SUPERVISOR
Mohammad Reza Mosaddeghi,Hossein Shariatmadari
محمدرضا مصدقی (استاد راهنما) حسین شریعتمداری (استاد مشاور)
STUDENT
Mahsa Hadadian Khouzani
مهسا حدادیان خوزانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Effect of Ligustrum Shoot Residues, Biochar and Compost on Available Water Quantities (PAW, LLWR, IWC and EI) and Physical Quality in Two Texturally–Different Soils
Water, air, mechanical resistance and temperature are the four main physical properties of soil affecting root growth and water uptake by plants. Soil organic conditioners could improve soil structure, physical quality and hydraulic properties. The objective of this study was to investigate the effect of Ligustrum ’ pruning shoot residues, its’ biochar and compost on soil physical and chemical properties, physical quality, available water quantities and integral energy. The organic treatments were added in three levels (0, 1 and 2 mass percent) to two texturally-different soils, and then the treated soils were packed into steel cylinders. The amended soil samples were subjected to 10 wetting and drying cycles during an incubation period. Then, selected soil physical and chemical properties were measured in the treated soils. The results indicated that organic treatments increased the soil organic carbon storage and water repellency, and decreased the water-dispersible clay (i.e. structural instability); as a consequence the soil structure and physical quality were improved. The organic carbon content was greater, but microbial respiration, water-dispersible clay and water repellency were lower in clay loam soil when compared to sandy loam soil. The C/N ratio was significantly greater in application rate of 2% compared to 1% in the amendment treatments. In addition, the C/N ratio was greater in the biochar-treated soil compared to the compost-treated one. Amendment type significantly affected soil microbial respiration, carbohydrate, saturated hydraulic conductivity, organic carbon, water-dispersible clay, total nitrogen and C/N ratio. The increment in amendment application rate increased soil carbohydrate, saturated hydraulic conductivity, organic carbon, total nitrogen and C/N ratio and decreased water-dispersible clay. Adding the organic amendments (especially biochar) to clay loam soil enhanced organic carbon, decreased water-dispersible clay and increased soil structural stability (as determined by high energy moisture characteristic, HEMC). The organic treatments increased the soil water content in the range of field capacity to permanent wilting point; the highest increase was observed for the compost-treated soil. Penetration resistance was always lower in clay loam soil compared to sandy loam soil. In the wet range, biochar and compost significantly decreased soil penetration resistance when compared with the residue. In the dry range, however, the trend was changed and the penetration resistance was the highest in the biochar-treated soil. Soil available water quantities including PAW 100 , LLWR 100 and IWC were greater in clay loam soil than in sandy loam soil. Moreover, adding the organic amendments significantly affected the IWC, while the effect of biochar was least. The higher clay content increased the integral energy ( E I ) for different soil available waters. In addition, amendment type had significant influence on E I(LLWR100) and E I(LLWR330) , while biochar-treated soils had the lowest values of E I . Adding the organic amendments enhanced the soil physical quality index in the structural region ( S 1 ), while the lowest value of S 1 was observed in the biochar treatment following by compost, and the highest value of S 1 was observed in the residue-treated soil. The S 1 was significantly increased due to the increase in application rate (from 1% to 2%). Overally, Ligustrum ’ shoot residues, and its’ biochar and compost are valuable amendments for soil water management and enhancement of soil physical and chemical quality. Keywords: Biochar, Compost, Ligustrum sp., Soil available water, Integral water capacity, Integral energy, Water repellency, Soil physical quality
رطوبت، تهویه، مقاومت مکانیکی و دما چهار ویژگی فیزیکی خاک است که رشد و جذب آب توسط ریشه گیاه را تحت تأثیر قرار می دهند. اصلاح کننده های آلی می توانند بر بهبود ساختمان، کیفیت فیزیکی و ویژگی های هیدرولیکی خاک مؤثر باشند. این پژوهش با هدف بررسی اثر بقایای تازه، بیوچار و کمپوست سرشاخه های هرس درختچه برگ نو بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی، کیفیت فیزیکی، کمّیت های آب فراهم و انرژی انتگرالی آب خاک انجام شده است. تیمارهای آلی در سه سطح 0، 1 و 2 درصد وزنی به دو خاک با بافت مختلف افزوده و خاک تیمارشده درون سیلندرهای استیل قرار گرفت. نمونه های خاک تحت 10 چرخه تر وخشک شدن انکوبه شدند. سپس برخی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک در تیمارهای مورد بررسی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تیمارهای آلی با افزایش ذخیره کربن آلی و شاخص آب گریزی، کاهش مقدار رس قابل پراکنش (کاهش ناپایداری ساختمان)، سبب بهبود کیفیت فیزیکی و ساختمان خاک شدند. در خاک لوم رسی، مقدار کربن آلی بیش تر، و تنفس میکربی، رس قابل پراکنش و شاخص آب گریزی کم تر از خاک لوم شنی بود. نسبت کربن به نیتروژن در سطح 2 درصد نسبت به سطح 1 درصد تیمارهای آلی افزایش معنی داری یافت. هم چنین این نسبت در تیمار بیوچار به طور معنی داری بیش تر از تیمار کمپوست بود. نوع تیمار آلی اثر معنی داری بر برخی ویژگی ها مانند تنفس میکروبی، کربوهیدرات، هدایت هیدرولیکی اشباع، کربن آلی، رس قابل پراکنش، نیتروژن کل و نسبت کربن به نیتروژن خاک داشت. افزایش مقدار کاربرد اصلاح کننده آلی سبب افزایش کربوهیدرات، هدایت هیدرولیکی اشباع، کربن آلی، مقدار نیتروژن کل و نسبت کربن به نیتروژن و کاهش رس قابل پراکنش خاک شد. افزودن اصلاح کننده های آلی (به ویژه بیوچار) در خاک لوم رسی، سبب افزایش کربن آلی، کاهش مقدار رس قابل پراکنش و افزایش پایداری ساختمان خاک (به روش منحنی مشخصه رطوبتی پرانرژی، HEMC) شد. حضور تیمارهای آلی سبب افزایش رطوبت خاک در دامنه رطوبتی گنجایش زراعی تا نقطه پژمردگی دائم شد که این افزایش در تیمار کمپوست نسبت به دو تیمار دیگر بیش تر بود. مقاومت فروروی در خاک لوم رسی همواره کم تر از خاک لوم شنی به دست آمد. در دامنه مرطوب، بیوچار و کمپوست سبب کاهش معنی دار مقاومت فروروی خاک نسبت به تیمار بقایا شدند، اما این اثر در دامنه خشک تغییر کرد و تیمار بیوچار به طور معنی داری مقاومت فروروی بیش تری نسبت به دو تیمار دیگر داشت. مقادیر کمیّت های آب قابل استفاده شامل PAW 100 ، LLWR 100 ، و IWC در خاک لوم رسی بیش تر از خاک لوم شنی بود. هم چنین اثر نوع تیمار آلی تنها بر IWC معنی دار بود که در این بین، بیوچار کم ترین اثر را داشت. با افزایش رس، انرژی انتگرالی ( E I ) برای مفاهیم مختلف آب فراهم خاک افزایش یافت. هم چنین اثر نوع تیمار آلی بر مقادیر E I(LLWR100) و E I(LLWR330) معنی دار شد که بیوچار نسبت به دو تیمار دیگر کم ترین مقدار E I را داشت. افزودن تیمارهای آلی سبب افزایش شاخص کیفیت فیزیکی خاک در ناحیه ساختمانی ( S 1 ) شد ولی کم ترین مقدار S 1 در بین تیمارهای آلی، برای تیمار بیوچار به دست آمد. پس از بیوچار، تیمار کمپوست قرار داشت و بیش ترین مقدار S 1 مربوط به تیمار بقایای تازه بود. افزایش این شاخص در سطح 2 درصد نسبت به 1 درصد تیمارهای آلی نیز معنی دار شد. در مجموع می توان گفت استفاده از بقایای درختچه برگ نو و تبدیل آن به کمپوست و بیوچار در مدیریت آب خاک، و افزایش کیفیت فیزیکی و شیمیایی خاک ارزشمند است. واژه های کلیدی: بیوچار، کمپوست، درختچه برگ نو، آب قابل استفاده خاک، گنجایش آب انتگرالی، انرژی انتگرالی، آب گریزی، کیفیت فیزیکی خاک