پيامد زغال زيستي اصلاح شده ذرت بر برخي ويژگي‌هاي زيستي يك خاك آهكي آلوده به كادميوم

Effect of corn stover-modified biochar on some biological properties of a Cd-contaminated calcareous soil

پيشينه و هدف: انباشتگي فلزهاي سنگين در سال‌هاي گذشته بسته به كاركرد مردم روبه افزايش است. ريزجانداران خپيشينه و هدف: انباشتگي فلزهاي سنگين در سال‌هاي گذشته بسته به كاركرد مردم روبه افزايش است. ريزجانداران خاك از بخش‌هاي مهم خاك بوده كه كاركرد آنها وابسته به زهري بودن فلزهاي سنگين مانند كادميوم است. فراسنجه‌هاي ميكروبـي مـي‌تواننـد براي ارزيـابي كيفيـت خاك‌هاي آلوده بكار روند. زغال زيستي همانند يك بهساز خاك مي‌تواند با نشان بر زيست‌فراهمي فلزهاي سنگين در خاك‌هاي آلوده، آسيب رسيدن آنها به زنجيره خوراكي مردم را كاهش دهد. هدف از اين پژوهش بررسي نشان زغال زيستي و زغال زيستي بهسازي شده ذرت بر فراهمي كادميوم و دگرش ويژگي‌هاي زيستي يك خاك آلوده به كادميوم بود. مواد و روش‌ها: يك نمونه خاك رويين از لايه 20-0 سانتي‌متري نمونه‌برداري شد، سپس با غلظت‌هاي گوناگون كادميوم (Cd(NO3)2) آلوده شد. خاك آلوده براي پنج ماه در تناوب‌هاي تر و خشك شدن گذاشته شد. زغال‌هاي زيستي مانده‌هاي ذرت (BC) و مانده‌هاي ذرت بهسازي شده با كلريد آهن (Fe-BC) در دماي 500 درجه سلسيوس آماده شدند و در اندازه 2 درصد وزني با نمونه خاك آميخته شدند. نمونه‌ها براي 90 روز در ظرف‌هاي پلاستيكي منفذدار، در انكوباتور و در دماي ثابت (2±25)، نگه‌داري شدند. در پايان آزمايش برخي ويژگي‌هاي شيميايي خاك، غلظت فراهم كادميوم و برخي ويژگي‌هاي زيستي خاك مانند تنفس ميكروبي، تنفس برانگيخته با سوبسترا و كربن زيست‌توده ميكروبي اندازه‌گيري شدند و بهره متابوليك (qCO2) تعيين شد. اين پژوهش به‌گونه آزمايش فاكتوريل، با دو فاكتور: آلودگي كادميوم در سه اندازه صفر، 15 و 30 ميلي‌گرم كادميوم بر كيلوگرم خاك) و چگونگي زغال زيستي در سه تيمار بدون كاربرد زغال زيستي يا گواه آزمايش (CK)، زغال زيستي مانده‌هاي ذرت (BC) و زغال زيستي مانده‌هاي ذرت بهسازي شده با كلريد آهن (Fe-BC)، در چهارچوب طرح كاملاً تصادفي، در سه تكرار و در دماي آزمايشگاهي انجام شد. يافته‌ها: اين پژوهش نشان داد كه افزودن زغال زيستي و زغال زيستي بهسازي شده مايه افزايش pH خاك (به‌ترتيب 0/19 و 0/21 واحد)، گنجايش تبادل كاتيوني (6/7 و 10/9 درصد) و كربن آلي خاك (157 و 200 درصد) و كاهش غلظت فراهم كادميوم در خاك (21/8 تا 41/5 درصد) شد. روي‌هم‌رفته، آلودگي كادميوم در خاك مايه كاهش معني‌دار (0/05

Background and Objectives: In the past few decades, accumulation of heavy metals in soils has increased as a result of human activities. Microorganisms are one of the important parts of soil, that their activity can be affected by the high levels of heavy metals such as Cadmium (Cd). Soil biological parameters can be used for evaluating the quality of contaminated soils. Biochar as a soil amendment can control bioavailability of heavy metals in contaminated soils and reduce their transfer risk to the food chain. The objective of this study was to evaluate the effect of corn stover biochar and modified- corn stover biochar on cadmium (Cd) availability and microbiological properties of a Cd-contaminated soil. Materials and Methods: A soil sample was collected from the surface layer (0-20 cm) and spiked with different concentrations of Cd (Cd(NO3)2). The contaminated soil was placed in periodic wetting-drying (WD) cycles for about five months in room temperature. Then, corn stover biochar (BC) and modified corn stover biochar with FeCl2 (Fe-BC) were prepared at 500°C and mixed with the Cd-contaminated soil at 2% (w/w). The soil samples were incubated for 90 days. At the end of incubation period, Cd availability and some of microbiological properties of soil including soil microbial respiration (BR), substrate induced respiration (SIR), microbial biomass carbon (MBC) and dehydrogenase activity were measured and metabolic quotient (qCO2) were determined. This study was carried out as a factorial experiment based on a randomized complete design with two factors including Cd contamination (0, 15 and 30 mg Cd kg-1 soil) and biochar type (control (CK), corn stover biochar (BC) and modified-corn stover biochar (Fe-BC)) in three replications under labratory condition. Results: The results indicated that application of corn biochar and modified-corn biochar led to increase of soil pH (0.19 and 0.21 unit respectively), cation exchange capacity (6.7 and 10.9%), organic carbon (157 and 200%) and decrease of concentration of available Cd (21.8-41.5%) in the soil compared to the control. In general, soil Cd contamination led to a significant reduction in the soil microbiological properties. Application of corn stover biochar and modified-corn stover biochar significantly increased microbial respiration (24.7-58.7%), substrate-induced respiration (16.8-42.5%), microbial biomass carbon (24.5-58.6%) and dehydrogenase activity (28.8-108%). The effects of Fe-BC treatment on changes in Cd availability and soil biological properties were greater than BC treatment. Conclusion: In general, results of this study indicated that FeCl2 modified-corn stover biochar can be suitable organic amendment for Cd stabilization and may improve soil microbial activities in calcareous Cd-contaminated soils.