
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,501 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,622,581 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,211,827 |
تولید بیوچار ازشاخ و برگ هرس شده درخت هلو و خصوصیات کیفی آن در دماهای مختلف | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
دوره 27، شماره 3، مرداد و شهریور 1399، صفحه 105-124 اصل مقاله (495.5 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2020.17476.3294 | ||
نویسندگان | ||
امین محمودیان چوپلو1؛ حمید نیک نهاد قرماخر* 2؛ حسین یوسفی3 | ||
1گروه مدیریت مرتع، دانشکده مرتع و آخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، گرگان | ||
2هیئت علمی | ||
3گروه مهندسی تکنولوژی چوب، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، گرگان | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: بیشتر خاکهای مناطق خشک و نیمهخشک کمتر از یک درصد ماده آلی دارند و عمدتاً کمبود ماده آلی عامل محدوده کنندهای است. سالانه میلیونها تن شاخ و برگ هرس شده درختان در سطح کشور تولیـد میشود که میتواند در تأمین ماده آلی و بهبود حاصلخیزی خاکها سهیم باشند. وجود پسماندهای آلی ناشی از فعالیتهای کشاورزی، پیامدهای ناگوار کوتاه و درازمدتی را برای کشاورزی و محیطزیست ایجاد کرده است. یکی از راهکارهای فائق آمدن بر این مسائل، تبدیل پسماندهای آلی به بیوچار است. بیوچار یک اصلاح کننده خاک آلی بسیار پایدار، متخلخل، غنی از کربن و ریزدانه است که از پیرولیز بقایای آلی به دست میآید. بیوچار خصوصیات مختلف فیزیکی (ساختمان خاک، جرم مخصوص ظاهری، هدایت هیدرولیکی)، شیمیایی (pH، ظرفیت تبادل کاتیونی، میزان مواد آلی) و زیستی خاک (فعالیت میکروبی، تنوع میکروبی، فعالیت آنزیمی و جمعیت میکروبی) را تحت تأثیر قرار داده و موجب بهبود حاصلخیزی خاک میشود. هدف از تحقیق حاضر، تولید بیوچار ازشاخ و برگ هرس شده درخت هلو برای اولین بار در کشور و بررسی اثر دماهای مختلف پیرولیز بر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آن است. مواد و روش: شاخ و برگ هرس شده درختان هلو از باغات اطراف شهرستان گرگان تهیه شد و پس از تبدیل به خاک اره، به آزمایشگاه انتقال داده شدند. سپس، در کوره الکتریکی تحت گاز آرگون و در دماهای 300، 400، 500، 600 و 700 درجه سانتیگراد و با زمان ماندگاری یک ساعت، بیوچارهای متنوعی تولید شد. آنگاه، خصوصیات بیوچارهای تولید شده شامل درصد عملکرد، درصدد خاکستر، اسیدیته ، شوری ،درصد کربن آلی، درصد نیتروژن کل، پتاسیم، فسفر، کلسیم و منیزیم قابل تبادل، اندازهگیری شدند. یافتهها: عملکرد بیوچارهای تولیدشده با افزایش دما کاهش معنیداری داشت. بیشترین درصد عملکرد در دماهای پیرولیز300 و 400 درجه سانتیگراد مشاهده شد. بیشترین میزان کربن آلی (65 درصد) و نیتروژن کل (55/0 درصد) نیز، در دمای 400 درجه سانتیگراد بهدست آمد. کیفیت بیوچار با افزایش دما بهتدریج کاهش معنیداری یافت، بطوریکه بیشترین شوری (88/0 دسی زیمنس یر متر)، بیشترین اسیدیته (6/8)، و کمترین عملکرد (23 درصد) در بیوچار تولید شده در دمای 700 درجه سانتیگراد مشاهده شد. بیشترین مقدار خاکستر (73 درصد) در بیوچار 700 درجه سانتیگراد و بیشترین ظرفیت نگهداری آب (085/0 گرم بر گرم) نیز، در بیوچارهای تولید شده در دماهای 300 و 400 درجه سانتیگراد به دست آمد. نتیجهگیری: ازآنجاییکه بـا افزایش دمای فرایند پیرولیز، اسیدیته و شوری بیوچار تولید شده از شاخ و برگ هرس شده درختان هلو افزایش یافته و درصد عملکرد و میزان کربن آلی آن کاهش یافتند، لذا تولید بیوچار از شاخ و برگ هرس شده درختان هلو در دمای 400 درجه سلسیوس جهت استفاده در عملیات اصلاح اراضی شور و قلیایی توصیه میگردد. | ||
کلیدواژهها | ||
پیرولیز؛ دما؛ شاخ و برگ درخت هلو؛ بیوچار | ||
مراجع | ||
1.Asgari, M. 2001. Efficacy of using chemical modifiers (gypsum, sulfur and sulfuric acid) to prevent desertification in saline and sodium soils. M.Sc., Desert Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, 85p.
2.Bamminger, C., Marschner, B., and Juschke, E. 2014. An incubation study on the stability and biological effects of pyrogenic and hydrothermal biochar in two soils. Europ. J. Soil Sci. 65: 1. 72-82.
3.Beheshti, M., and Alikhani, H. 2016. Changes in quality of wheat straw produced during slow pyrolysis process at different temperatures J. Agric. Sci. Sust. Prod. 26: 2. 189-201.
4.Behnam, H., Farrokhian Firouzi, A., and Moizi, A.S. 2016. Effect of biochar and compost of sugarcane bagasse on some soil mechanical properties. J. Soil Cons. Res. 23: 4. 250-250.
5.Bera, T., Collins, H.P., Alva, A.K., Purakayastha, T.J., and Patra, A.K.2016. Biochar and manure effluent effects on soil biochemical properties undercorn production. Applied soil ecology, 107: 3. 360-367.
6.Bustani, H.R., and Najafi Qiri, M. 1396. Effect of organic manures, theirs biochar and mycorrhizae fungi application on the chemical forms of potassium in a calcareous soil. J. Soil Water Cons. Res. 24: 6. 159-176.
7.Cheng, C.H., Lehmann, J., and Engelhard, M.H. 2008. Natural oxidation of black carbon in soils: Changes in molecular form and surface chargealong a climosequence. Geochimica et Cosmochimica Acta, 72: 6. 1598-1610.
8.Claoston, N., Samsuri, A., Husni, M.A., and Amran, M.M. 2014. Effectsof pyrolysis temperature on the physicochemical properties of empty fruit bunch and rice husk biochars. Waste Management & Research, 32: 4. 331-339.
9.Demirbaş, A. 2001. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals." Energy conversion and Management,42: 11. 1357-1378.
10.Dong, D., Yang, M., Wang, C., Wang, H., Li, Y., Luo, J., and Wu, W. 2013. Responses of methane emissions and rice yield to applications of biochar and straw in a paddy field, J. Soil Sed. 13: 8. 1450-1460. 11.Farhadi, E., Reyhanitabar, A., and Oustan, Sh. 2018. Impact of pyrolysis temperature and feedstock sources on physiochemical characteristics of biochar. Testis Master of Science Degree in Soil Science Soil Chrmistry and Fertility. Department of Soil Science, university of Tabriz.
12.Fu, P., Yi, W., Bai, X., Li, Z., Hu,S., and Xiang, J. 2011. Effect of temperature on gas composition and char structural features of pyrolyzed agricultural residues. Bioresource Technology, 102: 17. 8211-8219.
13.Günal, E., Erdem, H., and Demirbaş, A. 2018. Effects of three biochar types on activity of β-glucosidase enzyme in two agricultural soils of different textures. Archives of Agronomy and Soil Science, 64: 14. 1963-1974.
14.Hemmat, A., Aghilinategh, N., and Sadeghi, M. 2010. Shear strength of repacked remouldedsample of a calcareous soil as affected by long-term incorporation of three organic manuresin central Ira Biosystems Engineering,107: 3. 257-261.
15.Horne, P.A., and Williams, P.T. 1996. Influence of temperature on the products from the flash pyrolysis of b iomass. Fuel, 75: 9. 1051-1059.
16.Hou, J., Li, M., Xuhui, M., Hao, Y., Ding, J., Liu, D., Xi, B., and Liu, H. 2017. Response of microbial community of organicmatter- impoverished arable soil to long-term application of soil conditioner derived from dynamic rapid fermentation of food waste. PLoS ONE, 12: 4. 1-15.
17.Hwang, I., Ouchi, Y., and Matsuto, T. 2007. Characteristics of leachate from pyrolysis residue of sewage sludge. Chemosphere, 68: 10. 1913-1919.
18.Jain, S., Mishra, D., Khare, P., Yadav, V., Deshmukh, Y., and Meena, A. 2016. Impact of biochar amendment on enzymatic resilience properties ofmine spoils. Science of the Total Environment, 544: 3. 410-421.
19.Jindo, H., Mizumoto, Y., Sawada, M.A., Sanchez, M., and Sonoki, T. 2014. Physical and chemical characterization of biochars derived from different agricultural residues. Biogeosciences, 11: 7. 6613-6621.
20.Kloss, S., Zehetner, F., Dellantonio, A., Hamid, R., Ottner, F., Liedtke, V., Schwanniger, M., Gerzabek, M.H.,and Soja, G. 2012. Characterization of slow pyrolysis biochars: Effects of feedstocks and pyrolysis temperature on biochar properties. J. Environ. Qual.41: 4. 990-1000.
21.Lehmann, J., and Joseph, S. 2009. Biochar for environmental management- an introduction. In: Lehmann J. and Joseph S. (Eds). Biochar for environmental management: Science and Technology. Earthscan, London, pp. 1-11.
22.Li, B., Fan, C., Xiong, Z., Li, Q., and Zhang, M. 2015. The combined effects of nitrification inhibitor and biochar incorporation on yield-scaled N2 O emissions from an intensively managed vegetable field in southeastern China. Biogeosciences, 12: 6. 2003-2017.
23.Mahmoudian, A., Rezaei, H., and Solmellani, H. 2019. The importance of biochare in soil remediation. 1: 1. 112-167.
24.Nabizadeh, S., Sadeghzadeh, F., Jalili, B., and Emadi, M. 1397. Adsorption of Methylene Blue Using Biochar, soil and Treated Soil with Biochar from aqueous solutions. J. Soil Cons. Res. 25: 6. 281-292.
25.Rajabi, H., Safarzadeh Shirazi, P., and Ronaghi, A. 2016. Effect of biomass on pistachio pulp produced at two different temperatures and different levels of nitrogen and phosphorus on the concentration of some elements and growth of spinach. Aquifer, 31: 2. 557-569.
26.Rowell, R.M., Han, J.S., and Rowell, J.S. 2000. Characterization and factors effecting fiber properties, Natural Polymers and Agrofibers Composites, preparation, Properties and Applications, F. Elisabete, L.L. Alcides and H.C. Mattoso, (eds.), Emrapa Instrumentacao Agropecuaria, Brazil, Pp: 115-134.
27.Sharifi A.M., Tilki G.H., and Alavi,J. 2014. Investigation of the Responseof Festuca ovina L. to Some Environmental Variables Using the HOF Function in the Rangeland of the Glendrood Watershed. Range. Sci. J.8: 4. 328-341.
28.Shinogi, Y., and Kanri, Y. 2003. Pyrolysis of plant, animal and human waste: physical and chemical characterization of the pyrolysis products. Bioresource Technology. 90: 241-247.
29.Singh, B., Camps-Arbestain, M., and Lehmann, J. 2017. Biochar: A guide to analytical methods. CSIRO Publishing. 310p.
30.Sun, E.W., Bruun, E., Arthur, L.W., Jonge, P., Moldrup, H., Nielsen, H., and Elsgaard, L. 2014. Effect of biochar on aerobic processes, enzyme activity,and crop yields in two sandy loamsoils. Biology and Fertility of Soils.50: 7. 1087-1097.
31.Tajgordan, T., Ayobi, S. Shataei, S., and Khormali, F. 2008. Preparation of surface soil salinity using of remote sensing ETM (Case study: North Ag ghla: Golestan province). J. Res. Water Soil Prot. 16: 1-18.
32.Torabian, Sh., Farhangi-Abriz, S., and Rathjen, J. 2018. Biochar and lignite affect H+-ATPase and H+-PPase activities in root tonoplast and nutrient contents of mung bean under salt stress. Plant Physiology and Biochemistry, 129: 1. 141-149.
33.Uchimiya, T., and Ohno, Z.He. 2013. Pyrolysis temperature dependent release of dissolved organic carbon from plant, manure, and biorefinery wastes. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 104: 1. 84-94.
34.Wang, L., Zhou, H., Wang, X., and Mi, J. 2016. Evaluation of nanoparticle effect on bubble nucleation inpolymer foaming. J. Physic. Chem.120: 47. 26841-26851.
35.Wang, Y., Hu, Y., Zhao, X., Wang, S., and Xing, G. 2013. Comparisons of biochar properties from wood material and crop residues at different temperatures and residence time. Energy and Fuels, 27: 10. 5890-5899.
36.Warnock, D.D., Mummeya, D.L., McBride, B., Major, J., Lehmann, J., and Rillig, M.C. 2010. Influences of nonherbaceous biochar on arbuscular mycorrhizal fungal abundances in roots and soils: results from growth chamber and field experiments. Applied Soil Ecology, 46: 3. 450-456.
37.Yang, H., and Sheng, K. 2012. Characterization of biochar properties affected by different pyrolysis temperatures using visible-near-infrared spectroscopy. ISRN Spectroscopy. 120p | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,882 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 852 |