توليد زغال زيستي از پوسته شلتوك برنج و تأثير آن بر زيست‌توده عدس و گندم

Production of rice husk biochar and its effects on lentil and wheat biomass

سابقه و هدف: كاربرد زغال زيستي به عنوان راه‌كاري براي توقف طولاني‌مدت كربن در خاك، مورد توجه جهاني قرار گرفته است. كاربرد زغال زيستي در خاك علاوه بر توقف طولاني‌مدت كربن و مبارزه با تغيير اقليم مي‌تواند منجر به بهبود ويژگي‌هاي خاك، افزايش رشد گياه و مديريت پايدار بقايا و پسماند‌هاي زيست‌توده در مزارع، باغات و صنايع نيز شود. اغلب گزارشات در مورد اثرات مثبت زغال زيستي در خاك‌هاي اسيدي انجام گرفته است و اطلاعات كمي در مورد اثرات زغال زيستي در خاك‌هاي غير‌اسيدي وجود دارد. بنا‌بر‌اين، پژوهش حاضر به منظور مطالعه تأثير شرايط توليد دو نوع زغال زيستي پوسته شلتوك برنج بر ويژگي‌هاي آنها و بررسي اثرات آنها بر توليد زيست‌توده گياه در يك دوره كشت دو گياهي (عدس-گندم) در يك خاك قليائي و در شرايط گلخانه‌اي انجام شد. مواد و روش‌ها: زغال‌هاي زيستي نوع اول و دوم به ترتيب در دامنه دمايي 300-250 و 500-450 درجه سانتي‌گراد از پوسته برنج توليد و ويژگي‌هاي آنها با يكديگر مقايسه شد. زغال‌هاي زيستي نوع اول و دوم در سطوح 4/0، 6/1 و 3/3 درصد وزني (B0.4 ،B1.6 و B3.3) به خاك گلدان‌ها افزوده شدند. عدس در مرحله اول و گندم در مرحله دوم و پس از برداشت عدس، كشت شد. اثرات نوع و سطح كاربرد زغال زيستي در مقايسه با يكديگر و تيمار شاهد (بدون زغال زيستي) بر توليد زيست‌توده مطالعه شد. يافته‌ها: نسبت مولي هيدروژن به كربن و طيف زير‌قرمز قرمز دو زغال زيستي، خصلت آروماتيكي بيشتري را در زغال زيستي توليد‌شده در دماي بالاتر نشان داد. افزايش دماي توليد منجر به كاهش اندازه ذرات، افزايش قابليت هدايت الكتريكي، واكنش شيميايي، غلظت نيتروژن، پتاسيم، كلسيم و فسفر در زغال زيستي گرديد. دو نوع زغال زيستي از لحاظ تأثير بر توليد زيست‌توده هوايي و زير‌زميني عدس و گندم تفاوت معني‌دار نداشتند. اما وزن خشك زيست‌توده هوايي گندم و زيست‌توده زير‌زميني عدس و گندم در تيمار‌هاي زغال زيستي نوع اول و دوم به طور معني‌دار بيشتر از تيمار شاهد بود. اثر سطوح مختلف زغال‌ زيستي بر وزن خشك زيست‌توده هوايي عدس، تفاوت معني‌دار با يكديگر و تيمار شاهد نشان ندادند. اما وزن خشك زيست‌توده زير‌زميني عدس در B3.3 به طور معني‌دار بيشتر از ساير سطوح كاربرد زغال زيستي (B0.4 وB1.6) و تيمار شاهد بود. وزن خشك زيست‌توده هوايي گندم در B1.6 و B3.3 به طور معني‌دار بيشتر از B0.4 و تيمار شاهد بود. وزن خشك زيست‌توده زير‌زميني گندم در B1.6 به طور معني‌دار بيشتر از B0.4 و تيمار شاهد بود اما تفاوت معني‌دار با B3.3 نداشت. نسبت زيست‌توده ساقه به ريشه عدس در B1.6 و B3.3 به طور معني-دار كمتر از تيمار شاهد بود . نسبت زيست‌توده ساقه به ريشه گندم در تمامي سطوح كاربرد زغال زيستي به طور معني‌دار كمتر از تيمار شاهد بود اما سطوح كاربرد زغال زيستي داراي تفاوت معني‌دار با يكديگر نبودند. نتيجه‌گيري: خصلت آروماتيكي بيشتر زغال زيستي نوع دوم (توليدي در دماي 500-450 درجه سانتي‌گراد) در مقايسه با زغال زيستي نوع اول (توليدي در دماي 300-250 درجه سانتي‌گراد) به معناي توانايي بيشتر براي توقف طولاني‌مدت كربن در خاك است. كاربرد زغال زيستي، اثرات مثبتي بر توليد زيست‌توده به‌ويژه زيست‌توده زير‌زميني داشت. اثرات كاربرد زغال زيستي فقط محدود به دوره رشد اول (عدس) نبود و در دوره رشد دوم (گندم) نيز وجود داشت.. به طوركلي مي‌توان نتيجه گرفت كه توليد زغال‌‌ زيستي از پوسته شلتوك برنج، علاوه بر توقف كربن در خاك، مي‌تواند موجب بهبود رشد گياه حتي در خاك‌هاي قليائي نيز گردد.

Background and Objectives: Biochar application as a strategy for long term carbon sequestration has recieved worldwide attention. In addition to long term carbon sequestration and global warming mitigation, biochar application in soil can result in improvement of soil properties, enhancement of plant growth and sustainable management of agricultural, garden and industrial biomass wastes and residues . Most of reports about positive effects of biochar have been done in acidic soils and there is little information about biochar effects in non-acidic soils. Therefore this research was conducted to investigate the effects of production condition of two type of rice husk biochar on their properties and accessing these biochar effects on plant biomass production in a two plant (lentil-wheat) cycle in an alkaline soil in greenhouse condition. Materials and methods: Biochar 1 and 2 were produced of rice husk at temperature range of 250-300 and 450-500 C, respectively and they were compared with each other. 0.4, 1.6 and 3.3 weight percent (B0.4, B1.6 and B3.3) of biochar 1 and 2 were added to pots. At first, lentil was seeded and then wheat was seeded after lentil harvest. Effects of type and application rate of biochar on biomass production were compared with each other and control (without biochar) treatment. Results: Molar hydrogen to carbon ratio and infrared spectrum of biochars showed more aromaticity in biochar produced at higher temperature. Increase of temperature led to smaller particle size, increase of electrical conductivity, pH, nitogen, potassium, calcium and phosphorus content of biochar. Two biochar effects on dry above and below ground biomass of lentil and wheat were not significantly different. But dry above ground biomass of wheat and dry below ground biomass of lentil and wheat in biochar 1 and 2 treatments were significantly higher in compared to control treatment. Effect of biochar application rates on dry above ground biomass of lentil were not significantly different with each other and control treatment. But dry below ground biomass of lentil in B3.3 was significantly more than other biochar application rates (B0.4 and B1.6) and control treatment. Dry above ground biomass of wheat in B1.6 and B3.3 was significantly more than B0.4 and control treatments. Dry below ground biomass of wheat in B1.6 was significantly more than B0.4, however it was not significantly different in comparison with B3.3. Shoot to root ratio of lentil in B1.6 and B3.3 was significantly less than control treatment. Shoot to root ratio of wheat was significantly less than control in all biochar application rates, however biochar application rates did not have significant difference with each other. Conclusion: More aromaticity of biochar 2 (produced at temperature of 500-450 C˚) in comparison with biochar 1 (produced at temperature of 500-450 C˚) means more long term carbon sequestration potential. Biochar application had positive effects on biomass especially below ground biomass. Biochar effects were not only limited to first growth cycle (lentil) but also exist in second growth cycle (wheat). Generally it can be concluded that biochar production of rice husk can improve plant growth even in alkaline soils.