پديد آورندگان :
كبيري، پروين دانشگاه شهر كرد - گروه علوم خاك , متقيان، حميدرضا دانشگاه شهر كرد - گروه علوم خاك , حسين پور، عليرضا دانشگاه شهر كرد - گروه علوم خاك
كليدواژه :
برگ گردو , سرب در دسترس , گياه پالايي , تثبيت گياهي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: امروزه نياز به توسعه روش‌هاي زيستي اصلاح خاك، كه از لحاظ هزينه مقرون به صرفه باشند و بدون كاهش حاصلخيزي خاك آلودگي‌ها را از بين ببرند، وجود دارد. بدين منظور پژوهش‌هايي در زمينه كاهش تحرك و فراهمي‌زيستي فلزات سنگين انجام شده‌است. اخيراً، بيوچار به صورت گسترده‌اي جهت كاهش سميت فلزات سنگين استفاده مي‌شود. بيوچار، ماده آلي غني از كربن است كه از گرما كافت بقايا، در شرايطي با اكسيژن محدود تهيه مي‌شود و از هيدروكربن‌هاي آروماتيك چند حلقه‌اي شكل گرفته است كه در آن اتم‌هاي كربن به شكل حلقوي در ارتباط با هم هستند. وجود ساختار آروماتيك موجب پايداري آن در برابر تغييرات بيولوژيكي و شيميايي مي‌شود. اين ماده كربني، داراي گروه‌هاي عامل فراواني چون هيدروكسيل، كتون، استر، آلدهيد، آمين و كربوكسيل و داراي مقادير قابل توجهي از اسيدهاي آلي هيوميك و فولويك است كه تركيب و سطح ناهمگن آن‌ها مي‌تواند ويژگي‌هاي آبدوستي و يا آبگريزي متفاوتي را از خود بروز دهد و خصوصيات بازي و اسيدي داشته باشد. بنابراين توانايي تركيب با موادآلي و غيرآلي را دارد. همچنين اين ماده با داشتن سطح ويژه، ساختار متخلخل، pH و CEC بالا، مي تواند خطر آلودگي فلزات سنگين را در زنجيره غذايي كاهش مي‌دهد. هدف از انجام اين مطالعه، بررسي كاربرد برگ گردو و بيوچارهاي تهيه شده از آن در دماهاي 200، 400 و 600 درجه سلسيوس بر قابليت‌دسترسي و جذب سرب به‌وسيله ذرت (رقم سينگل‌كراس 704) بود. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه، آزمايش گلداني شامل سطوح 0، 0/5، 1 و 2 درصد برگ گردو و بيوچارهاي تهيه شده از آن در دماهاي 200 ،400 و 600 درجه سلسيوس با 3 كيلوگرم خاك در 3 تكرار مخلوط و به مدت 45 روز در شرايط گلخانه خوابانده شد. پس از خواباندن، در هر گلدان (پس از افزودن كودهاي مورد نياز) 3 بذر ذرت كشت و پس از 8 هفته اندام هوايي و ريشه ذرت برداشت شد، شاخص‌هاي ذرت (وزن خشك اندام هوايي، وزن خشك ريشه، غلظت سرب در اندام هوايي، غلظت سرب در ريشه، ضريب تجمع زيستي و ضريب انتقال) و غلظت سرب دردسترس (DTPA-TEA) خاك تعيين شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه با افزايش دماي تهيه و مقدار كاربرد اصلاح‌كننده‌ها در خاك آهكي، سرب دردسترس و تجمع زيستي آن در گياه ذرت كاهش يافت. تيمار خاك‌ها با 0/5، 1 و 2 درصد بيوچار تهيه شده در دماي 600 درجه سلسيوس، به طور معني‌داري مقدار سرب در اندام هوايي را به‌ترتيب 31/3، 33/5 و 36/1 درصد و مقدار سرب در ريشه را به‌ترتيب 0/32، 35/6 و 36/2 درصد نسبت به شاهد كاهش داد (0/05>P). پاسخ‌هاي فيزيولوژيكي نشان داد كه اصلاح‌كننده‌ها در رشد اندام هوايي نسبت به ريشه موثرتر بودند. تيمار خاك با 2 درصد بيوچار تهيه شده در دماي 600 درجه سلسيوس، وزن خشك اندام هوايي و ريشه را به‌ترتيب 131/4 و 116/7 درصد نسبت به شاهد افزايش معني‌داري داد. همچنين نتايج نشان داد كه با افزايش دماي تهيه و مقدار اصلاح‌كننده‌ها در خاك، سرب عصاره‌گيري شده با DTPA-TEA كاهش يافت. تيمار خاك‌ها با 5/0، 1 و 2 درصد بيوچار تهيه شده در دماي 600 درجه سلسيوس، سرب دردسترس را به‌ترتيب 35/3، 40/1 و 49/1 درصد كاهش داد (0/05>P). بنابراين بيوچارها قادر به كاهش آلودگي سرب در خاك و افزايش وزن خشك ذرت بودند.
نتيجه‌گيري: كاربرد بيوچار با كاهش مقدار سرب دردسترس، مقدار سرب در گياه را كاهش و رشد ذرت را افزايش داد. بنابراين مي‌توان از بيوچار براي تثبيت گياهي سرب در خاك در گياه پالايي استفاده كرد.
چكيده لاتين :
Introduction TPTEs pollution can be hazardous to soil, plant, and human health through the soil-crop-food chain. Lead (Pb) is a toxic element commonly found in heavy-metal contaminated soils, and it has been one of the major global environmental concerns over the past few decades. It discharges to the soil environment through increased anthropogenic activities especially mining. This metal can have harmful and chronic-persistent health effects on exposed populations through food consumption grown on contaminated soils. It is needed to reduce bioavailability of metals in croplands. Biochar is an organic C rich material derived from pyrolysis of waste biomass under an oxygen-limited environment. It is used in soil to immobilize soil PTEs,
Materials and Methods The aim of this study was to evaluate the feasibility of Walnut leaf (WL) and its derived biochars (WLB) produced at three pyrolysis temperatures of 200, 400 and 600 °C on lead (Pb) availability and its accumulation in a cultivar of maize (Zea mays L. Cv. Single cross 704) grown in a contaminated calcareous soil. An experiment was conducted with maize grown in untreated soil (control) and soil treated with three rates of WL and WLB applications. Dry amendments were mixed with a mass fraction of 0, 0.5, 1, and 2% (w/w). Plastic pots were filled with 3 kg of amended and unamended soil. Each treatment was performed in triplicate. The pots were incubated for the soil mixture to equilibrate over 45 days. After the incubation period, macro- and micro-nutrients were added to all treatments according to the soil test. In each pot, 3 seeds of maize were sown and plants were grown for 8 weeks. They were harvested and separated into roots and shoots. The dried shoots and roots were grounded and stored for further analysis (maize indices: shoots and roots dry weight, Pb concentration in shoots and roots, bioaccumulation factor and translocation factor). Soil samples from pots were analyzed too (DTPA-extractable and total Pb).
Results and Discussions This study has demonstrated that the application of the amendments to the calcareous contaminated soil has the potential to reduce the phytoavailability (bioavailability, bioaccumulation factor) of Pb to maize. Influence of amendments on Pb availability and uptake varied depending on the pyrolysis temperature and application rate. Phytoavailability of Pb was most dramatically influenced by biochars addition. The 0.5, 1 and 2% (w/w) biochar prepared at 600 °C, significantly decreased Pb concentration in the shoot by 31.3, 33.5, and 36.1% respectively and in the root by 32.0, 35.6, and 36.2% respectively (p<0.05). Amendments reduced Pb uptake in the shoot/root of maize too. Physiological responses showed that amendments application improved the shoot/root growth and dry biomass (root and shoot). In comparison with the control, the highest shoot and root dry matter values were determined in 2% (w/w) biochar-600 °C treatment by 131.4 and 116.7% respectively (p<0.05). Correspondingly, the bioaccumulation factor of Pb also decreased with increasing amendments pyrolysis temperature and addition rate. Results indicated that the DTPA-TEA-extractable Pb was significantly (P< 0.05) reduced in soils treated with amendments. Bioavailable soil Pb concentrations (DTPA extraction) decreased by increasing amendments rate and pyrolysis temperature. The 0.5, 1 and 2% WLB produced at 600 °C, significantly decreased the DTPA-extractable Pb in comparison with the Control by 35.3, 40.1 and 49.1%, respectively. Therefore, these results indicated that amendments inhibited the uptake and transfer of Pb by maize plants. Conclusions This study clearly has shown that biochar has the potential of immobilizing Pb, reducing its availability to maize, and increasing plant growth. Thereby biochar can reduce lead exposure and increase its phytostabilization, associated with phytoremediation potential of maize.
