
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,954 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,536 |
تاثیر بیوچار بر برخی ویژگیهای زیستی و فسفر قابل استفاده در خاکهای آلوده به کادمیوم | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
مقاله 3، دوره 30، شماره 3، مهر 1402، صفحه 45-65 اصل مقاله (1.04 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2023.21323.3645 | ||
نویسندگان | ||
صفورا ناهیدان* 1؛ سولماز سپهوند2 | ||
1نویسنده مسئول، استادیار گروه خاکشناسی، دانشگاه بوعلیسینا، همدان، ایران. | ||
2دانشآموخته کارشناسیارشد خاکشناسی، دانشگاه بوعلیسینا، همدان، ایران | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: فسفر به دلیل تحرک و قایلیت دسترسی کمی که در خاک دارد، عاملی محدودکننده برای رشد گیاهان محسوب می-شود. یکی از راهکارهای افزایش قابلیت دسترسی فسفر در خاک، بکاربردن مواد آلی از جمله بیوچار است. بیوچار یک محصول غنی از کربن است که در اثر پیرولیز بقایای آلی در شرایط بدون اکسیژن یا کم اکسیژن حاصل میشود. بیوچار علاوه بر افزایش مستقیم غلظت فسفر، میتواند با بهبود شرایط فیزیکوشیمیایی، زیستی و آنزیمی خاک بر قابلیت دسترسی فسفر خاک موثر باشد. یکی از مشکلات زیستمحیطی چند دهه گذشته، آلودگی خاک به فلزات سنگین از جمله کادمیم میباشد. کادمیم، فعالیت و تنوع جامعه میکروبی خاک را دگرگون ساخته و با کاهش فعالیت آنزیمهای موثر در چرخه عناصر، عملکرد خاک را کاهش میدهد. مواد آلی از جمله بیوچار در خاک آلوده میتوانند قابلیت دسترسی فلزات سنگین را در خاک کاهش داده و ویژگیهای زیستی خاک را بهبود بخشند. چنین فرض میشود که با کاربرد بیوچار در یک خاک آلوده به فلز سنگین، فراهمی فسفر در خاک نه تنها به صورت مستقیم بلکه به صورت غیر مستقیم از طریق بهبود فعالیت زیستی و آنزیمی خاک متأثر میشود و این موضوع به نوع بیوچار و خاک بستگی دارد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی برهمکنش بیوچار (کود گاوی و کاه گندم) و کادمیم بر تنفس میکروبی، فعالیت آنزیمهای فسفاتاز اسیدی و قلیایی و فسفر قابل دسترس در دو خاک با ویژگیهای فیزیکوشیمیایی متفاوت انجام گرفت. مواد و روشها: آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در 3 تکرار انجام شد. فاکتورهای آزمایشی شامل 4 سطح آلودگی کادمیم (0، 5، 10 و20 میلی گرم بر کیلوگرم)، 3 سطح بیوچار (شاهد، بیوچار کاه گندم و بیوچار کودگاوی) و 2 نوع خاک بودند. بدین منظور، دو نمونه خاک با ویژگیهای فیزیکوشیمیایی متفاوت (کرک سفلا و مرکز تحقیقات) با مقادیر مختلف کادمیم از منبع کلرید کادمیم آلوده و سپس با مقدار 5/2 درصد از دو نوع بیوچار تیمار و در دو زمان 14 و 90 روز در دمای آزمایشگاه و رطوبت 70 درصد ظرفیت زراعی انکوباسیون شدند. در انتهای هر دوره انکوباسیون، کادمیم و فسفر قابل دسترس، تنفس میکروبی و فعالیت فسفاتاز اسیدی و قلیایی در نمونههای خاک اندازهگیری شدند. یافتهها: کاربرد بیوچار کود گاوی و کاه گندم در خاک، کادمیوم قابل دسترس را به ترتیب به میزان 73-7/83 و 78-64 درصد نسبت به خاک شاهد بدون بیوچار کاهش دادند. در همه سطوح آلودگی کادمیم، مقدار کادمیوم قابل دسترس در خاک مرکز تحقیقات با بافت لوم شنی بیشتر از خاک کرک سفلا با بافت رسی بود. هچنین کادمیم در غلظتهای بالاتر باعث کاهش بیشتر تنفس میکروبی و فعالیت آنزیمها در خاک مرکز تحقیقات (64-31 درصد) نسبت به خاک کرک سفلا (5/35-5/21 درصد) شد. کاهش تنفس میکروبی و فعالیت آنزیمها در اثر آلودگی کادمیوم در خاک بدون بیوچار (5/41-10 درصد) بیشتر از خاک دارای بیوچار کاه گندم (8/39-5 درصد) و کود گاوی (9/37-8/0 درصد) بود. نتایج همچنین نشان داد که فسفر قابل دسترس با افزودن بیوچار به خاک افزایش و با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافت؛ به طوریکه بیشترین مقدار فسفر قابل دسترس در خاک بدون آلودگی کادمیم و دارای بیوچار کود گاوی مشاهده شد. همبستگی مثبت و معنیداری بین فسفر قابل دسترس با تنفس میکروبی (658/0-385/0 =r)، فعالیت فسفاتاز قلیایی (879/0-764/0 =r) و اسیدی (883/0-761/0 =r) بدست آمد که حاکی از آن بود که فعالیت میکروبی و آنزیمهای موثر بر چرخه فسفر نقش بسزایی در قابلیت دسترسی فسفر خاک داشتهاند. نتیجهگیری: نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار در خاکهای آلوده به کادمیم میتواند با کاهش قابلیت دسترسی کادمیوم و افزایش فعالیت زیستی و فسفاتازهای قلیایی و اسیدی، زیست فراهمی فسفر را در خاک افزایش دهد. نوع بیوچار و خاک در این موضوع تأثیرگذار میباشد. | ||
کلیدواژهها | ||
فعالیت زیستی؛ عناصر مغذی؛ زغال زیستی؛ فلز سنگین | ||
مراجع | ||
1.Halajnia, A., Haghnia, G. H., Fotovat, A., & Khorasani, R. (2009). Phosphorus fractions in calcareous soils amended with P fertilizer and cattle manure. Geoderma. 150, 209-213.
2.Nahidan, S., & Ghasmzadeh, M. (2022). Biochemical phosphorus transformations in a calcareous soil as affected by earthworm, cow manure and its biochar additions. Applied Soil Ecology. 170, 104310.
3.Jin, Y., Liang, X., He, M., Liu, Y., Tian, G., & Shi, J. (2016). Manure biochar influence upon soil properties, phosphorus distribution and phosphatase activities: a microcosm incubation study. Chemosphere. 142, 128-135.
4.Siddiqui, A. R., Nazeer, S., Piracha, M. A., Saleem, M. M., Siddiqi, I., Shahzad, S. M., & Sarwar, G. (2016). The production of biochar and its possible effects on soil properties and phosphate solubilizing bacteria. Journal of Applied Agriculture Biotechnology. 1, 27-40.
5.Lehmann, J., & Joseph, S. (2009). Biochar for environmental management- an introduction. In: Lehmann, J., and Joseph, S. (eds.), Biochar for environmental management: Science and Technology, London, Earth scan. pp. 1-11.
6.Moreno, J. L., Garcia, C., & Hernandez, T. (2003). Toxic effect of cadmium and nickel on soil enzymes and the influence of adding sewage sludge. European Journal of Soil Science. 54 (2), 377-386.
7.Megharaj, M., Sethunathan, N., & Naidu, R. (2003). Bioavailability and toxicity of cadmium to microorganisms and their activities in soil: a review. Advances in Environmental Research. 8 (1), 121-135.
8.Liu, P., Chen, S., Cui, Y., & Tan, W. (2021). Insights into the inhibition effects of Cd on soil enzyme activities: From spatial microscale to macroscale. Journal of Hazardous Materials. 418, 126274.
9.Yang, X., Liu, J., McGrouther, K., Huang, H., Lu, K., Guo, X., & Wang, H. (2016). Effect of biochar on the extractability of heavy metals (Cd, Cu, Pb, and Zn) and enzyme activity in soil. Environmental Science and Pollution Research. 23 (2), 974-984.
10.Hayyat, A., Javed, M., Rasheed, I., Ali, S., Shahid, M. J., Rizwan, M., & Ali, Q. (2016). Role of biochar in remediating heavy metals in soil. In: Phytoremediation, Springer, Cham. pp. 421-437.
11.Azadi, N., & Raiesi, F. (2021). Sugarcane bagasse biochar modulates metal and salinity stresses on microbial functions and enzyme activities in saline co-contaminated soils. Applied Soil Ecology. 167, .
12.Hazrati, S., Farahbakhsh, M., Cerdà, A., & Heydarpoor, G. (2021). Functionalization of ultrasound enhanced sewage sludge-derived biochar: Physicochemical improvement and its effects on soil enzyme activities and heavy metals availability. Chemosphere. 269, 128767.
13.Nie, C., Yang, X., Niazi, N.K., Xu, X., Wen, Y., Rinklebe, J., & Wang, H. (2018). Impact of sugarcane bagasse-derived biochar on heavy metal availability and microbial activity: A field study. Chemosphere. 200, 274-282.
14.Jia, W., Wang, B., Wang, C., & Sun, H. (2017). Tourmaline and biochar for the remediation of acid soil polluted with heavy metals. Journal of Environmental Chemical Engineering. 5 (3), 2107-2114.
15.Burt, R. (2004). Soil survey laboratory methods manual: Soil survey investigations. Version 4.0. Natural Resources Conservation Service, Nebraska, United States. 700p.
16.Andersen, J. M. (1976). An ignition method for determination of total phosphorus in lake sediments. Water Research. 10, 329-331.
17.Lindsay, W. L., & Norvell, W. A. (1978). Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Science Society of American Journal. 42, 421-428.
18.Hossner, L. R. (1996). Dissolution for total elemental analysis. In: Sparks, D.L. (ed.), Methods of soil analysis, ASA and SSSA. Madison, WI. pp. 49-64.
19.Song, W., & Guo, M. (2012). Quality variations of poultry litter biochar generated at different pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 94, 138-145.
20.Olsen, S. L., & Sommers, L. E. (1982). Phosphorus. In: Page, A.L., Miller, R.H., and Keeney, D.R. (eds.), Methods of Soil Analysis, Part 2: SSSA, Madison. pp. 403-427.
21.Alef, K. (1995). Soil respiration. In: Alef, K., and Nannipieri, P. (eds.), Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. London, Harcourt Brace and Company Pub. pp. 214-216.
22.Tabatabai, M. (1994). Soil enzymes. In: R.W. Weaver et al. (eds.), Methods of Soil Analysis, Part 2: SSSA, Madison, WI. pp. 775-833.
23.Beesley, L., Moreno-Jiménez, E., & Gomez-Eyles, J. L. (2010). Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environmental pollution. 158 (6), 2282-2287.
24.Cao, X., Ma, L., Liang, Y., Gao, B., & Harris, W. (2011). Simultaneous immobilization of lead and atrazine in contaminated soils using dairy-manure biochar. Environmental Science and Technology. 45 (1), 4884-4889.
25.Lu, K., Yang, X., Shen, J., Robinson, B., Huang, H., Liu, D., & Wang, H. (2014). Effect of bamboo and rice straw biochars on the bioavailability of Cd, Cu, Pb and Zn to Sedum plumbizincicola. Agriculture, Ecosystems and Environment. 191, 124-132.
26.He, L., Zhong, H., Liu, G., Dai, Z., Brookes, P. C., & Xu, J. (2019). Remediation of heavy metal contaminated soils by biochar: Mechanisms, potential risks and applications in China. Environmental Pollution. 252, 846-855.
27.Liu, H., Zhang, T., Zhu, Q., Huang, D., & Zeng, X. (2022). Effect of humic and calcareous substance amendments on the availability of cadmium in paddy soil and its accumulation in rice. Ecotoxicology and Environmental Safety. 231, 113186 .
28.Pan, S. F., Ji, X. H., Xie, Y. H., Liu, S. H., Tian, F. X., & Liu, X. L. (2022). Influence of soil properties on cadmium accumulation in vegetables: thresholds, prediction and pathway models based on big data. Environmental Pollution. 304, 119225. 29.Strawn, D. G., Bohn, H. L., & O'Connor, G. A. (2020). Soil chemistry. John Wiley and Sons. 376p.
30.Paz-Ferreiro, J., Fu, S., Méndez, A., & Gascó, G. (2014). Interactive effects of biochar and the earthworm Pontoscolex corethrurus on plant productivity and soil enzyme activities. Journal of Soils and Sediments. 14 (3), 483-494.
31.Wan, Y., Devereux, R., George, S. E., Chen, J., Gao, B., Noerpel, M., & Scheckel, K. (2022). Interactive effects of biochar amendment and lead toxicity on soil microbial community. Journal of Hazardous Materials. 425, 127921 .
32.Nash, J., Miesel, J., Bonito, G., Sakalidis, M., Ren, H., Warnock, D., & Tiemann, L. (2021). Biochar alters soil properties, microbial community diversity, and enzyme activities, while decreasing conifer performance. bioRxiv, 2021-2025.
33.Sardar, K. H. A. N., Qing, C. A. O., Hesham, A. E. L., Yue, X., & He, J. Z. (2007). Soil enzymatic activities and microbial community structure with different application rates of Cd and Pb. Journal of Environmental Sciences.19 (7), 834-840.
34.Aponte, H., Meli, P., Butler, B., Paolini, J., Matus, F., Merino, C., Cornejo, P., & Kuzyakov, Y. (2020). Meta-analysis of heavy metal effects on soil enzyme activities. Science of the Total Environment. 737, 139744.
35.Hassan, W., Akmal, M., Muhammad, I., Younas, M., Zahaid, K. R., & Ali, F. (2013). Response of soil microbial biomass and enzymes activity to cadmium (Cd) toxicity under different soil textures and incubation times. Australian Journal of Crop Science. 7 (5), 674-680.
36.Jing, Y., Zhang, Y., Han, I., Wang, P., Mei, Q., & Huang, Y. (2020). Effects of different straw biochars on soil organic carbon, nitrogen, available phosphorus, and enzyme activity in paddy soil. Scientific Reports. 10 (1), 1-12.
37.Burns, R. (1982). Enzyme activity in soil: location and a possible role in microbial ecology. Soil Biology and Biochemistry. 14, 423-427.
38.Singh, H., Northup, B. K., Rice, C. W., & Prasad, P. V. (2022). Biochar applications influence soil physical and chemical properties, microbial diversity, and crop productivity: a meta-analysis. Biochar. 4 (1), 2-17.
39.Wang, D., Li, C., Parikh, S. J., & Scow, K. M. (2019). Impact of biochar on water retention of two agricultural soils-A multi-scale analysis. Geoderma. 340, 185-191. 40.Sun, F., & Lu, S. (2014). Biochars improve aggregate stability, water retention, and pore‐space properties of clayey soil. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 177 (1), 26-33.
41.Chintala, R., Schumacher, T.E., McDonald, L. M., Clay, D. E., Malo, D. D., Papiernik, S. K., Clay, S. A., & Julson, J. L. (2014). Phosphorus Sorption and Availability from Biochars and Soil/B iochar Mixtures. CLEAN-Soil, Air, Water. 42 (5), 626-634.
42.Kizilkaya, R., Bayrakli, F., & Surucu, A. (2007). Relationship between phosphatase activity and phosphorus fractions in agricultural soils. International Journal of Soil Science. 2, 107-118. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 193 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 184 |