج) تأثیر تیمارهای آزمایش بر واکنش خاک (pH)
بر اساس نتایج تجزیه واریانس ارائه شده در جدول (2-4)، اثر تیمارها بر واکنش خاک در سطح آماری یک درصد معنیدار بوده است. نتایج نشان دهندهی این است که pH، در تیمارهای گچ %1 و گچ %2 کاهش بیشتری نسبت به سایر تیمارها داشتهاند گرچه بین این دو تیمار از لحاظ آماری تفاوت معناداری وجود ندارد و پس از این دو تیمار، تیمارهای 20 گرم بیوچار %2+ گچ و 10 گرم بیوچار %1+ گچ، بیشتریم کاهش را نشان میدهند؛ که این یافته با نتایج روبینز (1986) و گوپتا و همکاران (1989) همخوانی دارد. آنها کاهش pH خاک را در اثر افزایش فشار جزئی گاز CO2 حاصل از تنفس ریشه گیاه و تجزیه مواد آلی گزارش کردند. همچنین نتایج حاصل در راستای نتایج آزمایشات لاشاری و همکاران (2013) است که کاهش قابل توجهی در اثر کاربرد توام بیوچار کمپوست کود مرغی و محلول رقیق شده اسید چوب در pH خاک مشاهده کردند. در مقابل نجمی (1392) بیان کرد کاربرد بیوچارها در خاک مورد استفاده باعث افزایش معنیدار pH نسبت به شاهد در اکثر تیمارها گردیده است و همینطور یی جین و همکاران (2015)، بیان کردند که کاربرد بیوچار pH خاک را به میزان 0/5 و 0/6واحد به ترتیب برای خاکهای سیلت لوم و رسی لومی افزایش داد. کاهش pH خاک در اثر کاربرد گچ ناشی از افزایش غلظت کاتیون کلسیم و آنیون سولفات در خاک و همچنین جایگزینی یونهای کلسیم محلول با H+ در سطح کلوئیدها و وارد شدن آنها به محلول خاک میباشد که این نتایج با نتایج تحقیقات روستا و همکاران (1381) هماهنگی دارد. گل ختک و همکاران (2007) نیز نشان دادند، با افزایش سطح گچ، کاهش قابل توجهی در مقدار pH حاصل شد. علت کاهش pH در تیمارهای حاوی بیوچار را میتوان افزایش رشد ریشه و ترشح اسید آلی بیشتر از ریشه ها دانست. با توجه به شکل 3 تمام تیمارها از لحاظ میزان pH، اختلاف معنیداری در سطح آماری یک درصد آزمون دانکن با شاهد دارند. رجبی (1393)، نشان داد کاربرد بیوچار تولید شده در دمای 200 درجه سلسیوس منجر به کاهش معنیدار pH خاک پس از برداشت اسفناج می شود. اوجدا و همکاران (2015)، نشان دادند که pH توسط بیوچار کاهش داده شده است. بر اساس نتایج کار بیوچارهای تولیدشده از مواد اولیه مبتنی بر کود pH بالاتری دارند.
