بخشی از مقاله
چکیده
مطالعه حاضر با هدف تاثیر بیوچار ضایعات هرس بر برخی خصوصیات شیمیایی و بیولوژیک خاک آهکی، بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در رایزوباکس اجرا گردید. فاکتورها شامل مواد آلی - بیوچار ضایعات هرس، شاهد بدون ماده آلی - و خاک - ریزوسفر و غیرریزوسفر - بودند. پس از پایان دوره رشد pH، EC، ماده آلی - O.M - ، کربن بیومس میکروبی - MBC - و فسفر بیومس میکروبی - MBP - در خاکهای ریزوسفری و غیرریزوسفری تعیین گردید. نتایج نشان داد که حضور بیوچار در خاک ریزوسفری و غیرریزوسفری تاثیر معنیداری بر شاخصهای اندازهگیری شده نسبت به تیمار شاهد در هر دو سطح خاک گردید. بیوچار منجر به افزایش 1/03 برابری pH در هر دو سطح خاک نسبت به تیمار شاهد شد . همچنین EC و O.M در خاک ریزوسفری تیمار بیوچار در مقایسه با خاک غیرریزوسفری به ترتیب 1/22 و 1/26 برابر افزایش یافت. افزایش 62/04 و 86/74 درصد به ترتیب در MBC و MBP خاک ریزوسفری تیمار بیوچار نسبت به خاک ریزوسفری تیمار شاهد مشاهده شد.
واژههای کلیدی: بیوچار، خاک آهکی، رایزوباکس
مقدمه
به دلیل وجود بیش از 150000هکتار باغ سیب و 250000 هکتار باغ انگور در کشور و لزوم هرس سالیانه این باغات بطور متوسط بیش از 100000 هزار تن ضایعات لیگنو سلولوزی تولید میکنند، استفاده از این ضایعات به عتوان ماده اولیه در تهیه بیوچار سبب اقزایش ماده آلی خاک، بهبود ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک میشود. بیوچار ماده جامد غنی از کربن تولید شده توسط تجزیه گرمایی - Pyrolysis - یا گرماکافت تودههای زیستی با مقدار کمی اکسیژن یا بدون اکسیژن می-باشد . - Liu et al., 2011 - تحقیقات در زمینه تاثیرات سودمند بیوچار بیشتر در خاکهای نواحی گرم و مرطوب انجام گرفته است و پژوهشهای کمتری در این زمینه در خاکهای خشک و نیمه خشک که دارای ویژگیهای متعددی در درجه اول pH بالای آنها میباشد.
با این حال مطالعات کمتری نشاندهندهی این است که کاربرد بیوچار در خاکهای آهکی منجر به افزایش pH و یا تاثیری در pH خاک آهکی نداشته است Ippolito . - Liu & Zhang, 2012 - و همکاران - 2012b - پیشنهاد کردند که پیرولیز با دمای پایین 350-200 - در جه سانتیگراد - منجر به تولید بیوچار با pH کم میشود که میتواند کیفیت زیست محیطی در خاکهای آهکی را بهبود ببخشد. بیوچار غنی از کربن است و سبب افزایش ماده آلی خاک برای هزاران سال شود . - Nguyen et al., 2010 - به عبارتی ماده آلی یکی از شاخصهای مهم سلامت و کیفیت خاک میباشد. که علاوه بر بهبود خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، دارای ارتباط نزدیکی با خصوصیات بیولوژیکی آن نیز میباشد .
نقش بیومس میکروبی به عنوان مخزن قابل توجه عناصرغذایی - Vig et al., 2003 - و تغییر و تبدیلات مواد آلی خاک مسلم است، به طوری که گردش و معدنی شدن پیش مادههای آلی اغلب ناشی از فعالیت بیومس میکروبی خاک میباشد - von Lützow & Kögel- - .Knabner, 2009 فسفر بیومس میکروبی هم میتواند منبع مهمی برای گیاهان باشد. در ریزوسفر، گیاهان و میکروارگانیسمها برای جذب فسفر متحرک شده رقابت میکنند . - Marschner et al., 2007 - بنابراین، فسفر زیست توده میکروبی نقشی کلیدی در چرخهی عناصر غذایی و تغذیه معدنی گیاهان ایفا میکند. Kouno و همکاران - 2002 - گزارش کردند که سرعت تجزیه فسفر بیومس میکروبی از سرعت تجزیه کربن بیومس میکروبی سریعتر است. بنابراین، فسفر بیومس میکروبی میتواند منبع مهمی در تأمین فسفر مورد نیاز گیاه باشد.
Steiner و همکاران - 2004 - گزارش کردند که بیومس میکروبی در خاکهای اسیدی برزیل اصلاح شده با بیوچار بدلیل افزایش pH، افزایش یافته است. Birk و همکاران - 2009 - مشاهده کردند کربن بیومس میکروبی و فسفر بیومس میکروبی بصورت خطی و بطور قابل توجهی با افزایش غلظت بیوچار چوب 50 - ، 100 و 150 گرم در یک کیلو گرم خاک - افزایش یافت. Aciego Pietri و - 2008 - Brookes نشان دادند که بین pH خاک و کربن زیست توده میکروبی همبستگی معنیدار وجود داشته و در pH بالای 7 مقدار کربن زیست توده میکروبی حداکثر بود. بررسیهای گذشته نشان دادهاند که میان EC خاک و بیومسمیکروبی - Pankhurst et al., 2001 - رابطه منفی وجود دارد. تغییرات ایجاد شده در ریزوسفر عمدتًا بیولوژیک هستند . - De Neergaard & Magid, 2001 - اما خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک نیز تحت تأثیر محیط ریزوسفر قرار می گیرند . - Marschner et al., 2007 -
به همین دلیل خواص بیولوژیکی و شیمیایی خاک درناحیه ریزوسفر در مقایسه با ناحیه غیرریزوسفر متفاوت است . - Wang et al., 2002 - در ریزوسفر تغییراتی مانند اسیدی شدن، افزایش مقدار مادهی آلی در هر دو فاز جامد و محلول خاک، منجربه تغییر در فعالیت و بیومس میکروبی میشود که باعث ایجاد تفاوت بین خاک ریزوسفری و غیرریزوسفری میگردد . - Hinsinger et al., 2005 - استفاده از رایزوباکس جهت مطالعه دقیقتر فرایندهای ریزوسفری، محدود کردن رشد ریشهها در حجم معینی از خاک سبب افزایش تراکم ریشه شده و نمونه-برداری از خاک ریزوسفری را تسریع مینماید. همچنین اجازه میدهد که خاک را در فاصلههای معین تعریف شده از سطح ریشه با برشهای مساوی جمع آوری کرد. با توجه به اینکه اکثر مطالعات بیوچار در خاکهای اسیدی و در شرایط آب هوایی مرطوب انجام گرفته است. همچنین پژوهشهای کمی از تاثیر بیوچار بر ریزوسفر در رایزوباکس انجام گرفته و نیز با توجه به اهمیت روز افزون بیوچار در کشاورزی، هدف از این تحقیق تاثیر بیوچار ضایعات هرس درختان میوه بر برخی خصوصیات شیمیایی و بیولوژیکی در خاک آهکی میباشد.
مواد و روشها
این آزمایش بصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی 2 فاکتوری، با 3 تکرار که فاکتور اول ماده آلی - بیوچار ضایعات هرس، شاهد بدون ماده آلی - و فاکتور دوم خاک - خاک ریزوسفری و غیرریزوسفری - بود، در گلخانه تحقیقاتی گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه اجرا گردید. برای انجام این پژوهش، نمونههای خاک غیر زراعی از شهرستان سلماس از عمق 30-0 سانتیمتر جمع آوری شدند. پس از هوا خشک کردن و عبور از الک 2 میلیمتری توسط اتوکلاو استریل شد. ضایعات هرس درختان سیب و انگور از باغات استان آذربایجان غربی شهرستان ارومیه جمع آوری گردید. برای تهیه بیوچار، ضایعات هرس در قطعات 20 میلیمتری ابتدا به راکتور - استوانه فلزی به قطر7 و ارتفاع 31 سانتیمتر - و سپس به کوره الکتریکی منتقل گردید. تولید در دمای 350 درجه سانتی گراد در شرایط عدم وجود اکسیژن انجام گردید.
در نهایت بیوچار تولید شده آسیاب و از الک 0/5 میلیمتری عبور داده شد. همچنین برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک قبل از استریل و نیز بیوچار اندازهگیری شد. pH و EC بیوچار در عصارههای صاف شده سوسپانسیون 1 به 10 بیوچار به آب - ASTEM, 2009 - ، فسفرکل بیوچار به روش هضم با اسید - Rajkovich et al., 2011 - ، ازت و کربن بیوچار نیز با به روش سوزاندن خشک - BS EN 15104; SASTM - D5291 با دستگاه ESC 4010 CHNSO Analyzer اندازهگیری گردید. به منظور کشت گیاه از رایزوباکس استفاده شد.
باکسهای ریزوسفر مطابق سیستم یوسف و چاینو - Chino Youssef , 1987 - در ابعاد20*15*20 سانتیمتر - طول، عرض، ارتفاع - استفاده شد. فضای هر باکس با استفاده از صفحات مشبک نایلونی 325 مش به 2 قسمت: - 1 ناحیه ریزوسفری به ضخامت 2 سانتیمتر، - 2 ناحیه توده خاک یا ناحیه غیرریزوسفری به ضخامت 5/8 سانتیمتر - این ناحیه در طرف دیگر ناحیه ریزوسفری نیز با همان ضخامت تکرار شد - تقسیم شد. برای انجام آزمونهای گلخانهای حدود 5/799 کیلوگرم خاک استریل در هر باکس ریخته شد. بیوچار ضایعات هرس سیب و انگور بعد از آسیاب شدن و عبور از الک 0/5 میلیمتری برحسب 1/5 درصد کربن آلی خالص به خاک اضافه و مخلوط شد و به باکسها منتقل گردید. خاک فسفات و اکسید آهن - - Fe2O3 نیز به-ترتیب به عنوان منابع نامحلول فسفر و آهن در تیمارها اعمال شدند. در تیمارهای شاهد نیز خاک استریل بدون بیوچاراستفاده گردید.
برای کشت گیاه، بذرهای گندم - Triticum aestivum L. - رقم پیشتاز پس از ضدعفونی با هیپوکلریت سدیم به تعداد شش بذر در قسمت ریزوسفری رایزوباکسها کشت گردیدند. پس از جوانه زدن بذرها، 4 بوته - بوتههای سالمتر و قوی-تری - نگهداشته شدند. در پایان پس از 65 روز رایزوباکسها باز شدند. از هر رایزوباکس دو نمونه خاک، یکی از بخش ریزوسفر و دیگری از بخش غیر ریزوسفر برداشت شد. برخی ویژگیهای شیمیایی و بیولوژیکی خاک شامل pH و EC در عصارههای صاف شده 1 به 5 خاک به آب، ماده آلی - Nelson & Sommers, 1982 - - O.M - ، کربن بیومس میکروبی Jenkinson - MBC - - & Ladd, 1981 - و فسفر بیومس میکروبی - Brookes et al ., 1982 - - MBP - به روش تدخین- استخراج اندازهگیری گردید. تجزیه و تحلیل آماری شامل تجزیه واریانس و مقایسات میانگین دادهها با استفاده از آزمون چند دامنهای دانکن در سطح احتمال پنج درصد با نرم افزار MSTATC انجام گردید.
نتایج و بحث
برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بستر مورد استفاده در کشت گلخانهای و بیوچار ضایعات هرس در جدول 1 نشان داده شده است. تجزیه واریانس نشان داد که اثرات اصلی و اثرات متقابل ماده آلی و خاک بهترتیب بر pH و هدایت الکتریکی - EC - ، ماده آلی - O.M - ، کربن بیومس میکروبی - MBC - و فسفر بیومس میکروبی - MBP - معنیدار - 3 0/001 - بود. حضور ماده آلی در خاک ریزوسفری و غیر ریزوسفری تاثیر معنیداری بر شاخصهای اندازهگیری شده نسبت به تیمار شاهد در هر دو سطح خاک شد - شکل . - 2 بطوریکه بیوچار منجر به افزایش 1/03 برابری pH در هر دو سطح خاک نسبت به تیمار شاهد شد - شکل 2 الف - .
بررسی نتایج نشان داد که مقدار کاهش pH در خاک ریزوسفری تیمار بیوچار بیشتر از خاک غیرریزوسفری است. بنابراین محیط ریزوسفر اثر اصلاح کننده بر اثر منفی بیوچار بر افزایش pH داشته است. جریانهای پروتونی در ریزوسفر در طیف وسیعی از واکنشهای که منجر به مصرف پروتون میشوند - مثل انحلال آهک و تبادل کاتیونی - شرکت داشته و باعث کاهش pH در خاک ریزوسفر نسبت به غیر ریزوسفر میشوند. افزایش نسبی فلزات قلیایی در بیوچار توجیه کننده افزایش pH خاک در بسیاری از بیوچارها میباشد . - Kookana et al., 2011 - افزایش pH خاک در اثر کاربرد بیوچار حاصل از لجن فاضلاب در در دمای 550 درجه سانتیگراد گزارش شده است . - Mustafa et al., 2010 -
همچنین EC و میزان ماده آلی در خاک ریزوسفری تیمار بیوچار در مقایسه با خاک غیر ریزوسفری به ترتیب 1/22 و 1/26برابر افزایش یافت - شکل 2 ب-ج - . Lentz و - 2012 - Ippolito گزارش کردند که بیوچار EC خاک آهکی را افزایش داد. بطور کلی ریزوسفر محیطی است که در آن تجمع و تجزیه ترکیبات آلی رخ میدهد بنابراین دور از انتظار نیست که ماده آلی در ریزوسفر بیشتر از غیر ریزوسفر باشد. افزودن بیوچار به خاک باعث افزایش ماده آلی خاک و تاثیر مثیتی نیز بر میزان MBC خاک داشت . - Thiessen et al., 2013 - نتایج مقایسه میانگین نشان داد که ریزوسفری تاثیر معنیداری بر شاخصهای اندازهگیری شده داشت - شکل 2 د-ی - . بطوریکه بالاترین میزان MBC و MBP در تیمار بیوچار مشاهده شد که با خاک غیر ریزوسفری تفاوت معنیداری داشت و 62/04 و 86/74 درصد نسبت به خاک ریزوسفری تیمار شاهد افزایش نشان داد.
De Neergaard و - 2001 - Magid گزارش کردند که افزودن مواد آلی منجر به افزایش MBC در خاک ریزوسفر گیاه چاودار نسبت به خاک غیرریزوسفر شد. Liu و همکاران - 2012 - با استفاده از شرایط رایزوباکس مشاهده کردند که MBC در خاک ریزوسفری بیشتر از خاک غیرریزوسفر بود. بطور کلی MBP میتواند مخزن مهمی برای فسفر محلول از طریق رقابت با گیاهان برای جذب فسفر یا منبع مهمی از فسفر از طریق تامین قسمتی از فسفر مورد نیاز گیاه باشد. بنابراین MBP میتواند یک مکانیسم حفاظتی فسفر لبایل در خاکهای با دسترسی پایین فسفر باشد Zhua . - Agbenin & Adeniyi, 2005 - و همکاران - 2017 - گزارش کردند با افزایش نسبتهای بیوچار به خاک MBC و MBP خاک افزایش یافت. این افزایش در بیومس میکروبی را میتوان بطور مستقیم به کربن بالا و قابل دسترس بودن عناصر غذایی بیوچار - Lehmann et al., 2011 - یا بطور غیر مستقیم افزایش فعالیت ریشه گیاه توسط بیوچار نسبت داد Marschner . - Anders et al., 2013 - و همکاران - 2005 - گزارش کردند که خاک ریزوسفری گندم منجر به افزایش معنیدار MBP نسبت به خاک غیرریزوسفری pH از 4/4 تا 8/7 گردید.
