عنوان پایان‌نامه
اثر زغال زیستی بر ویژگی های فیزیکی و هیدرولیکی خاک و انتقال کادمیوم
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7516;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7516
- تاریخ دفاع
- ۳۱ تیر ۱۳۹۶
- دانشجو
- لیلا اسمعیل نژاد
- استاد راهنما
- مهدی شرفا
- چکیده
- در این تحقیق، تأثیر دو نوع زغال زیستی حاصل از سرشاخههای درخت سیب و پوسته شلتوک برنج تهیه شده در دماهای 350 و 550 درجه سانتیگراد (با قطرهای 2-1 و 1> میلیمتر) بر ویژگیهای فیزیکی و هیدرولیکی یک خاک لوم شنی با پهاش قلیایی، همچنین تحرک کادمیم در ستون خاک و غلظت آن در گیاه ذرت بررسی شد. نتایج نشان داد تأثیر مواد اولیه مختلف، شرایط پیرولیز و اندازه ذرات زغال کاربردی بر خواص فیزیکی و هیدرولوژیکی معنادار بود. تمام زغالهای استفاده شده بهخصوص زغال چوبی ریز تولید شده در دمای بالا تشکیل، پایداری و میانگین وزنی قطر خاکدانهها را بهبود بخشیدند. تأثیر زغال بر تخلخل کل و متوسط چشمگیر بود ولی بر تخلخل درشت و ریز تأثیر معناداری نداشت. افزودن زغال باعث کاهش هدایت هیدرولیکی اشباع خاک شده و این اثر با افزایش دمای پیرولیز و کاهش اندازه ذرات زغال تشدید میشود. زغالهای تولید شده در دمای بالا با ذرات ریزتر قادرند شاخص کیفیت فیزیکی خاک لوم شنی را بهبود بخشند. با توجه به منحنیهای رخنه، بیشترین و کمترین زمان رخنه و تعادل و همچنین بازده حذف کادمیم بهترتیب مربوط به تیمارهای حاوی زغال چوبی ریز تولید شده در دمای بالا و تیمار کنترل است. نتایج شبیهسازی عددی حاکیست که مدل هایدروس بهخوبی توانسته منحنیهای رخنه را پیشبینی کند، اما غلظت کادمیم را نسبت به دادههای آزمایشگاهی کم برآورد کرده است. همچنین، با افزودن زغال زیستی به خاک لوم شنی، ضریب انتشارپذیری طولی و فاکتور تأخیر افزایش یافته است. کمترین و بیشترین مقادیر انتشارپذیری طولی و فاکتور تأخیر، به ترتیب مربوط به تیمارهای کنترل و خاک حاوی زغال ریز چوبی تولید شده در دمای بالا میباشند. کاربرد همه زغالها باعث افزایش ذخیره کادمیوم در ستونهای خاک شده است. در همه تیمارها، غلظت کادمیوم از سطح به عمق ستون دارای روند کاهشی بوده و در عمق بیش از بیست سانتیمتری، غلظت کادمیم در تیمار شاهد بیش از سایر تیمارهاست. ضرایب تبیین بین مقادیر اندازهگیری شده و برازش شده توسط هایدروس یک بعدی در اعماق مختلف ستون، بین 95%-61% بوده که حاکی از پیشبینی خوب هایدروس از غلظت کادمیم در اعماق مختلف خاک دارد. همچنین، ذرت کاشته شده در تیمار شاهد دارای مقدار بیشتری کادمیم بوده و تفاوت آن با همه ذرتهای کاشته شده در تیمارهای دارای زغال معنادار است. ذرتهای کاشته شده در تیمارهای حاوی زغالهای چوبی و شلتوک تولید شده در دمای بالا با اندازه ذرات کوچک و بزرگ دارای کمترین مقادیر کادمیم در اندامهای خود بوده و تفاوت بین آنها نیز معنادار نیست. اما تفاوت آنها با غلظت کادمیم ذرتهای کاشته شده در تیمارهای حاوی زغالهای تولید شده در دمای پایینتر معنادار است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت تأثیر زغالهای چوبی در بهبود خواص فیزیکی و هیدرولیکی خاک و کاهش تحرک کادمیم در خاک بیش از زیست توده علفی بوده است. همچنین تأثیر دما و اندازه ذرات زغال بر خواص ذکر شده نیز معنادار است.
- Abstract
- In this research, the effect of two kinds of biochar produced from apple tree branches and rice husk pyrolysed at 350 and 550?C (with two diameters: <1 mm and 1-2 mm) was investigated on an alkaline sandy loam, then soil physical and hydraulic properties, cadmium movement in soil profile and its concentration in corn were measured. Results showed the effect of different feedstock, pyrolysis condition, and particle size of biochar were significant on soil physical and hydrological properties. All used biochars especially, finer woody biochar produced at higher temperature improved formation, stability and mean weight diameter of soil aggregates. The effect of biochar on soil total and meso pores was considerable, but it hadn’t significant effect on maco and micro pores. Biochar amendment reduced soil saturated hydraulic conductivity and this effect increased with increasing of pyrolysis temperature and reduction of biochar particle size. Biochars produced at higher temperature are able to enhance the physical quality index of sandy loam soil. With regard to breakthrough curves, the most and the least rate of breakthrough and exhaustion times as well as cadmium removal efficiency belong to finer woody biochar produced at higher temperature and control, respectively. The results of numerical simulation showed that HYDRUS 1-D could predict breakthrough curves well, with a little underestimate of cadmium amount. Also, biochar amendment to sandy loam soil causes to increase longitudal dispersivity coefficient and retardation factor. The highest and lowest amounts of longitudal dispersivity and retardation factor were related to finer woody biochar produced at higher temperature and control. Application of all kinds of biochar increased cadmium accumulation in soil columns. For all treatments, cadmium concentration had a decreasing trend from surface to depth of columns. At depth of >20 cm of control treatment, concentration of cadmium was higher than the others. Determination coefficients between measured and simulated cadmium amounts by HYDRUS 1-D were 61%-95% at different depths of columns and it showed the capability of HYDRUS for simulation of cadmium distribution in soil profile. Cultivated corns at control treatments had the most amount of cadmium and their differences with other treatments which contain biochar were significant. Corn plants cultivated in treatments containing rice husk and woody biochars produced at higher temperature with different sizes had the least amount of cadmium and they didn’t show any significant differences. But their differences with those cultivated in treatments containing low-tempered biocars were significant. Finally these results show that woody biochar improved soil physical and hydraulic properties and all soil decreasing of cadmium movment in soil profile better than rice husk, furthermore pyrolysis temperature and size of two kinds of biochar showed significant effects on these properties.
