بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مطالعه بررسی تاثیر دمای گرماکافت بیوچار برگ گردو بر قابلیت دسترسی و جزءبندی روی در یک خاک طبیعی آلوده بود. بدین منظور، آزمایش گلدانی شامل سطوح 0 و 0/5 درصد بیوچار تهیهشده در دماهای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس با 3 کیلوگرم خاک در 3 تکرار مخلوط و به مدت 45 روز در شرایط گلخانه خوابانده شد.
نتایج نشان داد که با کاربرد بیوچار تهیهشده در دمای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس، روی عصارهگیریشده با DTPA-TEA بهترتیب 3، 8 و 30 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. طبق نتایج، با افزایش دما، مقادیر اجزاء روی نیز کاهش پیدا کرد . بهگونهایکه در پایان آزمایش، روی تبادلی، پیوندشده با کربنات، پیوندشده با اکسیدها، پیوندشده با مادهآلی و باقیمانده به ترتیب 30، 27، 16، 39 و 29 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت، بنابراین بیوچار تهیهشده در دماهای بالاتر، توان کاهش بیشتر روی دردسترس را داشت.
مقدمه
فلزات سنگین از جمله آلایندههای زیستمحیطی هستند که در همه جوامع صنعتی یافت میشوند . - Lasat., 2002 - واژه فلزات سنگین به فلزها و شبه فلزهایی که دارای چگالی بیش از 5 گرم بر سانتیمترمکعب هستند، اطلاق میشود. سمیت فلزات سنگین و تجمع آنها در زنجیرههای غذایی یکی از اصلیترین معضلات زیستمحیطی و بهداشتی جوامع امروزی است
روی - Zn - ، یکی از عناصر کمنیاز ضروری برای رشد گیاهان و جانوران است . - Tapeiro et al., 2003 - وقتی مقدار این عنصر بیش از حد طبیعی باشد، جزء فلزات سمی و خطرناک به حساب میآید و میتواند تهدید جدی برای موجودات در خاک محسوب شود. میزان روی طبیعی در خاک، حدود 1 تا 30 میلیگرم بر کیلوگرم است .
سازمان بهداشت جهانی بر اساس غلظت کل فلز در خاک، محدوده هشدار را برای روی 90 میلیگرم بر کیلوگرم گزارش کرده است - Tembo et . - al., 2006 اطلاع از شکلهای شیمیایی عناصر سنگین در خاک، برای دانستن قابلیت زیستفراهمی این عناصر و تحرک آنها در خاک مهم است. به طور کلی شکلهای قابل جذب این عناصر توسط گیاه اهمیت دارند و مقدار کل این عناصر تنها بیانکننده درجه آلودگی خاک میباشند
بیوچار، ماده آلی حاصل از فرآیند گرماکافت - pyrolysis - ترکیبات آلی میباشد. گرماکافت ترکیبات زائد آلی مانند بقایای گیاهی، زراعی، جنگلی و فضولات دامی در شرایط بدون اکسیژن و یا اکسیژن محدود و دمای بالا، سبب تشکیل مقداری ترکیبات کربنی فرار، مقداری ترکیبات کربنی باقیمانده و خاکستر حاوی مقدار قابلملاحظه کلسیم و پتاسیم میشود - Novak et al., . - 2009 بیوچار دارای ساختمان منحصربهفرد فیزیکی و شیمیایی است که میتواند سبب بهبود کیفیت و سلامت خاک، افزایش عملکرد محصول، افزایش گنجایش تبادل کاتیونی، افزایش اسیدیته خاک اسیدی، کاهش جذب ترکیبات سمی خاک و بهبود ساختمان خاک شود . - Liu et al ., 2015 - همچنین در پژوهشهای مختلف، گزارش شده است که کاربرد بیوچار در خاکهای آلوده میتواند بهطور چشمگیری قابلیت دسترسی عناصرسنگین را از طریق افزایش گنجایش تبادل کاتیونی و افزایش pHخاک اسیدی کاهش دهد
با توجه به آلودگی روزافزون خاکها با فلزات سنگین از راههای مختلف، ضرورت اصلاح این خاکها با روشهای کمهزینه وجود دارد. علاوه بر این، ممکن است کاربرد مواد اصلاح کننده، مقدار و سمیت فلزات سنگین را در خاک آلوده کاهش دهد و امکان استفاده بهتر از خاک را افزایش دهد. برای تحقق این هدف، ممکن است بیوچار مفید باشد. به علاوه، استفاده مناسبی از برگ درخت گردو در استان چهارمحال و بختیاری نمیشود. این تحقیق، بهدلیل فقدان مطالعات کافی در زمینه بررسی تأثیر بیوچار تهیهشده از برگ درخت گردو بر قابلیت دسترسی و جزءبندی روی در خاک 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 روی کل با استفاده از اسیدنیتریک 4 مولار - Sposito et al., 1982 - و مقدار روی قابل استفاده با روش Lindsay and - DTPA-TEA - Norvell., 1978 عصارهگیری شد.
برای تهیه بیوچار از برگ ریخته شده پای درخت گردو در پایان فصل رشد و از باغهای استان چهارمحال و بختیاری استفاده شد. بیوچار در سه دمای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس با قرار دادن درکوره بهمدت 2 ساعت و در شرایط کمبود اکسیژن تهیه شد. مقدار pH بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس اسیدی - - pH=5/2 و قابلیت هدایت الکتریکی آن 4/4 دسیزیمنس بر متر، pH بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس قلیایی - pH=9/3 - و قابلیت هدایت الکتریکی آن 5/6 دسیزیمنس بر متر و pH بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس قلیایی - pH=10/4 - و قابلیت هدایت الکتریکی آن 8/1 دسیزیمنس بر متر بود.
بررسی قابلیت دسترسی و جزءبندی روی
سه کیلوگرم خاک آلوده عبورکرده از الک 2 میلیمتری با مقدار 0/5 درصد وزنی-وزنی بیوچار - معادل 10 تن در هکتار - تولیدشده در دمای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس در قالب طرحکاملاً 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 روی دردسترس - DTPA-TEA - - Lindsay and Norvell; 1978 - و اجزاء روی - جدول - 1 تعیین شد. پس از انجام تجزیه واریانس یکطرفه، مقایسه میانگینها با روش LSD - حداقل اختلاف معنیدار - در سطح 5 درصد انجام شد.
جدول -1 روش جزءبندی روی - 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 آن 0/27 درصد، روی کل 33833 میلیگرم بر کیلوگرم و روی قابلاستفاده 225 میلیگرم بر کیلوگرم بود.
میانگین اجزاء روی در تیمارهای مختلف در جدول 2 ارائه شده است. نتایج تجزیه واریانس دادههای آماری نشان داد که تاثیر دمای تهیه بیوچار بر قابلیت دسترسی و اجزاء روی در تیمارهای مورد مطالعه معنیدار - p <0/05 - بود. در خاکهای تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس، مقدار روی عصارهگیریشده با DTPA-TEA پس از 45 روز انکوباسیون کاهش یافت.
قابلیت دسترسی روی از 228/8 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 220/8 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار دارای بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس، 209/5 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار دارای بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس و 160 میلیگرم بر کیلوگرم در تیمار دارای بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس کاهش یافت. بنابراین با کاربرد بیوچار تهیهشده در دمای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس، روی دردسترس به ترتیب به میزان 3، 8 و 30 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت.
نتایج بررسیهای هائو و همکاران - 2013 - و یانگ و همکاران - 2010 - نشان داد که استفاده از دماهای بالاتر در تولید بیوچار، باعث ایجاد منافذ ریزتر و سطح ویژه بیشتر در بیوچار تولیدشده میشود و بنابراین جذب آلایندهها در آن بیشتر صورت میگیرد. آلوابل و همکاران - 2013 - گزارش کردند که از مزیتهای بیوچار تهیهشده در دمای بالا، پایداری کربن موجود در آن بود که باعث تاثیر طولانیمدتتر بیوچار بر جذب عناصر سنگین شد.
بهعلاوه، یکی از مهمترین عوامل کاهش اجزاء روی در این مطالعه، افزایش دمای تولیدی بیوچار بود. طبق نتایج، در خاک شاهد، بیشترین مقدار روی در جزء باقیمانده 23265 - میلیگرم بر کیلوگرم - ، پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز 6604 - میلیگرم بر کیلوگرم - ، پیوندشده با مادهآلی 2290 - میلیگرم بر کیلوگرم - و پیوندشده با کربناتها 1664 - میلیگرم بر کیلوگرم - بود. روی محلول از 0/93 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک شاهد به 0/74 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس، 0/6 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس و 0/54 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس کاهش یافت.
روی تبادلی از 83/7 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک شاهد به 76/4 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس، 68/7 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس و 58/4 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس کاهش یافت.
روی پیوندشده با کربنات از 1664 میلیگرم بر کیلوگرم در شاهد به 1357 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس، 1156 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس و 1213 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس کاهش یافت.
روی پیوندشده با مادهآلی از 2290 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک شاهد و 2338 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس به 1588 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس و 1382 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس کاهش یافت.
روی پیوندشده با اکسیدها از 6604 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک شاهد به 6444 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس به 6389 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس و 5531 میلیگرم بر کیلوگرم در خاک تیمارشده با بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس کاهش یافت.
بنابراین، روی محلول، تبادلی، پیوندشده با کربنات، پیوندشده با اکسیدها با کاربرد بیوچار تهیهشده در دمای 200 درجه سلسیوس، به ترتیب 20، 9، 18 و 2 درصد، با کاربرد بیوچار تهیهشده در دمای 400 درجه سلسیوس 35، 18، 31 و 3 درصد و با کاربرد بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس 42، 30، 27 و 16 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت.
