بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تاثیر بیوچار برگ گردو بر قابلیت دسترسی و جزءبندی سرب، خاک طبیعی آلوده با سطوح 0، 0/5، 1 و 2 درصد وزنی -وزنی بیوچار تولیدشده در دمای 400 درجه سلسیوس تیمار و بهمدت 45 روز در شرایط گلخانه خوابانده شد.
نتایج نشان داد که در خاکهای تیمارشده با بیوچار مقدار سرب عصارهگیریشده با DTPA-TEA پس از 45 روز انکوباسیون کاهش یافت. به این صورتکه با کاربرد 0/5، 1 و 2 درصد بیوچار، قابلیت دسترسی سرب عصارهگیریشده با DTPA-TEA بهترتیب 26، 39 و 54 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت.
همچنین نتایج نشان داد که سرب تبادلی، پیوندشده با کربنات، پیوندشده با اکسیدها و باقیمانده با کاربرد 0/5 درصد بیوچار بهترتیب 50، 18، 27 و 14 درصد و با کاربرد 1 درصد بیوچار بهترتیب 71، 20، 32 و 19 درصد و با کاربرد 2 درصد بیوچار بهترتیب 78، 22، 39 و 62 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. بنابراین، نتایج این تحقیق نشان داد که با کاربرد بیوچار اجزاء سرب و به دنبال آن قابلیت دسترسی سرب تغییر میکند.
مقدمه
آلودگی خاک به وسیله فلزات سنگین با آلودگی آب یا هوا تفاوت دارد، چرا که فلزات سنگین درون خاک بهمدت طولانی تری باقی میمانند؛ بنابراین در خاک دوام و بقای بیشتری دارند - Lasat., 2002 - و این واقعیت، فلزات سنگین را به یکی از خطرناکترین گروه آلایندههای زیستمحیطی مبدل ساخته است
فلزات سنگین آلودهکننده خاک میتواند از استخراج و ذوب سنگهای معدنی فلزدار، صنایع ریختهگری، لجن و رسوبات باطری، تمرینهای نظامی، مناطق دفن و انباشت زبالهها و فاضلابها، کودهای کشاورزی و صنایع الکترونیکی منشاء گرفته باشد
سرب از جمله فلزات سنگین آلاینده میباشد که میتواند درگونههای گیاهی غیرمقاوم، فعالیتهای گیاه شامل فتوسنتز، تنفس، تغذیه، ساختمان غشای سلولی و بیان ژن را تحت تأثیر قرار دهد . - Majer et al. , 2002 - سرب نه تنها فعالیت ریزجانداران خاک را تحتتأثیر قرار داده و سبب از دست رفتن حاصلخیزی خاک میشود، بلکه باعث بروز تغییر در شاخصهای فیزیولوژیکی رشد گیاهان و در نهایت کاهش عملکرد آنها نیز میگردد. این فلز به واسطه ورود به زنجیرههای غذایی، در بدن انسانها و حیوانات تجمع مییابد و سلامتی آنها را به مخاطره میاندازد
اصولاً، آگاهی از مقدار کل فلزات در خاک، اطلاعات محدودی درباره رفتار شیمیایی و قابلیت جذب آنها برای گیاه فراهم میکند. برای بررسی توزیع عناصر مرتبط با فازهای ژئوشیمیایی خاکها، روشهای عصارهگیری متوالی ارائه شده است .
بیوچار یک شکل پایدار زغال تولید شده از حرارت دادن مواد طبیعی تحت دمای زیاد و اکسیژن کم یا بدون اکسیژن - پیرولیز - است. این ترکیب دارای یک ساختمان منحصر به فرد فیزیکوشیمیایی است که منجر به افزایش باروری خاک و عملکرد محصولات بهویژه در خاکهای تخریب یافته میشود که سبب بهبود کیفیت و سلامت خاک، افزایش عملکرد محصول، افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی، کاهش اسیدیته خاک، کاهش جذب مواد سمی خاک و بهبود ساختمان خاک میشود - Köleli . - et al., 2004 جهان امروز، با اثرات فاجعهبار تغییرات آب و هوایی روبهرو است و افزودن بیوچار به خاک بهعنوان یک عامل تأثیرگذار برای مقابله با این تغییرات و کاهش انتشار گازهای گلخانهای توجه زیادی را به خود جلب کرده است. طرفداران و حامیان این سیاست ادعا میکنند که استفاده از بیوچار میتواند کربن را برای صدها و یا هزاران سال حفظ کرده و به کاهش غلظت گازکربنیک موجود در جوکمک کند
در بررسی اثر بیوچار تهیهشده از پوست درخت نخل تهیهشده در دمای 500 درجه سلسیوس بهمدت 8 ساعت بر قابلیت استفاده و جزءبندی عناصر سنگین در خاک شنی، اسیدی و آلوده مشخص شد که مقدار قابلاستفاده سرب از 1/79 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 1/32 میلیگرم برکیلوگرم در تیمار دارای 20 درصد بیوچار کاهش یافت. نتایج آنان نشان داد که شکلهای تبادلی و پیوندشده با کربنات با افزایش مقدار بیوچار، بهویژه کاربرد 20 درصد بیوچار کاهش یافت. بیوچار، مقدار سرب پیوندشده با موادآلی و پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز را از 2/11 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 1/42 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار دارای 20 درصد بیوچار کاهش داد .
بیوچار برگ گردو میتواند تأثیراتی بر قابلیت دسترسی عناصر سنگین در خاکهای آهکی آلوده داشته باشد. بنابراین در این بررسی، بهدلیل فقدان مطالعات کافی، تأثیر بیوچار تهیهشده از برگ درخت گردو بر قابلیت دسترسی و جزءبندی سرب در خاکهای قلیایی آلوده انجام شد.
مواد و روشها
خاک مورد استفاده از منطقه سپاهانشهر واقع در جنوب اصفهان و در شمال جاده اصفهان - شیراز برداشت شد. در قسمتهای جنوبی اراضی منطقه مسکونی سپاهانشهر، معدن دولتی باما و چند معدن خصوصی دیگر وجود دارد که غنی از رگههای سرب و روی میباشند و از سالهای قبل، فرآیند استخراج از آنها شروع شده و تاکنون ادامه دارد. از این منطقه، نمونهخاکی دارای آلودگی برداشت شد. نمونهخاک با چکش چوبی کوبیده و از الک 2 میلیمتری عبور داده شد. ویژگیهای خاک از قبیل بافت بهروش هیدرومتر، pH، قابلیت هدایت الکتریکی و مادهآلی به روش اکسیداسیونتر تعیین شد. مقدار سرب کل با استفاده از اسیدنیتریک 4 مولار - Sposito et al., 1982 - و مقدار سرب قابلاستفاده با روش DTPA-TEA عصارهگیری شد.
برای تهیه بیوچار از برگ ریختهشده پای درخت گردو در پایان فصل رشد از باغهای استان چهارمحال و بختیاری استفاده شد. بیوچار در دمای 400 درجه سلسیوس با قرار دادن درکوره بهمدت 2 ساعت و در شرایط کمبود اکسیژن تهیه شد. مقدار pH بیوچار تهیهشده، قلیایی - pH=9/3 - و قابلیت هدایت الکتریکی آن 5/6 دسیزیمنس بر متر بود.
بررسی قابلیت دسترسی و جزءبندی سرب
سه کیلوگرم خاک آلوده - عبورکرده از الک 2 میلیمتری - با مقادیر0، 0/5، 1 و 2 درصد وزنی-وزنی بیوچار تولیدشده در دمای 400درجه سلسیوس در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار در گلدان مخلوط شد. خاکها بهمدت 45 روز در رطوبت حدود ظرفیت مزرعه در گلخانه خوابانده شدند. پس از این مدت، سرب قابلاستفاده Lindsay and Norvell; - - DTPA-TEA - - 1978 و اجزاء سرب - جدول - 1 تعیین شد. پس از انجام تجزیه واریانس، مقایسه میانگینها با روش LSD - حداقل اختلاف معنیدار - در سطح 5 درصد انجام شد.
جدول -1 روش جزءبندی مورد استفاده در این تحقیق . - Tessier et al., 1979 -
نتایج و بحث خصوصیات خاک مورد مطالعه
خاک مورد مطالعه، دارای بافت شنلومی 78 - درصد شن، 15 درصد سیلت و 7 درصد رس - با pH =7/5 و قابلیت هدایت الکتریکی 0/82 دسیزیمنس بر متر بود. ماده آلی 0/27 درصد، سرب کل 7317 میلیگرم بر کیلوگرم و سرب قابلاستفاده 148/3 میلیگرم بر کیلوگرم بود.
میانگین اجزاء سرب در تیمارهای مختلف در جدول 2 ارائه شده است. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تاثیر مقدار کاربرد بیوچار بر قابلیت دسترسی و اجزاء سرب بجز سرب پیوندشده با مادهآلی در تیمارهای مورد مطالعه معنیدار - p <0/05 - بود.
در خاکهای تیمارشده با بیوچار مقدار سرب عصارهگیریشده با DTPA-TEA پس از 45 روز انکوباسیون کاهش یافت. با افزایش سطح بیوچار، نیز قابلیت دسترسی سرب کاهش یافت، به گونهایکه قابلیت دسترسی سرب از 432/8 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 321/4 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 0/5 درصد بیوچار، 263/8 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 1 درصد بیوچار و 200/4 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 2 درصد بیوچار کاهش یافت.
بنابراین با کاربرد سطوح 0/5، 1 و 2 درصد بیوچار، قابلیت دسترسی سرب به ترتیب به میزان 26، 39 و 54 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. از عوامل مهم در تغییر قابلیت دسترسی سرب میتواند تغییر اجزاء باشد. نتایج نشان داد که بیوچار اجزاء سرب را کاهش داد، بهاینصورتکه سرب تبادلی از 104/8 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 52/8 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 0/5 درصد بیوچار، 30/6 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 1 درصد بیوچار و 23/2 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 2 درصد بیوچار کاهش یافت.
سرب پیوندشده با اکسیدها از 2475 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 1809 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 0/5 درصد بیوچار، 1688 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 1 درصد بیوچار و 1505 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 2 درصد بیوچار کاهش یافت. تفاوت سرب باقی-مانده در خاک شاهد با تیمارهای 0/5 و 1 درصد بیوچار معنیدار نبود، در حالیکه تفاوت بین خاک شاهد و تیمار 2 درصد بیوچار معنیدار بود، سرب پیوندشده با مادهآلی در تیمار شاهد با سایر تیمارها، تفاوت معنیداری نداشت.
بنابراین، سرب تبادلی، پیوندشده با کربنات، پیوندشده با اکسیدها و باقیمانده با کاربرد 0/5 درصد بیوچار بهترتیب 50، 18، 27 و 14 درصد، با کاربرد 1 درصد بیوچار بهترتیب 71، 20، 32 و 19 درصد و با کاربرد 2 درصد بیوچار بهترتیب 78، 22، 39 و 62 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. مقدار سرب کل نیز در خاکهای تیمارشده با بیوچار نسبت به شاهد کاهش معنیداری پیدا کرد. کاهش مقدار سرب کل در اثر کاربرد بیوچار در مطالعات قبلی گزارش شده است
مشابه با نتایج این تحقیق، دوم و همکاران - 2015 - به بررسی تأثیر بیوچار پوست قهوه 500 - درجه سلسیوس بهمدت 3 ساعت - بر اجزاء و قابلیت استفاده عناصر سنگین خاک مجاور یک پادگان نظامی در جنوب غربی اتیوپی پرداختند. آنان خاک-های تیمارشده را در 7 سطح 0 - ، 2/5، 5، 7/5، 10، 12/5 و 15 تن بر هکتار - و 3 تکرار به مدت 90 روز انکوبه کردند. در خاک شاهد، بیشترین مقدار سرب در شکل پیوندشده با موادآلی 983 - میلیگرم بر کیلوگرم - ، باقیمانده 963 - میلیگرم بر کیلوگرم - و پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز 874 - میلیگرم برکیلوگرم - بود. بیوچار قابلیت استفاده سرب را از 545/8 در خاک شاهد به 61/7 میلیگرم بر کیلوگرم 89/5 - درصد - کاهش داد. با کاربرد 15 تن در هکتار بیوچار، سرب محلول و تبادلی خاک شاهد به جزءهای پیوندشده با کربنات، پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز، پیوندشده با موادآلی و باقیمانده انتفال یافت.
کوئی و همکاران - 2013 - تأثیر بیوچار تهیهشده از بقایای گندم - دمای 450 درجه سلسیوس - را بر جزءبندی و قابلیت استفاده فلزات سنگین در خاک شالیزاری جنوب چین بررسی کردند. آنان آزمایش گلخانهای شامل 4 سطح بیوچار 0 - ، 10، 20 و40 تن بر هکتار - در 3 تکرار همراه با کشت برنج در گلدانها اجرا کردند. بیشترین مقدار سرب در شکل پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز 75 - درصد - و پیوندشده با کربنات 10 - درصد - مشاهده شد. آنان گزارش کردند که بیوچارها، مقدار سرب پیوندشده با کربناتها و پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز را کاهش دادند. سرب پیوندشده با کربناتها در تیمار دارای 10 تن بر هکتار بیوچار 24/7 درصد، در تیمار دارای 20 تن بر هکتار بیوچار 18/2 درصد و درتیمار دارای 40 تن بر هکتار 30/9 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت.
