تأثیر اصلاح‌کننده‌های کوکوپیت، بیوچار کوکوپیت و ورمی‌کمپوست بر انتقال آزمایشگاهی نیترات در خاک لوم‌شنی و لوم‌رسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار رشته آبیاری و زهکشی دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا همدان

2 دانشگاه بوعلی سیناهمدان

3 دانشگاه بوعلی سینا

10.22125/iwe.2022.340795.1629

چکیده

سفره‌های آب زیرزمینی یکی از منابع عمده تأمین آب شرب و آب کشاورزی می‌باشند. از طرفی افزایش استفاده از کودهای نیتروژنی به دلیل پویایی زیاد نیترات در خاک تهدیدی جدی برای آب‌های زیرزمینی و در نتیجه سلامت انسان است. لذا در این پژوهش تأثیر سطوح 0، 1 و 2 درصد وزنی اصلاح‌کننده‌های کوکوپیت، بیوچارکوکوپیت و ورمی‌کمپوست بر انتقال نیترات در دو خاک لوم‌شنی و لوم‌رسی بررسی شد. خاک‌ها از مرکز تحقیقات کشاورزی استان همدان تهیه گردیدند. پس از آن آزمایشات در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار، در آزمایشگاه زهکشی دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا انجام گرفتند. سپس ستون‌های خاک به طول 70 و قطر 6 سانتی‌متر تا ارتفاع 50 سانتی‌متری از خاک پر شدند. از محلول نمک خالص نیترات پتاسیم به‌عنوان آلاینده مصنوعی با غلظت 150 میلی‌گرم بر لیتر استفاده گردید. در طول آزمایش بار آبی ثابت 5 سانتی‌متری محلول آلاینده به‌صورت پیوسته روی ستون‌های خاک برقرار بود و نمونه‌گیری از زهاب ستون‌ها در زمان‌بندی‌های متفاوت صورت گرفت. نتایج نشان داد، استفاده از اصلاح‌کننده‌ها خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک را تحت تاثیر قرار داد. این تغییرات شامل افزایش کربن آلی، مواد آلی، هدایت الکتریکی، تخلخل و همچنین کاهش میزان چگالی ظاهری نسبت به خاک شاهد بود. تأثیر اصلاح‌کننده بیوچار در سطح یک و دو درصد روی خاک‌ها بیش‌تر از سایر اصلاح کننده‌ها بود. انتشارپذیری نیترات در ستون‌های خاک با مدل CXTFIT محاسبه گردید. ن شاهد برای سطوح 1 و 2 درصد ورمی‌کمپوست در خاک لوم‌شنی و سطوح 1 و 2 درصد کوکوپیت در خاک لوم‌رسی به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Cocopeat, Cocopeat Biochar and Vermicompost Amendments on the Laboratory Transport of Nitrate in Sandy Loam and Clay Loam Soil

نویسندگان [English]

  • Hamid zareabyaneh 1
  • Soheila Papi 2
  • Atefeh Azadifar 3
1 Associate Professor of Irrigation and Drainage Eng., Agriculture Faculty, Bu-Ali Sina University, Hamedan.
2 Bu- Ali Sina University of Hamedan
3 Bu-Ali Sina University
چکیده [English]

Groundwater aquifers are one of the main sources of drinking water and agricultural water supply. However, increasing the use of nitrogen fertilizers is a serious threat to underground water and human health due to the high dynamics of nitrate in the soil. Therefore, in this study, the effect of 0%, 1%, and 2% by weight of cocopeat, biocharcocopeat, and vermicompost modifiers on nitrate transport in sandy loam and clay loam soils was investigated. The soils were obtained from the agricultural research center of Hamadan province. After that, the experiments were carried out in the form of a completely randomized design in three replications, in the irrigation and drainage laboratory of the Faculty of Agriculture of Bu-Ali Sina University of Hamedan. Then the soil columns with a length of 70 cm and a diameter of 6 cm were filled with soil up to a height of 50 cm. Pure potassium nitrate salt solution was used as an artificial pollutant with a concentration of 150 mg/lit. During the experiment, a constant water head load of 5 cm of the pollutant solution was continuously maintained on the soil columns, and sampling of the columns' drainage was done at different times. The results showed that the use of modifiers affected the physical and chemical properties of the soil. These changes included an increase in organic carbon, organic matter, electrical conductivity and porosity, and a decrease in apparent density compared to the control soil. The effect of biochar modifier at the level of 1% and

کلیدواژه‌ها [English]

  • Breakthrough curve
  • Nitrate leaching
  • Dispersion
  • CXTFIT Model
احمدی مقدم، ز.، طباطبایی، س، ح. 1400. تعیین دقت دو مدل CDE و MIM با استفاده از روش حل معکوس در انتقال آلودگی تری‌کلرواتیلن (TCE) در یک محیط متخلخل کربناته. دوره 53، شماره 1، صفحات 394-383.
آزادی‌فر، ع.، معاضد، ع.، سلطانی محمدی، ه و  ا، فرخیان فیروزی. 1394. بررسی اثر بافت و فاصله انتقال بر انتشارپذیری نیترات در خاک ماسه‌ای با استفاده از مدل‌های بریگهام، فرید کامبرنوس و کد CXTFIT. علوم و مهندسی آبیاری (مجله‌ی علمی- پژوهشی)، جلد 39، شماره 4، صفحات 157-148.
باقری، ح.، زارع ابیانه، ح.، ایزدی، ع. 1396. شبیه سازی انتقال سدیم و نیترات در خاک اصلاح شده با ورمی‌کمپوست تحت رژیم‌های مختلف آبیاری. ، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، جلد 11، شماره 5، صفحات 899-888.
جعفری کلکان، گ، ب.، ‌نژادیانی، م. 1394. بررسی آزمایشگاهی تغییرات انتشارپذیری آلاینده‌ها در محیط‌های متخلخل همگن و غیرهمگن اشباع. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. جلد 5، صفحات 163-179.
خدارحمی، ی.، برومند نسب، س.، سلطانی محمدی، ا و ع، ناصری. 1398. ارزیابی تأثیر بیوچار اصلاح شده و زئولیت بر برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک لوم ، نشریه حفاظت منابع آب و خاک، سال 8، شماره 4، صفحات 101-87.
خدارحمی، ی.، سلطانی محمدی، ا.، برومند نسب، س و ع، ناصری. 1398. ارزیابی تأثیر بیوچار و هیدروچار اصلاح شده بر کاهش آبشویی نیترات در خاک لوم در شرایط غیر اشباع ، نشریه آبیاری و زهکشی ایران ، شماره 3، جلد 13، صفحات 772-761.
دیوبند هفشجانی، ل.، هوشمند، ع. ناصری، ع .ع.، سلطانی محمدی، ا. عباسی، ف. 1395. مقایسه کارایی بیوچار و ورمی کمپوست باگاس نیشکر در حذف نیترات از آب های آلوده و تعیین شرایط بهینه فرایند جذب، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره1 ،جلد 10، 116-104.
قائمی‌زاده، ف.، بانژاد، ح و ا، بهمنی. 1393. شبیه‌سازی حرکت کادمیم درشرایط مختلف خاک با مدل غیرتعادلی فیزیکی، نشریه دانش آب و خاک، شماره 29، صفحات 29-44.
قربانی، م.، اسدی، ح و س، ابریشم‌کش .1394 . تأثیر بیوچار )زغال زیستی (پوسته شلتوک برنج بر آبشویی نیترات در یک خاک رسی ،نشریه پژوهش های خاک (علوم آب و خاک)، جلد 29، شماره 4، صفحات 434-428.
کوهی، ز.، فراستی، م. سیدیان، م و ع،  قلی‌زاده. 1398. اثر بیوچار کلزا، گندم و ترکیب آن‌ها بر جذب و آب شویی نیترات از خاک، نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک، جلد 26، شماره 6، صفحات261-247.
مرادزاده، م.، 1389. شبیه سازی اثر زئولیت بر آبشویی نیترات و آمونیوم در یک خاک زراعی با استفاده از مدل HYDRUS-1D. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز.
مرادزاده، م.، معاضد، ه، و. صیاد، غ. 1392. شبیه­سازی آب­شویی یون نیترات در یک خاک لوم شنی تیمار شده با زئولیت با استفاده از نرم­افزار HYDRUS-1D. نشریه دانش آب و خاک، جلد23، شماره 1، صفحات 95-107.
مصطفی‌زاده، ف.، کیلانه‌ئی، ف و م، حسنلوراد. 1399. بررسی آزمایشگاهی انتقال آلودگی در محیط متخلخل اشباع تحت جریان آب زیرزمینی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، شماره 25، صفحات 89-106.
معروف پور، ع.، کشکولی، ح، ع. معاضد، ه. سامانی، ح. 1386. بررسی و مقایسه مدل­های ریاضی فرید – کامبرنوس و بریگهام برای انتقال آلاینده پایدار در خاک­های ماسه­ای همگن. مجله علمی کشاورزی، جلد 30، شماره 4- الف، صفحات 78-89.
 
 
Abel, S., Peters, A., Trinks, S., Schonsky, H., Facklam, M. and G. Wessolek. 2013. Impact of biochar and hydrochar addition on water retention and water repellency of sandy soil. Geoderma, 202: 183-191.
Borchard, N., Schirrmann, M., Luz Cayuela. M., Kammann, C., Wrage-Mönnig, N., Estavillo., J.M., Fuertes-Mendizábal, T., Sigua, G., Spokas, K., Ippolito, j.A and J, Novak. 2019. Biochar, soil and land-use interactions that reduce nitrate leaching and N2O emissions: A meta-analysis, Science of the Total Environment, 2354-2364.
Chalhoub, m., Coquet, Yand P, Vachier. 2013. Water and Bromide Dynamics in a Soil Amended with Different Urban Composts. Journal of the Vadose Zone, 1-15.
Chen, Y., Shinogi, Y. and M. Taira. 2010. Influence of biochar use on sugarcane growth, soil parameters, and groundwater quality. Soil Research, 48: 526-530.
Chintala, R., Mollinedo, J., Schumacher, T. E., Papiernik, S. K., Malo, D. D., Clay, D. E. and D. W. Gulbrandson. 2013. Nitrate sorption and desorption in biochars from fast pyrolysis. Microporous and Mesoporous Materials, 179: 250-257.
Devereux, R. C., Sturrock, C. J. and S.J. Mooney. 2012. The effects of biochar on soil physical properties and winter wheat growth. Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 103: 13-18.
Hseu, Z. Y., Jien, S. H., Chien, W. H. and R. Liou. 2014. Impacts of Biochar on Physical Properties and Erosion Potential of a Mudstone Slopeland Soil. The Scientific World Journal, Article ID 602197, 10 pages
Jeong, C.Y., Wang, J.J., Dodla, S.K., Eberhardt, T.L. and L, Groom. 2012. Effect of Biochar Amendment on Tylosin Adsorption-Desorption and Transport in Two Different Soils. Journal of Environmental Quality, 1185–1192.
Jin, Z., Chen, X., Chen, C., Tao, P., Han, Z and X, Zhang. 2016. Biochar impact on nitrate leaching in upland red soil, China. Environ Earth Sci.,75: 1109.Journal of Contaminant Hydrology, 123–134.
Kameyama, K., Miyamoto, T. Shiono, T. and Y. Shinogi. 2012. Influence of sugarcane bagasse-derived biochar application on nitrate leaching in calcaric dark red soil. Journal of Environmental Quality, 41: 1131-1137.
Kumar, S., Masto, R. E., Ram, L. C., Sarkar, P., George, J. and V.A. Selvi. 2013. Biochar preparation from Parthenium hysterophorus and its potential use in soil application. Ecological Engineering, 55: 67-72.
Lawrinenko, M. 2014. Anion exchange capacity of biochar. A thesis submitted to the graduate faculty in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science. Iowa State University Ames, Iowa. This journal is The Royal Society of Chemistry. Page 1 of 17
Mishra, P.C and R.K. Patel. 2009. Use of agricaltral wasted for the removal of nitrate-nitrogen from aqueous medium J. Environmental Management, 519-522.
Ouyang, L., Wang, F., Tang, J., Yu and L. R. Zhang. 2013. Effects of biochar amendment on soil aggregates and hydraulic properties. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 991-1002.
Pietrzak, D., Kania, J., Kmiecik, E and K, Wator. 2019. Identification of transport parameters of chlorides in different soils on the basis of column studies. Geologos, 225–229.
Schick, J., Joachim Schick, P. C., Jean-Louis, P and M. C. Claire. 2010. Batch-wise nitrate removal from Water on a surfactant-modied zeolite Microporous and Mesoporous Materials. Microporous and Mesoporous Materials, 395–400.
Srinivasan, P and A. K. Sarmah. 2014. Assessing the sorption. leaching behaviour of three sulfonamides in pasture soils through batch and column studies. Science Total Environment, 535–543.
Tarnate, P. M. O., Ella, V. B and M. R, Reyes. 2014. Modeling solute transport in soil under conventional plow-based and conservation agriculture production systems in Claveria, Misamis oriental, Philippines. PHILIPP AGRIC SCIENTIST, 243–251.
Toride, N., Leij, F.J., Van Genuchten, M,Th., 1995. The CXTFIT Code for Estimating Transport Parameters from Laboratory or Field Tracer Experiments, 2.0. Journal of US Salinity Laboratory, Riverside, CA.
Wang, Y., Gao, B. Y., Yue and W. Q. Y. Yue. 2007. Adsorption Kinetics of nitrate from aqueous solutions onto modifield wheat residue. Colloids Surf, A308: 1-5.
Xing, X., Gao, Zhong, Q.Q., Yue, Q and Q. Li. 2011. Sorption of nitrate onto amine-crosslinked wheat straw: Characteristics, colomn sorption and desorption properties. Journal of Hazardous Materials, 186: 206-211.
Zhang, L. and X. Sun. 2014. Changes in physical, chemical, and microbiological properties during the two-stage cocomposting of green waste with spent mushroom compost and biochar. Bioresource Technology 171, 274-284
Zhang, X., Tong. J., Hu, B and W, Wei. 2017. Adsorption and desorption for dynamics transport of hexavalent chromium (Cr (VI)) in soil column. Environ Sci Pollut Res. Springer-Verlag GmbH Germany.
Zhao, B.W., Nan, X.J., Li, Y.Q., Liu, H and K. X, Duan. 2021. Modelling Sorption and Leaching Behaviour of Sulphate in Light Sierozem (Calcids) Columns with Rape Straw Biochar Amendments with Steady Flow. Nature Environment and Pollution Technology, 185–192.