اثر بیوچار پوسته برنج بر برخی ویژگی‌های فیزیکی خاک و رشد ذرت در یک خاک لومی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد فیزیک و حفاظت خاک، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، ایران

2 دانشجوی دکتری جنگل‌شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

چکیده

در دهه اخیر استفاده از بیوچار به‌ عنوان اصلاح‌کننده خاک، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. محققان متعددی به مطالعه اثرات اصلاح­کنندگی بیوچار بر ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک پرداخته­اند. هدف از این مطالعه، بررسی تأثیر بیوچار (زغال زیستی) حاصل از پوسته شلتوک برنج بر برخی از ویژگی­های فیزیکی خاک و رشد گیاه ذرت می­باشد. برای این منظور گلدان­های آزمایشی با سه تکرار حاوی مخلوط خاک لومی و بیوچار در سه سطح کاربرد صفر (شاهد)، 2 و 4 درصد وزنی به مدت سه ماه تحت کشت گیاه ذرت رقم سینگل کراس 704 قرار گرفتند. بیوچار پوسته شلتوک برنج تحت دمای °C 500 طی فرآیند تجزیه حرارتی در کوره الکتریکی تولید شد. ویژگی­های فیزیکی خاک پس از اتمام دوره رشد گیاه اندازه­گیری شدند. جمع­آوری داده­های مربوط به ارتفاع گیاه نیز به‌طور هفتگی انجام شد. همچنین گسترش ریشه نیز پس از پایان دوره رشد ارزیابی شد. نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار با کاهش جرم مخصوص خاک، افزایش هدایت هیدرولیکی اشباع، افزایش تخلخل کل و همچنین افزایش مقدار آب قابل دسترس خاک، سبب بهبود ویژگی­های فیزیکی خاک می­شود. ارتفاع گیاه در هفته نهم از دوره رشد به طور معنی­داری از 75 سانتی­متر در خاک شاهد به 85 سانتی­متر در خاک حاوی بیوچار 4% رسید. همچنین وزن خشک اندام هوایی گیاه نیز در خاک بیوچار 2% و 4%، به ترتیب 7/154 و 8/156 گرم بود که نسبت به خاک شاهد (8/148) افزایش معنی­داری داشت. افزودن بیوچار تأثیر معنی­داری بر سطح ریشه، وزن خشک ریشه، قطر ریشه و طول ریشه نداشت. به طور کلی می­توان نتیجه­گیری کرد که افزودن بیوچار سبب ایجاد تغییرات در برخی ویژگی­های فیزیکی خاک مانند جرم مخصوص ظاهری، تخلخل، محتوای آب در دسترس خاک و همچنین هدایت هیدرولیکی اشباع می­شود. همچنین نتایج نشان داد که افزایش سطح کاربرد بیوچار از 2 به 4 درصد، دارای اثرات مثبت به ‌مراتب قوی­تری در خاک خواهد بود. انجام آزمایش­هایی در مقیاس بزرگتر قطعاً به تصدیق یافته­های این پژوهش کمک شایانی خواهند نمود. همچنین بررسی اثرات طولانی­مدت بیوچار در خاک نیز ضروری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Rice Husk Biochar on Some Physical Characteristics of Soil and Corn Growth in a Loamy Soil

نویسندگان [English]

  • M. Ghorbani 1
  • E. Amirahmadi 2
1 MSc. Soil Science, Department of Soil Science, University of Guilan, Rasht, Iran
2 PhD Candidate, Forestry & Forest Ecology, Sari University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Sari, Iran
چکیده [English]

In the last decade, the use of biochar as a soil amendment has been of interest to researchers. Many researchers have conducted studies on the effects of biochar on soil physical and chemical properties. The purpose of this study was to investigate the effect of rice husk biochar on some physical characteristics of soil and corn growth. For this purpose, experimental pots with three replicates were filled with a mixture of loamy soil and three levels of biochar: zero (control), 2% and 4 % (wt). The pots were planted to seed corn cv. Single Cross 704 and studied for three months. Rice husk biochar was produced at a temperature of 500 °C during the pyrolysis process in an electrical furnace. The physical properties of soils were measured after plant growth period. Data collection on plant height was done weekly. Root expansion was also evaluated at the end of the growth period. The results showed that biochar application improved soil physical properties by decreasing soil bulk density, increasing saturated hydraulic conductivity, increasing porosity, and increasing the amount of available water in soil. The height of the plant in the ninth week of growth period was 85 cm in the soil containing 4% biochar, significantly higher than 75 cm in the control soil. The shoot dry weight in 2% and 4% biochar was 154.7 and 156.8 g, respectively, which was significantly higher than the control (148.8 g). No significant effect was observed in root surface, root dry weight, root diameter and root length. In general, it can be concluded that the addition of biochar causes changes in some physical properties of the soil such as bulk density, porosity, water content of the soil as well as saturated hydraulic conductivity. Also, the results showed that increasing the level of biochar application from 2% to 4% would have more potentially positive effects in the soil. Performing larger-scale experiments will definitely help to confirm the findings of this study. It is also necessary to investigate the effects of long-term biochar in soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil amendment
  • Porosity
  • Bulk density
  • Available water content
  • Saturated hydraulic conductivity
  1. رستمیان، ر.، م. حیدرپور، س.ف. موسوی، م. افیونی. 1394. بررسی کاربرد زغال زیستی تهیه شده از شلتوک برنج در شوری­زدایی آب آبیاری. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، جلد ۱۹، شماره ۷۱، 30-21.
  2. رضایی، ن.، ف. رزاقی، ع. سپاسخواه، س.ع.ا. موسوی. 1397. تأثیر بیوچار و شوری آب آبیاری بر خصوصیات شیمیایی خاک تحت کشت باقلا. مجله پژوهش­های علوم خاک و آب، جلد 32، شماره 1، 13-24.
  3. زلفی باوریانی، م.، ع. رونقی، ن. کریمیان، ر. قاسمی، ج. یثربی. 1395. اثر بیوچار تهیه شده از کود مرغی در دماهای متفاوت بر ویژگی‌های شیمیایی یک خاک آهکی. مجله علوم آب و خاک - علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. جلد ۲۰، شماره ۷۵، 73-86.
  4. زلفی باوریانی، م.، ع. رونقی، ن. کریمیان، ر. قاسمی، ج. یثربی. 1396. اثر بیوچار تهیه شده از کود مرغی بر فراهمی زیستی و بازیابی فسفر در یک خاک آهکی. مجله علوم آب و خاک - علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. جلد 21، شماره 1، 23-35.
  5. قربانی، م.، ح. اسدی، س. ابریشم­کش. 1394. تأثیر بیوچار (زغال زیستی) پوسته شلتوک برنج بر آبشویی نیترات در یک خاک رسی. مجله پژوهش­های علوم خاک و آب، جلد 29، شماره 4، 127-134.
  6. گویلی، ا.، ع.ا. موسوی، ع.ا. کامکار حقیقی. 1396. اثر بیوچار کود گاوی بر ترکیب شیمیایی اسفناج رشد یافته در وضعیت‌های رطوبتی مختلف در یک خاک آهکی. مجله پژوهش­های علوم خاک و آب، جلد 31، شماره 4، 525-544.
  7. مسعودی، ف.، م. شیروانی. سینتیک و هم­دمای جذب نیکل توسط زغال زیستی بقایای درخت خرما گرماکافت شده در دماهای مختلف. 1396. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، جلد ۲۱ شماره ۴ صفحات ۱-۱۳.
  8. نجفی قیری، م. 1394.تأثیر کاربرد بیوچارهای مختلف بر برخی ویژگی­های خاک وقابلیت جذب بعضی از عناصرغذایی در یک خاک آهکی مجله پژوهش­های علوم خاک وآب، جلد 29، شماره 3، 351-358.
  9. نجفی قیری، م.، ح. بوستانی، ع. محمودی. 1397. تأثیر بقایای سه گونه گیاهی و بیوچار آنها بر برخی ویژگی­ها و وضعیت پتاسیم یک خاک آهکی. مجله پژوهش­های علوم خاک و آب، جلد 32، شماره 1، 25-36.
  10. Abdul, N.F., and N.S. Abdul.2017. The effect of biochar application on nutrient availability of soil planted with MR219. Journal of Microbial & Biochemical Technology, 9: (2) 512-519.
  11. Abel, S., A. Peters, S. Trinks,H. Schonsky, M. Facklam,G. Wessolek.2013. Impact of biochar and hydrochar addition on water retention and water repellency of sandy soil. Geoderma,202:183–191.
  12. Asai, H., B.K. Samson,H.M. Stephan, K. Songyikhangsuthor, K. Homma,Y. Kiyono, Y. Inoue,T. Shiraiwa, T. Horie. 2009. Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos: 1. Soil physical properties, leaf SPAD and grain yield. Field Crop Research, 111:81–84.
  13. Brassard, P., G. Stephane, R. Vijaya. 2016. Soil biochar amendment as a climate change mitigation tool: Key parameters and mechanisms involved. Journal of Environmental Management. 181:484–497.
  14. Burrell, L.D., F. Zehetner,N. Rampazzo,B. Wimmer,G. Soja. 2016. Long-term effects of biochar on soil physical properties. Geoderma, 282: 96-102.
  15. Burt, R. 2004). Soil survey laboratory methods manual. Soil survey investigations report No. 42, Version 4. United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, National Soil Survey Center.
  16. Carvalho, M., B. Madari, L. Bastiaans, P.V. Oort,W. Leal, A. Heinemann. 2016. Properties of a clay soil from 1.5 to 3.5 years after biochar application and the impact on rice yield. Geoderma, 276: 7–18.
  17. Dong, D., Q. Feng, K. McGrouther, M. Yang, H. Wang, W. Wu. 2015. Effects of biochar amendment on rice growth and nitrogen retention in a waterlogged paddy field. Journal of Soils and Sediments, 15:153–162.
  18. Eickhorst, T., and R. Tippkotter. 2009. Management-induced structural dynamics in paddy soils of southeast China simulated in microcosms. Soil and Tillage Research, 102:168–178.
  19. Głąb, T., J. Palmowska,T.Zaleski. 2016. Effect of biochar application on soil hydrological properties and physical quality of sandy soil. Geoderma, 281: 11-20.
  20. Hardie, M., B. Clothier, S. Bound, G. Oliver, D. Close. 2014. Does biochar influence soil physical properties and soil water availability? Plant and Soil, 376: 347–361.
  21. Herath, H., M. Camps-Arbestain, M. Hedley. 2013. Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: an alfisols and an andisols. Geoderma, 210: 188–197.
  22. Hillel, D. 1998. Environmental Soil Physics. Academic Press, San Diego.
  23. Jin, J., M. Wang, Y. Cao, S. Wu, P. Liang, Y. Li, J. Zhang, J. Zhang, M.H. Wong, S. Shan, P. Christie. 2017. Cumulative effects of bamboo sawdust addition on pyrolysis of sewage sludge: Biochar properties and environmental risk from metals. Bioresource Technology, 228: 218-226.
  24. Khaleel, R., K.R. Reddy,M.R. Overcash.1981. Changes in soil physical properties due to organic waste applications: a review. Journal of Environmental Quality, 10:133–141.
  25. Kutilek, M., L. Jendele, K.P. Panayiotopoulos. 2006. The influence of uniaxial compression upon pore size distribution in bi-modal soils. Soil and Tillage Research, 86:27–37.
  26. Laird, D.A., P. Fleming,D.D. Davis,R. Horton,B.Q. Wang,D.L. Karlen. 2010. Impact of biochar amendments on the quality of a typical midwestern agricultural soil. Geoderma, 158: 443-449.
  27. Laxman Rao, P., G. Jayasree, G. Pratibha,T. Ram Prakash. 2017. Effect of soil amendments on physical properties of soil in maize (zea mays L.). Current Microbiology, 6(6): 2082-2091.
  28. Lehmann, J., and S. Joseph. 2009. Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Earthscan Publications Ltd. ISBN 978-1-84407-658-1.
  29. Li, J.H., G.H. Lv,W.B. Bai,Q. Liu,Y.C. Zhang,J.Q. Song. 2016. Modification and use of biochar from wheat straw (triticum aestivum L.) for nitrate and phosphate removal from water. Desalination and Water Treatment, 57(10): 4681-4693.
  30. Lu, G.Y., K. Ikeya, A. Watanabe. 2016. Size distribution of carbon layer planes in biochar from different plant type of feedstock with different heating temperatures. Chemosphere, 163: 252-258.
  31. Ma,N., I. Zhang, Y. Zhang, L. Yang,C. Yu,G. Yin, T.A. Doane, Z. Wu, P. Zho, X. Ma. 2016. Biochar improves soil aggregate stability and water availability in a mollisol after three years of field application. Public Library of Science, 11(5): 113-118.
  32. Mukherjee, A., R. Hamdan,W.T. Cooper,A.R.A. Zimmerman. 2013. Chemical comparison of freshly-produced and field-aged biochars and biochar-amended soils. Chemosphere, 6: 731-760.
  33. Naisse, C., C. Girardin, R. Lefevre. 2015. Effect of physical weathering on the carbon sequestration potential of biochars and hydrochars in soil. GCB Bioenergy, 7: 488–496.
  34. Noguera, D., M. Rondon,K.R. Laossi,V. Hoyos, P. Lavelle, M.H. Cruz de Carvalho, S. Barot. 2010. Contrasted effect of biochar and earthworms on rice growth and resource allocation in different soils. Soil Biology and Biochemistry, 42: 1017–1027.
  35. Ouyang, L., and R. Zhang. 2013. Effects of biochars derived from different feedstocks and pyrolysis temperatures on soil physical and hydraulics properties. Journal of Soils Sediments, 13: 1561-1572.
  36. Pietikäinen, J., O. Kiikkilä,H. Fritze. 2000. Charcoal as a habitat for microbes and its effect on the microbial community of the underlying humus. Oikos, 89: 231-242.
  37. Reibe, K., K.P. Götz, T.F. Döring, C.L. Rob, F. Ellmer. 2015. Impact of hydro-/biochars on root morphology of spring wheat. Archive of Agronomy and Soil Science, 61(8):1041-1054.
  38. Singh, B.P., Y. Fang,M. Boersma,D. Collins,L. Van Zwieten, L.M. Macdonald. 2015. In situ persistence and migration of biochar carbon and its impact on native carbon emission in contrasting soils under managed temperate pastures. Public Library of Science, 10(10): e0141560.
  39. Soane, B.D. 1990. The role of organic matter in soil compactibility: a review of some practical aspects. Soil and Tillage Research, 16(1–2): 179–201.
  40. Tsakaldimi, M.N., and P.P. Ganatsas. 2006. Effect of chemical root pruning on stem growth, root morphology and field performance of the mediterranean pine pinus halepensis. Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 109: 183-189.
  41. Weng, Z.H., L. Van Zwieten,B.P. Singh,S. Kimber,S. Morris,A. Cowie. 2015. Plant-biochar interactions drive the negative priming of soil organic carbon in an annual ryegrass field system. Soil Biology and Biochemistry, 90: 111-121.
  42. Xu, G., H.B. Shao,J.N. Sun. 2013. What is more important for enhancing nutrient bioavailability with biochar application into a sandy soil: direct or indirect mechanism. Ecological Engineering, 52: 119–124.
  43. Yoo, G.Y., H.J. Kim,J.J. Chen,Y.S. Kim. 2014. Effects of biochar addition on nitrogen leaching and soil structure following fertilizer application to rice paddy soil. Soil Science Society of America Journal, 78: 852-860.