SUPERVISOR
Farshid Noorbakhsh,Hossein Shariatmadari
فرشید نوربخش (استاد راهنما) حسین شریعتمداری (استاد مشاور)
STUDENT
Manijeh Daei
منیژه داعی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
The Response of Some Soil Biological Properties to Leonardite and Humic Acid
Soil health is an important factor in sustainable agriculture. Organic matter supplement is one way to ensure the soil’s health. Contamination of soil by toxic elements is an important issue since it affects the health of organisms both directly and indirectly. Cadmium and lead pose the most risk to human. Adding organic materials to soils contaminated by heavy metals is considered to be an usual remediation practice. Humic substances are the major components of soil organic materials. Leonardite is a type of coal rich in humic substances. New sources of organic material can be useful for supplying soil humus, however, required to verify that these materials are biologically suitable for the soil. Moreover, these substances can be used to reduce or even control the contamination of toxic metals in soil. The objectives of this work is to study the effects of humic acid and Leonardite on some biological properties of soil (first experiment), and the inhibitory effect of heavy metals on the activity of some enzymes with and without the presence of these substances (second experiment). Two sources of humic substances used in this research were a leonardite sample obtained in Iran and a humic acid derived from the same leonardite, applied to a soil at three levels: 0 (Control), 10, and 20 grams of carbon per kilogram of soil. The treatments were applied on two different soils: Shervedan and Langroud. 200 grams of each treatment air dried after 2 months incubation in 25 ? C. In the first experiment, the responses of carbon and nitrogen mineralization, soluble organic nitrogen and also the activities of the urease, acid phosphatase and alkaline phosphatase enzymes to leonardite and humic acid were measured. In the second experiment, the inhibitory effects of lead and cadmium contamination on activities of the named enzymes were measured by inhibition percent (IP) method. The results of the first experiment showed that the presence of leonardite and humic acid increased the carbon and nitrogen mineralization and decrease the urease activity in the soils. The effects of humic acid and leonardite on the activity of acid and alkaline phosphatase were different in the soils. Nitrogen mineralization was positively correlated with carbon mineralization (r=0.891 *** ) and urease activity (r=0.714 *** ), but had no correlation with the other measured parameters. Soluble organic nitrogen was negatively correlated with acid phosphatase activity (r=-0.878 *** ). The activity of urease and alkaline phosphatase enzymes were positively correlated (r=0.540 *** ). Based on the second experiment results, using of humic acid and leonardite had no influence on the inhibitory effects of lead and cadmium on uease, acid phosphatase and alkalin phosphatase activity in Shervedan soil. Using of humic acid and leonardite in Langroud soil, reduced the inhibition effects of lead and cadmium on urease activity, but had no effect on the activity of acid and alkaline phosphatase enzymes. The results showed that the effects of humic substances on soil biological properties were different when the type and levels of the used materials and the soil type changed. Increasing the microbial population and activity was one of the outcomes of using these materials which can improve the carbon and nitrogen cycles in soil. Humic substances have inhibitory effects on urease activity but stimulate the enzyme activity in the presence of lead and cadmium. There were no results to confirm the reduction effects of humic substances on inhibitory effects of lead and cadmium on urease and acid phosphatase activity in this research. Keywords : Humic acid, Leonardite, Soil biological properties, enzyme activity, toxic metals.
کیفیت خاک برای تولید پایدار محصولات کشاورزی، وابسته به سلامت آن است. افزودن مواد آلی به خاک راهی برای تامین سلامت آن به شمار میرود. آلودگی خاک و آب توسط عناصر سمی موضوع بسیار مهمی است، زیرا به طور مستقیم و غیر مستقیم سلامت موجودات زنده را به خطر می اندازد. در این میان، عناصر کادمیم و سرب از سمیترین مواد برای انسان به شمار میروند. افزودن مواد آلی به خاکهای آلوده به فلزات سنگین، یک گزینه معمول جهت اصلاح خاک تلقی میشود. مواد هومیکی جزء اصلی تشکیل دهنده مواد آلی هستند. لئوناردیت نوعی زغال سنگ است که حاوی مقادیر زیادی مواد هومیکی میباشد. منابع جدید مواد آلی میتواند پایه و اساس برخی کودهای مصنوعی آلی تلقی شود. برای نیل به این هدف لازم است نخست سازگاری بیولوژیکی آنها در خاک تعیین شود؛ ضمن اینکه این مواد میتوانند در جهت رفع و یا کاهش سمیت برخی از فلزات آلاینده در خاک عمل کنند. در همین راستا پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر هومیک اسید و لئوناردیت بر برخی شاخصهای بیولوژیک خاک (آزمایش اول) و سنجش و مقایسه اثر بازدارندگی عناصر فلزی آلاینده بر فعالیت برخی از آنزیمها در حضور و عدم حضور این مواد در خاک (آزمایش دوم) انجام شد. در این تحقیق از لئوناردیت استخراج شده از معادن ایران و هومیک اسید فرآوریشده از همان نوع لئوناردیت، به عنوان دو منبع مواد هومیکی استفاده شد. دو تیمار شامل خاک مخلوط با لئوناردیت و خاک مخلوط با هومیک اسید در سه سطح صفر (شاهد)، 10 و 20 گرم کربن آلی در هر کیلوگرم خاک در نظر گرفته شد. آزمایشها بر روی دو خاک (دارای تفاوت اقلیمی) شامل خاک شرودان و لنگرود انجام شد. از هر تیمار مقدار 200 گرم تهیه و بعد از 2 ماه انکوباسیون در دمای 25 درجه سانتیگراد، هوا خشک گردید. در آزمایش اول اثر لئوناردیت و هومیک اسید بر مقدار معدنیشدن کربن، معدنیشدن نیتروژن و نیتروژن آلی محلول و همچنین اثر آنها بر فعالیت آنزیمهای اورهآز، اسید فسفاتاز و آلکالین فسفاتاز بررسی شد. در آزمایش دوم اثر بازدارندگی عناصر آلاینده سرب و کادمیم بر فعالیت این آنزیمها، با روش درصد بازدارندگی (IP) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش اول نشان داد کاربرد هومیک اسید و لئوناردیت موجب افزایش معدنیشدن کربن، معدنیشدن نیتروژن، نیتروژن آلی محلول و کاهش فعالیت آنزیم اورهآز در هر دو خاک شد. تاثیر هومیک اسید و لئوناردیت بر فعالیت آنزیمهای اسید فسفاتاز و آلکالین فسفاتاز در دو خاک متفاوت بود. معدنیشدن نیتروژن با معدنیشدن تجمعی کربن ( *** 891/0=r) و فعالیت آنزیم اورهآز ( *** 714/0-=r) همبستگی معنیدار داشت، اما با سایر فرآیندهای اندازهگیری شده همبستگی معنیداری نشان نداد. نیتروژن آلی محلول تنها با فعالیت آنزیم اسید فسفاتاز ( *** 878/0-=r) همبستگی معنیدار داشت که این همبستگی منفی بود. بین فعالیت آنزیم اورهآز با فعالیت آنزیم آلکالین فسفاتاز ( *** 540/0=r) همبستگی مثبت و معنیدار مشاهده شد. همچنین بین فعالیت آنزیم اورهآز با معدنیشدن نیتروژن و معدنیشدن تجمعی کربن رابطه رگرسیون خطی معنیدار مشاهده گردید. طبق نتایج آزمایش دوم، در خاک شرودان کاربرد هومیک اسید و لئوناردیت تاثیری بر کاهش بازدارندگی سرب و کادمیم بر فعالیت آنزیمهای اورهآز، اسید فسفاتاز و آلکالین فسفاتاز نداشت. در خاک لنگرود، کاربرد هومیک اسید و لئوناردیت موجب کاهش اثر بازدارندگی سرب و کادمیم بر فعالیت آنزیم اورهآز گردید اما تاثیری بر میزان بازدارندگی این عناصر روی فعالیت آنزیمهای اسید فسفاتاز و آلکالین فسفاتاز نداشت. نتایج این تحقیق نشان داد که تاثیر مواد هومیکی بر صفات بیولوژیک خاک بنا به نوع و سطح کاربرد این مواد و شرایط خاک میتواند متفاوت باشد. افزایش جمعیت و فعالیت میکروبی یکی از پیامدهای حضور این مواد در خاک است که میتواند در جهت بهبود چرخه کربن و نیتروژن در خاک عمل کند. مواد هومیکی، بازدارنده فعالیت آنزیم اورهآز هستند ولی در حضور آلایندههای سرب و کادمیم فعالیت این آنزیم را افزایش میدهند. در این تحقیق اطلاعاتی مبنی بر تاثیر مواد هومیکی بر کاهش اثرات بازدارنده آلایندههای کادمیم و سرب بر فعالیت آنزیمهای اورهآز و اسیدفسفاتاز مشاهده نشد. واژههای کلیدی: هومیک اسید، لئوناردیت، صفات بیولوژیک خاک، فعالیت آنزیمی، فلزات آلاینده