بخشی از مقاله
تاثیر بیوچار و فاضلاب بر غلظت کادمیوم قابل جذب خاک و رشد گیاه ماش
چکیده
امروزه افزایش جمعیت و در مقابل آن خشکسالیهای پیدرپی و کمبود آب، توجه پژوهشگران را به استفاده از آبهای غیر متعارف جلب کرده است. با وجود مزایای استفاده از فاضلابها در کشاورزی، به علت وجود بعضی از آلایندهها (به خصوص عناصر سنگین) در فاضلابها استفاده از آنها در کشاورزی محدود شده است. لذا کاربرد فاضلابها در کشاورزی به بررسی بیشتر و بهکارگیری مدیریتهای کاراتر نیاز دارد. این آزمایش با هدف بررسی تاثیر بیوچار و آبیاری با فاضلاب بر فراهمی کادمیم در خاک و رشد گیاه ماش در خاکهای مناطق خشک، در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل انجام شد. تیمارها شامل چهار سطح بیوچار (صفر، %1، %2 و (%3 و چهار تیمار آبیاری با نسبتهای مختلف فاضلاب و آب شهری (صفر، %25، %50 و %100 فاضلاب) اعمال شد. سطوح مختلف فاضلاب باعث افزایش فراهمی کادمیم در خاک شد. افزایش بیوچار، در سطوح بالای فاضلاب موجب افزایش شوری خاک شد و در پی آن فراهمی عنصر کادمیم در خاک نیز افزایش یافت. کاربرد فاضلاب باعث کاهش رشد گیاه شد، اما افزایش بیوچار فقط در سطوح پایین فاضلاب، اثر منفی فاضلاب را بهبود بخشیدو موجب افزایش رشد گیاه شد ولی در سطوح بالای فاضلاب، سبب کاهش رشد گیاه شد.
واژههای کلیدی : بیوچار، پساب، فراهمی کادمیوم، ماش.
مقدمه
رشد روز افزون جمعیت و افزایش تقاضا برای آب و غذا از یک طرف و محدودیت منابع آبی و خشکسالیهای اخیر از طرف دیگر دیدگاه برنامهریزان و متخصصان علوم آب را به استفاده از آبهای نامتعارف از جمله انواع فاضلابها معطوف کرده است. برخی از پژوهشگران نیز استفاده از فاضلاب در کشاورزی را به عنوان یک راه حل مهم برای مدیریت فاضلابها پیشنهاد کرده-اند که در حقیقت پالایش این گونه پسابها در اراضی کنترل شده زراعی مدنظر میباشد. استفاده از فاضلابها در کشاورزی دارای مزایای زیادی است. با این وجود کاربرد آنها در کشاورزی به دلیل وجود برخی آلایندهها به خصوص عناصر سنگین محدود شده است. استفاده از فاضلابها قطعا به یکسری تمهیدات و تدابیر مدیریتی نیاز دارد (ذامیادی وهمکاران، .(1387 اثرات بکارگیری 6 سال فاضلاب خام روی گیاه ذرت نشان داد که در سال اول مقدار تجمع مس، روی، سرب و از سال دوم مقدار تجمع کروم بیشتر از شاهد بود و مقدار تجمع عناصر در گیاه از نظر عنصر سرب تا 3 برابر و برای مس و روی تا دو برابر مقدار تیمار شاهد (که از آب پاک جهت آبیاری بوتهها استفاده شده بود) افزایش یافت (گیگلیوتی، و همکاران، .(1966 استفاده از فاضلاب شهری شیراز برای آبیاری محصولات کشاورزی موجب افزایش غلظت فلزات سنگین سرب، مس وکادمیوم در خاک و گیاهان تحت آبیاری شده (جعفرزاده حقیقی و همکاران).
بیوچار (Biochar ) زغال تهیه شده از زیست تودههای گیاهی و ضایعات کشاورزی است که سوختن آنها در حضور کم و یا عدم حضور اکسیژن 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 میتواند کربن را برای دورههای طولانی ذخیره کند (لهمن و همکاران، .(2006 از دیدگاه کشاورزی یکی از مزایای بیوچار، مدیریت ضایعات کشاورزی میباشد
1
علاوه بر این، نقش بیوچار در خاک هم قابل توجه است. به خصوص اثر آن بر کیفیت خاک که شامل افزایش در ظرفیت نگهداری آب، ظرفیت تبادل کاتیونی و مقدار کربن خاک است (لهمن و همکاران، .(2008 علاوه بر این بیوچار ممکن است حاصلخیزی خاک (زیوتین وهمکاران، (2010 و خاکدانه سازی (نووتنی، (2009 را افزایش دهد . بیسلی و همکاران (2010) گزارش کردند که بیوچار دارای ظرفیت کاهش آلودگیهای آلی و معدنی در خاکهای آلوده می باشد. نادیا کرمی و همکاران (2011) کارایی کمپوست و بیوچار را بر کاهش فراهمی و تحرک مس و سرب در یک خاک آلوده به عناصر سنگین بررسی کردند و نشان دادند که بیوچار در مقایسه با کمپوست به صورت معنیداری باعث کاهش جذب مس در گیاه میشود ولی این اثر در مورد سرب قابل توجه نبود. در پژوهشی دیگر گزارش شد که آبشویی عناصر کادمیوم و روی در خاک تیمار شده با بیوچار به ترتیب 300 و 45 برابر کاهش یافت و کاهش آبشویی آرسنیک بهمقدار ناچیزی گزارش شد (بیسلی و مارمیلوری، .(2010 با توجه به نقش بیوچار در ترسیب کربن و تثبیت عناصر سنگین در خاکهای آلوده به فاضلاب و کاهش اثرات سمی این عناصر در گیاهان و بهبود شرایط فیزیکی خاک و تاثیر قطعی آن بر فعالیت ریزجانداران خاک و با توجه به اینکه اغلب مطالعات بیوچار در مناطق استوایی و روی خاکهای اسیدی انجام شده است (کتابخانه مجلس استرالیا، (2009، بررسی اثرات بیوچار در رابطه با مدیریت استفاده از فاضلاب در خاکهای آهکی مناطق خشک و نیمه خشک مثل خاکهای ایران ( باتوجه به عدم مطالعه بیوچار در ایران) از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. به همین منظور این تحقیق به تاثیر بیوچار و آبیاری با فاضلاب بر فراهمی کادمیم در خاک و رشد گیاه ماش پرداخته است تا امکان کاهش فراهمی کادمیم با افزایش بیوچار مورد بررسی قرار گیرد.
مواد و روشها
این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل شامل 4 سطح بیوچار(صفر، 1، 2، 3 درصد وزنی بیوچار در خاک) و 4 سطح آبیاری (آب شهری به تنهایی، 75 درصد آب شهر و 25 درصد فاضلاب، 50درصد آب شهر و50 درصد فاضلاب، فاضلاب به تنهایی) در 3 تکرار انجام شد. خاک مورد نظر پس از تهیه، هواخشک و از الک 2 میلیمتری عبور داده و برخی خصوصیات آن اندازهگیری شد (جدول.(1 بیوچار مورد نیاز از تکههای چوب درخت چنار و در یک کوره پیرولوسیس دستساز تولید و سپس خرد و از الک 4 میلیمتری عبور داده شد و تجزیه شیمیایی بر روی آن انجام گرفت ( جدول .(2 بیوچار با توجه به تیمارهای مورد نظر به خاک افزوده شد. تیمارهای خاک و بیوچار به مدت 90 روز و در دمای حدود 30 درجه سیلیسوس و در رطوبت 70 درصد ظرفیت زراعی نگهداری شد. تعداد 48 گلدان 3 کیلوگرمی تهیه و تیمارهای مختلف خاک و بیوچار به آنها منتقل شد. 6 عدد بذر ماش(.(Vigna radiata L. Wilczek رقم گوهر، در هر گلدان کشت و پس از 2 هفته تعداد گیاهان در هر گلدان به 3 عدد کاهش داده شد . فاضلاب مورد نظر از تصفیه خانه شهرک صنعتی مشهد تهیه شد. آزمایشهای اولیه بر روی آن انجام شد که نتایج آن در جدول3 نشان داده شده است. تیمارهای مختلف مخلوط آب شهری و فاضلاب به صورت جداگانه تهیه و آبیاری هر سه روز یکبار تا حد ظرفیت زراعی خاک انجام شد.
پس از 70 روز، بخش هوایی گیاه از محل طوقه قطع و به منظور تعیین وزن تر شاخساره به آزمایشگاه منتقل گردید. نمونههای گیاهی به مدت 48 ساعت در دمای 65 درجه سیلیسوس در آون خشک و با دقت 0/001 گرم توزین شدند. از هر گلدان مقداری خاک به منظور انجام آزمایشات برداشت و پس از انتقال به آزمایشگاه هوا خشک گردید و از الک دو میلیمتری عبور داده شد. pH نمونههای خاک در نسبت 1:2خاک به آب و با استفاده از pH متر (مدل (METROM- 632 و قابلیت هدایت الکتریکی عصاره 1:2 خاک به آب، به وسیلهی دستگاه هدایت سنج الکتریکی (مدل (JENWAY- 4310 اندازهگیری شد. میزان کادمیوم قابل جذب خاک (DTPA-Cd) با DTPA-TEA عصارهگیری و توسط دستگاه جذب اتمی اندازهگیری شد(لیندزی و نورول، .(1978
2
جدول:1 خصوصیات خاک پیش از آزمایش
در پایان، دادهها با استفاده از نرم افزارSAS 9.1 مورد آنالیز قرارگرفته و رسم نمودارها با استفاده از Excel Microsoft 2007 انجام شد. میانگینها توسط آزمون چند دامنهای دانکن در سطح اطمینان %5 مقایسه شدند.
بحث و نتیجهگیری
نتایج این تحقیق نشان داد که سطوح مختلف فاضلاب و بیوچار تاثیر معنی داری بر pH خاک نداشتند. این نتایج با نتایج پژوهشگران دیگر متفاوت بود. یوآن و زو ( (2011 گزارش کردند که کاربرد انواع بیوچارها در خاکهای اسیدی سبب افزایش pH خاک شده است. بهنظر میرسد که وجود 16 درصد آهک و همچنین مقدار 30درصد رس در خاک مورد مطالعه مانع تاثیر بیوچار بر pH خاک شده است( شکل(1، زیرا در خاک های آهکی به دلیل ظرفیت بافری بالای خاک، تغییرات pH خاک ناچیز است (افیونی، .(1986 از طرفی افزودن بیوچار مانند سایر مواد آلی خاک که دارای ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی میباشد، می-تواند از عوامل افزایش قدرت بافری خاک و مقاومت در برابر تغییرات pH باشد. هدایت الکتریکی خاک با افزایش سطوح فاضلاب درآب آبیاری افزایش معنیداری را نشان داد (شکل.(1 با توجه به این که EC فاضلاب به کار رفته 6/5 dS m-1 بود (جدول(1 بنابر این میتوان افزایش EC خاک را به مقدار زیاد EC فاضلاب نسبت داد. البته افزایش هدایت الکتریکی تیمار شاهد ناشی از افزایش آب آبیاری است. کاربرد بیوچار در خاک هم باعث افزایش EC خاک شد (شکل .(1 با توجه به این که ECعصاره 5:1 بیوچار به کار رفته در این مطالعه 1/75 dS m-1 بود، افزودن بیوچار میتواند از عوامل افزایش EC خاک باشد. پژوهشگران دیگر هم به افزایش EC خاک بدلیل کاربرد بیوچار اشاره کردهاند (کریستوفر و همکاران .(2010 در سطوح فاضلاب صفر و 25درصد فاضلاب مقادیر مختلف بیوچار بر تغییرات EC خاک معنی دار نبود. اما در سطوح 50 و 100درصد فاضلاب افزایش هدایت الکتریکی خاک افزایش معنیداری را نشان داد نتایج این تحقیق نشان داد که تاثیرگذاری فاضلاب بر هدایت الکتریکی خاک بسیار بیشتر از تاثیر بیوچار بوده است که پیش بینی این نتایج دور از انتظار نبود.
3
شکل(:(1 بر همکنش فاضلاب و بیوچار بر هدایت الکتریکی خاک در پایان آزمایش
نتایج نشان داد که با افزایش درصد فاضلاب، غلظت Cd-DTPA در خاک در تمام تیمارها به صورت معنیداری و بهمقدار قابل توجهی افزایش یافت (شکل.(2 غلظت Cd-DTPA در تیمار 100 در صد فاضلاب تقریبا 4 برابر تیمار شاهد بود که این نتایج قابل پیشبینی بود. روند افزایشی غلظتCd-DTPA با افزایش درصد فاضلاب تقریبا خطی بود. هراتی و همکاران((1389 هم پس از آبیاری با تیمارهای متفاوت پساب شهری افزایش غلظت کادمیوم را در اندام هوایی و ریشه کاهو گزارش کردند.
در تمام تیمارهای آبیاری، افزایش بیوچار باعث افزایش غلظت Cd-DTPA در خاک شد، این افزایش در سطوح فاضلاب 50 و 100 درصد معنیدار بود اما در سطوح فاضلاب صفر و 25درصد معنیدار نبود. اثر افزایشی بیوچار بر روی فراهمی کادمیوم خاک به وسیله افزایش سطوح فاضلاب تشدید شد. بیسلی و همکاران (2010) تاثیر بیوچار وکمپوست را بر تحرک، فراهمی زیستی، و سمیت آلاینده های آلی و معدنی خاک آلوده به فاضلاب مطالعه کردند. نتایج این مطالعه نشان داد که، غلظت مس و آرسنیک به ترتیب به علت افزایش کربن آلی خاک و افزایش حدود 2 واحد در pH خاک، به صورت معنی داری افزایش یافت اما غلظت روی و کادمیوم کاهش نشان داد.
