بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تاثیر بیوچار بقایای هرس انگور بر گونههای شیمیایی سرب در خاک آلوده، آزمایشی بصورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با 4 سطح بیوچار 0 - ، 2، 5 و 10 درصد - و 4 زمان انکوباسیون 1 - ، 2، 4 و 8 هفته - در 3 تکرار انجام گرفت و توزیع سرب در زمانهای مذکور با روش عصارهگیری متوالی تعیین و شاخص تحرک - MF - محاسبه گردید.
کاربرد بیوچار موجب کاهش معنیدار - 3 0.05 - عناصر در بخشهای تبادلی و کربناتی و افزایش معنیدار عناصر در بخشهای پیوند با ماده آلی و اکسیدهای آهن و منگنز نسبت به خاک شاهد گردید. با افزایش درصد بیوچار افزودهشده به خاک و زمان انکوباسیون، مقدار MF کاهش یافت که بیانگر کاهش تحرک فلز با افزایش درصد بیوچار است. درنهایت میتوان نتیجهگیری کرد که افزودن بیوچار انگور به خاک، منجر به تغییر شکل سرب از اشکال ناپایدار به شکلهای پایدار، و در نتیجه کاهش تحرک سرب در خاک میشود.
مقدمه
حضور فلزات سنگین در آبهای سطحی و زیرزمینی، بدلیل افزایش تحرک فلزات سنگین و تمایل آنها به تجمع در موجودات زنده و جذب آنها در زنجیرههای غذایی، معضلی جدی برای محیط زیست آفریده است . - Alloway, 1990 - تصفیه پساب با استفاده از جاذبهای غیرمتداول از قبیل محصولات جانبی و ضایعات کشاورزی مانند شاخ و برگ حاصل از هرس درختان ، پوست وسبوس برنج، خاک اره، پوست ومیوه کاج، کربن فعال شده و غیره نیز به علت داشتن ترکیبات سلولزی، کربن و سیلیس در ساختمان شیمیایی خود و همچنین بدلیل کارآمدی بالا و صرفه اقتصادی بسیار توسعه یافته است
بیوچار جامد غنی از کربن میباشد که از تجزیه حرارتی زیست تودههای گیاهی و ضایعات کشاورزی تحت شرایط بدون اکسیژن در دماهای متوسط - - <700 تهیه میشود. بیوچار ظرفیت جذب بالایی برای عناصر سنگین مانند مس، سرب و کادمیوم از محلولهای آبی دارد و به دلیل داشتن ساختار متخلخل، حضور گروههای عامل مختلف، pH سطحی بالا و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا میتواند به عنوان بهسازی بالقوه برای خاکهای آلوده با فلزات سنگین مورد استفاده قرار گیرد
از نسبتهای 0، 3 و 5 درصد بیوچار ساقه کلزا برای حذف مس، سرب و کادمیوم از خاک استفاده نمودند و مشاهد کردند که ترکیب خاک و بیوچار باعث افزایش جذب فلزات سنگین توسط خاک میشود. در مطالعه دیگر، بیوچار تولید شده از بقایای درختان آلو، Cd، Pb و Zn استخراج شده با DTPA را به ترتیب 90، 38 و 24 درصد در مقایسه با تیمار شاهد کاهش داد .
با توجه به فراوانی بقایای هرس انگور در آذربایجان غربی و مطالعات اندک در مورد تثبیت و غیرمتحرکسازی فلزات سنگین توسط بیوچار در خاکهای آهکی، در این پژوهش کاربرد بیوچار بقایای هرس انگور بر توزیع گونههای شیمیایی سرب در خاک آلوده بررسی و برای کمیسازی تحرّک عناصر از درصد یا مقدار نسبی بخش تبادلی و کربناتی - MF - استفاده شد.
مواد و روشها تهیه بیوچار
برای تهیه بیوچار، بقایای هرس انگور جمع آوری و پس از هواخشک نمودن به قطعات کوچک خرد و توسط آون در دمای 105 درجه سانتی گراد رطوبت آنها گرفته شد. سپس در کوره بدون حضور اکسیژن در دمای 500 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت به بیوچار تبدیل شدند و با آسیاب آزمایشگاهی آسیاب شدند. از آنجایی که سطح تماس ذرات در جذب فلزات سنگین موثر است، به منظور کنترل اثر این متغیر، ذرات از الک با مشهای 35 - کمتر از نیم میلیمتر - عبور داده شدند.
گزینش خاک و آزمایشات فیزیکوشیمیایی
خاک آلوده به عناصر سنگین از حوالی معدن انگوران در استان زنجان نمونهبرداری شد. نمونهی خاک هوا- خشک شده و از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نظیر بافت به روش هیدرومتری - Gee and - Bauder, 1986 ، pH و EC در سوسپانسیون 1:5 خاک و آب، کربن آلی به روش والکلی و بلک - Walkley and Black, 1934 - ، کربنات کلسیم معادل - CCE - به روش خنثیسازی با اسید کلریدریک - Rayment and Higginson, 1992 - ، ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - به روش استات آمونیوم یک نرمال - Chapman, 1965 - و میزان سرب کل در خاک با روش هضم با اسید - Soon and Abboud, 1993 - اندازهگیری شد.
آزمایش انکوباسیون
برای اجرای آزمایش انکوباسیون، مقادیر 0، 2، 5 و 10 درصد از بیوچار انگور به خاک آلوده اضافه گردید و پس از مخلوط شدن، نمونهها در ظروف پلاستیکی ریخته شده و رطوبت نمونهها با افزودن آب مقطر به صورت اسپری در رطوبت ظرفیت زراعی تنظیم شدند. نمونهها به مدت 2 ماه در انکوباتور با دمای 25 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. در طول مدت انکوباسیون، درصد رطوبت نمونه - %60 ظرفیت نگهداری خاک - ثابت نگه داشته شد. سپس در زمانهای 1، 2، 4 و 8 هفته بعد از انکوباسیون، از هریک از تیمارها مقدار مشخصی از خاک برداشت شده و گونههای شیمیایی عناصر سنگین با استفاده از روش عصارهگیری متوالی تسیر و همکاران استخراج شد. خلاصه روش عصارهگیری متوالی Tessier et al., - 1979 - در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول -1 خلاصه روش عصارهگیری متوالی Tessier et al., - 1979 - برای جزءبندی عناصر سنگین برای یک گرم خاک
تاثیر بیوچار بر گونههای مختلف سرب در خاک
شکل - 1 - گونههای شیمیایی سرب حاصل از عصارهگیری متوالی درخاک با نسبتهای مختلف بیوچار بقایای هرس انگور در زمانهای مختلف انکوباسیون را نشان میدهد. بخش تبادلی سرب از 9/8 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار شاهد به 3/1 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 10 درصد بیوچار بعد از گذشت دو ماه از زمان انکوباسیون کاهش یافت. همچنین کاربرد بیوچار یقایای هرس انگور منجر به کاهش بخش کربناتی از 178 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار شاهد به 82 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار 10 درصد بیوچار رسید که کاهش 44 درصدی را نشان داد، چنین کاهشی ممکن است به علت نگهداشت فلز بر روی سطح بیوچار باشد.
افزودن بیوچار به طور معنیداری - 3 0.05 - بخش پیوند با ماده آلی و اکسیدهای آهن و منگنز را افزایش داد - شکل . - 2 با افزایش بیوچار از %2 به %10، میزان بخش پیوند با ماده آلی از 58 به 62 میلیگرم بر کیلوگرم و میزان بخش پیوند با اکسیدهای آهن و منگنز از 138 به 159 میلیگرم بر کیلوگرم افزایش یافت که به ترتیب افزایش 55 درصدی و 37 درصدی را نسبت به تیمار شاهد نشان دادند.
توزیع سرب در بخشهای مختلف خاک در تیمار شاهد بصورت کربناتی < - %48 - اکسیدی < - %33 - آلی < - %12 - باقیمانده < - % 4 - تبادلی - %3 - بود که بعد از گذشت 8 هفته از زمان انکوباسیون در تیمار بیوچار به صورت اکسیدی < - %49 - کربناتی < - %25 - آلی < - %19 - باقیمانده < - % 5 - تبادلی - %1 - تغییر یافت
سرب کل
که در آن F1، F2، F3، F4 و F5 میزان فلز در بخشهای مختلف روش عصارهگیری متوالی مورد استفاده است. مقدار شاخص تحرک بالا، بیانگر بیثباتی نسبتا بالا و در دسترس بودن بیولوژیکی فلزات سنگین در خاک است . - Kabala and Singh, 2001 - آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی با 4 سطح بیوچار 0 - ، 2، 5 و 10 درصد - و 4 زمان انکوباسیون 1 - ، 2، 4 و 8 هفته - در 3 تکرار انجام گرفت. تجزیه و تحلیل آماری دادهها با نرم افزارهای SAS و مقایسه میانگین از طریق آزمون LSD در سطح احتمال 0/05 و ترسیم نمودارها با استفاده از نرم افزار Excel صورت گرفت.
بحث و نتایج
با توجه به ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی ارائه شده خاک در جدول 2، خاک مورد مطالعه دارای بافت لومی شنی، pH قلیایی و آلوده به فلز سرب بیشتر از حداکثر غلظت مجاز آن در خاک بر اساس استاندارد آژانس حفاظت از محیط زیست 150 - میلیگرم بر کیلوگرم - میباشد .
جدول -2 برخی ویژگیهای خاک مورد مطالعه
مقدار شاخص نسبی تحرک فلز یا فرمول زیر محاسبه گردید:
MF به عنوان نمایهای برای ارزیابی شدت خطرات آلودگی در خاکهای مورد مطالعه
