تاثیر دو نوع بیوچار ضایعات کشاورزی بر برخی ویژگی‌های فیزیکی و آبگریزی خاک

محورهای موضوعی : مباحث نوین در فیزیک خاک

آسیه ناروئی ¹ , جواد زمانی باب گهری ² , شاپور کوهستانی ³ , فریده عباس زاده افشار ⁴

1 - دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایران.
2 - استادیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.
3 - استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.
4 - استادیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.

تاریخ دریافت : 1402/05/09 تاریخ پذیرش : 1402/09/10 تاریخ انتشار : 1402/10/01

کلید واژه: بیوچار پسته, برگ خرما, خاک شنی, ویژگی‌های هیدرولیکی, لوم شنی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: در دهه اخیر استفاده از بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک، مورد توجه پژوهشگران متعددی در سراسر جهان قرار گرفته است. با توجه به گزارش تاثیرات متفاوت بیوچارها بر ویژگی‌های خاک و نوع محصول حتما باید تاثیرات کاربرد بیوچار به عنوان اصلاح‌کننده در ارتباط با نوع خاک و نوع محصول مورد بررسی علمی و عملی قرار گیرد تا تأثیرات مثبت و یا منفی آن بررسی و مشخص شود. هدف از تحقیق حاضر، بررسی تأثیر بیوچار حاصل از ضایعات پسته و برگ خرما بر برخی از ویژگی‌های فیزیکی و آب‌گریزی خاک بود. روش پژوهش: برای این منظور دو نوع خاک (شنی و لوم شنی) با بیوچار برگ خرما و بیوچار تفاله پسته در 4 سطح (1، 2، 3 و 5 درصد وزنی) با هم ترکیب شدند و سطح بدون کاربرد بیوچار هم به عنوان شاهد درنظر گرفته شد. بعد از ترکیب بیوچارها با خاک، به مدت دو ماه در شرایط گلخانه‌ای خوابانیده و آنکوبه‌شدند و سپس ویژگی‌های فیزیکی خاک مانند چگالی ظاهری، سطح ویژه، رطوبت هیگروسکوپی، آبگریزی و رس قابل پراکنش در آن‌ها اندازه‌گیری شد و نتایج بدست آمده مورد آنالیز آماری قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج نشان داد که کاربرد بیوچارها به طور کلی موجب کاهش چگالی ظاهری و افزایش سطح ویژه و درصد رطوبت هیگروسکوپی در هر دو خاک مورد مطالعه شده بود. اما در مورد درصد رس قابل پراکنش هرچند کاربرد بیوچار برگ خرما کاهش این پارامتر را در پی داشت، اما بیوچار ضایعات پسته موجب افزایش این پارامتر در مقایسه با شاهد شد. کاربرد 5 درصد بیوچار خرما در هر دو خاک موجب کاهش حدود 60 درصدی پراکنش رس شد اما در مقابل، بیوچار ضایعات برداشت پسته به ترتیب موجب افزایش حدود 43 و 114 درصدی پراکنش رس در خاک شنی و لوم شنی شده بود. به‌طورکلی سطوح کم‌ کاربرد بیوچارها (سطح 1 درصد) موجب کاهش معنی‌دار آب‌گریزی خاک لوم‌شنی در مقایسه با شاهد شده بود و افزایش سطوح بیوچارها، افزایش آب‌گریزی خاک را در پی داشت. تاثیر کاربرد بیوچار برگ خرما در خاک لوم‌شنی بر آب‌گریزی معنی‌دار نبود و کاربرد بیوچار ضایعات برداشت پسته تاثیر متفاوتی بر آبگریزی خاک شنی داشت؛ افزایش سطوح بیوچار ضایعات پسته کاهش معنی‌دار آب‌گریزی خاک را موجب شد به طوری که کاربرد 5 درصد از بیوچار ضایعات برداشت پسته مقدار این شاخص را در خاک شنی 31 درصد کاهش داده بود. به نظر می‌رسد بیوچار ضایعات برداشت پسته با افزایش سطح ویژه خاک شنی و از طرفی تمایل بیشتر این ماده به جذب سطحی آب (افزایش رطوبت هیگروسکوپی)، موجب افزایش تمایل خاک شنی به جذب آب و درنتیجه کاهش آب‌گریزی خاک شده است. نتایج: به طور کلی اثرات بیوچارهای مورد مطالعه بر ویژگی‌های فیزیکی خاک در هر دو خاک مثبت بود و کاهش چگالی ظاهری و رس قابل پراکنش و افزایش سطح ویژه و رطوبت هیگروسکوپی می‌تواند افزایش کیفیت خاک را نشان دهد، اما این نتایج بدین معنی نیست که کاربرد بیوچارها می‌تواند اثرات مثبتی بر رشد گیاه در خاک داشته باشد و باید جنبه‌های تاثیر این مواد بر ویژگی‌های دیگر خاک (یعنی ویژگی‌های شیمیایی) نیز مدنظر باشد. بنابراین اثر بیوچار می‌تواند تا حد زیادی تحت تأثیر اثر ترکیبی بیوچار بر شرایط خاک قرار گیرد، برای استفاده مؤثر از بیوچار درخاک‌های کشاورزی، قبل از استفاده تجاری و عملی از بیوچار در خاک، پیشنهاد می‌شود تأثیر بیوچار با توجه به شرایط خاک و گیاه مورد مطالعه دقیق قرار گیرد.

چکیده انگلیسی:

Background and purpose: In recent decade, biochar application as a soil amendment has received attention from many researchers around the world. With respect to report of different impacts of biochars on soil properties and crop type the use of biochar in soil as an amendment must be scientifically and practically studied in relation to the type of soil, type of biochar and type of plant to investigate and determine its positive or negative effects. The aim of this study was to investigate the effect of biochar derived from pistachio waste and date palm leaves on some physical properties and water repellency of soil. Materials and Methods: For this purpose, two types of soil (i.e. sand and sandy loam) were combined with two types of biochar, date palm leaf biochar (DPLB) and pistachio harvesting waste biochar (PHWB), at 4 application levels (1, 2, 3, and 5% by weight), also the treatment without biochar application was considered as a control. These biochars were mixed with soil and after a two-month incubation period, then physical properties of soil such as bulk density, specific surface area, hygroscopic moisture, water repellency, and dispersible clay were measured and the obtained results were statistically analyzed. Results: The results showed that the application of biochars generally decreased the bulk density (BD) and increased the specific surface area (SSA) and hygroscopic moisture content (HMC) in the both soils. Although the application of DPLB caused decrease in dispersible clay (DC) of the soils but PHWB increased this parameter compared to the control. Application of 5% DPLB in both soils reduced DC by 60% but on the other hand, PHWB increased DC by 43% and 114% in sandy soil and sandy loam soil, respectively. In general, the low levels of biochar application (1% level) caused a significant decrease in the water repellency of sandy loam soil compared to the control, and increasing the levels of biochar application, resulted in an increase in soil hydrophobicity. The effect of DPLB application in sandy loam soil on water repellency was not significant, and the application of PHWB had a different effect on water repellency of sandy soil. Increasing levels of PHWB caused a significant decrease in water repellency of sandy soil, so that the application of 5% of PHWB reduced this index by 31% in this soil. It seems that PHWB has increased the SSA of sandy soil and on the other hand, the greater tendency of this biochar to absorb water on the surface (increased HWC), has increased the tendency of sandy soil to suck the water, so decreased the water repellency of this soil. Conclusion: In general, the effects of the studied biochars on the physical properties of the both soils were positive, and the reduction of the BD and DC also the increasing of the SSA and HWC could be considered as an increasing in the soil quality, but this doesn't mean that the application of biochars can have positive effects on plant growth in the soil, because the aspects of the impact of these amendments on other soil properties (i.e. chemical properties) should also be considered. So, considering that the effect of biochar can be greatly influenced by the combination of biochar properties and soil conditions, effective use of biochar in agricultural soils requires prior evaluation of the biochar effect based on soil and plant conditions.

منابع و مأخذ:

Adekiya, A.O., Agbede, T.M., Olayanju, A., Ejue, W.S., Adekanye, T.A., Adenusi, T.T., & Ayeni, J. F. (2020). Effect of biochar on soil properties, soil loss, and cocoyam yield on a tropical sandy loam Alfisol. The Scientific World Journal, Volume 2020, Article ID 9391630, https://doi.org/10.1155/2020/9391630.

Adekiya, A.O., Ojeniyi, S.O., & Owonifari, O.E. (2016). Effect of cow dung on soil physical properties, growth and yield of maize (Zea mays) in a tropical Alfisol. Scientia Agriculturae, 15(2), 374-379.‏

Amjadian, M., Moosavi, A.A., & Ronaghi, A. (2018). Effect of pistachio residue and salinity on dynamic and static water repellency of three texturally different calcareous soils. Iranian Journal of Soil Research, 32(3), 403-416.

Andrenelli, M.C., Maienza, A., Genesio, L., Miglietta, F., Pellegrini, S., Vaccari, F.P., & 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, 190-196.‏

Blanco-Canqui, H. (2017). Biochar and soil physical properties. Soil Science Society of America Journal, 81(4), 687-711.

Brantley, K.E., Brye, K.R., Savin, M.C., & Longer, D.E. (2015). Biochar source and application rate effects on soil water retention determined using wetting curves. Open Journal of Soil Science, 5(01),1.

Brodowski, S., Amelung, W., Haumaier, L., & Zech, W. (2007). Black carbon contribution to stable humus in German arable soils. Geoderma, 139(1-2), 220-228.‏

Burt, R. (2004). Soil survey laboratory methods manual. Soil survey investigations report No. 42, Version 4.0. United States Department of Agriculture. Natural Resources Conservation Service. National Soil Survey Center.

Burt, P.J., & Kolczynski. R.J. (1993). Enhanced image capture through fusion. In 1993 (4th) international Conference on Computer Vision (pp. 173-182).

Das, O., & Sarmah, A.K. (2015). The love–hate relationship of pyrolysis biochar and water: a perspective. Science of the Total Environment, 512, 682-685.‏

Downie, A., Crosky, A., & Munroe, P. (2012). Physical properties of biochar. In: Biochar for environmental management (pp. 45-64). Routledge.‏

Ebrahimzadeh Omran, S., Shorafa, M., Zolfaghari, A.A., & Soltani Toolarood, A.A. (2020). The effect of biochar on severity of soil water repellency of crude oil-contaminated soil. Environmental Science and Pollution Research, 27, 6022-6032.

Ghorbani, M., & Amirahmadi, E. (2018). Effect of rice husk biochar on some physical characteristics of soil and corn growth in a loamy soil. Iranian Journal of Soil Research, 32(3), 305-318.‏

Gillman, G.P. (1974). The influence of net charge on water dispersible clay and sorbed sulphate. Soil Research, 12(2), 173-176.

Hallett, P., & Young, D.I.M. (1999). Changes to water repellence of soil aggregates caused by substrate-induced microbial activity. European Journal of Soil Science. 50:35- 40.

Igwe, C.A., Akamigbo, F.O.R., & Mbagwu, J.S.C. (1995). The use of some soil aggregate indices to assess potential soil loss in soils of south-eastern Nigeria. International agrophysics, 9(2).

Jien, S.H., & Wang, C.S. (2013). Effects of biochar on soil properties and erosion potential in a highly weathered soil. Catena. 110, 225-233.

Klute, A., & Dirksen, C. (1986). Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods. Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods. 5:687-732.

Laird, D.A., Fleming, P., Davis, D.D., Horton, R., Wang, B., & Karlen, D.L. (2010). Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil. Geoderma, 158(3-4), 443-449.

Lehmann, J., Pereira da Silva, J., Steiner, C., Nehls, T., Zech, W., & Glaser, B. (2003). Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments. Plant and soil, 249, 343-357.

Luo, X., Chen, L., Zheng, H., Chang, J., Wang, H., Wang, Z., & Xing, B. (2016). Biochar addition reduced net N mineralization of a coastal wetland soil in the Yellow River Delta, China. Geoderma, 282, 120-128.

Major, J., Rondon, M., Molina, D., Riha, S.J., & Lehmann, J. (2010). Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol. Plant and soil, 333, 117-128.

Miri, F., & Zamani Babgohari, J. (2020). Effects of pyrolysis temperatures on some properties of Biochar of pistachio waste. Journal of Agricultural Engineering Soil Science and Agricultural Mechanization, (Scientific Journal of Agriculture), 43(1), 87-101. (In Persian).

Monnie, F. (2016). Effect of Biochar on Soil Physical Properties, Water Use Efficiency, and Growth of Maize in a Sandy Loam Soil" Afribary (2021). Accessed September 25, 2023. https://afribary.com/works/effect-of-biochar-on-soil-physical-properties-water-use-efficiency-and-growth-of-maize-in-a-sandy-loam-soil.

Nowroozi, M. (2017). Short-term effects of biochar produced from date palm’s leaves on moisture retention in sandy loam soil. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 6(2), 137-150.

Ouyang, L., Wang, F., Tang, J., Yu, L., & Zhang, R. (2013). Effects of biochar amendment on soil aggregates and hydraulic properties. Journal of soil science and plant nutrition, 13(4), 991-1002.

Pietikäinen, J., Kiikkilä, O., & Fritze, H. (2000). Charcoal as a habitat for microbes and its effect on the microbial community of the underlying humus. Oikos, 89(2), 231-242.  (In Persian)

Raček, J., Ševčík, J., Chorazy, T., Kucerik, J. & Hlavínek, P. (2020). Biochar: the new black gold? Sludge Processing, available on: https://www.sludgeprocessing.com/features/biochar-the-new-black-gold.

Raiesi, F., & Besharati, H. (2018). The effects of corn biochar on the chemical and microbiological characteristics of two calcareous clay and sandy soils. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 8(1), 25-47. (In Persian)

Sepehrnia, N., Hajabbasi, M.A., Afyuni, M., & Lichner, L. (2016). Extent and persistence of water repellency in two Iranian soils. Biologia, 71(10), 1137-1143.

Singh, B.P., Fang, Y., Boersma, M., Collins, D., Van Zwieten, L., & Macdonald, L.M. (2015). In situ persistence and migration of biochar carbon and its impact on native carbon emission in contrasting soils under managed temperate pastures. PLoS One, 10(10), e0141560.

Tillman, R.W., Scotter, D.R., Wallis, M.G., & Clothier, B.E. (1989). Water repellency and its measurement by using intrinsic sorptivity. Australian Journal of Soil Research. 27(4):637-644.

Verheijen, F., Jeffery, S., Bastos, A.C., Van der Velde, M., & Diafas, I. (2010). Biochar application to soils. A critical scientific review of effects on soil properties, processes, and functions. EUR, 24099 (162), 2183-2207.

Wuddivira, M.N., Robinson, D.A., Lebron, I., Bréchet, L., Atwell, M., De Caires, S., Oatham, M., Jones, S.B., Abdu, H., Verma, A.K., & Tuller, M. (2012). Estimation of Soil Clay Content from Hygroscopic Water Content Measurements. Soil Science Society of America Journal (SSSAJ), 76(5): 1529-1535.

Yazdanpanahi, A., Ahmadaali, K., Zare, S., & Jafari, M. (2019). Studying the effects of two different biochars on soil water repellency. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 9(1), 19-34.‏ (In Persian)

Zamani, J., Miri, F., & Zarebanadkouki, M. (2018). Biochar preparation from pistachio wastes: effect of temperature on its physicochemical properties. In EGU General Assembly Conference Abstracts (p. 18468).‏