بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تأثیر بیوچار بر کربن آلی خاک و قابلیت استفاده عناصر غذایی پرمصرف در خاک آهکی، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی اجرا گردید. فاکتورهای آزمایش شامل - 1 نوع بیوچار - ضایعات هرس سیب - AB - ، هرس انگور - GB - و کاه و کلش گندم - - - SB و - 2 مقدار بیوچار - صفر - B0 - ، - B1 - 1، - B2 - 2 ، - B4 - 4 و - B8 - 8 درصد وزنی/وزنی - بودند. نمونهها به مدت 60 روز در دمای 25 درجه سانتیگراد و 60 درصد رطوبت ظرفیت زراعی نگهداری شده و سپس ویژگی-های خاک شامل مقدار کربن آلی، نیتروژن معدنی، پتاسیم و فسفر قابل استفاده خاک در آنها اندازهگیری گردید. نتایج نشان داد با افزایش مقدار بیوچار در تمام انواع آن، کربن آلی خاک، پتاسیم قابل استفاده و فسفر قابل استفاده بهطور معنیدار افزایش یافتند . کربن آلی خاک در تیمار B8 ضایعات هرس سیب، هرس انگور و کاه و کلش گندم در مقایسه با شاهد به ترتیب 3/78، 3/80 و 5/24 برابر افزایش نشان داد.
مقدمه
بیوچار یک نوع ماده آلی تهیه شده از زیست تودههای گیاهی و ضایعات کشاورزی است که سوختن آنها در حضور کم و یا عدم حضور اکسیژن و در دماهای متوسط - <700℃ - انجام میشود، این ماده به علت سرعت تجزیه بسیار کند نسبت به سایر مواد آلی ظرفیت زیادی برای کاهش گازهای گلخانهای از قبیل دیاکسید کربن و متان که از ضایعات آزاد میشود، دارد و می-تواند کربن را برای دورههای طولانی ذخیره کند . - Lehmann et al., 2006 - از دیدگاه کشاورزی یکی از مزایای بیوچار، مدیریت ضایعات کشاورزی میباشد. بیوچار از تجزیه حرارتی زیست توده در فرآیند پیرولیز تولید میشود. بسیاری از مطالعاتی که برروی خاکهای منطقه ترایوتا انجام شدهاند، با اندازهگیری عناصر غذایی خاک، بیوچار را مادهای سودمند جهت حاصلخیزی خاک برشمردند . - Glasser et al., 2002 - بیوچار بر خارج کردن عناصر شیمیایی شامل انواع مختلف یونهای فلزی، مؤثر است. همچنین سبب جذب عناصر غذایی آنیونی همچون یونهای فسفات نیز میگردد، اگرچه که مکانیسم این فرایندها هنوز بهطور کامل شناخته شده نیست . - Lehmann, 2007 - مطالعات نشان میدهند که بیشتر بیوچارها به دلیل داشتن سطوح تبادلی زیاد میتوانند منجر به افزایش نگهداری عناصر غذایی در خاک شوند. افزودن بیوچار موجب میگردد که کارایی استفاده از عناصر غذایی افزایش یابد . - Major et al., 2009 - در طی سه دهه گذشته، تلفات نیتروژن از خاک بهدلیل استفاده بیش از حد و بهره-وری پایین کودهای نیتروژنی به خطر جدی تبدیل گشته است، کودهای نیتروژنی از خاکهای کشاورزی سبب انتشار گازهای N2، N2O، NO و NH3 میگردد . - Robertson and Groffman, 2007 - افزودن بیوچار میتواند بر فراهمی نیتروژن و دیگر عناصر غذایی در خاک مؤثر باشد . - Major et al., 2009 - بنابراین افزودن بیوچار به خاک با جلوگیری از هدررفت عناصرغذایی و در نتیجه حفظ منابع آب، بهروهوری از پتانسیل بالقوه محیطی را افزایش میدهد . - Nelson et al., 2011 - فسفر یک عنصر غذایی ضروری ماکرو برای گیاهان در خاک است. بطور کلی غلظت فسفر قابل استفاده بعد از افزودن بیوچار افزایش مییابد، برای اینکه در طی فرایند تولید بیوچار، فسفر محلول فراوانی تشکیل میشود - Sohi et al, 2010 - و فسفر میتواند وقتی که بیوچار به عنوان اصلاح کننده استفاده گردد، رها شود. افزودن بیوچار به خاک سبب افزایش فراهمی فسفر نیز میگردد
خاک مورد مطالعه
جهت انجام مطالعه تعداد 5 نمونه خاک از زمینهای زراعی شهرستان ارومیه از عمق 0-20 سانتیمتر نمونهبرداری شد و سپس از بین نمونههای خاک یک نمونه براساس مقدار کربن آلی و آهک انتخاب گردید. نمونهها پس از انتقال به آزمایشگاه، هوا- خشک شده و از الک 2 میلی متری عبور دادهشدند. برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی به روشهای متداول اندازه-گیری شدند.
انکوباسیون آزمایشگاهی
آزمایش بصورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی، شامل دو فاکتور - 1 نوع بیوچار شامل ضایعات هرس سیب - AB - ، هرس انگور - GB - و کاه و کلش گندم - SB - و - 2 مقدار بیوچار صفر - B0 - ، - B1 - 1، - B2 - 2 ، - B4 - 4 و - B8 - 8 درصد وزنی/وزنی با سه تکرار اجرا گردید. برای اجرای آزمایش انکوباسیون جهت بررسی تأثیر نوع و مقدار بیوچار بر روی خصوصیات خاک و عناصر غذایی قابل استفاده خاک، ابتدا به 100 گرم از نمونه خاک هوا-خشک شده، از هر یک از بیوچارهای تولید شده - ضایعات هرس سیب، هرس انگور و کاه و کلش کندم - مقدار 1، 2، 4 و 8 گرم اضافه گردیده و با هم مخلوط شدند. سپس نمونهها در ظروف پلیاتیلنی - پلاستیکی - ریخته شدند و بعد رطوبت نمونهها با افزودن آب مقطر به صورت اسپری در 60 درصد رطوبت ظرفیت زراعی تنظیم و به مدت 2 ماه در انکوباتور با دمای 25-2 درجه سانتیگراد قرار داده شدند. در طول
. - Lehmann et al., 2003 - افزایش معنیدار فسفر خاک در اثر افزودن بیوچار به خاکهای شنی و لومی گزارش شده است. کاهش آبشویی عناصر غذایی - Liard et al., 2010a - و نیز ترسیب کربن آلی - Ventura et al., 2013 - در اثر استفاده از بیوچار گزارش شده است.
شناخت تغییرات ایجاد شده بر اثر مصرف بیوچار در خاک، میتواند بهعنوان کلید مدیریتی در خاکهای کشاورزی محسوب شود. گزارشهای زیادی در خصوص تأثیر بیوچار تهیه شده از منابع مختلف زیست توده تحت شرایط متفاوت تولید بر جنبههای حاصلخیزی خاک وجود دارد - . - Lehmann, 2007 اما اغلب تحقیقات انجام شده بر روی بیوچار در خاکهای اسیدی و در مناطق گرمسیر صورت گرفته است و در خاکهای آهکی تحقیقات چندانی صورت نگرفته است. بنابراین با توجه به حجم بالای ضایعات هرس درختان سیب و انگور در استان آذربایجان غربی، تبدیل آنها به بیوچار می تواند فرصتی را برای بهبود حاصلخیزی خاک برای استفاده درازمدت فراهم میسازد. از اینرو در پژوهش حاضر تأثیر نوع و مقدار بیوچار تولید شده از ضایعات گیاهی مختلف بر کربن آلی خاک و وضعیت عناصر غذایی پرمصرف در یک خاک آهکی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها تهیه بیوچار
برای تهیه بیوچار، نظر به اهمیت موضوع مقادیر بالایی از شاخههای هرسترجیحاً - شاخههای یک یا دو ساله - از باغهای شهرستان ارومیه جمعآوری گردید. ضایعات هرس درختان سیب و انگور - اندازه 20-30 میلی متر - و کاه و کلش گندم - اندازه 10-20 میلی متر - خرد و با آب مقطر شسته شدند. سپس به مدت 2 روز در دمای 75 درجه سلسیوس داخل آون قرار داده شدند. سپس بقایا در داخل استوانه فلزی به قطر 7 و ارتفاع 31 سانتیمتر در داخل کوره الکتریکی قرار گرفت. بقایا بهمدت 2 ساعت - برور - 2012، در دمای 500 درجه سلسیوس در شرایط بدون حضور گاز اکسیژن با سرعت افزایش دمای 3 درجه سلسیوس بر دقیقه نگهداری شدند . - Kim et al., 2012 -
اندازهگیری ویژگیهای شیمیایی بیوچار
بیوچارها برای تعیین ویژگیهای شیمیایی از الک نیم میلی متر عبور داده شدند. سپس برخی از ویژگیهای بیوچارها مانند pH - در نسبت 1:20 آب و بیوچار - - Rajkovich et al., 2012 - ، هدایت الکتریکی - در نسبت 1:20 آب و بیوچار - - Rajkovich et al., 2012 - ، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش استات آمونیوم اصلاح شده یک مولار - Gaskin et al., - - pH= 7 - 2008 ، خاکستر - ASTM D1762-84 - و کربن، نیتروژن و هیدروژن کل بهروش سوزاندن خشک با دستگاه ECS 4010 اندازهگیری شدند. مدت انکوباسیون، ظروف توزین شدند تا اگر وزن آنها کم شده باشد، بوسیله آب مقطر جبران گردد تا درصد رطوبت نمونه %60 - ظرفیت نگهداری خاک - در طول انکوباسیون ثابت باقی بماند. پس از پایان 60 روز نمونهها هواخشک شده و مقدار کربن آلی خاک، مقدار نیتروژن معدنی، پتاسیم و فسفر قابل استفاده خاک با روشهای متداول اندازهگیری شد.
تجزیه و تحلیل آماری دادههای بهدست آمده از این پژوهش شامل تجزیه واریانس و تست نرمال بودن از نرم افزارهای MSTATC و SPSS استفاده شد و مقایسه میانگین از طریق آزمون چند دامنهای دانکن در سطح احتمال 0/05انجام گرفت. ترسیم نمودارها نیز با استفاده از نرم افزار Excel صورت گرفت.
نتایج و بحث ویژگی های خاک و بیوچارهای مورد استفاده دادههای جدول 1 برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه را نشان میدهد. خاک مورد مطالعه آهکی بوده و قابلیت هدایت الکتریکی آن نشان میدهد که خاک مورد نظر، جز خاکهای غیرشور محسوب میشود. مقدار اندک کربن آلی خاک، نشان دهنده فقر آن از نظر مواد آلی است. بعضی از ویژگیهای بیوچارهای تولید شده نیز در جدول 2 نشان داده شده است. بیوچارهای تولیدی همگی دارای pH قلیایی بودند . بیوچارهای تولیدی دارای مقدار کربن کل بالا و نیتروژن کل پایین بودند. بیوچار کاه و کلش گندم مقدار هدایت الکتریکی و pH بالاتر اما محتوای کربن پایین داشت. بیشترین و کمترین مقدار درصد خاکستر به ترتیب مربوطه به بیوچار کاه و کلش گندم و بیوچار هرس انگور بود - جدول . - 2
تأ ثیر نوع و مقدار بیوچار بر میزان کربن آلی خاک
شکل 1 نتایج مقایسه میانگین اثر نوع ومقدار بیوچار را بر مقدار کربن آلی خاک آهکی نشان میدهد. نتایج نشان داد هر سه نوع بیوچار حاصل از ضایعات هرس سیب، هرس انگور و کاه و کلش گندم با افزایش مقدار سبب افزایش معنیدار - S 0/05 - در مقدار کربن آلی خاک گردیدند. کربن آلی خاک در مقدار 8 درصد بیوچار ضایعات هرس سیب، هرس انگور و کاه و کلش گندم در مقایسه با شاهد به ترتیب 3/78، 3/80 و 5/24 برابر بیشتر بود. بهطور کلی بیشترین مقدار کربن آلی خاک در مقدار 8 درصد بیوچار کاه و کلش گندم مشاهده شد. افزایش مواد آلی خاک با کاربرد بیوچار میتواند در نتیجه وجود مقدار
