بخشی از مقاله
چکیده
این مطالعه با هدف تاثیر بیوچار پوسته شلتوک برنج در دو اندازه - طبیعی و کوچکتر از 1 میلیمتر - و دو سطح 1 - و 3 درصد - بر پایداری خاکدانه در دو نوع خاک رسی و شنی لومی در دو زمان 5 و 10 ماهدر قالب طرح کاملاً تصادفی و با سه تکرار انجام شد. برای انجام تحقیق از گلدانهای یک کیلوگرمی استفاده شد که تحت آبیاری قرار میگرفتند. بیوچار تحت دمای 500 C طی فرآیند پیرولیز در کوره تولید شد. نتایج نشان داد که افزایش سطح ویژه بیوچار تاثیر معنیداری در پایداری خاکدانهها نداشته ولی افزایش مقدار - از 1 به 3 درصد - باعث افزایش معنیدار پایداری خاکدانه در خاک رسی نسبت به شنی لومی میشود. همچنین افزایش زمان کاربرد بیوچار از 5 به 10 ماه باعث بهبود شرایط خاکدانهسازی در خاک رسی شده است که این امر در خاک شنی لومی تاثیر معنیداری در بر نداشت.
واژههای کلیدی: تخلخل، سطح ویژه، بافت خاک
مقدمه
بیوچار - زغال زیستی - ، محصول تجزیهی حرارتی زیتودههایی نظیر چوب، برگ گیاهان، باقیماندههای کشاورزی و کود در یک فضای بستهی بدون اکسیژن یا با اکسیژن محدود تحت حرارت زیاد میباشد. استفاده از زغال زیستی میتواند با هدف اصلاح خاک، مدیریت ضایعات آلی، ایجاد تعادل در اقلیم و کاهش انتشار گازهای گلخانهای باشد . - Xu et al., 2013 - سطح ویژه بالای بیوچار فضای لازم برای شکلگیری تجمع کاتیونها و آنیونها را فراهم کرده و ظرفیت حفظ مواد غذایی خاک را بهبود میبخشد Li et al., 2014 - ؛ قربانی و همکاران، . - 1394 سطح ویژه بالای مخلوط خاک-بیوچار باعث بهبود در بهرهوری زراعی خاک اصلاح شده با بیوچار میشود . - Singh et al., 2015 -
منافذ بسیار ریز بیوچار - < 50 nm - با داشتن قابلیت جذب موادی شامل گازها و عناصر تغذیهای درون خاک و همچنین بالا بردن سطح ویژه کل، به بهبود خاک کمک میکند - Troeh . - and Thompson, 2005 بالا بودن مقاومت بیوچار نسبت به تجزیه میکروبی به نوبه خود، افزایش فعل و انفعال بیوچار با مواد خاکی از قبیل یونها، مواد آلی و رسها را در پی خواهد داشت . - Sohi et al., 2010 - این امر خود بخود به تغییرات اساسی در کیفیت خاک از جمله بالا بردن تخلخل کل و در نتیجه کاهش جرم مخصوص خاک-بیوچار، افزایش جذب مواد در منافذ ریز، افزایش نقل و انتقال آب و املاح در منافذ درشت و در نتیجه بهبود ساختمان و دانهبندی خاک منتهی میشود - Busscher et . - al., 2010 همچنین شکلگیری تجمع کاتیونها و آنیونها و همینطور پیوند آنها با عناصر و فلزات خاک به دلیل سطح ویژهی بالای مخلوط خاک-بیوچار امری اجتنابناپذیر است . - Singh et al., 2015 -
وقتی که بیوچار با خاک مخلوط میشود نقش مهمی را در ماهیت فیزیکی سیستم؛ از جمله عمق موثر، بافت، ساختمان، تخلخل، جرم مخصوص خاک سطحی، توزیع اندازه ذرات و منافذ ایفا میکند. بیوچار ممکن است تاثیر مستقیم بر رشد گیاه به دلیل افزایش عمق مؤثر و در دسترس قرار دادن آب و هوا در منطقه ریشه داشته باشد . - Ma et al., 2016 - به کار بردن 1 تا 2 درصد بیوچار در خاک تاثیر معنیداری بر بهبود کیفیت فیزیکی خاک از جمله چگالی خاک - BD - و ظرفیت نگهداری آب خاک - Mukherjee et al., 2013 - - WHC - دارد. تخلخل، توزیع اندازه منافذ و سطح ویژه خاک به شدت متأثر از مصرف بیوچار میباشند.
برای مثال تخلخل زیاد میزان آب ذخیره شده را افزایش میدهد، درحالی که توزیع اندازه منافذ خاک تعیینکنندهی متحرک بودن آب در خاک و در دسترس بودن یا نبودن آب برای گیاه میباشد . - Weng et al ., 2015 - تخلخل و توزیع اندازه منافذ روی افزایش فعالیت میکروبی و ایجاد فضایی برای حفظ مواد مغذی نیز نقش دارند . - Yoo et al., 2014 - سطح ذرات خاک ویژگی فیزیکی مهمی است که کنترل برخی خصوصیات ضروری حاصلخیزی خاک از جمله آب خاک، ظرفیت نگهداری عناصر غذایی، هوادهی خاک و فعالیت میکروبی خاک را برعهده دارد . - Naisse et al., 2015 - یکی از پارامترهای کیفی خاک قابلیت نگهداری آب خاک است که وابستگی قابل توجهی به توزیع و ارتباط منافذ خاک با یکدیگر دارد.
این خصوصیت عمدتا از طریق توزیع اندازه ذرات، ویژگیهای ساختمانی نظیر خاکدانه و مقدار مواد آلی خاک تنظیم میشود. بیوچار به دلیل داشتن ساختمانی متخلخل و به طبع سطح درونی زیاد دارای اثری مستقیم بر ابقاء آب در خاک میباشد . - Mukherjee et al., 2013 - در گزارشی عنوان شده است که دو نوع بیوچار؛ یکی تهیه شده از هوموس و دیگری از چوب، دارای ظرفیت نگهداری آب - WHC - 1 بالا 2/9 ml/g - ماده خشک - نسبت به کربن فعال 1/5 ml/g - ماده خشک - و یا چوب پنبه 1/0 ml/g - ماده خشک - میباشند . - Pietikäinen et al., 2000 - افزایش WHC در بیوچار به طور کلی باعث افزایش WHC خاک میشود. لارید و همکاران - 2010 - دریافتند که با افزودن بیوچار به میزان 20 g/kg یک خاک رسی، سطح ویژهی خاک از 130 به 150 مترمربع در گرم افزایش یافته است. با این همه، از آنجایی که تحقیقات محدودی در زمینه تاثیر بیوچار روی برخی ویژگیهای فیزیکی خاک از جمله پایداری خاکدانهها در ایران صورت گرفته است، لذا این موضوع در پژوهش حاضر مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها
در این تحقیق به منظور بررسی اثر بیوچار بر پایداری خاکدانه، آزمایشی در شرایط گلخانهای به مدت 10 ماه و با استفاده از گلدانهای یک کیلوگرمی انجام شد. خاکهای مورد استفاده دارای دو بافت رسی و شنی لومی بودند که پس از عبور از الک 9 میلیمتر و اعمال تیمارها به گلدان منتقل شدند. برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکها در جدول 1 آمده است.در این پژوهش جهت بررسی تاثیر بیوچار پوسته شلتوک برنج بر پایداری خاکدانه، دو سطح مصرف بیوچار - 1 و 3 درصد - و دو اندازهی ذرات بیوچار در دو سطح اندازه طبیعی - با محدودهی 3 تا 6 میلیمتر - و کوچک - عبور داده شده از الک 1 میلی-متر - در نظر گرفته شده و بهطور یکنواخت در سه تکرار با خاک گلدانها مخلوط شدند. بدین ترتیب تیمارهای این پزوهش عبارت بودند از؛ بیوچار با اندازه طبیعی با سطح کاربرد 1 درصد - C, 1% - ، بیوچار با اندازه طبیعی با سطح کاربرد 3 درصد - C, - 3%، بیوچار با اندازه کوچکتر از 1 میلیمتر با سطح کاربرد 1 درصد - F, 1 % - ، بیوچار با اندازه کوچکتر از 1 میلیمتر با سطح کاربرد 3 درصد - C, 3% - و شاهد. بیوچار تحت دمای 500œC طی فرآیند پیرولیز در کوره الکتریکی و به مدت تقریبی دو ساعت تولید شد. برخی خصوصیات شیمیایی بیوچار تولید شده در جدول 2 ارائه شده است.
نتایج و بحث
نتایج حاکی از آن است که در خاک رسی به کار بردن تیمارهای حاوی بیوچار 3 درصد اختلاف معنیداری نسبت به شاهد و تیمارهای حاوی بیوچار 1 درصد در مقادیر MWD، GMD و WSA دارد. همچنین در مورد نمایهی D نیز به کار بردن تیمارهای حاوی بیوچار 3 درصد باعث کاهش معنیدار این نمایه نسبت به شاهد و تیمارهای حاوی بیوچار 1 درصد شده است. کم شدن مقدار بعد فراکتال در تیمارهای حاوی بیوچار 3 درصد در خاک رسی به دلیل حضور بیشتر ذرات ریز در مجموعه خاکی نسبت به ذرات درشت میباشد. مقادیر کم بعد فراکتال بیانگر پائین بودن تعداد ذرات درشت و حکمفرما بودن تعداد ذرات ریز در توزیع اندازه ذرات میباشد . - Perfect et al., 1992 -
حضور بیشتر ذرات ریزتر در خاک منجر به افزایش فرآیند خاکدانهسازی میشود. این امر را میتوان ناشی از فعل و انفعال بسیار کم بیوچار با ذرات شن خاک که بخش اعظمی از بافت خاک شنی لومی را شامل میشوند، دانست. همبستگی مثبت بین ذرات رس و ایجاد خاکدانههای درشت امری اجتنابناپذیر است . - Sohi et al., 2010 - یعنی افزایش رس در خاک باعث افزایش خاکدانهسازی میگردد در صورتی که در مورد ذرات شن این اثر عکس میباشد . - Shrestha et al., 2007 - تعامل بیوچار با مواد خاکی از قبیل یونها و مواد آلی در جهت بهبود ساختمان و دانهبندی خاک در حضور رسها عموما در خاک زیادتر میشود . - Jeffery et al., 2015 -
به طور کلی این تغییرات بیانگر این است که افزایش سطح کاربرد بیوچار از 1 به 3 درصد باعث ایجاد تغییرات معنیدار مثبتی در خاک رسی میشود. این در حالی است که در خاک شنیلومی اختلاف معنیداری بین تیمارها و شاهد برای هیچ یک از ویژگیهای مذکور مشاهده نشد. همچنین نتایج نشان میدهد که در این میان اندازه بیوچار تاثیری در نمایههای پایداری خاکدانه ندارد. نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل نوع بیوچار و نوع خاک بر نمایههای پایداری خاکدانه در شکل 1 آمده است.سست بودن خاکدانهها و حساس بودن نسبت به عمل مکانیکی ناشی از بالا و پائین رفتن در آب توسط الک تر، می-تواند دلیل قابل توجه برای کمتر بودن درصد خاکدانههای پایدار در آب - WSA - در خاک شنی لومی باشد. همچنین پائین بودن درصد ماده آلی در خاک شنی لومی نسبت به خاک رسی میتواند دلیل دیگری بر این نتیجه باشد. در ایجاد خاکدانههای
