بخشی از مقاله
چکیده
هدف از مطالعه حاضر بررسی سینتیک رهاسازی فسفر از دو ترکیب آلی و بیوچار آنها، توسط سه نوع عصارهگیر است. این ترکیبات شامل: باگاس نیشکر، پوسته چوبی گردو و بیوچار آنها میباشد. عصارهگیری به روش پی در پی در فواصل زمانی 30 دقیقه ای، تا 12 بار انجام شد. عصارهگیرهای مورد استفاده آب مقطر، کلرید کلسیم 0/01 مولار و کلرید سدیم 0/01 مولار میباشد. برای توصیف نتایج از معادلات سینتیکی استفاده شد. نتایج نشان داد که از بین معادلات سینتیکی، معادله نمایی با بیشترین ضریب تبیین - R2=0/96 - و کمترین خطای استاندارد - - SE=0/35 بهترین معادله توصیف کننده رهاسازی فسفر در این ترکیبات آلی است. بیشترین سرعت رهاسازی فسفر از هر چهار ترکیب آلی، توسط عصارهگیر آب مقطر با میانگین سرعت رهاسازی0/485میلی گرم بر کیلو گرم در دقیقه بهدست آمد.
مقدمه
فسفر عنصری ضروری برای رشد گیاه است که کمبود آن عملکرد محصولات را محدود میکند. فسفر در کلیه فرایندهای بیوشیمیایی، ترکیبات انرژی زا و سازوکار انتقال انرژی دخالت دارد - ملکوتی، . - 1387 کمبود فسفر یکی از مشکلات عمده خاک میباشد. طبق آمار موسسه تحقیقات خاک و آب کشور، بیش از 70 درصد از کل خاکهای ایران از نظر فسفر قابل جذب، زیر سطح بحرانی 15 - میلی گرم بر کیلوگرم - قرار دارند - تهرانی، . - 2012 بنابراین نیاز مبرمی به کشف استراتژی جدیدی است تا بتواند فسفر را به شکل قابل دسترس برای جذب گیاه فراهم کند و جایگزین کودهای فسفردار رایج شود و به این ترتیب میزان هدر روی فسفر از خاک را کاهش دهد و در کوتاه مدت بر کمبود فسفر غلبه کند - ژانگ، . - 2016 مواد آلی شامل مقادیر زیادی از عناصر غذایی گیاهی بوده که مشابه انبار برای ذخیره و رهاسازی آرام عناصر عمل میکنند.
بنابراین افزایش کمیت و کیفیت ماده آلی عامل اصلی در اصلاح کیفیت خاک میباشد - برادی، . - 1385 بیوچار ماده آلی مقاوم به تجزیه بوده و حاصل حرارت دادن زیست توده در شرایط عدم وجود اکسیژن میباشد - نامگی، . - 2010 عناصر معدنی موجود در بیوچار مانند : نیتروژن، فسفر، پتاسیم و کلسیم میتواند عناصر غذایی را برای گیاهان فراهم کند - تان و لاگرویست،. - 2011 سوزاندن بقایای محصولات روشی شایع در جهان است.
با این حال سوزاندن بقایا ممکن است سبب مشکلاتی نظیر آلودگی هوا، اختلال در سلامتی انسان، انتشار گازهای گلخانهای، مسئله جدی ریزگردها و حتی تغییر در جریان و الگوی بادهای موسمی گردد - گاستفسون . - 2009 به جای سوزاندن مستقیم بقایا در مزرعه، تجزیه بقایای محصولات در سیستمهای گرماکافت - تجزیه در اثر حرارت در شرایط کمبود اکسیژن - برای تولید بیوچار استراتژی مؤثری جهت تولید انرژی و حذف بقایا میباشد - ویلیامز، . - 2000 زلفی باوریانی - 1395 - با کاربرد بیوچار کود مرغی در خاک دریافت که ضمن حفظ و نگهداری کربن در خاک، سبب افزایش فراهمی برخی عناصر غذایی و حفظ و دوام آنها میشود.
موخرجی - 2013 - تأثیر فوق العاده بیوچار بر چرخه عناصر و جلوگیری از هدرروی کربن، نیتروژن و فسفر در خاک را بررسی کرد و بیان کردکه بیوچار دارای دامنهای از شکلهای مختلف عناصر غذایی بوده که با سرعتهای متفاوتی آزاد شده و تأثیرات متفاوتی بر حاصلخیزی خاک دارد.کیان - 2013 - در مطالعهی رها سازی فسفر از بیوچار تولید شده از پوسته برنج به این نتیجه رسید که در مدت 3-4 روز حدود 55 درصد وزنی فسفر از بیوچار رهاسازی میشود. هدف از این مطالعه بهدست آوردن مقدار فسفر تجمعی رها شده از در دو ترکیب آلی و بیوچار حاصل از آنها توسط سه عصارهگیر مختلف، و مقایسه سرعت رهاسازی فسفر در ترکیبات آلی مورد مطالعه میباشد.
مواد و روشها
جهت مطالعه سرعت رهاسازی فسفر از دو نوع پسماند آلی شامل پوست چوبی گردو و باگاس نیشکر و بیوچار آنها که در دمای 300 تا 400 درجه سانتیگراد تهیه شدهاند، استفاده شد. پوست چوبی گردو ازشهرستان ملایر، باگاس نیشکر از کارخانه کارون شهرستان دزفول؛ و بیوچار باگاس نیشکر از استان خوزستان و بیوچار پوست چوبی گردو از الیگودرز استان لرستان تهیه شد. هر چهار ترکیب آلی آسیاب و از الک 0/5 میلیمتری عبور داده شد.
ابتدا خصوصیات شیمیایی ترکیبات آلی و بیوچارهای مورد استفاده به روشهای معمول اندازهگیری شد - راول، . - 1994 سپس سرعت رهاسازی فسفر از ترکیبات الی و بیوچار انها توسط آب مقطر و محلولهای کلرید کلسیم 0/01 مولار و کلرید سدیم 0/01 مولار اندازهگیری شد. عصارهگیری به صورت پی در پی و در فواصل زمانی 30 دقیقهای و12 بار انجام شد، نسبت ترکیب آلی با عصارهگیر 1:20 بود. تمام آزمایشات در دو تکرار صورت گرفت.
جهت توصیف سرعت رهاسازی فسفر از ترکیبات الی و بیوچار انها از معادلات سینتیکی - هانسن، - 2003 که مطابق جدول زیر است استفاده شد. با توجه به جدول2 در این معادلات q0 مقدار فسفر تجمعی کل بر حسب میلی گرم بر کیلو گرم، qt مقدار فسفر رها شده در هر زمان برحسب میلی گرم بر کیلوگرم، b شیب معادله سینتیکی که نشان دهندهی سرعت رها سازی فسفر می باشد برحسب میلی گرم بر کیلوگرم در دقیقه و a عرض از مبدأ معادله بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم است.
نتایج و بحث
مقدار فسفر تجمعی رهاسازی شده از ترکیبات آلی و بیوچار آنها با استفاده از سه عصاره گیر مختلف تعیین شد. هر سه عصارهگیر مقادیر متفاوتی از فسفر را رها سازی کردند. شکل1 و 2 و 3 روند رهاسازی فسفر تجمعی توسط سه عصارهگیر را نشان میدهد. مقدار فسفر تجمعی رها شده در بیوچار باگاس نیشکردر عصارهگیریهای پی در پی دارای شیب تندی نسبت به سایر ترکیبات آلی بوده و به نظر میرسد روند رها سازی پس از گذشت 360 دقیقه نیز ادامه خواهد داشت. ولی در گردو، بیوچار گردو و باگاس نیشکر این روند شیب ملایمی داشته و در زمانهای پایانی به مقدار تقریبا یکسانی رسیده است.
با توجه به جدول 4 بیشترین مقدار فسفر تجمعی در باگاس نیشکر، بیوچار با گاس نیشکر و پوسته گردو با استفاده از عصارهگیر کلرید کلسیم 0/01 مولار و برای بیوچارپوسته گردو توسط عصارهگیر کلرید سدیم 0/01 مولار استخراج شد. همچنین در سه عصاره گیر مختلف مقدار فسفر تجمعی رهاشده پوسته گردو بیشتر از بیوچار آن و بیوچار باگاس نیشکر بیشتر از باگاس نیشکر بود. در توضیح این نتیجه که در بیوچار باگاس نیشکر مقدار فسفر تجمعی رهاشده بیشتر از حالت خام آن است میتوان گفت که پیرولایز سبب شکسته شدن پیوندهای فسفر آلی موجود در مواد خام میشود.
