اثر قارچ میکوریزا، لجن فاضلاب و بیوچار حاصل از آن بر شاخص های ساختمان و کیفیت فیزیکی خاک تحت کشت گیاه ذرت

STUDENT

DEGREE

YEAR

In sustainable agriculture, conservation of soil structure and prevention of its degradation is important. Considering the fact that Iran is located in arid and semiarid areas and the arable agricultural lands are limited, soil degradation and erosion should be controled. The objective of this study was to determine the effects of organic fertilizer and mycorrhizal fungi on soil structure, physical quality and hydraulic properties under corn plant. A greenhouse study was conducted in the form of factorial experiment with 3 factors and a complete randomized blocks design with sewage sludge and its' biochar in three replications. Biochar was prepared in a special furnace at 300 °C without oxygen. Sewage sludge and biochar were applied to the soil at 0 (control), 5, 10, 20 and 40 ton/ha. The treatments also included the presence or absence of mycorrhizal fungi. Three months after planting, the shoots and roots of corn plants were harvested and disturbed and undisturbed soil samples were collected from each pot. Application of 40 ton/ha of sewage sludge and biochar in non-inoculated mycorrhizal fungi condition, significantly increased shoot and root biomass, the geometric and mean weight diameters (MWD and GMD) of waterstable aggregates, the shape parameter of van Genuchten model ( n ), residual water content ( ? r ) and mesoporosity and microporosity in the soil. The rate of mycorrhizal fungi colonization in biochar treatments was more than the sewage sludge treatments and biochar had an effective role in increasing the available water (AW) and aggregate stability. One reason for this is biochar high porosity with its high surface area that helps to increase aggregate stability. With increasing levels of sewage sludge and biochar, soil water characteristic curve (SWCC) shifted up and right. Thus, soil water retention at specific matric suction increased. Adding organic fertilizer leads to an increase in the slope of SWCC and the peak of pore size distribution curves (PSD) i.e. the S index. Consequently, in the absence of mycorrhiza, treatment of 40 ton/ha organic fertilizer improves the soil physical quality ( S ). However, this treatment due to its water repellency effect, increased structural instability mechanically dispersible clay (MDC) and decreased macroporosity and AW. Adding the sewage sludge and biochar up to 20 ton/ha in the presence of mycorrhizal fungi improved plant yield, structural stability and soil physical quality to a greater extent than in the absence of mycorrhiza. While 40 ton/ha sewage sludge and biochar in the presence of mycorrhiza did not have a positive effect on soil physical properties. Mycorrhizal fungi even in low organic material inputs significantly reduced MDC and thus improved soil structure. Adding sewage sludge and biochar up to 20 ton/ha in the presence of mycorrhiza, increased microporosity, mesoporosity and especially macroporosity in the soil. This increase was associated with a large percentage mycorrhizal colonization and is related to the hyphea network development of mycorrhizal fungi in soil. As a result, the use of organic fertilizers, especially biochar and mycorrhizal fungi lead to increased soil physical quality and crop yield. Best combination treatmentis application of 20 ton/ha organic fertilizer especially biochar with mycorrhizal fungi. In addition to being economical, this application rate increases soil available water for plants, roots and shoots yields and percentage of mycorrhizal colonization. It also decreases theamount of MDC and improves pore size distribution and soil physical quality. The increased stability of soil structure can probably help to reduce soil erosion especially in arid and semi-arid regions like Iran. Key word: Sewage sludge, Biochar, Mycorrhizal fungi, Soil structural stability, Dispersible clay, Soil physical quality

در کشاورزی پایدار، حفاظت از ساختمان خاک و جلوگیری از تخریب آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. باتوجه به اینکه کشور ایران در منطقه ی خشک و نیمه خشک قرار دارد و زمین های کشاورزی مرغوب در آن کم است، حفاظت از زمین های موجود و جلوگیری از تخریب ساختمان و فرسایش خاک از اهمیت به سزایی برخوردار است. هدف از انجام این پژوهش بررسی اثر همزمان کود آلی و قارچ میکوریزا بر شاخص های ساختمان و کیفیت فیزیکی و ویژگی های هیدرولیکی خاک تحت کشت گیاه ذرت بود. پژوهش به صورت گلخانه ای در قالب آزمایش فاکتوریل سه فاکتور و با طرح بلوک کامل تصادفی با دو نوع ماده آلی شامل لجن فاضلاب تصفیه خانه ی شاهین شهر و بیوچار آن (ساخته شده در دمای 300 درجه سانتی گراد و شرایط بدون اکسیژن)، هرکدام در 5 سطح 0 (شاهد)، 5، 10، 20 و 40 تن در هکتار و هم چنین وجود و عدم وجود قارچ میکوریزا و در 3 تکرار اجرا شد. پس از گذشت 3 ماه از زمان کاشت، اندام هوایی و ریشه گیاهان برداشت شد و نمونه برداری خاک (دست خورده و دست نخورده) از گلدان ها صورت گرفت. برخی از ویژگی های شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی و هیدرولیکی خاک شامل منحنی مشخصه رطوبتی (SWCC)، منحنی توزیع اندازه منافذ (PSD)، پایداری خاکدانه ها، شاخص کیفیت فیزیکی پیشنهادی دکستر ( S )، تخلخل درشت، میانه و ریز، رس قابل پراکنش مکانیکی(MDC) و آب قابل استفاده خاک برای گیاه (AW) اندازه گیری و محاسبه شد. نتایج نشان داد که در شرایط عدم تلقیح قارچ های میکوریزا، افزودن کود آلی تا سطح 40 تن در هکتار به خاک باعث افزایش عملکرد ریشه و اندام هوایی، میانگین وزنی و هندسی قطر خاکدانه های پایدار در آب (MWD و GMD)، پارامتر شکل مدل ون گنوختن ( n )، رطوبت باقی مانده ( r ? )، فراوانی منافذ میانه و منافذ ریز در خاک شده است. زیرا با افزایش کود آلی، ذرات خاک هم آوری شده و منافذ جدید در خاک ایجاد شده و هم چنین ذرات آلی مستقیماً در جذب آب نقش دارند. میزان کلونیزاسیون قارچ های میکوریزا در تیمارهای بیوچار بیش تر از تیمارهای لجن فاضلاب بود و بیوچار نقش موثرتری در افزایش AW و پایداری خاکدانه ها داشت. علت این موضوع را می توان تخلخل زیاد بیوچار همراه با سطح ویژه بالای آن دانست که به پایداری بیشتر خاکدانه ها کمک می کند. با افزایش سطوح لجن و بیوچار، SWCC به سمت بالا و راست جابه جا شد؛ در نتیجه نگه داشت آب خاک در مکش ماتریک مشخص بیش تر شد. افزودن کود آلی منجر به افزایش شیب SWCC و نقطه اوج PSD یا به عبارتی افزایش شاخص S شد. در نتیجه در شرایط عدم حضور میکوریزا، تیمار 40 تن در هکتار کود آلی باعث افزایش کیفیت فیزیکی خاک شد. ولی در این تیمار به علت اثر دافعه آنیون های آلی و آب گریزی، ناپایداری ساختمانی (MDC) افزایش و فراوانی منافذ درشت و AW کاهش یافت. افزودن کود آلی تا سطح 20 تن در هکتار در حضور قارچ میکوریزا به میزان بیش تری نسبت به عدم حضور میکوریزا، عملکرد گیاه، پایداری ساختمان و کیفیت فیزیکی خاک را بهبود بخشید. در حالی که سطح 40 تن در هکتار کود آلی در حضور میکوریزا تاثیر مثبتی بر ویژگی های فیزیکی خاک نداشت. علت این نتیجه را می توان به کاهش میزان کلونیزاسیون قارچ های میکوریزا در اثر افزایش زیاد کود آلی مربوط دانست. وجود قارچ های میکوریزا حتی در شرایط کمبود ماده آلی خاک سبب کاهش چشم گیر MDC و در نتیجه بهبود ساختمان خاک شد. افزودن کود آلی تا سطح 20 تن در هکتار در حضور میکوریزا، فراوانی منافذ ریز، منافذ میانه و به ویژه منافذ درشت خاک را افزایش داد. این افزایش با درصد زیاد کلونیزاسیون میکوریزا در ارتباط بوده و مربوط به توسعه ی شبکه هیف های قارچ میکوریزا در خاک می باشد. در نتیجه استفاده از کود آلی به ویژه بیوچار و قارچ میکوریزا منجر به افزایش کیفیت فیزیکی خاک و عملکرد گیاه شد که این یافته برای خاک های فقیر از ماده آلی و با کیفیت فیزیکی ضعیف دارای اهمیت است. بهترین تیمار ترکیبی کاربرد 20 تن در هکتار کود آلی به ویژه بیوچار همراه با قارچ میکوریزا می باشد. استفاده از این مقدار کود با وجود داشتن صرفه اقتصادی، آب قابل استفاده خاک برای گیاه، عملکرد ریشه و اندام هوایی و درصد تشکیل کلنی میکوریزا را افزایش و مقدار MDC را کاهش داده و باعث بهبود توزیع اندازه منافذ و کیفیت فیزیکی خاک می شود. در نتیجه با کاربرد آن، پایداری ساختمان خاک افزایش و فرسایش خاک کاهش می یابد و باعث می شود گیاهان در شرایط تنش کم آبی به ویژه در مناطق خشک مانند کشور ما، از آب خاک استفاده بیش تری ببرند. واژه های کلیدی : لجن فاضلاب، بیوچار، قارچ میکوریزا، پایداری ساختمان خاک، رس قابل پراکنش، کیفیت فیزیکی خاک