شکل های شیمیایی و قابل استخراج به وسیله DTPA آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب صنعتی

دانشکده مهندسی آب و خاک
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته
شیمی و حاصلخیزی خاک
شکل های شیمیایی و قابل استخراج به وسیله DTPA آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب صنعتی
پژوهش و نگارش:
سیده آمنه قریشی امیری
استاد راهنما:
دکتر مجتبی بارانی مطلق
استاد مشاور:
دکتر اسماعیل دردی پور
زمستان 1393
چکیده
از میان عناصر مورد نیاز گیاهان، کمبود آهن به عنوان عنصر کممصرف بیشترین محدودیت را برای محصولات کشاورزی در سرتاسر جهان دارد و تعیین اشکال شیمیایی فلزاتی نظیر آهن در خاک های تیمار شده با لجن فاضلاب، برای مدیریت بهتر کاربرد اصلاح کنندههای آلی در خاکهای کشاورزی ضروری است. هدف از این تحقیق، تعیین اشکال شیمیایی آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب با استفاده از روش عصارهگیری دنبالهای و آهن قابل عصارهگیر با DTPA با روش لیندزی و نورول (1978) بود. آزمایش به صورت گلخانهای با شش سطح لجن (صفر، 5/22، 45، 90، 180 و 360 تن در هکتار) بر پایه طرح کاملا تصادفی با 4 تکرار به مدت 90 روز بر روی گیاه گندم و اسفناج اجرا گردید. به طور کلی با کاربرد لجن فاضلاب، عملکرد ریشه و اندام هوایی اسفناج و گندم نسبت به شاهد افزایش یافت. فراوانی شکلهای آهن در خاک کشت شده با گندم، در خاک شاهد به صورت، کربناتی< تبادلی< آلی< متصلبه اکسیدهای آهن و منگنز< باقیمانده بود. با اعمال تیمارها، ترتیب اجزا تغییر نکرد و به همان صورت باقیمانده بود. با اعمال لجن فاضلاب، بیشترین افزایش نسبت به تیمار شاهد در جزء تبادلی و کمترین افزایش در جزء باقیمانده مشاهده گردید. در خاک شاهد تحت کشت اسفناج، اجزاء مختلف آهن به صورت آهن تبادلی< آهن کربناتی< آهن آلی< متصلبه اکسیدهای آهن و منگنز< آهن باقیمانده بود. با اعمال تیمارها، ترتیب تغییر نکرد با این تفاوت که در تیمار 360 تن در هکتار برای همه اجزاء آهن بهجز اکسیدهای آهن و منگنز، افزایش بیشتری نسبت به تیمار شاهد مشاهده گردید. نتایج همچنین نشان داد مقدار آهن قابل عصارهگیری با DTPA با کاربرد لجن فاضلاب افزایش یافت.
واژه های کلیدی: لجن فاضلاب، شکلهای شیمیایی، آهن، اسفناج و گندم
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
کمبود عناصر کممصرف در اراضی زیر کشت غلات، گسترش جهانی داشته و میلیونها هکتار از اراضی قابل کشت در دنیا دارای کمبود یک یا چند عنصر غذایی کممصرف هستند (بلالی، 1383). از بین عناصر کم مصرف و مورد نیاز گیاه، آهن نقش مهم و حیاتی در موجودات زنده دارد. توجه به غلظت این عنصر در خاک به دلیل اثر بر افزایش عملکرد محصولات کشاورزی دارای اهمیت زیادی است (شریفی و همکاران، 1390). آهن در گیاه در ساخت پروتئینهای مهمی از جمله آنزیمهای حاوی آهن و لگهموگلوبین و همچنین در ساخته شدن کلروفیل نقش دارد. همچنین آهن برای تنفس و واکنشهای اکسایش و کاهش در گیاه ضروری است (ملکوتی و همایی، 1383). در ایران طبق بررسیهای انجام شده حدود 37 درصد از مزارع تحت کشت گندم آبی دچار کمبود شدید آهن هستند (بلالی، 1378).
با وجود آنکه آهن فراوانترین عنصر کم مصرف در پوسته زمین است، اما بیشترین محدودیت را برای تولید محصولات کشاورزی در خاکهای آهکی مناطق خشک و نیمه خشک سبب شده است. قلیایی بودن، مقادیر زیاد آهک، کمبود مادهآلی، آبیاری سنگین، تراکم خاک و نیز تهویه ضعیف خاک از عوامل کمبود آهن قابل دسترس در خاکهای آهکی هستند (فاجریا و همکاران، 2002؛ کولی یاراس و همکاران، 2004 و لیو همکاران، 2005). در چنین شرایطی مصرف کود آهن کارایی لازم را نخواهد داشت و برای برطرف کردن کمبود آهن، مصرف مقادیر زیاد کودهای حاوی این عنصر ضروری است که علاوه بر مقرون به صرفه نبودن موجب آلودگی محیط زیست، تخریب ساختمان خاک و بر هم خوردن عناصر غذایی خواهد شد (کلیسی و همکاران، 1999؛ تینکر و همکاران، 1989).
در سالهای اخیر، کاربرد بقایای آلی حاوی مواد آلی بالا مانند کودهای حیوانی، کمپوست، بقایای- محصولات و سایر پسماندهای شهری و صنعتی در خاکهای مناطق نیمهخشک، به یک راه کار محیطی برای حفظ ماده آلی خاک و فراهم کردن عناصر غذایی مورد نیاز گیاه تبدیل شده است (تجدا و همکاران، 2006). ارزش کودی پسماندهای آلی نظیر لجن فاضلاب در تحقیقات متعدد در کشورهای مختلف نشان داده شده است (خیامباشی، 1376؛ رضایی نژاد، 1379؛ محمدی نیا، 1994؛ رضوی، 2000؛ افیونی و همکاران، 2006؛ بیگدلی و سیلسپور، 2008). سلیمان و همکاران (2010) گزارش نمودند، لجن فاضلاب می تواند به عنوان منبعی برای تأمین عناصر غذایی مورد استفاده قرار گیرد.
لجن فاضلاب مواد جامدی است که در روشهای مختلف تصفیه به منظور حذف آلایندههای معلق و محلول از فاضلاب در تصفیه خانههای فاضلاب به دست میآید (میرحسینی و همکاران، 1387). به طور متوسط 30 میلیون تن لجن فاضلاب سالیانه در جهان تولید می شود که حدود 21 میلیون تن آن به عنوان کود به زمینهای کشاورزی اضافه می گردد (واثقی و همکاران، 1382). این مواد ممکن است غنی از آهن و مواد بیوشیمیایی متصل شونده باشند که به نگهداشت آهن و دیگر فلزات در محلول خاک کمک می کنند. همچنین می توانند واکنشهای شیمیایی و بیولوژیکی که موجب دسترسی بیشتر آهن در خاک میشوند را تحریک کنند (جورکویتچ و همکاران، 1988). استفاده از مواد آلی در خاک ممکن است منجر به تغییر شکلهای مختلف آهن در خاک شود. تغییرات در این بخش میتواند دسترسی آهن برای جذب گیاه را افزایش دهد. برای درک رفتار فلزات در خاک، روشهای مختلفی به منظور تجزیه و تفکیک فلزات به بخشهای مختلف شیمیاییشان توسعه یافته است. این شکلها ممکن است شامل تبادلی، بهطور اختصاصی جذب شده، محبوس شده یا جذب بر روی اکسیدهای خاک، پیوندهای آلی در باقیماندههای زیستی و ریزموجودات زنده و به شکل کربناتی باشد (امریچ و همکاران، 1982).
روشهای عصارهگیری دنبالهای در ارزیابی قابلیت استفاده عناصر کم نیاز مورد استفاده قرار میگیرند (سینگ و همکاران، 1987؛ آگراوال و گوپتا، 1990؛ فوینتز و همکاران، 2004؛ فنگ و همکاران، 2005؛ گوپتا و سینا، 2007). از جمله روشهایی که به طور گسترده برای اندازهگیری و جداسازی شکلهای آهن خاک استفاده میشود، روش استخراج دنبالهای است که توسط تسیر و همکاران (1979) ارائه و به صورت گسترده در تعیین شکلهای عناصر سنگین در خاکها بهکار برده میشود (آلوارز و همکاران، 2006).
1-2- اهداف
بررسی اثر لجن فاضلاب صنعتی بر برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک
بررسی اثر لجن فاضلاب صنعتی بر رشد و عملکرد دو گیاه گندم و اسفناج
اثر کاربرد لجن فاضلاب صنعتی بر توزیع شکلهای مختلف آهن در خاک
رابطه بین شکلهای مختلف آهن با آهن جذب شده توسط گیاه
فرضیههایی که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت:
با توجه به غنی بودن لجن فاضلاب از مواد آلی و عناصر ضروری مورد نیاز گیاه میتوان پیشبینی کرد که کاربرد آن موجب افزایش عملکرد گیاهان مورد مطالعه و غلظت عناصر مورد نیاز گردد.
همچنین پیشبینی میشود که کاربرد لجن فاضلاب صنعتی به خاک سبب افزایش آهن قابل استفاده و شکلهای مختلف آهن در خاک میگردد.
فصل دوم
کلیات و بررسی منابع
لجن فاضلاب
به مراحلی که مواد جامد از مواد مایع فاضلاب جدا میشود را تصفیه گویند. مایع حاصله پساب و مخلوط جامد که رطوبتی حدود 97-95 درصد دارد را لجن گویند (بهرهمند و همکاران، 1381). کاربرد لجن از دو جنبه زراعی و محیطی حائز اهمیت است. اولاً مواد آلی را برای خاک مهیا میکند و ثانیاً سبب چرخه عناصر غذایی مورد نیاز گیاه در خاک میشود (چانگ و همکاران، 1984).
مصرف لجن فاضلاب در زمین یکی از مهمترین روشهای استفاده مجدد است که شامل مصارف کشاورزی، جنگلکاری، درختکاری، احیای اراضی و موارد دیگر میشود (بینا و همکاران، 1383). لجن فاضلاب از پتانسیل کودی بسیاری برخوردار است، اما قبل از استفاده آن در زمین باید اثر آن را بر افزایش عناصر مورد توجه قرار داد (واثقی و همکاران، 2005). این ماده بهدلیل دارا بودن ماده آلی فراوان تاثیر بهسزایی در افزایش قابلیت جذب فلزات کممصرف و عناصر سنگین در خاک دارد. همچنین فلزات موجود در لجن نیز عمدتاً به صورت ترکیبات آلی بوده که دارای قابلیت جذب زیادی میباشند و غلظت قابل توجهی را در گیاه ایجاد خواهند نمود (نظری و همکاران، 1385). اما قسمت اعظم فلزات سنگین در حین عملیات تصفیه فاضلاب، به صورت اکسید و یا هیدروکسید در لجن تهنشین میشوند (بینا و همکاران، 1383). البته لجن فاضلاب با توجه به مراحل تولید ممکن است دارای پتانسیل خطرات آلودگیهای زیستی نیز باشد که اضافه شدن مقادیر بالای آنها به خاک ممکن است خطرات آلودگی محیط زیست و زنجیره غذایی انسان را در پی داشته باشد. از اینرو با توجه به اثرات مفید این ماده، توصیه میشود مطالعات زیست محیطی و بررسی امکان آلودگی این مواد نیز به صورت جداگانه انجام و هرگونه توصیه کاربرد این مواد با احتیاط لازم انجام گیرد. از طرفی مصرف لجن فاضلاب به عنوان کود و یا اصلاح کننده خاک در مزارع کشاورزی مناسب بوده و دارای مزایایی است که این مزایا از سه محور مورد بررسی قرار گرفته و بسیار مهم است:
الف: میتوان لجن فاضلاب را به عنوان یک منبع با ارزش مواد مغذی و نیز یکی از روشهای دفع لجن با هزینه پایین مورد بررسی قرار داد.
ب: میتوان کاربرد لجن فاضلاب را از نظر مزرعهداران به منظور افزایش سود مورد توجه قرار داد.
ج: میتوان از دیدگاه اقتصاد کشور و بهبود آن به مسئله کاربرد لجن فاضلاب توجه کرد (بینا و همکاران، 1383).
با توجه به اینکه کشورمان خاکهای فقیر از نظر مواد مغذی دارد، واردات کودهای شیمیایی هزینههای ارزی-ریالی زیادی داشته و از طرفی باعث آلودگی غیر قابل جبران محیط زیست میشود. از آنجایی که لجن فاضلاب از نظر ارزش کودی بسیار ارزشمند میباشد، برنامهریزی دراز مدت برای امکان گسترش تولید کود از لجن که در آن رعایت ضوابط و استانداردها از نظر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، زیستی و عناصر بالقوه سمی رعایت شده باشد، به عنوان یک منبع درآمد و کمک به اقتصاد صنعت آب و فاضلاب کشور میگردد (بینا و همکاران، 1383).
تأثیر لجن فاضلاب بر برخی خصوصیات خاک
لجن فاضلاب منبع با ارزشی از عناصر غذایی ضروری گیاه است. مقدار ماده آلی به نسبت زیاد لجن میتواند اثر مطلوبی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک داشته باشد (برولیر و همکاران، 1992) و این بهخصوص برای خاکهای ایران که با کمبود مواد آلی مواجه هستند، دارای اهمیت میباشد (افیونی و همکاران، 1998).
اثر لجن فاضلاب بر خصوصیات فیزیکی خاک
افزودن لجنفاضلاب به عنوان کود آلی به خاک، اثرات مطلوبی روی ویژگیهای فیزیکی آن دارد (بهرهمندو همکاران، 2002). احمدآبادی و قاجار (1391) با بررسی اثر کاربرد کمپوست، ورمیکمپوست و لجن فاضلاب روی برخی خواص فیزیکی خاک بیان داشتند که کاربرد این پسماندهای آلی در خاک، موجب افزایش معنیدار تخلخل، رطوبت در نقاط ظرفیت زراعی، پژمردگی و ظرفیت نگهداشت آب در خاک و همچنین کاهش جرم مخصوص ظاهری و حقیقی در مقایسه با تیمار شاهد گردید. که در این رابطه تأثیر کمپوست و لجن فاضلاب نسبت به ورمیکمپوست بیشتر بوده است.
آگلیدس و لوندرا (2000) نیز افزایش رطوبت خاک را با بهکارگیری 75، 150 و 300 متر مکعب لجن فاضلاب در هکتار گزارش کردند و بیشترین مقدار آن را مربوط به تیمار 300 متر مکعب لجن فاضلاب در هکتار دانستند.
اپستین و همکاران (1975) با افزودن 5 درصد وزنی لجن فاضلاب به خاکی با بافت لوم سیلتی گزارش کردند که هدایت هیدرولیکی اشباع پس از 27 روز انکوباسیون افزایش یافت. آنها همچنین دریافتند که افزودن لجن فاضلاب به خاک منجر به کاهش جرم مخصوص ظاهری نسبت به شاهد گردید.
زائری و همکاران (1384) نیز با استفاده از لجن فاضلاب در دو سال پیاپی و همچنین به صورت باقی مانده، دریافتند که افزودن لجن، افزایش نفوذپذیری خاک، پایداری خاکدانهها و کاهش جرم مخصوص ظاهری خاک را در پی خواهد داشت. همچنین نتایج آنان نشان داد که تاثیر لجن فاضلاب و تداوم آن به میزان زیادی به میزان لجن مصرفی بستگی دارد.
مندز و همکاران (2012) با بررسی اثر کاربرد لجن صنعتی بر برخی از خصوصیات فیزیکی خاک گزارش کردند که کاربرد لجن موجب افزایش پایداری ذرات خاک گردید.
وانگ و همکاران (2014) با بررسی اثر کاربرد لجن فاضلاب بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاکهای شنی دریافتند که افزودن لجن موجب کاهش وزن مخصوص ظاهری گردید. آنها دلیل این امر را افزایش میزان تخلخل خاک در اثر افزودن مواد آلی بیان کردند.
رحیمی آلاشتی و همکاران (1392) بیان کردند که افزودن پسماند آلی به خاک، موجب افزایش ظرفیت زراعی، تخلخل و ظرفیت نگهداشت رطوبت خاک گردید. اما جرم مخصوص ظاهری در مقایسه با تیمار شاهد کاهش یافت.
اثر لجن فاضلاب بر خصوصیات شیمیایی خاک
چنانچه خاک نتواند عناصر غذایی ضروری را به میزان کافی برای گیاه تامین کند، استفاده از اصلاح کنندههای خاک الزامی است (اسکندری و آستارایی، 1386). بسیاری از اصلاح کنندههای آلی نظیر لجن فاضلاب و کمپوستهای آلی عناصر غذایی گیاهان را دارا بوده و به عنوان کود آلی عمل میکنند (مککی و همکاران، 2003). در واقع این ترکیبات آلی با تأثیرگذاری بر خصوصیات شیمیایی خاک از قبیل pH، ظرفیت تبادل کاتیونی، درصد کربن آلی، سطح عناصر پرمصرف (ازت، فسفر و پتاسیم) و کممصرف (روی، آهن، منگنز و مس) خاک، شرایط مناسبی را برای رشد و نمو گیاه و حصول عملکرد بالا را تضمین مینمایند (هارگریوز و همکاران، 2008).
رحیمی آلاشتی (1389) در بررسی اثرات باقیمانده کودهای آلی (کمپوست، ورمیکمپوست و لجن فاضلاب) بر خصوصیات شیمیایی خاک اظهار داشت در تیمارهایی که یک سال کود خورده و سه سال پس از آن دیگر کودی دریافت ننمودهاند، برخی خواص شیمیایی خاک نظیر کربن آلی خاک بیش از مقدار شاهد بود و نسبت به شاهد اختلاف معنیداری نشان دادند. همچنین اثر باقیمانده تیمارهای کودی بر میزان پتاسیم و فسفر خاک در اکثر

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *