بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روش های ارتقای کیفیت فیزیکی خاک های مناطق خشک و نیمه خشک استفاده از مواد آلی است، لجن فاضلاب با مقدار بالای مواد آلی، علاوه بر بهبود کیفیت شیمیایی و حاصلخیزی خاک می تواند در بهسازی خصوصیات فیزیکی خاک نیز اثرات مثبت زبادی داشته باشد. در این تحقیق نقش تاثیر لجن فاضلاب و بقایای یونجه بر کربن آلی، تخلخل، پایداری خاکدانه و شدت نفوذنهایی دو خاک با بافت مختلف مورد بررسی قرار گرفت.این مطالعه در قالب طرح بلوک تصادفی انجام گردید. تیمارها شامل، دو خاک با بافت مختلف - شنی و لوم رسی - ، دو نوع منبع آلی شامل لجن فاضلاب و بقایای یونجه هر یک در سه سطح - صفر به عنوان شاهد، 1 و 3 درصد وزنی - و در سه تکرار بود. آزمایش در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی از نظر رطوبت و درجه حرارت، به مدت 90 روز طول کشید. پس از پایان دوره انکوباسیون، مقدار کربن آلی و خصوصیات فیزیکی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که اغلب خصوصیات، به طور معنی داری تحت تاثیر تیمارهای مورد مطالعه قرار می گیرد. بررسی خصوصیات فیزیکی نشان داد که مصرف بقایای یونجه باعث افزایش بیشتر تخلخل کل خاک نسبت به لجن فاضلاب شد. این در حالی بود که با مصرف لجن فاضلاب به دلیل تشکیل بیشتر خاکدانه های بزرگتر از 0/25 میلی متر، شدت نفوذ نهایی افزایش معنی داری نسبت به تیمار شاهد یافت .در مجموع بسته به شرایط اولیه خاک و همچنین سرعت تجزیه مواد آلی، خصوصیات فیزیکی بطور متفاوتی تغییر پیدا می کند همچنین به دلیل اینکه سرعت تجزیه لجن فاضلاب بیشتر از بقایای یونجه بوده است، در نهایت کربن آلی کمتری در خاک باقی مانده است.
کلمات کلیدی: لجن فاضلاب، بقایای یونجه، کربن آلی، شدت نفوذ نهایی، پایداری خاکدانه.
.1 مقدمه
حفظ مقدار مطلوب ماده آلی خاک یکی از اساسی ترین اصول کشاورزی پایدار است. بنابراین مواد آلی باید مرتبا به خاک اضافه شوند. این نیاز در مناطق خشک و نیمه خشک با توجه به مقدار کم مواد آلی و محدود بودن منابع کودهای دامی محسوس تر است. موادی همچون بقایای گیاهی، فضولات دامی، زباله و فاضلاب از منابع قابل دسترس مواد آلی در اغلب این مناطق هستند که از دورانهای گذشته تا به حال از آنها استفاده شده است. در این بین لجن فاضلاب به دلیل ارزان بودن و قرار گرفتن عناصر در چرخه غذایی انسان از اهمیت ویژه ای برخوردار است .[1] لجن فاضلاب رسوباتی است تشکیل شده از مواد معدنی و آلی که در مراحل مختلف تصفیه جدا می شود .[8] یکی از روشهای ارتقای کیفیت خاک در مناطق مذکور، استفاده از اصلاح کنندههای آلی ارزان قیمت و سهل الوصول مثل لجنهای فاضلاب شهری و یا صنعتی می باشدکه در مقایسه با کود دامی و کاه و کلش میتواند مقرون به صرفه ترباشد. به طور متوسط 30 میلیون تن لجن فاضلاب، سالانه در جهان تولید میشود که حدود 21 میلیون تن آن به عنوان کود در زمینهای کشاورزی استفاده میشود .[15] با افزایش جمعیت و تولید روز افزون لجن فاضلاب از نظر زیست محیطی مطمئن ترین راه پیشگیری از انباشته شدن این ماده، افزودن آن به زمین های کشاورزی است .[7]
ماده آلی در خاک موجب تامین عناصر غذایی و منبع کربن آلی خاک می باشد.[16] حجتی وهمکاران تأثیر استفاده سال های مختلف لجن فاضلاب را بر ماده آلی[17] و الیویرا و همکاران نیز اثر لجن فاضلاب بر کربن آلی خاک مورد بررسی قرار دادند.[22] در هر دو آزمایش لجن فاضلاب، کربن آلی خاک را به شدت افزایش داد و همچنین فریرا و همکاران، نیز دریافتند مقدار کربن آلی در تیمارهای لجن فاضلاب در مقایسه با تیمارهای کود شیمیایی افزایش یافت.[22] لجن فاضلاب، باعث افزایش ماده آلی خاکها میشود که این افزایش با مقدار لجن اضافه شده رابطه مستقیم دارد .[25] بنابراین لجن فاضلاب به دلیل داشتن ماده آلینسبتاً زیاد، باعث افزایش کربن آلی خاک شد .[18]
نفوذپذیری از مهمترین اجزا چرخه هیدرولوژیکی و یکی از معمول ترین پدیده های فیزیکی است که پژوهشگران نسبت به آن توجه خاصی دارند. فرآیند ورود آب به خاک، از سطح خاک و در جهت عمودی نفوذ پذیری نامیده می شود. از نظر کمی، شدت نفوذ، عبارت است از حجم ورودی آب به درون خاک در واحد سطح و در واحد زمان وقتی که سطح آب غرقاب باشد .[2] عوامل متعددی از قبیل بافت، ساختمان، مقدار ماده آلی، نوع کانیهای رسی و غلظت املاح محلول در نفوذپذیری خاک موثر می باشند .[6] اضافه نمودن کودهای آلی از جمله لجن فاضلاب موجب بهبود ساختمان و به دنبال آن بهبود نفوذپذیری خاک می گردد.
زائری و همکاران، نقش اثرات تجمعی و باقیمانده لجن فاضلاب را بر نفوذپذیری بررسی نمودند، نتایج نشان داد که لجن فاضلاب باقیمانده در خاک باعث افزایش نفوذپذیری و پایداری خاکدانه ها می شود .[5] کلاپ و همکاران نیز نشان دادند که نفوذپذیری خاک با اقزودن 52 و 104 تن لجن فاضلاب در هکتار به طور چشم گیری افزایش می یابد .[11] بهره مند و همکاران در تحقیق بر روی خاکهای اصفهان نتایجی مبنی بر افزایش نفوذپذیری خاک در هنگام افزایش سطح لجن فاضلاب را گزارش کردند. آنان همچنین مشاهده کردند که با گذشت زمان از مصرف لجن، میزان نفوذ نهایی خاک کاهش می یابد که دلیل آنرا به کاهش پایداری خاکدانه ها ربط دادند .[3]
لوگان و هاریسون گزارش کردند که افزودن لجن فاضلاب باعث افزایش خلل و فرج و به دنبال آن افزایش نفوذ پذیری خاک گردیده و فرسایش بوسیله روان آب کاهش می یابد .[20] بویل و همکاران در یک تحقیق به این نتیجه رسیدند که افزایش ماده آلی موجب پایداری خاکدانه ها، نفوذپذیری بهتر آب در خاک، تهویه بهتر و افزایش درصد خلل و فرج در خاکهای تیمار شده با این مواد می شود.[9 ] خلیل و همکاران، گزارش کردند که افزودن لجن فاضلاب 30 تن در هکتار باعث بهبود پایداری خاکدانه ها و نهایتا تشکیل ساختمان پایدار شده که خود می تواند موجب سهولت نفوذ و حرکت آب در خاک شود .[19] همچنین شیرانی و همکاران، به منظور بررسی تاثیر تجمعی لجن فاضلاب بر نفوذ آب در خاک که به مدت سه سال انجام گرفت با افزایش سطح لجن، نفوذپذیری افزایش یافت و همبستگی معنی داری بین مقدار لجن و نفوذ وجود داشت .[4]
شینبرگ و همکاران، پایداری پایین خاکدانه ها را از مشخصات خاک های خشک و نیمه خشک دانسته و اظهار می دارند که افزایش مواد آلی به خاکهای این مناطق سبب بهبود و ضعیت خاکدانه ها می گردد .[23] تشکیل و پایداری خاکدانه ها اثرات چشمگیری بر تخلخل کل خاک دارد. گلوسر و همکاران، پایداری خاکدانه ها را در خاکهایی که توسط لجن فاضلاب تیمار شده اند، بررسی نمودند و نتیجه گرفتند که پایداری خاکدانه بر اثر افزودن لجن فاضلاب افزایش می یابد. تصویر میکروسکپ الکترونی خاکدانه های خاک تیمار شده، نشان داد که لجن فاضلاب باعث افزایش تخلخل خاکدانه ها می گردند .[14] تحقیقات اپستین، نیز تاثیر مطلوب لجن فاضلاب را بر پایداری خاکدانه نشان داد .[12] چینی و سوفت، نشان دادند که همبستگی معنی داری بین پایداری خاکدانه و میزان ماده آلی خاک وجود دارد .[10]
.2 مواد و روش
کلیه آزمایش ها به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. خاک مورد مطالعه در این تحقیق از عمق صفر تا 30 سانتی متر سطح اراضی کشاورزی نمونهبرداری شده است. تیمارها شامل، دو خاک با بافت مختلف - شنی و لوم رسی - ، دو نوع منبع آلی شامل لجن فاضلاب و بقایای یونجه هر یک در سه سطح - صفر به عنوان شاهد، 1 و 3 درصد وزنی - بود. هر تیمار در 3 تکرار اعمال شد. پس از انتقال نمونه خاک به آزمایشگاه، در معرض هوا خشک گردید و از الک 2 میلیمتری عبور داده شد. پس از تهیه نمونه های خاک، نمونه خشک لجن و بقایای یونجه استفاده شده نیز از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. پس از تهیه مخلوط کامل خاک و منابع آلی، نمونه ها در ظروف پلاستیکی در شرایط آزمایشگاهی - در حد 70 درصد رطوبت ظرفیت زراعی و دمای 25 درجه سانتیگراد - نگهداری شدند. پس از پایان 90 روز انکوباسیون،کربن آلی، تخلخل، پایداری خاکدانه و شدت نفوذنهایی اندازه گیری گردید .
در این تحقیق، مقدار کربن آلی به روش والکلی و بلاک - - 1934 تعیین گردید و تخلخل خاک از طریق ضرب درصد رطوبت وزنی در جرم مخصوص ظاهری محاسبه گردید و به منظور بررسی پایداری خاکدانه، از روش الک خشک استفاده شد. با توجه به اینکه در برخی منابع اندازه 0/25 میلیمتر به عنوان مرز بین خاکدانه های ریز و درشت لحاظ شده است، در اینجا از الک 0/25 میلیمتر استفاده شد. در نهایت، بر اساس درصد خاکدانه های بزرگتر از 0/25 میلیمتر، پایداری خاکدانه مشخص گردید. به منظور تعیین شدت نفوذ آب در خاک، از روش بار افتان در داخل گلدان استفاده شد . بدین منظور، پس از اتمام دوره 90 روزه انکوباسیون، عمقی از آب در سطح خاک ایجاد گردید و با گذشت زمان، سرعت افت سطح اندازه گیری شد، این کار تا نفوذ تمام آب در خاک ادامه پیدا کرد. بر اساس تغییرات زمانی افت آب، شدت نفوذ لحظه ای و نهایی تعیین گردید. به منظور تجزیه و تحلیل نتایج، تجزیه واریانس و مقایسه میانگین به روش دانکن در سطح پنج درصد با استفاده از نرم-افزار SAS و رسم نمودارها با استفاده از نرم-افزار EXCEL انجام گردید.
.3 نتایج و بحث
برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی دو خاک مورد مطالعه در جدول - 1 - آورده شده است. همانطور که در جدول مشاهده می شود، دو خاک مورد مطالعه از نظر بافت با یکدیگر متفاوت بوده به طوری که در دو کلاس مختلف - شنی و لوم رسی - قرار می گیرند. نتایج تجزیه واریانس شدت نفوذ نهایی خاک مورد مطالعه،کربن آلی، پایداری خاکدانه و تخلخل کل در جدول - - 2 آورده شده اند. نتایج حاکی از آن است که پس از اعمال تیمارها، خاک، سطح و نوع بقایای آلی برکربن آلی، تخلخل کل، پایداری خاکدانه و شدت نفوذ نهایی - P<0/01 - ، تاثیر معنی داری داشته است. این نتیجه نشان از اهمیت میزان مصرف بقایای یونجه، لجن فاضلاب در تغییر رفتار شیمیایی و فیزیکی خاک دارد. در ادامه، هر یک از خصوصیات مورد مطالعه تحت تاثیر اعمال تیمارها مورد بررسی قرار می گیرد.
