اثر سطوح مختلف بیوچار بر خواص فیزیکی خاک با بافت های مختلف

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

فاطمه رزاقی ¹ (هیات علمی بخش مهندسی آب دانشگاه شیراز)
ناهید رضایی ² (دانشجو)

تاریخ دریافت : 1395/10/11 تاریخ پذیرش : 1396/04/28 تاریخ انتشار : 1396/08/01

کلید واژه: هدایت هیدرولیکی اشباع, ظرفیت تبادل کاتیونی, چگالی ظاهری, ظرفیت نگهداری آب,

چکیده مقاله :

بیوچار زغال تهیه شده از زیست توده های گیاهی و حیوانی است که سوختن آن در حضور اکسیژن کم و یا عدم حضور اکسیژن انجام می شود. بیوچار به دلیل ساختارمتخلخلی که دارد سبب بهبود شرایط فیزیکی خاک می شود. از این رو پژوهش حاضر به منظور بررسی کاربرد سطوح مختلف بیوچار بر برخی خواص فیزیکی و شیمیایی50 و 75 تن در هکتار بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در دمای 500 درجه ، چهار نوع بافت خاک در شرایط گلخانه ای انجام شد. سطوح صفر (شاهد)، 25سانتی گراد در چهار نوع خاک با بافت های لوم شنی، لومی، لوم رسی و رسی در 3 تکرار و در قالب طرح کاملاً تصادفی اعمال گردید. چهل روز پس از اختلاط خاک وبیوچار و تعیین نمودن رطوبت در حد ظرفیت مزرعه ای، سایر پارامترهای فیزیکی و شیمیایی خاک (رطوبت خاک در نقطه پژمردگی دائم، چگالی ظاهری و حقیقی،هدایت هیدرولیکی اشباع و ظرفیت تبادل کاتیونی) با نمونه گیری از خاک اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار سبب بهبود وضعیت فیزیکی خاک با95 و 52 درصدی آب قابل دسترس، تخلخل، هدایت هیدرولیکی و ،13 ، بافت های مختلف می گردد به نحوی که کاربرد 75 تن در هکتار بیوچار سبب افزایش 45ظرفیت تبادل کاتیونی نسبت به عدم کاربرد بیوچار گردید. با توجه به نتایج به دست آمده در این تحقیق می توان نتیجه گرفت که استفاده از بیوچار به عنوان یکاصلاح کننده به خصوص در خاک های سنگین بافت که برای بهبود وضعیت زهکشی و نفوذ و همچنین در خاک های سبک بافت که ظرفیت نگهداری آب کمی دارنداستراتژی مناسبی است.

چکیده انگلیسی:

Biochar is a charcoal made from biomass and animal manure, which is produced by thermal decompositionunder a limited or zero supply of oxygen. Therefore, the current research was conducted to evaluate the effect ofdifferent biochar levels on some soil physical and chemical properties in four soil types under greenhouseconditions. The experiment was performed in completely randomized design with four levels of biocharproduced from wheat straw in 500oC (0 (as control), 25, 50 and 75 ton ha-1) and four soils having varioustextures (sandy loam, loam, clay loam and clay) in three replications. Forty days after mixture of soil and biocharand determination of soil moisture content at field capacity, other physical and chemical parameters (soilmoisture at permanent wilting point, bulk and particle density, saturated hydraulic conductivity and cationexchange capacity) were measured by taking soil samples from the pots. The results showed that application ofbiochar enhanced soil physical properties. Increasing biochar levels from 0 to 75 ton ha-1 increased soil availablewater content, porosity, hydraulic conductivity and cation exchange capacity by 45, 13, 95 and 52 %,respectively. It is concluded that biochar can be used as a soil amendment in coarse textured soil to increasewater holding capacity and in fine textured soil to improve the drainage and infiltration.

منابع و مأخذ:

بهشتی، م.، آهنگری، ا. و علیخانی، ح.ع. 1394. بیوچار و نقش آن در اصلاح خاک. سومین همایش ملی انجمن‌های علمی- دانشجویی رشته‌های کشاورزی و منابع طبیعی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، 17-16 اردیبهشت.

حسینی، س.ن. 1384. اثر آبیاری جویچه ای یک در میان و سطوح مختلف نیتروژن بر عملکرد گندم در دو منطقه باجگاه و کوشکک. پایان نامه کارشناسی ارشد،. بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، ایران، 190 صفحه.

فتحی گردلیدانی، ا. و میرسید حسینی، ح. 1394. جنبه‌های مختلف اثرات بیوچار در اصلاح و بهبود کیفیت خاک. همایش بین المللی پژوهش‌های کاربردی در کشاورزی، شرکت تعاونی علم گستران پیشتاز ایرانیان، تهران – ملارد، 1 خرداد.

قلی زاده، ش. 1388. اثر کاربرد زئولیت کلسیمی-پتاسیمی بر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و معادله نفوذ آب در خاک با شوری‌های مختلف آب آبیاری در خاک‌های مختلف. پایان نامه کارشناسی ارشد، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، ایران، 137 صفحه.

نوروزی، م.، طباطبائی، س.ح.، نوری، م.ر. و متقیان، ح.ر. 1395. اثرات کوتاه مدت بایوچار حاصل از برگ خرما بر حفظ رطوبت در خاک لوم شنی. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 6 (2): 137-150.

Andrenelli, M.C., Maienza, A. Genesio, L. Miglietta, F. Pellegrini, S. Vaccari, F.P. and Vignozzi, N. 2016. Field application of pelletized biochar: Short term effect on the hydrological properties of a silty clay loam soil. Agricultural Water Management, 163 (1):190-196.

Basso, A.S., Miguez, F.E. Laird, D.A. Horton, R. and Westgate, M. 2013. Assessing potential of biochar for increasing water‐holding capacity of sandy soils. Global Change Biology Bioenergy, 5:132-143.

Briggs, C., Breiner, J.M. and Graham, R.C. 2012. Physical and chemical properties of Pinus ponderosa charcoal: implications for soil modification. Soil Science, 177(4): 263-268.

Burrell, L.D., Zehetner, F. Rampazzo, N. Wimmer, B. and Soja, G. 2016. Long-term effects of biochar on soil physical properties. Geoderma, 282: 96-102.

Chen, H.X., Du, Z.L. Guo, W. and Zhang, Q.Z. 2011. Effects of biochar amendment on cropland soil bulk density, cation exchange capacity, and particulate organic matter content in theNorth China Plain. The Journal of Applied Ecology, 22:2930-2934.

Downie, A., Crosky, A. and Munroe, P. 2009. Physical properties of biochar. In Lehmann, J., and S. Joseph (eds) Biochar for Environmental Management - Science and Technology. p. 13-32.

Eastman, CM. 2011. Soil physical characteristics of an Aeric Ochraqualf amended with Biochar. The (Dissertation) Ohio State University. 134 pp.

Githinji, L. 2014. Effect of biochar application rate on soil physical and hydraulic properties of a sandy loam. Archives of Agronomy and Soil Science, 60: 457-470.

Glab, T., Palmowska, J. Zaleski, T. and Gondek, K. 2016. Effect of biochar application on soil hydrological properties and physical quality of sandy soil. Geoderma, 281: 11-20.

Glaser, B., Lehmann, J. and Zech, W. 2002. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal–a review. Biology and Fertility of Soils, 35: 219-230.

Herath, H.M.S.K. 2012. Stability of Biochar and its Influence on the Dynamics of Soil Properties. (Dissertation) Massey University. 185 pp.

Jeffery, S., Verheijen, F. Velde, M. Bastos, A.C. 2011. A quantitative review of the effects of biochar application to soils on crop productivity using meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment. 144: 175–187.

Laird, D.A., Fleming, P. Davis, D.D. Horton, R. Wang, B. and Karlen, D.L. 2010. Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil. Geoderma, 158: 443-449.

Lehmann, J., and Joseph, S. 2009. Biochar for environmental management: an introduction. In: Lehmann J. and S. Joseph (eds.): Biochar for Environmental Management: Science and Technology.Earthscan, London, pp. 1-12.

Lehmann, J, Rillig, M.C. Thies, J. Masiello, C.A. Hockaday, W.C. and Crowley, D. 2011. Biochar effects on soil biota–a review. Soil Biology and Biochemistry, 43: 1812-1836.

Lim, T.J., Spokas, K.A. eyereisen, G. F and Novak, J.M. 2016. Predicting the impact of biochar additions on soil hydraulic properties. Chemosphere, 142: 136-144.

Major, J., Lehmann, J. Rondon, M. and Goodale, C. 2010. Fate of soil applied black carbon:downward migration, leaching and soil respiration. Global Change Biology, 16: 1366-1379.

Mary, B., Recous, S. Darwis, D. and Robin, D. 1996. Interactions between decomposition of plant residues and nitrogen cycling in soil. Plant and Soil, 181: 71-82.

Martinsen, V., Mulder, J. Shitumbanuma, V. Sparrevik, M. Børresen, T. and Cornelissen, G. 2014. Farmer‐led maize biochar trials: Effect on crop yield and soil nutrients under conservation farming. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 177: 681-695.

Moutier, M., Shainberg, I. and Levy, G.J. 2000. Hydraulic gradient and wetting rate effects on the hydraulic conductivity of two calcium vertisols. Soil Science Society of America Journal, 64: 1211-1219.

Mukherjee, A., and Lal, R. 2013. Biochar impacts on soil physical properties and greenhouse gas emissions. Agronomy, 3: 313-339.

Novak, J.M., Lima, I. Xing, B. Gaskin, J.W. Steiner, C. Das, K.C. and Busscher, W.J. 2009. Characterization of designer biochar produced at different temperatures and their effects on a loamy sand. Annals of Environmental Science, 3: 195-206.

Obia, A., Mulder, J. Martinsen, V. Cornelissen, G. and Børresen, T. 2016. In situ effects of biochar on aggregation, water retention and porosity in light-textured tropical soils. Soil and Tillage Research, 155:35-44.

Peake, L.R., Reid, B.J. and Tang, X. 2014. Quantifying the influence of biochar on the physical and hydrological properties of dissimilar soils. Geoderma, 235:182-190.

Suliman, W., Harsh, J.B. Abu-Lail, N.I. Fortuna, A.M. Dallmeyer, I. and Garcia-Pérez, M. 2017. The role of biochar porosity and surface functionality in augmenting hydrologic properties of a sandy soil. Science of The Total Environment, 574:139-147.

Summer, M.E., and Miller, W.P. 1996. Cation exchange capacity and exchange coefficients. In: D.L. Sparks et al. (Eds). Methods of soil analysis. Part 3. 3^rd Ed. PP. 1201-1229.

Sun, Z., Bruun, E.W. Arthur, E. De Jonge, L.W. Moldrup, P. Hauggaard-Nielsen, H. and Elsgaard, L. 2014. Effect of biochar on aerobic processes, enzyme activity, and crop yields in two sandy loam soils. Biology and Fertility of Soils, 50:1087-1097.

Wang, Y., Pan, F. Wang, G. Zhang, G. Wang, Y. Chen, X. and Mao, Z. 2014. Effects of biochar on photosynthesis and antioxidative system of Malus hupehensis Rehd. seedlings under replant conditions. Scientia Horticulturae, 175:9-15.

Uzoma, K.C., Inoue, M. Andry, H. Fujimaki, H. Zahoor, A. and Nishihara, E. 2011. Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition. Soil use and Management, 27: 205-212.