بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از بیوچارهای مختلف به منظور افزایش حاصلخیزی خاک در سالهای اخیر گسترش فراوانی داشته است. تحقیق حاضر تلاش داشت تا به بررسی کاربرد طولانی مدت بیوچار - کاربرد دو ساله - ، در سطوح 2 و 4 درصد وزنی، بر سه خصوصیت پ-هاش، قابیلت هدایت الکتریکی و کربن آلی یک خاک آهکی تحت کشت پسته بپردازد. بیوچار استفاده شده در این تحقیق از تفاله پوست پسته و در دمای 600 درجه سلسیوس، در راکتور ویژه، تهیه گردید.
نتایج نشان از افزایش مقادیر هر سه خصوصیت فوق، داشته است که کربن آلی و پ-هاش رابطه ملموس تری با زمان نشان دادند. افزایش نسبتا بالای پ- هاش خاک - یک واحد - دو سال پس از کاربرد بیوچار میتواند احتیاط به کارگیری این نوع بهساز در خاکهای آهکی را به همراه داشته باشد. در طرف مقابل، افزایش 2 تا 4 برابری کربن آلی خاک میتواند به عنوان مدیریتی مناسب از افزایش ماده آلی خاک، به خصوص در خاکهای خشک و نیمه خشک ایران، محسوب شود.
مقدمه
مقادیر کم از کربن آلی و قابلیت دسترسی پایین از عناصر غذایی، به عنوان مهمترین فاکتورهای محدود کننده تولید محصولات کشاورزی در خاکهای آهکی مناطق خشک و نیمه خشک محسوب میشوند. بنابراین، کشاورزان تلاش دارند تا با استفاده از کودهای شیمیایی و منابع آلی سبب کاهش محدودیتهای مذکور و در نتیجه آن افزایش عملکرد در زمینهای زراعی خود شوند. کاربرد کودهای دامی و سایر منابع آلی هرچند میتواند سبب افزایش حاصلخیزی خاک شود، اما تجزیه آنها در طول زمان و کاهش دسترسی عناصر میتواند اثربخشی آنها را کاهش دهد. همچنین از دیگر مشکلات این منابع، نشر گازهای گلخانه ای حاصل از کودهای دامی میباشد که در سالهای اخیر به عنوان یک چالش زیست محیطی مهم شناخته شده است.
تبدیل ترموشیمیایی این مواد به محصولاتی با عنوان بیوچار میتواند به عنوان یکی از راهکارهای کاهش نشر گازهای گلخانهای تلقی شود. بیوچار یک فرآورده تولیدی از مواد آلی در طی فرایند آتشکافت در شرایط بی هوازی و نیمه هوازی است که عموماً به عنوان زغال مشتق شده از زیست تودههای گیاهی شناخته میشود. کاربرد این محصول به عنوان یک بهساز مناسب در محیط خاک در سالهای اخیر به منظور افزایش حاصلخیزی و کاهش آلودگیهای آلی و غیرآلی خاک، تحقیقات فراوانی را به خود اختصاص داده است
اولین تجربهها و آزمایشهای استفاده از زیست توده نیمسوز شده بهعنوان اصلاح کننده خاک در حدود 100 تا 150 سال پیش مستندسازی شده است بیوچار به عنوان یک بهساز مناسب میتواند در بهبود ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک کمک شایانی کند
تحقیقات انجام شده نشان داده است که کاربرد بیوچار در خاک، سبب افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و نگهداری آب در خاک، و همچنین رهاسازی تدریجی عناصر محدود کننده در خاک میشود - نیگوسی و همکاران، . - 2012 استفاده از بیوچار به عنوان یک بهساز خاک، در خاکهای خشک و نیمه خشک، به دلیل کم بودن ماده آلی، و پایین بودن قابلیت استفاده برخی از عناصر غذایی از جمله فسفر، آهن، روی، منگنز و مس است که عمدتاً ناشی از پ-هاش نسبتاً بالای این خاکها میباشد، به عنوان یک چالش و ایده مهم در تحقیقات بسیاری از محققین جای گرفته است.
برخی از تحقیقات استفاده از بیوچار در خاکهای با پ-هاش بالا را سبب بهبود وضعیت عناصر غذایی پرمصرف از قبیل پتاسیم و فسفر و عناصر کم مصرف و قابلیت نگهداشت آب و فعالیت میکروبی - بریوور و همکاران، - 2012، دانسته اند. با توجه به مقدمه گفته شده و از آنجاییکه اغلب اراضی تحت کشت پسته استان کرمان دارای کمبود مواد آلی میباشند، و همچنین از طرف دیگر تولید سالانه مقادیر زیادی ضایعات کشاورزی از این مزارع و بلا استفاده بودن این منابع، تحقیق حاضر تلاش دارد تا بتواند با استفاده از این منابع و تبدیل آنها به محصول بیوچار، به بررسی اثرات کاربرد این محصول بر مقدار کربن آلی، هدایت الکتریکی و پ-هاش خاکهای تحت کشت پسته در 2 سال متوالی بپردازد.
مواد و روشها
بیوچار تهیه شده در این آزمایش از ضایعات تفاله پوست نرم پسته در طی فرایند آتشکافت تهیه گردید. بدین مننظور، ابتدا نمونه ذکر شده را با آب داغ - به منظور خارج سازی فنول موجود در تفاله آن - ، و سپس با آب مقطر چندین بار شستشو داده و پس از هوا خشک کردن، آسیاب و از الک 1 میلی متری عبور داده و در داخل بوتههای چینی و داخل راکتور - کوره - قرار داده و دمای کوره را روی 600 درجه سلسیوس تنظیم، و برای عاری کردن سیستم از اکسیژن شیر مربوط به گاز N2 با درصد خلوص 99/99 را به مدت 5 دقیقه با جریان مشخص 5 - لیتر در دقیقه - باز کرده و شیر خروجی سیستم را باز کرده و بعد از 5 دقیقه شیر خروجی را بسته و راکتور راه اندازی میشود. مدت زمان قرارگیری نمونهها در دمای 600 درجه سلسیوس در داخل راکتور، 3 ساعت بوده است.
پس از انجام فرایند گرما کافت و تولید بیوچار مد نظر، ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آنها به روشهای معمول اندازه گیری شد. سپس بیوچارهای تولیدی در مزرعه کشت پسته رقم اوحدی در شهرستان انار در مقادیر 2 و 4 درصد به خاک - لومی، هدایت الکتریکی 1/32 د سی زیمنس بر متر، کربنات کل سیم معادل %18، کربن آلی - % 0/46 افزوده شد. سن درختان پسته در این طرح، 17 سال بود. تیمارها در یک ردیف که شامل 20 درخت پسته بود، اعمال شد.
روش آبیاری در این زمین به صورت غرقابی انجام گرفت. در دو سال متوالی، پس از افزدون بیوچارها، میزان کربن آلی، قابلیت هدایت الکتریکی و پ-هاش اندازه گیری و با استفاده از روشهای آماری - مقایسه میانگین به روش دانکن در سطح 5 درصد - مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج و بحث
برخی از ویژگیهای شیمیایی ماده آلی اولیه و بیوچار تولیدی از آن در جدول 1 نشان داده شده است. بر طبق نتایج، بیوچار تهیه شده دارای پ-هاش های بالاتری نسبت به ماده خام اولیه میباشد.همانگونه که مشاهده میشود
پ-هاش منبع اولیه این مواد - قبل از فرایند آتشکافت - در محدوده 7/74 بوده است که عملیات آتشکافت در دمای بالا سبب افزایش پهاش بیوچار تولیدی شده است.
جدول .1 برخی خصوصیات شیمیایی بیوچارهای مورد استفاده در آزمایش و منبع اصلی آنها
افزایش پ-هاش در نتیجه فرایند آتشکافت در دماهای بالا بوسیله محققین زیادی گزارش شده است - زلفی و همکاران، - 2016، که این افزایش را میتوان به افزایش کاتیونهای قلیایی - سدیم، کلسیم، منیزیم، پتاسیم - و کلسیت در واحد حجم تولیدی کمتر از بیوچار نسبت داد. همچنین نتایج بدست آمده از مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی بیوچار تولیدی نشان داد که فرایند آتشکافت سبب افزایش در حدود 2 برابری از این پارامتر نسبت به نمونه اولیه - غیر بیوچار شده - ماده آلی شده است. افزایش نسبت C/N، پتاسیم محلول، غلظت کربن، آهن، روی، مس و منگنز و کاهش نیتروژن کل - در نتیجه فرایند تصعید - در بیوچار تولیدی نسبت به زیست توده اولیه قابل مشاهده بود
نتایج تجزیه واریانس از برر سی اثر کاربرد بیوچار تولیدی در خاکهای تحت ک شت پ سته ن شان داد - جدول - 2 اثر کابرد بیوچار در سطوح مختلف 2 - و %4 وزنی - در مقادیر پ-هاش، قابلیت هدایت الکتریکی خاک و کربن آلی در سطح یک در صد از آزمون دانکن معنی دار میبا شد، هرچند که تغییرات این خ صو صیات در گذر زمان فقط برای کربن آلی معنیدار شد. در بررسی اثرات متقابل کاربرد بیوچار و زمان، این تاثیرات فقط در دو پارامتر قابلیت هدایت الکتریکی خاک و کربن آلی معنی دار شد.
جدول .2 تجزیه واریانس میانگین مربعات اثر تیمارهای بیوچار تفاله پسته در زمانهای مختلف بر میزان پ-هاش، قابلیت هدایت الکتریکی خاک و کربن آلی
در بررسی اثرات متقابل کابرد سطوح مختلف از بیوچار در دوسال پی در پی، بر مقادیر هدایت الکتریکی، میانگین نتایج بدست آمده نشان داد که با کاربرد بیوچار 2 - یا 4 درصد کاربرد - ، هدایت الکتریکی افزایش نشان داده است که این افزایش - در سطح - %2 در مقایسه با نمونه شاهد معنی دار و در حدود 0/3 دسی زیمنس بر متر، بوده است
