تاثیر کودهای آلی، بیوچار آن‌ها و قارچ مایکوریزا آربوسکولار بر توزیع شکل‌های شیمیایی روی در یک خاک آهکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی داراب، دانشگاه شیراز

چکیده

سابقه‌ و ‌هدف: روی یک عنصر غذایی کم‌مصرف ضروری است که گیاهان عالی جهت رشد نرمال و توسعه کمی و کیفی، به آن نیاز دارند. pH بالا، مقدار کم ماده آلی و مقدار بالای کربنات کلسیم در خاک از مهترین عواملی هستند که سبب کاهش زیست‌فراهمی روی در خاک می‌شوند. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر تلقیح قارچ مایکوریزا آربوسکولار و کاربرد دو نوع کود آلی و بیوچار حاصل از آن‌ها بر توزیع شکل‌های شیمیایی روی با استفاده از عصاره‌گیری دنباله‌ای در خاک آهکی پس از برداشت ذرت بود.
مواد و روش‌ها: جهت انجام این پژوهش مقدار مناسبی خاک از لایه سطحی (0-30 سانتی‌متری) یک خاک آهکی برداشته و سپس هواخشک نموده و از الک 2 میلی‌متری عبور داده شد. آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در شرایط گلخانه انجام ‌شد. فاکتور اول شامل کود آلی در پنج سطح (بدون کود آلی (C)، کود گوسفندی (SM)، کود مرغی (PM)، بیوچار کود گوسفندی (SMB) و بیوچار کود مرغی (PMB) هر یک 2 درصد وزنی) و فاکتور دوم تلقیح قارچی در سه سطح (عدم تلقیح (NG)، تلقیح با قارچ فونلیفورمیس‌موسه (FM) و تلقیح با قارچ گلوموس‌ورسیفرم (GV) ) بود. بیوچارها با استفاده از گرماکافت کودهای آلی (دمای 500 درجه‌سلسیوس به مدت 4 ساعت) در شرایط اکسیژن محدود تولید شدند. پس از اعمال تیمارها به خاک، بذور ذرت در گلدان‌های پلاستیکی کاشته شد و به مدت 10 هفته نگهداری شد. برای تعیین شکل‌های شیمیایی روی در خاک پس از کشت ذرت از روش سینگ و همکاران استفاده‌ گردید. این روش عنصر روی را به هفت شکل مختلف در خاک شامل شکل محلول‌وتبادلی، کربناتی، آلی، متصل به اکسیدهای منگنز، متصل به اکسیدهای آهن بی‌شکل، متصل به اکسیدهای آهن کریستالی و باقی‌مانده جداسازی می‌کند.
یافته‌ها: با کاربرد تیمار‌های قارچی، غلظت شکل‌های محلول‌وتبادلی و آلی افزایش و غلظت روی متصل به اکسیدهای آهن کریستالی و بی‌شکل به‌طور معنادار نسبت به تیمار شاهد کاهش یافت. بیشترین افزایش غلظت شکل‌های محلول‌و‌تبادلی (9/31 درصد) و آلی (9/12 درصد) در تیمار تلقیح‌شده با قارچ GV مشاهده شد. ترتیب تأثیر کاربرد تیمارهای آلی مختلف، بر افزایش غلظت هر یک از شکل‌های شیمیایی روی، متفاوت بود، هرچند تأثیر تیمار بیوچار کود‌مرغی (PMB) نسبت به دیگر تیمارهای آلی در افزایش غلظت اکثر شکل‌های شیمیایی روی (کربناتی (1/81 درصد)، آلی (42 درصد)، روی متصل به اکسیدهای منگنز (15 درصد) و اکسیدهای آهن بی‌شکل (1/14 درصد)) بیشتر بود. توزیع شکل‌های شیمیایی روی بومی خاک به صورت: باقی مانده << اکسیدهای ‌آهن کریستالی < اکسیدهای ‌آهن بی‌شکل< کربناتی< اکسیدهای منگنز< آلی< محلول و تبادلی بود، درحالی‌که بر اثر کاربرد قارچ GV و تیمارهای آلی PM و SMB توزیع شکل‌های شیمیایی روی در خاک به صورت: باقی‌مانده << اکسیدهای ‌آهن کریستالی < اکسیدهای ‌آهن بی-شکل< کربناتی< اکسیدهای منگنز< محلول و تبادلی< آلی تغییر ‌یافت. همبستگی مثبت و معنا‌داری بین شکل‌های محلول‌وتبادلی، کربناتی، اکسیدهای آهن‌ بی‌شکل و کریستالی روی در خاک با روی عصاره‌گیری شده به‌وسیله DTPA وجود داشت که نشان‌دهنده نقش مؤثر این چهار شکل شیمیایی در تأمین روی مورد نیاز گیاه می‌باشد. نتایج اثر متقابل تیمارها نشان داد که تأثیر کاربرد هم-زمان قارچ و کود آلی بر غلظت هر یک از شکل‌های شیمیایی روی متفاوت و بستگی به نوع کود آلی و قارچ مایکوریز کاربردی داشت.
نتیجه‌گیری: کاربرد هر دو گونه قارچ مایکوریزا آربوسکولار سبب تبدیل روی از شکل‌های کمتر قابل‌استفاده به شکل‌های با قابلیت استفاده بیشتر در خاک شد و تأثیر قارچ GV به‌مراتب بیشتر از FM بود. همچنین روی افزوده شده بر اثر کاربرد کودهای آلی به خاک، در شکل‌هایی با پتانسیل زیست‌فراهمی بیشتر تمرکز یافت و تأثیر تیمار PMB نسبت به سایر تیمارها مشهودتر بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of organic manures, their biochars and arbuscular mycorrhizae fungi on distribution of zinc chemical fractions in a calcareous soil

نویسنده [English]

  • hamidreza boostani

چکیده [English]

Background and objectives: Zinc (Zn) is an essential micronutrient that the higher plants require it for normal growth and quality and quantity development. High soil pH, low amount of soil organic matter and high calcium carbonate content are the most important factors that led to a decrease of Zn bioavailability in soil. The aim of this research was to investigate the effects of arbuscular mycorrhizae fungi inoculation and application of two types of organic manures and their derived biochars on distribution of Zn chemical forms in a calcareous soil after corn cultivation using a sequential extraction procedure.
Materials and methods: To do this research, appropriate amount of soil from the surface layer (0-30 cm) of a calcareous soil was collected, air dried and passed through 2mm sieve. A factorial experiment as a completely randomized design was performed with three replications under greenhouse conditions. The first factor including organic manure at five levels (without organic manure (C), sheep manure (SM), poultry manure (PM), sheep manure biochar (SMB) and poultry manure biochar (PMB) each at 2 % w/w) and the second factor was fungal inoculation at three levels (non-inoculation (NG), inoculation with Funneliformis mosseae (FM) and Glomus versiform (GV)). Biochars were produced using the pyrolysis of organic manures (500 0C during 4 h) in the limited oxygen conditions. After applying treatments to the soil, corn seeds (Zea mays L.) were planted in plastic pots and held for 10 weeks. Sequential extraction procedure of sing et al. was used to determine the zinc chemical forms in the soil after corn cultivation. This procedure separate the soil Zn into 7 different fractions including: soluble+exchangeable (WsEx-Zn), carbonatic (Car-Zn), Organic (OM-Zn), Manganese oxide (MnOx-Zn), Amorphous iron oxides (AFeOx-Zn), Crystalline iron oxides (CFeOx-Zn) and Residual (Res-Zn).
Results: The concentration of WsEx and OM fractions of Zn were significantly increased and Zn concentration in AFeOx and CFeOx forms were significantly decreased compared to control by application of fungi treatments. The greatest increase of Zn concentration in WsEx (31.9 %) and OM (12.9 %) forms were observed in the GV treatment. The sequence of effect of various organic treatments application on enhancement of Zn concentration in each chemical forms were different however, the effect of PMB treatment on increasing the concentration of most Zn chemical forms (Car-Zn (81.1 %), OM-Zn (42 %), MnOx-Zn (15 %) and AFeOx-Zn (14.1 %)) was more than the other organic treatments. Distribution of native Zn chemical fractions were as follows: Res >> CFeOx > AFeOx > Car > MnOx > OM > WsEx whereas the distribution of Zn chemical fractions as influenced by application of GV, PM and SMB treatments were changes in this way: Res >> CFeOx > AFeOx > Car > MnOx > WsEx > OM. There were positive and significant correlations between WsEx-Zn, Car-Zn, AFeOx-Zn and CFeOx-Zn fractions with DTPA extractable Zn, which is indicating the effective role of these fractions in the supply of required Zn plant. The results of interaction effects of treatments showed that the effect of simultaneous application of fungi and organic manure on the concentration of each Zn chemical fractions was different and depended on type of organic manure and mycorrhizae fungi applied.
Conclusions: Application of both species of arbuscular mycorrhizae fungi caused the conversion of Zn from less available forms to fractions with more bioavailability in the soil and the effect of the GV species was considerably more than the FM species. Also, Zn added to the soil as affected by application of organic manures, concentrated in fractions with more bioavailability and the effect of the PMB treatment was more obvious than the other treatments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Glomus versiform
  • Funneliformis mosseae
  • Poultry manure biochar
  • sequential extraction
1.Abbasi, M.K., and Anwar, A.A. 2015. Ameliorating Effects of Biochar Derived from Poultry
Manure and White Clover Residues on Soil Nutrient Status and Plant growth Promotion -
Greenhouse Experiments. PLoS ONE. 10: 6. 1-18.
2.Alidoust, D., Suzuki, S., Matsumura, S., and Yoshida, M. 2012. Chemical speciation of heavy
metals in the fractionated rhizosphere soils of sunflower cultivated on a humic Andosol.
Commun. Soil Sci. Plant Anal. 43: 17. 2314-2322.
3.Alloway, B.J. 2008. Zinc in soils and crop nutrition. 2nd ed. Belgium and Paris: IZA and IFA
Brussels.
4.Almas, A., Sing, B.R., and Salbu, B. 1999. Mobility of cadmium-109 and zinc-65 in soil
influenced by equilibration time, temperature and organic matter. J. Environ. Qual. 64: 955-962.
5.Balakrishnan, N., and Subramanian, K.S. 2016. Mycorrhizal (Rhizophagus Intraradices)
Symbiosis and Fe and Zn Availability in Calcareous Soil. Commun. Soil Sci. Plant Anal.
120: 17-25.
6.Boostani, H.R., Chorom, M., Moezzi, A., Karimian, N., Enayatizamir, N., and Zarei, M. 2016.
Effect of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) and arbuscular mycorrhizae fungi
(AMF) application on distribution of zinc chemical forms in a calcareous soil with different
levels of salinity. J. Soil Manage. Sust. 6: 1. 1-24. (In Persian)
7.Boostani, H.R., Chorom, M., Moezzi, A., Karimian, N., and Enayatizamir, N. 2017. Effect of
Salinity and Organic Matter on Distribution of Zinc Chemical Forms in a Calcareous Soil
after Maize Cultivation. Water and Soil Science. 27: 1. 1-10. (In Persian)
8.Broadley, M.R., White, P.J., Hammond, J.P., Zelko, I., and Lux, A. 2007. Zinc in plants.
New Phytologist. 173: 677-702.
9.Clement, R., and Bernal, M.P. 2006. Fractionation of heavy metals and distribution of organic
carbon in two contaminated soils amended with humic acids. Chemosphere. 64: 1264-1273.
10.Gee, G.W., and Bauder, J. W.1986. Particle size analysis, hydrometer method. P 404-408.
In: A. Klute, A., G.S. Campbell, R.D. Jackson, M.M. Mortland and D.R. Nielsen, (Eds.),
Methods of soil analysis. 2nd ed. Part 1.America Society of Agronomy, Madison. WI.
11.Gholami, L. 2011. Effects of mycorrhizal arbuscular symbiosis, zinc levels and organic
matter on zinc chemical forms in a calcareous soil and responses of corn. Master Thesis,
Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shiraz University.
12.Helmke, P.H., and Spark, D.L. 1996. Potassium. P 551-574. In: Sparks, D.L., A.L. Page,
P.A. Helmke, and R.H. Loeppert, (Eds.), Methods of soil analysis, part 3, Soil Science
Society of America, Madison, WI.
13.Herencia, J.F., Ruiz, J.C., Melero, M.S., Villaverde, J., and Maqueda, C. 2008. Effects of
organic and mineral fertilization on micronutrient availability in soil. Soil Sci. 173: 69-80.
14.Ippolito, J.A., Laird, D.A., and Busscher, W.J. 2012. Environmental benefits of biochar.
J. Environ. Qual. 41: 967-972.
15.Kamali, S., Ronaghi, A., and Karimian, N. 2011. Soil Zinc Transformations as Affected by
Applied Zinc and Organic Materials. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 42: 9. 1038-1049.
16.Kandeler, E., Marschner, P., Tscherko, D., Gahoonia, T.S., and Nielsen, N.E. 2002.
Microbial community composition and functional diversity in the rhizosphere of maize.
Plant Soil, 238: 301-312.
17.Kiekens, L. 1995. Zinc. In: Heavy Metals in Soils, Alloway BJ, editor. Chapman and Hall,
London.
18.Kim, K.Y., Jordan, D., and McDonald, G.A. 1998. Effect of phosphate solubilizing bacteria
and vesicular-arbuscular mycorrhizae on tomato growth and soil microbial activity. Biol.
Fertil. Soil. 26: 79-87.
19.Lehmann, J., Rillig, M.C., Thies, J., Masiello, C.A., Hockaday, W.C., and Crowley, D. 2011.
Biochar effects on soil biota–a review. Soil Biol. Biochem. 43: 1812-1836.
20.Lehmann, J., and Joseph, S. 2009. Biochar for environmental management: an introduction.
P 1-12. In: Lehmann J., Joseph S. (Eds.), Biochar for Environmental Management: Science
and Technology. Earthscan, London.
21.Lindsay, W.L., and Norvel, W.A. 1978. Development of DTPA soil test for zinc, iron,
manganese and copper. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421-428.
22.Loeppert, R.H., and Suarez. L. 1996. Carbonate and gypsum. P 437-474. In: Sparks, D.L.,
A.L. Page, P.A. Helmke and R.H. Loeppert, (Eds.), Methods of soil analysis, Part 3, Soil
Science Society of America, Madison, WI.
23.Lu, A., Zhang, S., and Shan, X. 2005. Time effect on the fractionation of heavy metals.
Geoderma. 125: 225-234.
24.Luo, Y.M., and Chiristie, P. 1998. Bioavailability of Copper and Zinc in soils treated with
alkaline stabilized sewage sludge. J. Environ. Qual. 27: 335-342.
25.Martino, E., Perotto, S., Parsons, R., and Gadd, G.M. 2003. Solubilization of insoluble zinc
compounds by ericoid mycorrhizal fungi derived from heavy metal polluted soils. Soil Biol.
Biochem. 35: 133-141.
26.Melo, C.A., Coscionc, A.R., Aberu, C.A., Puga, A.P., and Camargo, O.A. 2013. Influence of
pyrolysis temperature on cadmium and zinc sorption capacity of sugar cane straw derived
biochar. BioResources. 8: 4. 4992-5004.
27. Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1982. Total carbon, organic carbon and organic matter.
P 539-579. In: Page, A.L., R.H. Miller and D.R. Keeny, (Eds.), Methods of Soil Analysis,
Part 2, Soil Science Society of America, Madison, WI.
28.Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., and Dean, L.A. 1954. Estimation of available
phosphorous in soil by extraction with sodium bicarbonate. USDA. Cric. 939. U. S. Gov.
Print. Office, Washington, DC.
29.Parizanganeh, A., Lakhan, V.C., and Jalalian, H. 2007. A geochemical and statistical
approach for assessing heavy metal pollution in sediments from southern Caspian coast.
Inter. J. Env. Sci. Technol. 4: 351-358.
30.Preetha, P.S., and Stalin, P. 2014. Different Forms of Soil Zinc - their Relationship with
Selected Soil Properties and Contribution towards Plant Availability and Uptake in Maize
Growing Soils of Erode District, Tamil Nadu. Ind. J. Sci. Technol. 7: 7. 1018-1025.
31.Ramos, L., Hernandez, L.M., and Gonzaalez, M.J. 1994. Sequential fraction of Cu, Pb, Cd
and Zn in soils from or near Donana national Park. J. Environ. Qual. 23: 50-57.
32.Rattan, R.K., and Sharma, P.D. 2004. Main micronutrients available and their method of use.
Proceedings IFA International Symposium on Micronutrients, Pp: 1-10.
33.Rhoades, J.D. 1996. Salinity: Electrical conductivity and total dissolved salts. P 417-436.
In: Sparks, D.L., A.L. Page, P.A. Helmke and R.H. Loeppert, (Eds.), methods of soil
analysis, part 3, 3rd ed, Soil Science Society of America, Madison, WI.
34.Safari, M., Yasrebi, J., Karimian, N., and Xiao, S. 2009. Evaluation of three sequential
extraction methods for fractionation of zinc in calcareous and acidic soils. Res. J. Biol. Sci.
4: 7. 848-857.
35.Saravanan, V.S., Subramoniam, S.R., and Ra, S.A. 2003. Assessing in vitro solubilization
potential of different zinc solubilizing bacterial (zsb) isolates. Braz. J. Microbiol. 34: 121-125.
36.Sekhon, K.S., Singh, J.P., and Mehla, D.S. 2006. Long-term effect of organic/inorganic input
on the distribution of zinc and copper in soil fractions under a rice-wheat cropping system.
Arch. Agron. Soil Sci. 52: 551-556.
37.Sepahvand, H., and Forghani, A. 2011. Distribution of different forms of Iran and its
correlation with soil characteristics in some province of calcareous soils. J. Soil Water.
25: 15. 1128-1137.
38.Shahbazi, K., and Besharati, H. 2013. Short investigation of soil fertility status of Iran.
J. Land Manage. 1: 1-15.
39.Shuman, L.M. 1991. Chemical Forms of Micronutrients in Soils. Micronutrients in
Agriculture, Mortvedt JJ, editor. Soil. Sci. Soc. Am. J. Madison, WI.
40.Shuman, L.M. 1988. Fractionation method for soil microelements. Soil Sci. 140: 11-22.
41.Sims, J.T., and Kline, J.S. 1991. Chemical fractionation and plant uptake of heavy metals in
soils amended with Co-compost sewage sludge. J. Environ. Qual. 20: 387-395.
42.Singh, J.P., Karwarsa, S.P.S., and Singh, M. 1988. Distribution and forms of copper, iron,
manganese and zinc in calcareous soils of India. Soil Sci. 146: 359-366.
43.Sposito, G., Lund, L.J., and Chang, A.C. 1982. Trace metal chemistry in arid zone field soils
amended with sewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cd and Pb solid phases. Soil Sci. Soc.
Am. J. 46: 260-264.
44.Subramanian, K.S., Tensia, V., Jayalakshmi, K., and Ramachandran, V. 2009. Biochemical
changes and zinc fractions in arbascular mycorrhizal fungus (Glomus intraradices) inoculated
and inoculated soils under differential zinc fertilization. Appl. Soil Ecol. 49: 32-39.
45.Sun, Y., Gao, B., Yao, Y., Fang, J., Zhang, M., Zhao, Y., Chen, H., and Yang, L. 2014.
Effect of feedstock type, production method and pyrolysis temperature on biochar and
hydrobiochar properties. J. Chem. Eng. 240: 574-578.
46.Sumner, M., Miller, w., Sparks, D., Page, A., Helmke, P., Loeppert, R., Soltanpour, P.,
Tabatabai, M., and Johnston, C. 1996. Cation exchange capacity and exchange coefficients.
Methods of soil analysis. Part 3-chemical methods. Pp: 1201-1229.
47.Tagwira, F., Riho, M., and Mugwira, L. 1992. Effect of pH and phosphorous and organic
matter on zinc availability and distribution in two Zimbabwean soils. Commun. Soil Sci.
Plant Anal. 23: 1485-1491.
48.Thomas, G.W. 1996. Soil and Soil acidity. P 475-490. In: Sparks, D.L., A.L. Page, P.A.
Helmke and R.H. Loeppert, (Eds.), methods of soil analysis. Part 3. 3rd Ed., Am. Soc.
Agron., Madison, WI.
49.Usman, A.R.A., Kuzyakov, Y., and Stahr, K. 2004. Dynamics of organic C mineralization
and the mobile fraction of heavy metals in a calcareous soil incubated with organic wastes.
Water Air Soil Pollut. 158: 401-418.
50.Wamberg, C., Christensen, S.I., Jakobsen, A.K., Muller, I., and Sorensen, S.J. 2003.
The mycorrhizal fungus (Glomus intraradices) affects microbial activity in the rhizosphere
of pea plants (Pisum sativum). Soil Biol. Biochem. 35: 1349-1357.
51.Yang, X., Liu, J., McGrouther, K., Hung, H., Lu, K., Gao, X., He, L., Lin, X., Che, L., Ye,
Z., and Wang, H. 2016. Effect of biochar on the extractability of heavy metals (Cd, Cu, Pb,
and Zn) and enzyme activity in soil. Environ. Sci. Pollut. Res. 22: 5. 3183-3190.