بررسی اثر نانو ذرات رس و بیوچار بر آبشویی نیترات و پایداری خاک دانه

مقدمه: بررسی عامل تاثیرگذار بر حرکت آب و املاح در خاک و استفاده از مواد اصلاح‌کننده جدید مانند نانو ذرات معدنی و بیوچار‌ها می‌تواند کمک شایانی به مدیریت صحیح اراضی برای کاهش آبشویی نیترات از خاک و جلوگیری از آلودگی آب‌های زیر‌زمینی نماید. از آن‌جا که در سال‌های اخیر مطالعات بسیاری بر روی استفاده از زغال زیستی در سیستم‌های زراعی با هدف اولیه ترسیب کربن آلی در خاک و درنتیجه کاهش گازهای گلخانه‌ای انجام شده است، اثر آن بر دیگر فرآیندهای خاک از جمله آبشویی نیترات نیز مورد توجه قرار گرفته است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی اثر نانو ذرات معدنی و بیوچار حاصل از بقایای گیاه گندم بر آبشویی نیترات از خاک و پایداری خاکدانه است.مواد و روش‌ها: تیمارهای مورد استفاده شامل سه تیمار زئولیت، کلوزیت و بیوچار، هر‌کدام در دو سطح (ده و پنجاه گرم در هر کیلوگرم خاک) و سه تکرار بود. ستون‌های خاک مورد‌ استفاده در این تحقیق، لوله‌های پلیکا (pvc) به قطر 3 سانتی‌متر و ارتفاع 40 سانتی‌متر بودند. برای وارد کردن نیترات به ستون‌های خاک از کود اوره حاوی 46 درصد نیتروژن خالص استفاده شد. میزان کود اوره مطابق نیاز کودی گیاه ذرت که معمولاً 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار می‌باشد، در نظر گرفته شد. کود اوره به‌صورت محلول برای هر ستون خاک آماده و در هفته اول و پنجم به تمام ستون‌های خاک اضافه شد. آبیاری ستون‌های خاک نیز بر اساس وزن آب از دست رفته از ستون خاک شاهد به روش وزنی و با حدود 15 درصد آبشویی برای خروج زهاب انجام شد. تعداد آبیاری‌ها شامل 8 آبیاری هفته‌ای یک آبیاری و میزان آب واردشده به هر ستون در هر آبیاری حدود 60 میلی‌لیتر بود. غلظت نیترات محلول‌های مورد آزمایش با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری تعیین گردید. پس از هشت هفته از اضافه شدن تیمارها به خاک مورد آزمایش میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها در نمونه شاهد و تیمارها اندازه‌گیری شد و با میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها در نمونه شاهد قبل از آزمایش و بعد از پایان آزمایش مقایسه شدند.نتایج: در طول زمان آزمایش میزان نیترات خروجی از ستون‌های خاک در تیمارهای حاوی ده گرم و پنجاه گرم از هر یک از از اصلاح کننده‌های بیوچار، زئولیت و کلوزیت نسبت به نمونه شاهد به‌طور معنی‌داری (p<0.5) کاهش داشته است. در تمام هفته‌های آزمایش، تیمار پنجاه گرم بیوچار کمترین آبشویی نیترات را نسبت به تیمار پنجاه گرم زئولیت و پنجاه گرم کلوزیت داشته است. به‌طورکلی، نتایج نشان داد که افزودن بیوچار و نانو ذرات معدنی به خاک در سطح پنج درصد وزنی موجب کاهش معنی‌دار (p<0.5) آبشویی نیترات شد.بحث: بر اساس نتایج به‌ دست‌آمده در تحقیق حاضر و مطالعات قبلی انجام ‌شده به ‌طور قطعی می‌توان بیان کرد که افزودن بیوچار به خاک سبب بهبود شرایط فیزیکی خاک و کاهش آبشویی نیترات از خاک می‌شود. همچنین با افزایش مصرف زئولیت و کلوزیت پایداری خاکدانه‌ها بیشتر و میزان نیترات خروجی از ستون خاک کم شده و درنتیجه آلودگی‌های آب‌های زیرزمینی به نیترات کمتر خواهد شد.

iinvestigating the effect of nano-clay particles and biochar on nitrate leaching and soil aggregate stability

introduction: nitrogen is the nutrient in plants production which usually can be added as a fertilizer into the soil. nitrate is one of the pollutants which is mainly caused by agricultural activities which contaminants groundwater and surface water and threatens human health. investigating an effective factor on water and minerals movement in soil and applying the new modifiers such as inorganic nanoparticles and biochar might be useful in reducing nitrate leaching and avoiding underground waters pollutions. due to this difficulty, some situations to preserve nitrogen in the upper layers of soil such as increasing the absorbent surfaces for minerals, zeolite modifier, and biochar are considered by researchers. as many research have been conducted on using biochar in agricultural systems in terms of organic carbon sequestration in soil and reducing the greenhouse gases, its influence on other processes such as nitrate leaching has been considered as well. the purpose of this study was to investigate the effect of mineral nano-particles and biochar on nitrate leaching in soil and aggregate stability.materials and methods: this study had been conducted in the laboratory in faculty of natural resources and geology science, shahrekord university. treatments in this study included zeolite, cloisite, and biochar at three levels. pvc pipes with 3 cm in diameter and 40 cm in height were used for the soil columns. urea fertilizer included 46% pure nitrogen was applied to the soil columns. the amount of the urea fertilizer was employed as an applied fertilizer for corn plants (200 g nitrogen per hectare). urea fertilizer was added as a solution to the soil in irrigation 1, and 5 from irrigation events. at the end of each irrigation event, nitrate effluent was measured using spectrophotometry method.results and discussion: the results showed a significant reduction of nitrate leaching in treatments, 1g biochar, 1g zeolite, and 1g cloisite compared to the control treatment. there was no significant difference between reduction of nitrate leaching in the three treatments, 1g biochar, 1g zeolite, and 1g cloisite. furthermore, nitrate leaching in treatments, 5g biochar, 5g zeolite, and 5g cloisite compared to the control treatment was decreased significantly. in all irrigations, 5g biochar had the smallest amount of nitrate leaching comparing 5g zeolite, and 5g clozite. in general, the results showed that nitrate leaching would be decreased significantly by adding biochar and mineral nano-particles (5%) into the soil. according to the present results and previous findings, it can be mentioned that adding biochar into the soil will cause improving the soil physical properties and reducing nitrate leaching. thus, we show here, that biochar and nano-particles soil application decreased nitrate leaching and enhanced soil aggregate stability.