امكان‌سنجي كاهش هدر رفت خاك با استفاده از زغال زيستي حاصل از پسماند كارخانه‌هاي صنايع لبني

Feasibility of reducing soil loss using biochar produced from dairy factory waste

سابقه و هدف: امروزه كاربرد تبديلي پسماندهاي صنعتي با كم‌ترين اثرات سوء بر محيط زيست و كاربرد سودمند آن در ساير زمينه‌ها به‌عنوان راه‌كاري اساسي براي مديريت حجم انبوهي از پسماندهاي صنعتي مطرح شده است. در اين راستا تبديل و كاربرد مجدد پسماندهاي كارخانه‌هاي لبني به‌سبب حجم توليد بالا و گستره‌ متراكم آن‌ها مي‌تواند راه‌كاري در راستاي دست‌يابي به توسعه پايدار محسوب شود. حال آن‌كه تا كنون كاربرد مستقيم و يا شكل كاربردي آن در مقوله حفاظت خاك گزارش نشده است. برهمين اساس پژوهش حاضر با هدف تبديل پسماندهاي كارخانه صنايع لبني به افزودني‌هاي خاك به‌صورت زغال زيستي با هدف كاربرد در علوم حفاظت خاك در راستاي مهار فرسايش خاك در شرايط آزمايشگاهي برنامه‌ريزي شد. مواد و روش‌ها: براي اجراي پژوهش، مقداري پسماند كارخانه صنايع غذايي كاله آمل پس از انتقال به آزمايشگاه و بررسي ويژگي‌هاي كيفي آن، تحت دماي 300 تا 350 درجه سانتي‌گراد به زغال زيستي تبديل و در سه سطح 400، 800 و 1200 گرم بر مترمربع در كرت‌هاي كوچك فرسايشي با ابعاد طول، عرض و ارتفاع 50 سانتي‌متري پرشده با خاك حساس به فرسايش منطقه مرزن آباد مازندران استفاده شد. به‌همين منظور، كرت‌هاي فرسايشي مطالعاتي در سطوح مختلف تيمار و پس از گذشت 35 روز تحت باران شبيه‌سازي شده با دو شدت 50 و 90 ميلي‌متر بر ساعت در آزمايشگاه شبيه‌ساز باران و فرسايش دانشكده منابع طبيعي دانشگاه تربيت مدرس قرار گرفت. نهايتاً مقادير غلظت رسوب طي بازه زماني شبيه‌سازي و پس از شروع رواناب اندازه‌گيري و بر طبق آن ميزان فرسايش خاك نيز محاسبه شد. يافته‌ها: نتايج حاصل از آزمايش‌ها نشان داد كه بيش‌ترين ميزان فرسايش خاك در تيمار شاهد رخ داده است، به‌صورتي كه ميزان غلظت رسوب در كل بازه زماني در تيمارهاي 400، 800 و 1200 گرم بر متر مربع از خاك‌پوش زغال زيستي در شدت بارندگي 50 ميلي‌متر بر ساعت به‌ترتيب 47، 52 و 49 درصد و در شدت بارندگي 90 ميلي‌متر بر ساعت، 36، 51 و 54 درصد با سطح اطمينان 99 درصد نسبت به تيمار شاهد كاهش يافت. هم‌چنين ميزان فرسايش خاك در سطوح مصرفي 400، 800 و 1200 گرم بر متر مربع از افزودني زغال زيستي به‌ترتيب 76، 83 و 81 درصد در شدت بارندگي 50 ميلي‌متر بر ساعت و 75، 82 و 84 درصد در شدت بارندگي 90 ميلي‌متر بر ساعت نسبت به تيمار شاهد كاهش معني‌دار (01/0 > p) داشته است. نتيجه‌گيري: نتايج به‌دست آمده از پژوهش حاكي از تأثير مثبت زغال زيستي حاصل از پسماندهاي صنايع غذايي روي كاهش غلطت رسوب و مهار فرسايش خاك بود و لذا مديريت پسماندهاي مزبور از طريق تبديل آن‌ها به زغال زيستي و با هدف حفاظت خاك پيشنهاد مي‌شود.

Background and Objectives: Today, conversion of industrial wastes using methods with the least environmental detrimental effects and profitable application is supposed as a fundamental solution to manage huge quantity of waste material produced in different industries. In this regard, conversion and reuse of hugely and intensive extension of produced dairy factory waste are possible solutions in order to achieve sustainable development. However, the direct or applied application of industrial wastes for soil conservation has not been reported yet. Accordingly, the present study was planned to assess the feasibility of industrial wastes produced biochar in soil erosion control under laboratorial conditions. Materials and Methods: In order to conduct the present study, some industrial wastes of the Kaleh Amol Dairy Factory were examined for chemical properties. It was then converted to biochar under temperature of 300 to 350 oC and applied for soil conservation in three levels of 400, 800 and 1200 g m-2 on small experimental plots filled by erosion prone soil of Marzanabad Region in Mazandaran Province, northern Iran. The plots were subjected to rainfall simulation with intensities of 50 and 90 mm h-1 after a span time of 35 days on biochar application in the Rainfall and Erosion Laboratory of Tarbiat Modares University. Ultimately, sediment concentrations were measured during simulation and just after commencement of runoff and the soil erosion was consequently calculated. Results: The results of the present experiments under laboratorial conditions showed that the maximum soil erosion occurred in control plots. So that, the sediment concentrations for treated plots with 400, 800 and 1200 g m-2 of biochar were 47, 52 and 49% for rain intensity of 50 mm h-1 and 36, 51 and 54% for rain intensity of 90 mm h-1 of those recorded for control plots at confidence level of 99%, respectively. The soil erosion rates for the same treatments were also significantly (P<1%) lower as 76, 83 and 81% and 75, 82 and 84% for rain intensities of 50 and 90 mm h-1 of those recorded for control plots, respectively. Conclusion: The results of this study suggested a positive effect of application of biochar produced from industrial wastes of dairy factory on reduction of sediment concentration and soil erosion. The conversion of aforesaid industrial wastes to biochar is therefore recommended for soil conservation.