بررسی تاثیر نانو ذرات اکسیدهای آلومینیم و سیلیسیم بر شاخص‌های پایداری ساختمان خاک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فیزیک و حفاظت خاک

2 دانشیار گروه علوم خاک دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار گروه علوم خاک دانشگاه فردوسی

4 استاد گروه مهندسی آب دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

چکیده مبسوط
سابقه و هدف: پایداری ساختمان یکی از مهمترین ویژگی‌های فیزیکی خاک است که بر جنبه‌های دیگر خاک مثل فرسایش و نفوذ آب در خاک تاثیر می‌گذارد. یکی از روشهای بهبود ویژگی‌های فیزیکی خاک، استفاده از اصلاح کننده‌ها می‌باشد. مواد نانو یکی از جدیدترین مواد اصلاحی است که می‌تواند نقش مهمی بر ویژگی‌های خاک داشته باشد و نتایج پژوهشگران نشان دهنده‌ی تاثیر مواد نانو بر ویژگی‌های مکانیکی (حد خمیرایی و روانی) است. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی تاثیر ذرات نانو اکسید سیلیسیم و نانو اکسید آلومینیم بر برخی از شاخص‌های پایداری ساختمان خاک بود.
مواد و روش‌ها: به منظور بررسی اثر نانواکسید آلومینیوم و سیلیسیم بر شاخص‌های پایداری ساختمان، یک خاک لوم سیلتی انتخاب شد. خاک مورد مطالعه از مرکز تحقیات کشاورزی خراسان رضوی نمونه برداری، هوا خشک و از الک 4 میلی‌متری عبور داده شد. آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با 9 تیمار و 3 تکرار اجرا شد. تیمارهای مورد بررسی شامل شاهد (بدون افزودن ماده اصلاحی) و نانو اکسیدهای آلومینیوم و سیلیسیم به صورت جداگانه با غظت‌های 002/0، 005/0 ، 01/0 و 02/0 درصد وزنی به خاک اضافه شدند و در گلدان‌هایی به وزن 5 کیلوگرم در دوره زمانی 4 ماه در رطوبت بین ظرفیت زراعی تا 50 درصد آن و دمای بین 18 تا 25 درجه در گلخانه نگهداری شدند. سپس شاخص‌های میانگین وزنی قطر خاکدانه به روش الک تر(MWDwet) و خشک (MWDdry)، درصد پایداری خاکدانه‌ها (AS) و درصد تخریب خاکدانه‌ها (PAD) اندازه‌گیری شد. تحلیل آماری و مقایسه میانگین‌ها در سطح پنج درصد بین تیمارهای مختلف بر اساس تجزیه واریانس یک طرفه و آزمون دانکن با استفاده از نرم افزارSPSS16 انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که افزودن مواد اصلاحی تاثیر معنی‌داری برپارامترهای پایداری ساختمان خاک داشتنند و باعث افزایش معنی‌دار MWDwet، MWDdry و AS و کاهش PAD شدند. بیشترین مقدار MWDwet ‌و MWDdry مربوط به تیمار نانو اکسید آلومینیوم با غلظت 02/0 درصد بود و در هر دو ماده اصلاحی میانگین وزنی قطر خاکدانه در هر دو حالت خشک و تر با زیاد شدن غلظت افزایش پیدا کرد. کمترین میزان تخریب خاکدانه‌ها (PAD) مربوط نانواکسید سیلیسیم با غلظت 01/0 درصد بود و تفاوت معنی‌‌داری بین غلظت‌های مختلف نانو اکسید سیلیسیم از نظر تخریب وجود نداشت.
نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج این تحقیق نشان دهنده تاثیر مثبت هر دو ماده اصلاحی نانو اکسید آلومینیم و سیلیسیم بر بهبود پایداری ساختمان خاک می‌باشد و نانو اکسید سیلیسیم تاثیر بهتری نسبت به نانو اکسید آلومینیوم از نظر کاهش درصد تخریب خاکدانه‌ها داشت.
کلمات کلیدی: نانو اکسید الومینیم ، نانواکسیدسیلیسیم ، پایداری خاکدانه، اصلاح کننده خاک

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effect of nanoparticles of Aluminum oxide, Silicon oxide on soil structural stability indicators

نویسندگان [English]

  • navazollah moradi 1
  • Hojat emami 2

چکیده [English]

Extended Abstract
Extended Abstract
Background and Objectives: Soil structure is the most important property which affects other soil properties such as erosion, water infiltration into soil. Application of soil onditioners is one ways to improve soil physical properties. Nanoparticles are one of the newest materials that can influence the soil physical properties. The results of reseravhers show that application of nanomaterial affect soil mechanical properties (liquid and plastic limits). Therfore, the aim of this research was to study the effect of nanomaterials, including nano silicon oxide (nSio2) and nano Aluminum oxide (nAl2o3) on soil structural stability indicators.
Materials and Methods: In order to investigate the effect of nano-aluminum oxide and nano-silicon oxide on stractiral stability indicators a silt loam soil was selected. The studied soil was collected from Agricultural Research Center of Khorasan Razavi province, was air dried, and passed through 4.0-mm sieve. The experiment was conducted as a completely randomized design with 9 treatments and 3 replications. The studied treatments include control (without any amendment) nano aluminum oxide (0.002, 0.005, 0.01 and 0.02 % w/w) and nanao silicon oxide (0.002, 0.005, 0.01 and 0.02 % w/w). After addition the different treatments to soil in boxes of 5 Kg, they were incubated for 4 months at moisture range from field capacity (FC) to 50% FC at 18-25oC in greenhouse conditions. Then some soil structural stability indices including mean weight diameter of wet (MWDwet) and dry (MWDdry) aggregates, aggregate stability (AS) and percentage of aggregate destruction (PAD) were measured. Statistical analysis by one way analysis and comparison of means at P Results: The results showed that application of amendments had a significant effect on structural stability indicators and addition of both nanomaterials to the soil increased MWDwet, MWDdry and AS and decreased PAD, siginificantly. The maximum value of MWDwet and MWDdry was obtained by application of 0.02 % nano-aluminum oxide and by increasing the concentration of both nano materials MWDdry and MWDwet increasd. The minimum percentage of aggregate destruction (PAD) was obtained by application of 0.01 % nano silicon oxide and regard to PAD, there was no significant difference between the different concentrations of nano silicon oxide.
Conclusion: According to the results of this research, application of nano aluminum oxide and nano silicon oxide improved structural stability and nano silicon oxide was better than nano aluminium oxide in decreasing the percentage of destruction aggregate.

Keywords: soil amendment, nano-aluminum oxide, nano silicon oxide, aggregate stability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • soil conditioner
  • nano-aluminum oxide
  • nano silicon oxide
  • Aggregate stability