اثر کاربرد سوپرجاذب کنترل رهش سنتز شده از بیوچار، هیدروچار و سدیم آلژینات بر ویژگی¬های گیاه آویشن دنایی (Thymus daenensis)

STUDENT

DEGREE

YEAR

Fertilizer and water are two essential elements in plant growth, and it is important to improve the efficiency of their application especially in the areas which are suffering from drought. One of the methods to achieve this is using biodegradable superabsorbent polymers to encapsulate fertilizer granules. In the first part of this research, the influence of the two main factors determining the yield and properties of biochar, a range of production temperatures (300–700 ? C) and a set of agricultural feedstocks (rice husk, rapeseed meal, bagasse and prune wood) was used to produce biochar samples. The produced biochars were analyzed for their elemental compositions, surface areas and surface functional groups. The results showed that both feedstock properties and production conditions are important for determining the yield and properties of biochar. As pyrolysis temperature increased, the carbon content, pH, EC and ash content also increased, while the oxygen and hydrogen contents decreased. This indicates an increasing degree of carbonization. In the second study, the effects of the same waste biomass types and process conditions (temperature and quality of feed water) on the yield and chemical characteristics of the solid product of hydrothermal carbonization (HTC) were examined. The results show that the use of agricultural drainage water as the process medium had no negative effect on the HTC proce also representing minimal impact on carbonization product characteristics and yields. The surface area was low for all hydrochars (from 1.9 to 11 (m 2 /g)), indicating that porous structure was not developed. The hydrochars were generally acidic with a pH value below 5 and the highest electrical conductivity were found in prone wood derived hydrochars. Feedstock type did not significantly influence the chemical composition of the hydrochar apart from nitrogen content and recovery but HTC temperature was the main factor determining the chemical composition of hydrochar. In the third study, a novel hydrogel was synthesized through graft-copolymerisation of acrylic acid and acrylamide onto sodium alginate using ammonium persulfate as initiator, methylene bisacrylamide as crosslinking agent and calcium chloride as precipitating agent. Rapeseed meal biochar that was made at 300?C was also used. A series of graft copolymers, varying in molar ratio of AA and AM was prepared. The structure of hydrogels was characterized by FTIR spectroscope and scanning electron microscopy. The free absorbency capacity and the rate of release were investigated. The grafting efficiency increased as the concentration of AM increased. There was a considerable percentage of nitrogen in the graft copolymers and the release rate of nitrogen from fertilizer in soil and water decreased with increasing the concentration of AM. Soil water retention without hydrogel had remained 63% and 53.4% on the 10 th and 20 th days but with hydrogel it was above 70% even on the last day. In the forth study, the effects of water deficit stress and produced superabsorbent slow release fertilizer (SSRF) on growth, yield and oil production of Thymus daenensis were studied. In the field study the treatments were 3 fertilizer rates (0, 10, 50 Mg ha -1 ) and three irrigation regimes consisting 50%, 70% and 100% of water requirement. Water stress reduced growth, herbage production and content, while increased essential oil content of the plants. It was concluded that the application of 50 Mg ha -1 fertilizer would increase biomass production drastically as compared to other treatments. Key Words Superabsorbent, Controlled-release, Biochar, Hydrochar, Thymus daenensis , Water deficit, Essential oil.

کاهش بارندگی، افزایش روز افزون دمای هوا و از طرف دیگر برداشت بیش از حد آبهای زیرزمینی، به محدودیت آب در اغلب مناطق کشور و صرف هزینه های فراوان در فراهم کردن آب برای آبیاری منجر شده است. دو عامل آب و کود مهمترین عوامل تأثیرگذار در تولید محصولات کشاورزی سالم و با ارزش غذایی بالا محسوب می شوند. امروزه استفاده مداوم از کودهای شیمیایی، علاوه بر مخاطراتی همچون افزایش آلودگیهای زیست محیطی، باعث هدر رفتن مواد مصرفی، انرژی و افزایش هزینه ها خواهد شد. یک راه حل مفید به منظور غلبه بر این مشکلات توسعه کودهای کند رهش و یا به عبارتی فرمولاسیونهای رهایش کنترل شده است تا مواد مغذی متناسب با نیاز گیاهان در اختیار آنها قرار گیرد. در این راستا در پژوهش حاضر تولید کود کنترل رهش بر پایه هیدروژل زیست سازگار با استفاده از پلیمر طبیعی سدیم آلژینات در حضور بیوچار تهیه شده از کنجاله کلزا در دمای 300 درجه سلسیوس انجام گرفت. به عنوان اولین قدم بیوچارهایی با استفاده از کنجاله کلزا، سبوس برنج، باگاس و شاخ و برگ حاصل از هرس درختان در دامنه دمایی 300 تا 700 درجه سلسیوس تهیه گردید. بیوچارهای تهیه شده از نظر ترکیب عناصر، ویژگی های شیمیایی و گروه های عاملی با هم مقایسه شدند تا اثر نوع ماده اولیه و دمای فرآیند پیرولیز بر ویژگی های بیوچار بررسی گردد. نتایج نشان داد که افزایش دمای پیرولیز موجب افزایش غلظت کربن و کاهش غلظت نیتروژن و اکسیژن، افزایش pH، کاهش عملکرد تولید بیوچار و افزایش سطح ویژه بیوچارهای تهیه شده گردیده است. به منظور بررسی اثر دما و کیفیت محیط واکنش ذغالش گرمابی بر ویژگی های هیدروچار، با استفاده از مواد اولیه نامبرده و استفاده از دو محیط واکنش آب مقطر و زهاب کشاورزی در دو دمای 150 و 300 درجه سلسیوس فرآیند ذغالش گرمابی انجام گرفت. نتایج این بررسی نشان داد که استفاده از زهاب کشاورزی به عنوان محیط واکنش اثر نامطلوبی بر ویژگی های هیدروچارهای تهیه شده نداشته است اما راه حل مناسبی برای صرفه جویی در مصرف آب مورد استفاده در این فرآیند در مقیاس بزرگ خواهد شد. علاوه بر این pH همه هیدروچارهای تولید شده اسیدی بود. پس از بررسی ویژگی های هیدروچارها و بیوچارهای تهیه شده و با در نظر گرفتن جمیع موارد که مهمترین آن غلظت نیتروژن موجود در بیوچار بوده است، بیوچار تهیه شده از کنجاله کلزا در دمای 300 درجه سلسیوس به عنوان افزودنی کود پلیمری سوپرجاذب انتخاب شد. تهیه کودهای پلیمری سوپرجاذب از طریق پیوند زدن مونومرهای سنتزی اکریلیک اسید و اکریل آمید با غلظت های مختلف روی زنجیره های پلیمری سدیم آلژینات با استفاده از روش پلیمریزاسیون محلول و در حضور عامل ایجادکننده اتصالات عرضی متیلن بیس آکریل آمید و استفاده از آمونیوم پرسولفات به عنوان آغازگر واکنش انجام شد. همچنین از مواد مغذی موجود در نیز برای غنی سازی کود تهیه شده طی فرآیند پلیمرسازی استفاده گردید. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت اکریلامید، درصد پیوندزنی و درصد بازده پیوندزنی افزایش یافته است و نتایج حاصل از آنالیز گروه های عاملی نشان می دهد که پلیمرهای تهیه شده به شکل مناسبی پیوند یافته است. نتایج حاصل از مطالعات رهش کود نشان داد که الگوی آزادسازی مواد مغذی از کودهای تهیه شده از انطباق خوبی با استاندارد کمیته استاندارد سازی اروپا در مورد کودهای کنترل رهش برخوردار است. در نتیجه این نوع فرمولاسیون می تواند به عنوان یک فرمولاسیون آهسته رهش کود و ریز مغذی با کارایی بالا در جذب و نگهداشت آب در زمینه کشاورزی و باغبانی مورد استفاده قرار گیرد. اثر سه سطح کود پلیمر سوپرجاذب (صفر، 10 و 50 تن درهکتار) و سه رژیم آبیاری (آبیاری کامل، 50 و 70 درصد نیاز آبی گیاه) روی رشد، عملکرد و تولید اسانس گیاه دارویی آویشن دنایی طی آزمایش های انجام شده در لایسیمتر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که میزان عملکرد و اسانس تولید شده توسط گیاه تحت تأثیر مصرف هیدروژل قرار گرفت. با افزایش شدت تنش، محتوای اسانس بیشتر شده اما عملکرد اسانس در تیمارهای 70 و50 درصد نیاز آبی گیاه نسبت به تیمار بدون تنش کاهش نشان داد. نتایج حاکی از این بود که مصرف 50 تن درهکتار کود پلیمری سوپر جاذب منجر به 17 درصد افزایش در وزن خشک گیاه و 12 درصد افزایش در میانگین ارتفاع گیاه گردید. فرمولاسیونهای کنترل رهش کود تهیه شده در این پژوهش از قابلیت حفظ آب بسیار خوبی برخوردار هستند و از این رو می توانند به عنوان مواد ذخیره کننده آب و مواد مغذی به شکل مؤثری در خاک مورد استفاده قرار گیرند. کلمات کلیدی: پلیمر سوپرجاذب، کود کنترل رهش، بیوچار، هیدروچار، آویشن دنایی، تنش خشکی، پلیمریزاسیون پیوندی، سدیم آلژینات .