اثر بیوچار و شوری آب آبیاری بر ویژگی‌های شیمیایی خاک پس از برداشت گندم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز ، ایران

3 بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

4 بخش علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

سابقه و هدف: شوری از مهم‌ترین و جدی‌ترین تنش‌های محیطی بوده که عاملی تعیین کننده در کاهش محصول گیاهان زراعی به شمار می‌رود. خاک‌هایی که تحت تاثیر شوری قرار می‌گیرند معمولا به دلیل کمبود ماده آلی، ساختمان ضعیفی دارند. از این رو افزودن مواد آلی می‌تواند سبب بهبود پایداری خاکدانه‌های خاک، افزایش تخلخل خاک و بهبود ظرفیت نگهداری آب خاک شود. بیوچار نوعی ماده آلی غنی از کربن می‌باشد که از سوزاندن بقایای گیاهی و فضولات حیوانی در شرایط دمای زیاد و اکسیژن کم تولید می‌شود. استفاده از بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک، سبب افزایش حاصلخیزی و بهبود کیفیت خاک می‌گردد. لذا هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر سطوح مختلف شوری آب آبیاری و بیوچار حاصل از کاه و کلش گندم بر برخی ویژگی‌های شیمیایی خاک لوم شنی پس از برداشت گندم می‌باشد.
مواد و روش‌ها: آزمایش گلخانه‌ای به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با 4 تیمار شوری آب آبیاری (5/0، 5، 7 و 9 دسی‌زیمنس بر متر) و 4 سطح بیوچار (صفر، 25، 50 و 75 مگاگرم در هکتار) و در سه تکرار انجام شد. خاک مورد استفاده در این پژوهش دارای بافت لوم شنی با وزن مخصوص ظاهری 53/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب، هدایت الکتریکی عصاره اشباع برابر با 66/0 دسی‌زیمنس بر متر و ظرفیت نگهداری آب در حد ظرفیت مزرعه‌ای و پژمردگی دایم به ترتیب برابر با 21 و 8 درصد حجمی بود. بیوچار از بقایای گندم در دمای 500 درجه سلسیوس و در شرایط بدون اکسیژن تهیه شد. پس از برداشت گیاه گندم (رقم شیراز)، ویژگی‌های شیمیایی خاک (مانند غلظت سدیم، کلسیم و پتاسیم، هدایت الکتریکی عصاره اشباع و نسبت جذبی سدیم) در دو لایه 0-10 و 10-20 سانتی‌متری اندازه‌گیری شدند. تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها با نرم افزار SAS انجام شد. مقایسه بین اثر تیمارها بر ویژگی‌های مورد مطالعه با آزمون دانکن و در سطح احتمال 95 درصد انجام شد.
یافته‌ها: به طور کلی، نتایج نشان داد که غلظت سدیم، پتاسیم و کلسیم، قابلیت هدایت الکتریکی و نسبت جذبی سدیم در لایه 0-10 سانتی‌متری با اعمال بیشترین سطح بیوچار (75 مگاگرم در هکتار) نسبت به سطح صفر بیوچار به ترتیب سبب افزایش 1/1 و 8/143، 2/2، 1/2 و 8/0 برابری و با اعمال بیشترین سطح شوری (9 دسی‌زیمنس بر متر) نسبت به سطح شاهد (5/0 دسی‌زیمنس بر متر) به ترتیب سبب افزایش 8/14 و 6/1، 6/8، 1/2 و 4/5 برابری گردید. غلظت عناصر اندازه‌گیری شده، هدایت الکتریکی عصاره اشباع و نسبت جذبی سدیم در لایه 0-10 به دلیل تبخیر از لایه سطحی خاک، و بالاتربودن ظرفیت نگهداری آب بواسطه حضور بیوچار بیشتر از 10-20 سانتی متری بوده است. از طرف دیگر، بالا بودن هدایت الکتریکی عصاره اشباع بیوچار تولیدی (5/7 دسی‌زیمنس بر متر) نسب به خاک (7/0 دسی‌زیمنس بر متر) و همچنین تجمع بیشتر عناصر در خاک (از آنجایی که آبی از انتهای گلدان‌ها خارج نشد) سبب افزایش هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک در تیمارهای حاوی بیوچار و در هر دولایه گردیده است.
نتیجه‌گیری: هرچند که خود بیوچار به واسطه شور بودن سبب افزایش شوری خاک و سایر ویژگی‌های شیمیایی خاک گردیده است، افزایش بیوچار به بیش از 25 مگاگرم در هکتار تا حدودی شدت اثرات منفی ناشی از افزایش شوری را کاسته است. از طرف دیگر، با توجه به افزایش میزان پتاسیم در حضور بیوچار، می‌توان از آن به عنوان اصلاح کننده خاک‌هایی که دارای کمبود پتاسیم هستند، استفاده نمود. در نتیجه می‌توان استفاده از بیوچار (با شوری کم) در سطوح کمتر از 25 مگاگرم بر هکتار را با توجه به قابلیت‌های این ماده به عنوان اصلاح کننده خاک‌ پیشنهاد نمود، به نحوی که استفاده از آن اقتصادی باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of biochar and irrigation water salinity on soil chemical properties after wheat harvest

نویسندگان [English]

  • Nahid Rezaie 1
  • Fatemeh Razzaghi 2
  • Ali Reza Sepaskhah 3
  • Seyyed Ali Akbar Moosavi 4

1 Graduated Master of Science Student of Water Engineering Department, School of Agriculture, Shiraz University, Iran

2 Water Engineering Department, School of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran

3 Water Engineering Department, School of Agriculture, Shiraz University, Iran

4 Soil Science Department, School of Agriculture, Shiraz University, Iran

چکیده [English]

Introduction: Salinity is one of the major environmental stresses negatively influence the agricultural production. The saline soils usually have poor soil structure due to lack of organic matter. Therefore, application of organic matter improves soil aggregate stability, increase soil porosity and enhance soil water holding capacity. Biochar is a carbon rich product, which is produced by burning crop residues and animal manure, under high temperature and limited oxygen conditions. Biochar, when used as a soil amendment, increase soil fertility and improve soil quality. Therefore, the aim of this study was to investigate the effect of different levels of irrigation water salinity and wheat straw biochar on some of soil chemical properties after wheat harvest.
Materials and Methods: A greenhouse experiment was conducted based on completely randomized design with four saline irrigation levels (0.5, 5, 7 and 9 dS m-1) and four levels of biochar (0, 25, 50 and 75 Mg ha-1) with three replications. The soil texture used in experiment was sandy loam with bulk density of 1.53 g cm-3, saturated paste extract electrical conductivity of 0.66 dS m-1 and volumetric soil water content of 21 and 8 % at field capacity and permanent wilting point, respectively. The biochar was produced from wheat straw at 500oC and under no oxygen conditions. After harvesting the wheat (Shiraz cv.), the chemical parameters of soil (such as sodium, calcium and potassium concentration, soil electrical conductivity in the saturation paste extract and sodium absorption ratio) were measured in the depths of 0-10 and 10-20 cm. Statistical analysis was performed using SAS software. The means were compared using Duncan’s multiple range test at the 5% level of probability.
Results and Discussion: In general, the results showed that the concentration of sodium, potassium and calcium, electrical conductivity and sodium absorption ratio with application of maximum level of biochar (75 Mg ha-1) increased by 1.1 and 143.8, 2.2, 2.1 and 0.8 times in comparison with no biochar application in the 0-10 cm soil depth. In the same soil depth (0-10 cm), the latter parameters with the application of the maximum level of water salinity (9 dS m-1) were enhanced by 14.8 and 1.6, 8.6, 2.1 and 5.4 times in comparison with 0.5 dS m-1 salinity. The concentration of measured ions, soil electrical conductivity and sodium absorption ratio were higher at 0-10 cm compared with those in 10-20 cm due to soil evaporation from soil surface and higher water holding capacity in top layer of soil due to biochar application. Moreover, increase in soil electrical conductivity in both layers by application of biochar was due to high saturated paste extract electrical conductivity of the used biochar (7.5 dS m-1) in comparison with the electrical conductivity of the soil (0.7 dS m-1) and also accumulation of ions in the soil, as water was not drained out of the pots.
Conclusions: Although, biochar increased soil salinity and other soil chemical properties due to its salinity, increase in biochar application higher than 25 Mg ha-1 reduced the negative effects of water salinity, to some extent. On the other hand, as potassium increased in the biochar treatments, biochar as k additive can be used in soil with potassium deficiency. Therefore, according to biochar ability as soil amendment, application of biochar (with low salinity) at lower levels of 25 Mg ha-1 is recommended, if it is economically justified.

کلیدواژه‌ها [English]

  • potassium
  • Sodium
  • Calcium
  • Electrical conductivity
  • Sodium adsorption ratio