اثر بیوچارهای باگاس نیشکر و شوری سدیم کلرید بر قابلیت استفاده و شکل‌های کادمیم در یک خاک درشت‌بافت آهکی

سابقه و هدف: یکی از روش‌های موثر در جهت کاهش اثرهای زیان‌آور فلزهای سنگین در خاک‌های آلوده، استفاده از بیوچار است که به‌عنوان یک ماده اصلاحگر آلی ممکن است برخی ویژگی‌های شیمیایی ‌خاک را تغییر داده و شرایط مناسب را جهت بی‌تحرکی فلزهای سنگین در خاک فراهم کند. بیوچار ماده جامد کربنی است که از گرماکافت بقایای آلی در شرایطی با اکسیژن محدود تهیه میشود. این ماده با داشتن سطح‌ویژه، ساختار متخلخل، گروه‌های عامل می‌تواند خطر آلودگی فلزهای سنگین در خاک و ورود آن‌ها به زنجیره ‌غذایی را کاهش دهد. هدف از انجام این پژوهش بررسی کاربرد بیوچارهای باگاس نیشکر تهیه‌شده از آن در دماهای 400 و 600 درجه سلسیوس بر قابلیت استفاده و شکل‌های کادمیم در یک خاک شور و آلوده به کادمیم بود.مواد و روش‌ها: ابتدا 15 میلی‌گرم بر کیلو‌گرم کادمیم از منبع کادمیم کلرید به‌صورت محلول به نمونه خاک (200 گرم) اضافه و با کل خاک مخلوط شد. نمونه‌‌ها به‌مدت 3 هفته در دمای 2±25 درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه‌ای خوابانده شدند. سپس، شوری 1170 و 2340 میلی‌گرم بر کیلوگرم از نمک سدیم کلرید (معادل 3.65 و 7.30 دسی‌زیمنس بر متر) به نمونه‌های خاک اضافه شد. در ادامه، 1 درصد (وزنی وزنی) باگاس نیشکر و بیوچار دمای 400 درجه ‌سلسیوس و بیوچار دمای 600 درجه سلسیوس در 3 تکرار به نمونه خاک‌ اضافه و به‌‌مدت 3 ماه در دمای 2±25 درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت زراعی در انکوباتور نگه‌داری شدند. پس از پایان دوره خوابانیدن، از هر یک از تیمارها مقداری خاک برداشته و مقدار کادمیم قابل ‌استخراج به‌روش dtpa و شکل‌های کادمیم با استفاده از روش عصاره‌گیری تسیر و همکاران (1979) استخراج شد.یافته‌ها: نتایج نشان داد که بیوچار کادمیم عصاره‌گیری‌شده با dtpa را کاهش داد (0.05>p). همچنین بیوچار بر ph خاک اثر معناداری نداشت (0.05p). شوری کادمیم عصاره‌گیری شده با dtpa را افزایش داد (0.05>p). همچنین شوری اثر معناداری بر ph خاک نداشت (0.05p) کادمیم تبادلی (13.7%) و پیوندشده با کربنات‌ها (24.1%) و افزایش (0.05>p) کادمیم پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز (37.2%) و باقیمانده (30.6%) نسبت به خاک شاهد گردید. کادمیم پیوندشده با کربنات‌ها و اکسیدهای آهن و منگنز در تیمار شوری 2340 میلی‌گرم بر کیلوگرم به‌ترتیب 31.5 و 25.8 درصد نسبت به تیمار شوری 1170 میلی‌گرم بر کیلوگرم افزایش یافتند. کادمیم پیوندشده با ماده‌آلی در تیمار 1170 و 2340 میلی‌گرم بر کیلوگرم نمک سدیم کلرید به‌ترتیب 38.8 و 22.2 درصد نسبت به شاهد کاهش یافتند. همچنین کادمیم باقیمانده در تیمار شوری 1170 و 2340 میلی‌گرم بر کیلوگرم 24.9 درصد نسبت به تیمار شوری 1170 میلی‌گرم بر کیلوگرم کاهش یافت. نتیجه‌گیری: کاربرد بیوچار باگاس نیشکر در خاک آهکی آلوده به کادمیم، منجر به تغییر شکل کادمیم از شکل‌های ناپایدار (تبادلی و کربناتی) به شکل‌های پایدارتر (پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز و باقیمانده) و در نتیجه کاهش تحرک و قابلیت استفاده کادمیم در خاک می‌شود.

Effect of Bagasse Biochars and Sodium chloride Salinity on Fractionation and Availability of Cadmium in a coarse‐textured Calcareous Soil

Background and Objectives: Biochar application is one of the effective methods to reduce the harmful effects of heavy metals in contaminated soils. Biochar is an organic amendment may change some of the chemical properties of the soil and create suitable conditions for immobilizing of heavy metals in the soil. Biochar is a carbon solid obtained from the pyrolysis of residues under limited oxygen conditions. Biochar have high surface area, porous structure, and functional groups, which can reduce the risk of heavy metal contamination in the soil and their entry into the food chain. The aim of this study was to investigate the effect of sugarcane bagasse biochar produced at 400 and 600 °C on the availability and fractions of Cd in saline and cadmiumcontaminated soil.Materials and Methods: Initially, 15 mg kg1 Cd as cadmium chloride was added to sandy soil sample (200 g) and mixed with the soil. The soils were incubated for 3 weeks at 25±2 °C at a moisture content of 80% field capacity in incubator. After incubation period, salinity levels of 1170 and 2340 mg kg1 as sodium chloride was added to the soils. Then, the 1% (w/w) of the sugarcane bagasse and biochars produced at 400 and 600 °C were added to the soil and incubated for 3 months at 25±2 °C. At the end of the incubation period, a soil sample was removed from each of the treatments and available Cd (DTPA) and its fractions (Tessier et al. 1979) were extracted.Results: The results showed that the application of biochar reduced Cd extracted by DTPA (p<0.05). Also, effect of biochar on pH wasnot significant (p>0.05) and increased EC (p<0.05). Salinity increased Cd extracted by DTPA (p<0.05). Also, biochar application reduced exchangeable Cd (13.7%) and Cd associated with carbonates (24.1%), while, increased Cd associated with oxides (37.2%) and residual (30.6%) compared to control. Cadmium associated with Fe/Mn oxides and associated with carbonates in 2340 mg kg1 treatment compared to 1170 mg kg1 treatment increased 31.5 and 25.8% respectively. The results reveled that Cd associated with OM in 1170 and 2340 mg kg1 treatments compared control reduced 38.8 and 22.2% respectively. Also, residual Cd reduced (24.9%) in 2340 mg kg1 treatment compared to 1170 mg kg1 treatment.Conclusion: Application of sugarcane bagasse biochar in soil led to change Cd from unstable fractions (exchange and associated with carbonates) to stable fractions (associated with Fe/Mn oxides and residual), therefore reduced the mobility of Cd in saline calcareous sandy soil.