بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش ساخت بایوچار - - Biochar بهوسیله کورهی تحقیقاتی و مطالعه تأثیر آن بر تثبیت کربن موجود در بیومس در خاک و در نتیجه کاهش انتشار CO2 از خاک بود. در این پژوهش تأثیر بایوچار بر برخی خواص شیمیایی خاک از قبیل Ca و K تبادلی، pH، هدایت الکتریکی و Fe قابل جذب نیز بررسی شد. به این منظور کوره-ی تولید بایوچار ساخته شد و از سه بیومس چوب، کاه و کلش برنج و ضایعات کارخانه کاغذ سازی چوکا، بایوچار تهیه شد. یوچارهاب تحت شرایط پیرولیز کُند و در دمای 500 -550 C تولید شدند. بایوچارهای تولیدی نیز پس از عبور از الک 2 mm در سه سطح 10، 20 و 30 g kg-1 بر خاک اعمال شدند و پس ازگذشت 1 و 3 ماه پارامترهای بیان شده، در تیمارها اندازهگیری شدند.
این پارامترها در نمونههای بایوچار نیز محاسبه گردید. آنالیز تیمارهای خاک پس از مدت تعیین شده نشان داد که مقدار کربن کل خاک در تیمارها از حدود 1/7 تا بیش از 3/5 برابر خاک شاهد افزایش یافت. با توجه به پایداری بسیار زیاد پیوندهای کربن در بایوچار انتظار بر این است که تا سالیان طولانی کربن موجود در بیومس در خاک باقی بماند و از انتشار آن و CO2 جلوگیری شود. همچنین مقدار Ca و K تبادلی و هدایت الکتریکی در تمامی تیمارها به صورت معنیداری افزایش یافت. pH خاک نیز در اکثر تیمارها افزایش معنیداری نسبت به شاهد نشان داد و Fe قابل جذب نیز با کاهش معنیدار نسبت به شاهد همراه بود.
مقدمه
تولید انرژیهای تجدید پذیر و محصولات زیستی از مواد غیر خوراکی یک روش مناسب برای تأمین انرژی جهانی و چالش گرمای جهانی استدِمیرباس، - . - 2001 بایوچار محصولی تولید شده از پیرولیز کند بیومس تحت شرایط بدون اکسیژن یا کم اکسیژن میباشد. کاربرد بایوچار میتواند باعث بهبود کیفیت خاک و تولید محصول، کاهش انتشار گازهای گلخانهای و افزایش نگهداشت کربن در خاک شود - گلاسر و همکاران، ;2002 چان و همکاران، . - 2008 بایوچار غنی از کربن است و میتواند کربن را در خاک برای مدت هزاران سال ذخیره کند که پتانسیل بالقوهای برای کاهش گازهای گلخانهای در اتمسفر است - لمن، . - 2007 نسبت زیاد کربن حلقوی و ترکیب شدن این ساختارهای کربن با یکدیگر، دلیل روشنی برای پایداری بالای بایوچار است.
علاوه بر این حضور بایوچار در خاک باعث بهبود خصوصیات شیمیایی خاک از قبیل pH، ظرفیت تبادل کاتیونی و حضور کاتیونها شود. تصور بر این است که بایوچار توسط میکروبها به مقدار اندکی تجزیه میشود - زیمزیک و ماسیلو،. - 2007 بنابراین بایوچار میتواند به عنوان مادهای در جهت پس گرفتن CO2 از اتمسفر در خاک استفاده شود و این برای دستیابی به مبارزه با گرمای جهانی در آینده مؤثر است. مقدار رایج CO2 در اتمسفر، 386 ppm بود - تانز، - 2009 و با درجه افزایش 1/9 ppm در سال، از سال 1995 تا 2005 همراه بوده است - فارستر و همکاران،. - 2007 فرآیندهای پیرولیز بیومس در بایوچار میتواند کربن آلی را تثبیت کند و در نتیجه انتشار CO2 را کاهش دهد - ماجور و همکاران، . - 2010 لیو و همکاران - 2011 - در پژوهشی مشاهده کردند که کاربرد بایوچار چوب بامبو و بایوچار کاه برنج بر خاک شالیزاری باعث کاهش انتشار CO2 از خاک شد.
همچنین نیتروس اکسید - N2O - گاز گلخانهای دیگری است که که در بخشی از چرخه نیتروژن به نام نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون تولید میشود و 310 مرتبه قوی تر از CO2 است - آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا، . - 2002 متان نیز گاز گلخانهای دیگری است که 21 مرتبه قوی تر از CO2 است و تحت شرایط بی هوازی تولید میشود. انتشار این گازها با کاربرد بایوچار کاهش مییابد. کاهش انتشار N2O به میزان 50 درصد در مزارع لوبیا و به میزان 80 درصد در علفزار به وسیله کاربرد بایوچار گزارش شده است - روندون و همکاران،. - 2005 این کاهش انتشار احتمالاَ به دلیل کندتر شدن چرخه نیتروژن صورت گرفته که شاید نتیجه افزایش درجه C/N باشد. لیو و همکاران - - 2011 گزارش کردند که کاربرد بایوچار چوب بامبو 51/1 درصد و بایوچار کاه برنج تا 91/2 درصد، انتشار متان را کاهش داد.
مواد و روشها
نمونه برداری و عملیات گلخانهای
این پژوهش در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه گیلان انجام شد. نمونه برداری از خاک از عمق 0 -30 سانتی متری خاک انجام شد. خاک مورد استفاده پس از هوا خشک و کوبیده شدن از الک 2 میلیتری عبور داده شد و به منظور اعمال تیمارهای بایوچار در ظروف پلاستیکی قرار گرفتند. بایوچارها در سطوح 1، 2 و 3 درصد وزنی خاک اعمال شدند و برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. هر گلدان پلاستیکی حاوی 1 کیلوگرم از نمونه خاک بود. رطوبت نمونه ها در کل زمان سه ماه در حد ظرفیت مزرعه نگه داری شد و در زمانهای 1 و 3 ماه آزمایشات شیمیایی بر روی نمونه ها انجام شد. الگوی آماری مورد استفاده در این آزمایش، اسپیلت پلات بر پایه طرح کاملآ تصادفی بود. مقایسه میانگین ها نیز به روش توکی در سطح 5 درصد با استفاده از نرم افزار SAS انجام شد.
تهیه بایوچار به وسیله کوره
برای تهیه سه بایوچار کاه و کلش برنج، چوب و ضایعات کارخانه کاغذ سازی، از کوره ساخته شده استفاده گردید - شکل . - 1 به این منظور ابتدا بیومس ها را درون استوانه فلزی کوچک گذاشته - شکل - 2 و استوانه کوچک به صورت برعکس درون استوانه بزرگ قرار گرفت - شکل . - 3 این کار از تماس آتش و بیومس جلوگیری میکند و باعث میشود اکسیژن وارد استوانه کوچک نشود. اطراف استوانه بزرگ به منظور افزایش حرارت بهوسیله عایق پشم شیشه پوشانده شد. سپس فضای خالی بین دو استوانه به وسیله هیزم پر شد و کوره به وسیله آتش روشن شد - شکل . - 4 پس از حدود 30 دقیقه درب کوره بسته شد - شکل - 5 تا آتش و حرارت به مدت 5 - 6 ساعت در کوره باقی بماند و فرایند پیرولیز تکمیل شود. پس از این مدت بیومس به بایوچار تبدیل میشود.
