Skip to main content
SUPERVISOR
محمدرضا مصدقی (استاد راهنما) غلامعباس صیاد (استاد مشاور) امیرحسین خوش گفتارمنش (استاد مشاور) مجید افیونی مبارکه (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Khanmohamadi
زهرا خان محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Effect of sewage sludge and its biochar on soil physical properties and zinc, lead and nitrate dynamics in the soil under corn
Pyrolytic conversion of sewage sludge to biochar and its agricultural application is considered as one of its management methods. Although chemical and physical properties of sewage sludge biochar have been studied, less attention has been given to the effect of pyrolysis temperatures on water repellency and water-holding capacity of sewage sludge biochar. We hypothesized that sewage sludge biochar has significant effects on soil physical and hydraulic properties, could reduce heavy metals availability for plants, and might decrease nitrate and heavy metals leaching from the soil and can increase maize dry matter yield. Our results showed increasing pyrolysis temperature decreased biochar yield and total nitrogen. Conversions of sewage sludge to biochar decreased water repellency severity from very at 300 °C to low severe at 700 °C. Biochar application increased and decreased maize shoot yield relative to the control in clay loam and loam soils, respectively. Sewage sludge and its biochar application increased soil repellency index, saturated hydraulic conductivity, relative stability ratio and decreased water-dispersible clay. Nitrate concentration in the leachate was lower in sewage sludge- and biochar-treated soils compared to control, which might be attributable to greater N immobilization due to higher C/N ratio in these treatments. HYDRUS-1D could accurately simulate the water flow but did not successfully predict the nitrate traort. Keywords: Sewage sludge, Pyrolysis, Biochar, Maize, Nitrate, HYDRUS-1D.
بیوچار یک ماده جامد غنی از کربن است که طی فرآیند پیرولیز زیتوده در شرایط عدم حضور و یا حضور جزئی اکسیژن تولید می‌شود. در سال‌های اخیر استفاده از بیوچار به عنوان ابزاری برای ترسیب کربن در خاک‌ها و جبران نقش انسان در خروج دی‌اکسیدکربن (CO 2 ) و نیز به دلیل اثرات مثبت آن در کشاورزی به عنوان یک اصلاح‌کننده خاک مورد توجه قرار گرفته است. رساله حاضر در قالب سه مطالعه با هدف بررسی اثر لجن فاضلاب و بیوچار آن بر ویژگی‌های فیزیکی خاک و پویایی روی، سرب و نیترات در خاک تحت کشت ذرت انجام شد. در مطالعه اول اثر دماهای مختلف پیرولیز بر برخی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی بیوچار بقایای پسته، باگاس نیشکر و لجن فاضلاب بررسی شد. عملکرد بیوچار هرسه نوع بقایا به طور معنی‌داری با افزایش دمای پیرولیز کاهش یافت؛ درحالی‌که عملکرد فاز گاز روند افزایشی نشان داد. با انجام پیرولیز pH و EC لجن فاضلاب به ترتیب افزایش و کاهش یافت. مقدار نیتروژن کل بیوچارها در مقایسه با لجن فاضلاب کمتر بود. غلظت قابل عصاره‌گیری با DTPA فلزات سنگین بیوچارها در مقایسه با لجن فاضلاب کمتر بود. مقدار رطوبت اشباع لجن فاضلاب به طور معنی‌داری بیشتر از بیوچارها بود. تبدیل لجن فاضلاب به بیوچار موجب کاهش شدت آب‌گریزی (WRS) شد. انجام پیرولیز و افزایش دمای پیرولیز سبب افزایش معنی‌دار شوری بیوچار بقایای پسته شد. همچنین با در نظر گرفتن مقدار کم نیتروژن بیوچارهای بقایای پسته و باگاس نیشکر و C/N زیاد بیوچار باگاس نیشکر مطالعات بعدی بر بیوچار لجن فاضلاب متمرکز شد. در مطالعه دوم اثر بیوچار تولید‌شده در دمای 300 درجه سلسیوس بر رشد ذرت، برخی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی دو خاک آهکی فلاورجان (لوم رسی) و زیار (لوم) بررسی شد. مقادیر کاربرد لجن فاضلاب (S) 10، 20 و 40مگاگرم در هکتار (به ترتیب تیمار 1S، 2S و 3S) بود. بیوچار (B) نیز در مقادیر 3/7، 5/14 و 29 (1B، 2B و 3B) اعمال شد. در طول دوره رشد گیاه 6 مرتبه آبیاری انجام و پس از هر آبیاری مقدار سرب، روی و نیترات زه‌آب اندازه‌گیری شد. این اندازه‌گیری‌ها در مطالعه سوم استفاده شد. بیشترین عملکرد وزن خشک اندام هوایی تیمارهای بیوچار در مقدار کاربرد 3/7 مگاگرم در هکتار دیده شد. افزایش مقدار کاربرد بیوچار سبب کاهش عملکرد وزن خشک اندام هوایی نسبت به تیمار شاهد شد. با کاربرد بیوچار در خاک‌های فلاورجان و زیار، عملکرد وزن خشک اندام هوایی در مقایسه با تیمار شاهد به ترتیب افزایش و کاهش یافت. کاربرد بیوچار در خاک‌های فلاورجان و زیار به ترتیب سبب کاهش غلظت سرب قابل عصاره‌گیری با DTPA به میزان 3/22 و4/5 درصد نسبت به تیمار شاهد شد. با کاربرد S و B در تمام مقادیر کاربرد، شاخص آب‌گریزی و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک نسبت به تیمار شاهد افزایش یافته و درصد رس قابل پراکنش کاهش یافت. شاخص نسبت پایداری نسبی (RSR) در تیمار B به طور معنی‌داری بیشتر از تیمارهای و شاهد بود که بیانگرنقش بیشتر تیمار بیوچار در مقایسه با لجن فاضلاب در افزایش پایداری ساختمان خاک ریزوسفر نسبت به توده خاک است. مقدار بیشتر حجم منافذ قابل زه‌کشی (VDP) در تیمارهای S و B خاک فلاورجان در مقایسه با تیمار مشابه در خاک زیار نشان می‌دهد که خاک‌های با بافت ریزتر پایداری بیشتری نسبت به خاک‌های درشت‌بافت دارند. در هر دو خاک برازش داده‌های اندازه‌گیری‌شده منحنی مشخصه رطوبتی خاک (SWCC) با مدل دورنر نشان دادکه افزودن S و B به خاک سبب افزایش سهم منافذ ساختمانی (w 2 ) شد، که می‌تواند به دلیل نقش آن‌ها در ساختمان‌سازی باشد. در مطالعه سوم حرکت آب و املاح در تیمارها مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه‌سازی حرکت آب و املاح توسط نرم‌افزار HYDRUS-1D مرزهای بالایی و پایینی ستون برای جریان آب به ترتیب باز به اتمسفر و رویه نشت و برای جریان املاح غلظت جریان در نظر گرفته شد. در هر دو خاک کاربرد S و B سبب کاهش مقدار تجمعی نیترات زه‌آب شد که می‌تواند به دلیل نسبت بیشتر C/N در خاک‌های پس از برداشت این تیمارها نسبت به تیمار شاهد باشد. بر اساس منحنی‌های رخنه، غلظت نیترات زه‌آب در تیمارهای S کمتر از تیمارهای B بود. نرم‌افزار HYDRUS-1D قادر به شبیه‌سازی حرکت آب در خاک با مقادیر زیاد R 2 (81/0 تا 95/0) بود اما در شبیه‌سازی داده های آزمایشگاهی SWCC چندان موفق نبود. عدم موفقیت نرم‌افزار HYDRUS-1D در بهینه‌سازی پارامترهای حرکت نیترات می‌تواند به دلیل صرف‌نظر کردن از فرآیندهایی مانند نیتریت‌سازی و یا دنیتریفیکاسیون و در نظر نگرفتن پارامترهای رشد ریشه گیاه در طول دوره آزمایش باشد. واژه ‌ های کلیدی : لجن فاضلاب، پیرولیز، بیوچار، ذرت، نیترات، HYDRUS-1D.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی