پیامد زغال زیستی اصلاح شده ذرت بر برخی ویژگی‌های زیستی یک خاک آهکی آلوده به کادمیوم

سابقه و هدف: انباشتگی فلزهای سنگین در سال‌های گذشته بسته به کارکرد مردم روبه افزایش است. ریزجانداران خاک از بخش‌های مهم خاک بوده که کارکرد آنها وابسته به زهری بودن فلزهای سنگین مانند کادمیوم است. فراسنجه‌های میکروبی می‌توانند برای ارزیابی کیفیت خاک‌های آلوده بکار روند. زغال زیستی همانند یک بهساز خاک می‌تواند با نشان بر زیست‌فراهمی فلزهای سنگین در خاک‌های آلوده، آسیب رسیدن آنها به زنجیره خوراکی مردم را کاهش دهد. هدف از این پژوهش بررسی نشان زغال زیستی و زغال زیستی بهسازی شده ذرت بر فراهمی کادمیوم و دگرش ویژگی‌های زیستی یک خاک آلوده به کادمیوم بود. مواد و روش‌ها: یک نمونه خاک رویین از لایه 20-0 سانتی‌متری نمونه‌برداری شد، سپس با غلظت‌های گوناگون کادمیوم (cd(no3)2) آلوده شد. خاک آلوده برای پنج ماه در تناوب‌های تر و خشک شدن گذاشته شد. زغال‌های زیستی مانده‌های ذرت (bc) و مانده‌های ذرت بهسازی شده با کلرید آهن (fe-bc) در دمای 500 درجه سلسیوس آماده شدند و در اندازه 2 درصد وزنی با نمونه خاک آمیخته شدند. نمونه‌ها برای 90 روز در ظرف‌های پلاستیکی منفذدار، در انکوباتور و در دمای ثابت (2±25)، نگه‌داری شدند. در پایان آزمایش برخی ویژگی‌های شیمیایی خاک، غلظت فراهم کادمیوم و برخی ویژگی‌های زیستی خاک مانند تنفس میکروبی، تنفس برانگیخته با سوبسترا و کربن زیست‌توده میکروبی اندازه‌گیری شدند و بهره متابولیک (qco2) تعیین شد. این پژوهش به‌گونه آزمایش فاکتوریل، با دو فاکتور: آلودگی کادمیوم در سه اندازه صفر، 15 و 30 میلی‌گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک) و چگونگی زغال زیستی در سه تیمار بدون کاربرد زغال زیستی یا گواه آزمایش (ck)، زغال زیستی مانده‌های ذرت (bc) و زغال زیستی مانده‌های ذرت بهسازی شده با کلرید آهن (fe-bc)، در چهارچوب طرح کاملاً تصادفی، در سه تکرار و در دمای آزمایشگاهی انجام شد.یافته‌ها: این پژوهش نشان داد که افزودن زغال زیستی و زغال زیستی بهسازی شده مایه افزایش ph خاک (به‌ترتیب 0.19 و 0.21 واحد)، گنجایش تبادل کاتیونی (6.7 و 10.9 درصد) و کربن آلی خاک (157 و 200 درصد) و کاهش غلظت فراهم کادمیوم در خاک (21.8 تا 41.5 درصد) شد. روی‌هم‌رفته، آلودگی کادمیوم در خاک مایه کاهش معنی‌دار (p <0.05) ویژگی‌های زیستی خاک شد. کاربرد زغال زیستی و زغال زیستی بهسازی شده تنفس میکروبی پایه (%58/7-7/ 24)، تنفس برانگیخته با سوبسترا (%16/8-42/5)، کربن زیست‌توده میکروبی (%24/5-58/6) و کارکرد آنزیم‌ دهیدروژناز (%28/2- 108) را به گونه معنی‌داری (p <0.05) افزایش داد. نشان تیمار fe-bc بر دگرش فراهمی کادمیوم و ویژگی‌های زیستی خاک بیش‌تر از نشان تیمار bc بود.نتیجه‌گیری: روی‌هم‌رفته، یافته‌های این پژوهش نشان داد که زغال زیستی ذرت بهسازی شده با کلرید آهن می‌تواند بهساز آلی شایسته‌ای برای تثبیت کادمیوم در خاک و بهبود کارکرد میکروبی در خاک‌های آهکی آلوده به کادمیوم باشد.

Effect of corn stover-modified biochar on some biological properties of a Cd-contaminated calcareous soil

Background and Objectives: In the past few decades, accumulation of heavy metals in soils has increased as a result of human activities. Microorganisms are one of the important parts of soil, that their activity can be affected by the high levels of heavy metals such as Cadmium (Cd). Soil biological parameters can be used for evaluating the quality of contaminated soils. Biochar as a soil amendment can control bioavailability of heavy metals in contaminated soils and reduce their transfer risk to the food chain. The objective of this study was to evaluate the effect of corn stover biochar and modified corn stover biochar on cadmium (Cd) availability and microbiological properties of a Cdcontaminated soil.Materials and Methods: A soil sample was collected from the surface layer (020 cm) and spiked with different concentrations of Cd (Cd(NO3)2). The contaminated soil was placed in periodic wettingdrying (WD) cycles for about five months in room temperature. Then, corn stover biochar (BC) and modified corn stover biochar with FeCl2 (Fe-BC) were prepared at 500°C and mixed with the Cdcontaminated soil at 2% (w/w). The soil samples were incubated for 90 days. At the end of incubation period, Cd availability and some of microbiological properties of soil including soil microbial respiration (BR), substrate induced respiration (SIR), microbial biomass carbon (MBC) and dehydrogenase activity were measured and metabolic quotient (qCO2) were determined. This study was carried out as a factorial experiment based on a randomized complete design with two factors including Cd contamination (0, 15 and 30 mg Cd kg1 soil) and biochar type (control (CK), corn stover biochar (BC) and modifiedcorn stover biochar (Fe-BC)) in three replications under labratory condition.Results: The results indicated that application of corn biochar and modifiedcorn biochar led to increase of soil pH (0.19 and 0.21 unit respectively), cation exchange capacity (6.7 and 10.9%), organic carbon (157 and 200%) and decrease of concentration of available Cd (21.841.5%) in the soil compared to the control. In general, soil Cd contamination led to a significant reduction in the soil microbiological properties. Application of corn stover biochar and modifiedcorn stover biochar significantly increased microbial respiration (24.758.7%), substrateinduced respiration (16.842.5%), microbial biomass carbon (24.558.6%) and dehydrogenase activity (28.8108%). The effects of Fe-BC treatment on changes in Cd availability and soil biological properties were greater than BC treatment. Conclusion: In general, results of this study indicated that FeCl2 modifiedcorn stover biochar can be suitable organic amendment for Cd stabilization and may improve soil microbial activities in calcareous Cdcontaminated soils.