بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تاثیر بیوچار لجن فاضلاب بر میزان فسفر قابل دسترس خاک، آزمایشی به صورت طرح کاملا تصادفی با 4 تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل : بیوچار با درصدهای وزنی صفر، 2/5 و 5 درصد که هر کدام با 5 کیلوگرم خاک در گلدان مخلوط شده و با بذر گندم کشت گردیدند. نتایج بیانگر تاثیر معنی دار تیمارهای بیوچار لجن فاضلاب بر غلظت فسفر قابل دسترس خاک نسبت به تیمار شاهد شد، به طوری که با افزایش سطح بیوچار از صفر به 2/5 و 5 درصد فسفر قابل دسترس خاک از 10به 16 و22میلی گرم برگیلوگرم افزایش یافت.
.1 مقدمه و هدف
فسفر به عنوان یکی از عناصر پر مصرف نقش مهمی در تولید محصول در خاکهای آهکی مناطق خشک و نیمه خشک دارد .]9[ در خاکهای آهکی قابلیت جذب فسفر به طور عمده توسط کربنات کلسیم، pH بالا و کمبود مواد آلی محدود می شود .]20[ بیوسالیدها یا لجن فاضلاب تصفیه شده ، باقی مانده هایی از یک فرآیند اصلاح آبهای زائد است که استفاده از آن باعث بهبود حاصلخیزی خاک و افزایش عناصر غذایی خاک می شود، اما کاربرد آن برای خاک ممکن است بعضی مواقع خطرناک باشد، زیرا پتانسیل وجود میکروارگانیسم های بیماریزا و عناصر سنگین را دارد. ولی تبدیل لجن فاضلاب به بیوچار در اثر سوزاندن علاوه بر اینکه باعث از بین رفتن پاتوژن ها می شود، می تواند به طور قابل توجهی ظرفیت جذب و پتانسیل دسترسی عناصر غذایی را در خاک افزایش دهد.
بیوچار یا زغال زیستی، ماده جامد غنی از کربن است که می تواند از پیرولیز انواع مواد آلی - زیست توده گیاهی، فضولات جانوری، لجن فاضلاب - در شرایط نبود یا کمبود اکسیژن تهیه شود. به طور کلی بیوچار بدست آمده دو مزایای اصلی دارد: اول حذف کردن پاتوژنها از زایدات آلی در لجن فاضلاب و دوم بیوچار می تواند با ایجاد خواص فیزیکی مناسب در خاک ساختمان خاک را بهبود بخشد و بازده محصولات کشاوزی را افزایش دهد و همچنین باعث کاهش حجم زائدات آب که میتواند مدیریت آن را بهبود بخشد.
بیوچار کردن لجن فاضلاب می تواند یک روش جالب برای استفاده از آن باشد، زیرا منجر به بدست آمدن ماده ای می شود که می تواند باعث غیر متحرک کردن آلودگی ها شود. با توجه به ظرفیت جذب بالای آن بیوچاردارای قابلیت گرفتن و به دام انداختن عناصر سنگین و آلودگی های ارگانیک هیدروفوبیک و به علاوه می تواند آنها را برای یک دوره طولانی مدت از زمان ، غیر متحرک و قابلیت دسترسی زیستی آنها را کاهش دهد .
از دیدگاه کشت و کار یکی از مزایای بیوچار، مدیریت ضایعات کشاورزی است. گسترش کشاورزی ارگانیک از یک سو و آلودگیهای جوی از سوی دیگر باعث شده تا استفاده از این ترکیب در دنیا روزبه روز افزایش پیدا کند. خاکهای حاصلخیز تراپرتا در برزیل نتیجه کاربرد بیوچار طی سالیان دراز، بیش از هزار سال است. در ژاپن هم از این تکنیک - استفاده از نیم سوخته ضایعات کشاورزی - استفاده میشده است و در سالهای گذشته احیا شده است.
کشورهای دیگر هم کمکم به کاربرد این روش سنتی و مؤثر علاقهمند میشوند و استفاده از بیوچار به روشی احیا شده از دوران قدیم برای کشاورزی در آینده تبدیل میشود. بیوچار توجه زیادی را در سال های اخیر به عنوان یک اصلاح احتمالی خاک جلب کرده است. تحقیقات متعدد در سطح بین المللی اکنون نشان داده است که زغال های زیستی می توانند به عنوان یک مخزن P برای خاک عمل کنند و یک میزان معین از این P در فرم مناسب موجود برای جذب گیاهان است. یکی دیگر از مزایایی که بیوچار با توجه به دسترسی به P در خاک به وجود می آورد، به دلیل تعداد زیادی از میکروپور ها است که به عنوان زیستگاه ها عمل می کنند و رشد میکروارگانیسم ها را افزایش می دهد که این مواد مغذی را افزایش می دهد .
بیوچار ازطریق اثرات مستقیم و غیر مستقیم سبب افزایش عملکرد گیاه و حاصلخیزی خاک می گردد. بیوچار به دلیل داشتن ساختاری متخلخل، سطح ویژه بالا و توانایی آن برای جذب مواد آلی محلول، گازها و مواد مغدی غیر آلی، زیستگاهی برای ریز جانداران خاکزی به شمار می رود
از جمله اثرات مستقیم می توان به افزایش دسترسی و تامین عناصری مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم در داخل خاک اشاره کرد که به تبع افزایش این عناصر، رشد در بخش های مختلف گیاهان در پژوهش های بسیاری مشاهده گردیده است. علاوه بر آزاد کردن مستقیم فسفر محلول و برخی عناصر غذایی ضروری، بیوچار می تواند ظرفیت تبادل یونی خاک را افزایش دهد و ممکن است قابلیت دسترسی فسفر را با مهیا کردن ظرفیت تبادل آنیونی یا با تاثیر بر فعالیت کاتیون هایی که در تعامل با فسفر هستند تغییر دهد. نوع ماده خام و شرایط تولید بیوچار در میزان قابل دسترس فسفر و فسفر کل در بیوچار تعیین کننده هستند .
از میان مواد خام مختلفی که برای تولید بیوچاراستفاده می شود، لجن فاضلاب با توجه به ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن به طور بالقوه دارای توانایی بالایی است تا بتواند بهره وری محصولات کشاورزی را به طور پایدار با دستاوردهای زیست محیطی و اجتماعی افزایش دهد
با توجه به مطالب ذکر شده در بالا، هدف از این مطالعه بررسی اثر کاربرد بیوچار لجن فاضلاب بر میزان قابل دسترس فسفر در یک خاک آهکی تحت کشت گندم در گلخانه بود.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
بر اساس تحقیقات صورت گرفته نشان داده شده است که بیوچار یا زغال زیستی بقایای کشاورزی می تواند اثرات سودمندی بر خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک داشته باشد. لذا، لجن فاضلاب حاصل از تصفیه خانه ها که منبع آلی در آنها زیاد است، درصورت تبدیل شدن به بیوچار و استفاده از آن به عنوان یک منبع کودی کم خطر مورد توجه فعالان محیط زیست قرار گرفته است. نتایج پژوهش ماستو و همکاران - 2013 - ، کاربرد بیوچار موجب افزایش ماده آلی خاک، نیتروژن کل، فسفر و پتاسیم قابل دسترس خاک گردید .[18@ افزایش میزان این عناصر به افزایش pH خاک و اثر آهکی بیوچار در افزایش قابلیت جذب فسفر و افزوده شدن مستقیم پتاسیم توسط بیوچار نسبت داده شد.
نتایج تحقیق نجمی - 1392 - نشان داد که کاربرد بیوچار در خاک با گذشت زمان ابتدا باعث کاهش فسفر و سپس افزایش فسفر شد. نتایج مطالعه زلفی باوریانی و همکاران - 1395 - نشان داد افزودن بیوچار کود مرغی به خاک باعث افزایش معنی دار pH، قابلیت هدایت الکتریکی، ماده آلی خاک، پتاسیم و فسفر قابل دسترس گردید.[2@ به طور کلی غلظت فسفر قابل استفاده بعد از افزودن بیوچار افزایش می یابد، برای اینکه در طی فرآیند تولید بیوچار فسفر محلول فراوانی تشکیل می شود و فسفر می تواند وقتی که بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک استفاده گردد، رها شود. افزودن بیوچار به خاک سبب فراهمی فسفر نیز می گردد.
.3مواد و روش ها
خاک مورد مطالعه این تحقیق از زمین های کشاورزی دانشگاه شهید چمران اهواز و از عمق 0-30 سانتی متری جمع آوری شد و پس از خشک کردن، برای آزمایش از الک 2 میلیمتری و برای خاک گلدان ها از الک 5 میلیمتری عبور داده شد. جدول 1 برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اندازه گیری شده در خاک را نشان می دهد.
جدول -1 برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد آزمایش
ماده اولیه مورد نیاز برای تولید بیوچار یعنی لجن فاضلاب از تصفیه خانه غرب شهرستان اهواز که مراحل هضم بی هوازی را طی کرده و بر بستر رها شده بود جمع آوری شد. پس از خشک کردن و کوبیدن آن، ابتدا از الک 2 میلی متری عبور داده شد. سپس برای جداسازی لجن از شن و رس از الک 0/5 میلی متری عبور داده شد و هر آنچه که روی الک 0/5 باقی مانده بود برای آزمایش جمع آوری گردید. برای تهیه بیوچار لجن فاضلاب، از یک ظرف فلزی در بسته استفاده گردید، به گونه ای که لجن در داخل ظرف فلزی ریخته شد و تا حد زیادی فشرده می شد تا هوای آن خارج گردد، سپس درون کوره الکتریکی - Muffle Furnace - به مدت 4 ساعت و در دمای 400 درجه سانتیگراد قرار داده شد. برخی از ویزگی های بیوچار حاصل از لجن فاضلاب توسط روش های استاندارد آزمایشگاهی اندازه گیری و در جدول 2 گزارش شده است.
جدول -2 برخی ویژگی های شیمیایی بیوچار لجن فاضلاب
آزمایش به صورت طرح کاملا تصادفی و در 4 تکرار در شرایط گلخانه انجام گردید. تیمارها شامل بیوچار لجن فاضلاب در سه سطح صفر، 2/5 و 5 درصد وزنی که با 5 کیلوگرم خاک مخلوط شده و درون گلدانهای پلاستیکی ریخته شد. پس از اعمال تیمارها گلدانها با بذر گندم رقم چمران کشت گردیدند و به مدت 4 ماه در گلخانه نگهداری شدند. پس از طی این مدت و رسیدن به مرحله دانه گیاهان گندم برداشت شدند . خاک گلدان ها هوا خشک گردید و پس از گذراندن از الک 2 میلی متری، مقداری از آن جهت تجزیه به آزمایشگاه انتقال داده شد.
