SUPERVISOR
Farshid Noorbakhsh,Amir Abdolmaleki
فرشید نوربخش (استاد راهنما) امیر عبد الملکی (استاد مشاور)
STUDENT
Samira Salamyan
سمیرا سلامیان قهدریجانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
Biodegradable polymers like chitosan have recently attracted many attention due to increasing demands for food and the enhancing trend for organic agriculture. There is a need to develop slow release fertilizers in order to save soil and environment from anthropogenic sources of pollution. Chitosan have been used extensively in various industries because it is believed that no serious pollution is anticipated when chitosan enter the environment. However, the fate of C and N releases in the environment due to chitosan application has not been well understood. A study was conducted to investigate: 1) the biodegradation kinetics of chitosan in soils and 2) the effects of chitosan on some soil biological indices. Two surface (0-15 cm) calcareous soils were collected from Shervedan and Khansar in Isfahan province. In the first experiment, cumulative C mineralization was measured in soils treated with two types of high molecular (HMW) and low molecular (LMW) chitosan as well as control soils. In the second experiment, the soils were treated with 0, 10 and 20 mg chitosan kg -1 of both LMW and HMW types. N mineralization, ammonification, nitrification, biological index of N availability (N ava ) and urease activity were measured at the end of 60 days of incubation at 25 °C and 50% 0f water holding capacity. Analysis of variance and mean separation were performed using a completely randomized design with a factorial arrangement. Results of the first experiment revealed that a first-order kinetic model was conformed to the controls soils while the C mineralization kinetics were followed a zero-order model in the chitosan applied soils. A period of 11-13 days lag phase was detected in biodegradation of chitosan in both soils in which 1.19 and 2.08 % of chitosan were mineralized in Shervedan and Khansar soils, respectively. As the lag phase was ended an accelerated decomposition period was observed with a much steeper slope to the end of the experiment (30 days). A total of 18.53 and 11.89 % of the chitosan C was mineralized in Shervedan and Khansar soils, respectively. Results of the second experiment indicated that LMW treatment in the Shervedan soil have caused an increase in N mineralization to 988.24 mg N kg -1 . Ammonification and nitrification were both increased as the chitosan application level raised to 10 and 20 mg chitosan kg -1 . Ammonification rates increased to 59.48 and 64.06 mg kg -1 , for HMW and LMW, respectively. Nitrification rates were also increased to 841.83 and 924.19 mg kg -1 , for HMW and LMW, respectively. The maximum rates of N ava index (116.67 mg N kg -1 ) and urease activity (mg N kg -1 h -1 ) were achieved when HMW was applied at the rate of 20 mg kg -1 . Both types of chitosan were negatively influenced the N ava index and urease activity, regardless of the application level. Considering the response of the variables studied, the behavior of nitrification was similar to N mineralization compared to other variables. Keywords: Chitosan, decomposition kinetics, N mineralization, C mineralization, urease activity
با افزایش جمعیت جهانی در سال های اخیر و نیاز دوچندان به محصولات کشاورزی ارگانیک و آلودگی منابع خاک، استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر همچون کیتوزان در کشاورزی بویژه در صنایع تولید کودهای کند رهش توسعه یافته است. از طرفی با توجه به این که کیتوزان بیو پلیمری زیست سازگار است و در صنایع مختلف کاربرد دارد و در صورت ورود به محیط زیست سبب آلودگی محیط نمی شود، بنابراین بررسی سرنوشت این ماده در محیط خاک و بررسی پاسخ برخی از صفات بیولوژیک خاک به این ماده حائز اهمیت است. در این پژوهش جهت بررسی تجزیه پذیری کیتوزان در خاک و آثاری که بر فرآیندهای میکروبی در خاک می گذارد، پاسخ فرآیندهای معدنی شدن کربن و معدنی شدن نیتروژن خاک به این پلیمر مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور از عمق 0 تا 15 سانتی متری خاک دو منطقه شرودان و خوانسار در استان اصفهان نمونه برداری مرکب انجام گرفت. در پژوهش نخست، فرآیند معدنی شدن کربن با دو نوع کیتوزان وزن مولکولی زیاد (HMW)و وزن مولکولی کم (LMW) انجام گردید. در پژوهش دوم به منظور بررسی معدنی شدن نیتروژن دو نوع کیتوزان HMW و LMW در سه سطح 0، 10و 20 میلی گرم کربن بر کیلوگرم به خاک ها افزوده شد و نمونه ها در طی دوره 60 روزه در سه تکرار انکوباسیون شدند. در پایان انکوباسیون معدنی شدن خالص نیتروژن، آمونیفیکاسیون خالص، نیتریفیکاسیون خالص، شاخص بیولوژیک قابلیت جذب نیتروژن و فعالیت آنزیم اوره آز اندازه گیری گردید. و آزمایش ها به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار در قالب دو پژوهش صورت گرفت. یافته ها در پژوهش اول حاکی از آن است که، معدنی شدن کربن در تیمار شاهد در هر دو خاک شرودان و خوانسار از توزیع نمایی و سینتیک رده اول پیروی کرد، ولی روند معدنی شدن کربن در هر دو خاک شرودان و خوانسار تیمار شده با هر دو نوع کیتوزان HMW و LMW دارای توزیع خطی شد و بر سینتیک رده صفر منطبق گردید. همچنین تجزیه کیتوزان در هر دو خاک شرودان و خوانسار تا 13-11 روز پس از انکوباسیون در فاز تأخیری به سر برده و به ترتیب به میزان 08/2 و 19/1 درصد تجزیه گردید. با ورود به فاز دوم، فرآیند تجزیه تشدید یافته و در خاک شرودان و خوانسار به ترتیب به میزان 53/18 و 89/11 درصد از ماده ورودی تجزیه شده است. یافته ها در پژوهش دوم بیانگر آن است که در خاک شرودان، تیمار کیتوزان LMW منجر به افزایش معنی دار فرآیند معدنی شدن نیتروژن به میزان 24/988 میلی گرم بر کیلوگرم شد. در خاک شرودان هر دو نوع کیتوزان HMW و LMW، با افزایش سطح از 10 به 20 میلی گرم کربن بر کیلوگرم منجر به افزایش معنی دار فرآیند آمونیفیکاسیون به ترتیب برابر با 48/59 و 06/64 میلی گرم بر کیلوگرم و فرآیند نیتریفیکاسیون برابر با 83/841 و 19/924 میلی گرم بر کیلوگرم شده است. در سطح 20 میلی گرم کربن بر کیلوگرم تیمار HMW در خاک شرودان، شاخص بیولوژیک قابلیت جذب نیتروژن (67/116 میلی گرم بر کیلوگرم) و فعالیت آنزیم اوره آز (4/190 میلی گرم بر کیلوگرم خاک بر ساعت) در بین تیمارها به بالاترین سطح رسیدند. در خاک خوانسار سطح 10 تیمار LMW بیشترین تأثیر را بر فرآیندهای معدنی شدن نیتروژن و نیتریفیکاسیون داشت. اثر دو نوع کیتوزان HMW و LMW بر شاخص بیولوژیک قابلیت جذب نیتروژن و فعالیت اوره آز در هر دو سطح 10 و 20 میلی گرم کربن بر کیلوگرم خاک خوانسار نسبت به تیمار شاهد کاهنده بود. به طور کلی در خاک های تیمار شده با کیتوزان، نیتریفیکاسیون در مقایسه با آمونیفیکاسیون بیشترین تأثیر را بر معدنی شدن نیتروژن داشته است. از طرفی آغاز فاز دوم تجزیه منجر به بروز ثبات در رابطه بین معدنی شدن نیتروژن و کربن شد. همچنین در خاک خوانسار تیمار شده با کیتوزان، بر روی فعالیت آنزیم اوره آز خاصیت بازدارندگی مشاهده گردید. واژگان کلیدی: کیتوزان، سینتیک تجزیه، معدنی شدن کربن، معدنی شدن نیتروژن، آنزیم اوره آز