اثر کود گاوی غنی شده با لجن کنورتور بر زیست‌فراهمی آهن در یک خاک آلوده به سرب

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش اموخته گروه خاکشناسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک

2 عضو هیات علمی گروه خاکشناسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک

چکیده

سابقه و هدف: امروزه متخصصین از روش‌هایی نظیر کاریرد کلات‌های آهن، پائین آوردن پ‌هاش خاک و ضایعات صنعتی در جهت برطرف نمودن کمبود آهن در خاک، استفاده می‌کنند. استفاده از مواد جامد زائد کارخانجات فولادسازی و ذو‌ب ‌‌آهن مانند سرباره و لجن کنورتور به عنوان مواد اصلاحی خاک در تغذیه آهن می‌تواند مفید باشد. این ترکیبات حاوی درصد قابل توجهی آهن هستند و سالانه به مقدار خیلی زیاد تولید و انباشته می‌شوند. کاربرد سرباره و لجن کنورتور در خاک ممکن است بر تحرک زیستی و فرم های شیمیایی آهن در خاک تاثیرگذار باشد. از سویی دیگر آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین مانند سرب مشکلی جدی و روزافزون است و می‌تواند مدیریت تغذیه ای عناصر غذایی از جمله آهن را تحت تاثیر قرار دهد. با در نظر گرفتن اثر برهمکنش آهن و سرب، این تحقیق با هدف بررسی اثر کود گاوی غنی شده با لجن کنورتور بر تغییر قابلیت زیست‌فراهمی آهن در یک خاک آلوده به سرب انجام شد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش به صورت یک آزمایش فاکتوریل سه فاکتوره در فالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در شرایط گلخانه‌ای به اجرا در آمد. تیمارهای آزمایشی شامل کاربرد مقادیر 0 ، 15 و 30 تن در هکتار کود گاوی غنی شده با 0 و 5 درصد وزنی آهن خالص از ترکیب لجن کنورتور بود. علاوه بر این، خاک با مقادیر 0، 200، 300 و400 میلی گرم سرب در کیلوگرم خاک از منبع نیترات سرب آلوده و به مدت یک ماه نگهداری شد. سپس کود گاوی غنی‌شده به خاک آلوده به سرب اضافه شد و بذر ذرت (سینگل کراس 704) کاشته شد. بعد از گذشت 60 روز از شروع آزمایش، ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی خاک و غلظت آهن در خاک و گیاه ذرت اندازه‌گیری شد.
یافته ها: افزایش کاربرد کود گاوی از 0 به 15 و 30 تن در هکتار در خاک آلوده به 300 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم خاک به ترتیب باعث افزایش 21 و 35 برابری در مقدار آهن قابل عصاره‌گیری با DTPA شد. مشابه این نتیجه، غلظت آهن ریشه و شاخساره نیز افزایش یافت، به طوری که کاربرد 30 تن در هکتار کود گاوی (‌در خاک آلوده به 200 میلی گرم سرب در کیلوگرم خاک) به ترتیب باعث افزایش 7 و3/12 برابری در غلظت آهن ریشه و شاخساره گیاه شد. کود گاوی غنی شده با لجن کنورتور نیز تاثیر مثبتی بر افزایش غلظت آهن ریشه و شاخساره گیاه داشت، به صورتی که کاربرد 30 تن در هکتار کود گاوی غنی‌شده در خاک آلوده به 200 میلی گرم سرب به ترتیب باعث افزایش 2 و 7/7 برابری در غلظت آهن ریشه و شاخساره گیاه شد.
نتیجه‌گیری: بیشترین مقدار آهن قابل عصاره‌گیری با DTPA و غلظت آهن ریشه و شاخساره در خاک غیر آلوده و تیمار شده با 30 تن در هکتار کود گاوی غنی شده با 5 درصد آهن خالص از ترکیب لجن کنورتور بود. با توجه به اثر آنتاگونیستی سرب و آهن، افزایش آلودگی خاک به سرب باعث کاهش معنی‌دار قابلیت زیست‌فراهمی آهن در خاک، ریشه و شاخساره گیاه شده است. نتایج کلی این تحقیق حاکی از آن است که کاربرد کود گاوی غنی شده با 5 درصد آهن خالص از ترکیب لجن کنورتور، توانسته است باعث افزایش قابلیت زیست‌فراهمی آهن در خاک و گیاه شود، هر چند که در این میان نقش کاربرد کود گاوی در کاهش قابلیت زیست‌فراهمی سرب و به دنبال آن افزایش قابلیت زیست‌فراهمی آهن در خاک (‌اثر رقابتی آهن و سرب) نبایستی نادیده گرفته شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of enriched cow manure with converter sludge on Fe bio-availability in a lead polluted soil

نویسندگان [English]

  • Narges Tabrateh Farahani 1
  • Amir Hoseini Baghaie 2
  • Anahita Polous 2
چکیده [English]

Background and objectives: Nowadays, different materials such as applying Fe chelates, soil acidifying materials and industrial wastes are used to correct soil Fe deficiency. Slag and convertor sludge of steel factories are useful as a reclamation material for Fe nutrition among the industrials wastes for this purpose. These materials contain considerable amount of Fe produced in large quantities every year. Application of slag and convertor sludge to soil may affect bioavailability and chemical forms of Fe in soil. On the other hand, environmental pollution caused by heavy metals such as lead (Pb) is a serious and growing problem and can affect nutrient management such as Fe. Considering interaction of Fe and Pb, this research was performed to investigate the effect of converter sludge enriched cow manure on the changes in Fe bio-availability in a Pb polluted soil.

Materials and Methods: A factorial experiment with a randomized complete block design with 3 factors in three replications was conducted in greenhouse conditions. Treatments were consisting of applying enriched cow manure (0, 15 and 30 t ha-1) with 0 and 5% pure Fe from converter sludge. In addition, the soil was polluted with Pb from Pb(NO3)2 source at the rates of 0, 200, 300 and 400 mg Pb kg-1 soil and incubated for one month. Then, the enriched cow manure was added to the Pb polluted soil and corn (Zea mays L. single grass 704) seeds were sown. After 60 days from the experiment, soil physio-chemical properties and soil and plant Fe concentration were measured.
Results: Increasing the loading rate of cow manure from 0 to 15 and 30 t ha-1 in a Pb polluted soil (300 mg Pb soil-1) caused an increasing in DTPA extractable-Fe by 21 and 35 times, respectively. Similar to this result, root and shoot Fe concentration was also increased, as, applying 30 t ha-1 cow manure in a polluted soil (200 mg Pb soil-1) caused an increasing in root and shoot Fe concentration by 7 and 12.3 times, respectively. Enriched cow manure with converter sludge had also a positive effect on root and shoot Fe concentration, as, applying 30 t ha-1 enriched cow manure in a Pb polluted soil (200 mg Pb soil-1) caused an increasing in root and shoot Fe concentration by 2 and 7.7 times, respectively.

Conclusion: The greatest DTPA extractable Fe and root and shoot Fe concentration was belong to the non- polluted soil treated with 30 t ha-1 cow manure enriched with 5% Fe pure from converter sludge. Considering the interaction effect of Fe and Pb, increasing the soil Pb pollution caused the significant decreasing in soil Fe availability and root and shoot Fe concentration. The result of this study showed that applying cow manure enriched with 5% Fe pure from converter sludge can probably increase soil and plant Fe bio-availability. However, the role of applying cow manure on decreasing Pb bio-availability and thereby, increasing soil Fe bio-availability (iron and lead competitive effect) cannot be ignored.
Keywords: Iron, Converter sludge, Enriched cow manure, Lead

کلیدواژه‌ها [English]

  • Iron
  • Converter sludge
  • Enriched cow manure
  • Lead
1.Abbaspour, A., Kalbasi, M., and Shariatmadari, H. 2004. Effect of steel converter sludge as
iron fertilizer and soil amendment in some calcareous soils. J. Plant Nutr. 27: 2. 377-394.
2.Agegnehu, G., Nelson, P.N., and Bird, M.I. 2016. Crop yield ,plant nutrient uptake and soil
physicochemical properties under organic soil amendments and nitrogen fertilization on
Nitisols. Soil Till. Res. 160: 1-13.
3.Alidadi Khaliliha, M., Dordipour, E., and Barani Motlagh, M. 2016. Interactive effect of iron
and lead on growth and their uptake in Cress (Lepidium sativum L.). J. Soil Manage. Sust.
Prod. 5: 4. 41-59. (In Persian)
4.Allen, S.E., Grimshaw, H.M., and Rowland, A.P. 1986. Chemical analysis. P 285-344,
In: P.D. Moore and S.B. Chapman (Eds.), Methods in Plant Ecology, Blackwell Scientific
Publication, Oxford, London.
5.Azizi, P., and Glaser, B. 2006. Organic Iron-fertilizers from Hornbeam-leaves, Outer
Rice-husks and Charcoal. J. Appl. Sci. 6: 673-677.
6.Baghaie, A., Khoshgoftarmanesh, A.H., Afyuni, M., and Schulin, R. 2011. The role of organic
and inorganic fractions of cow manure and biosolids on lead sorption. Soil Sci. Plant Nutr.
57: 1. 11-18.
7.Bremner, J.M. 1996. Nitrogen-total. P 1-89, In: D.L. Sparks, Methods of Soil Analysis. Part 3,
3rd Ed. Am. Soc. Agron. Madison. WI.
8.Cohen, C.K., Fox, T.C., Garvin, D.F., and Kochian, L.V. 1998. The role of iron-deficiency stress
responses in stimulating heavy-metal transport in plants. Plant Physiol. 116: 3. 1063-1072.
9.Das, A., Patel, D.P., Lal, R., Kumar, M., Ramkrushna, G.I., Layek, J., Buragohain, J.,
Ngachan, S.V., Ghosh, P.K., Choudhury, B.U., Mohapatra, K.P., and Shivakumar, B.G.
2016. Impact of fodder grasses and organic amendments on productivity and soil and crop
quality in a subtropical region of eastern Himalayas, India. Agric. Ecosyst. Environ.
216: 274-282.
10.Fodor, F. 2006. Heavy metals competing with iron under conditions involving
phytoremediation, P 129-151, In: L.L. Barton and J. Abadía (Eds.), Iron Nutrition in Plants
and Rhizospheric Microorganisms, Springer, Dordrecht, The Netherlands.
11.Gee, G.W., and Bauder, J.W., 1986. Particle-size analysis. P 383-411, In: A. Klute (Eds.),
Methods of Soil Analysis, Part 1. Physical and Mineralogical Methods, American society of
agronomy, Madison, WI.
12.Gopal, R., and Rizvi, A.H. 2008. Excess lead alters growth, metabolism and translocation of
certain nutrients in radish. Chemosphere. 70: 9. 1539-1544.
13.Hasegawa, H., Rahman, M.A., Saitou, K., Kobayashi, M., and Okumura, C. 2011. Influence
of chelating ligands on bioavailability and mobility of iron in plant growth media and their
effect on radish growth. Environ. Exp. Bot. 71: 3. 345-351.
14.He, W., Shohag, M.J.I., Wei, Y., Feng, Y., and Yang, X. 2013. Iron concentration,
bioavailability and nutritional quality of polished rice affected by different forms of foliar
iron fertilizer. Food Chem. 141: 4. 4122-4126.
15.Heidari Kohal, H., Samar, S.M., and Moez Ardalan, M. 2014. Soil injection of Iron Sulfate,
an Inexpensive Method for Controlling Iron Deficiency of Fruit Trees. Land Manage. J.
2: 2. 151-160. (In Persian)
16.Heidari, M., Galavi, M., and Hassani, M. 2011. Effect of sulfur and iron fertilizers on yield,
yield components and nutrient uptake in sesame (Sesamum indicum L.) under water stress.
Afr. J. Biotechnol. 10: 44. 8816-8822.
17.Jokar, L., and Ronaghi, A. 2015. Effect of foliar application of different Fe levels and
sources on growth and concentration of some nutrients in sorghum. J. Sci. Technol.
Greenhouse Cul. 6: 22. 163-174. (In Persian)
18.Lee, P.K., Choi, B.Y., and Kang, M.J. 2015. Assessment of mobility and bio-availability of
heavy metals in dry depositions of Asian dust and implications for environmental risk.
Chemosphere. 119: 1411-1421.
19.Li, J., Gan, J., and Hu, Y. 2016. Characteristics of Heavy Metal Species Transformation of
Pb, Cu, Zn from Municipal Sewage Sludge by Thermal Drying. Procedia Environ. Sci.
31: 961-969.
20.Mansouri, T., Golchin, A., and Fereidooni, J. 2016. The Effects of EDTA and H2SO4
on Phyto-extraction of Pb from contaminated Soils by Radish. J. Water Soil. 30: 1. 194-209.
(In Persian)
21.Martínez-Cuenca, M.R., Forner-Giner, M.Á., Iglesias, D.J., Primo-Millo, E., and Legaz, F.
2013. Strategy I responses to Fe-deficiency of two Citrus rootstocks differing in their
tolerance to iron chlorosis. Sci. Hort. 153: 56-63.
22.Melali, A.R., and Shariatmadari, H. 2008. Application of Steel Making Slag and Converter
Sludge in Farm Manure Enrichment for Corn Nutrition in Greenhouse Conditions. J. Water
Soil Sci. 11: 42. 505-513. (In Persian)
23.Mohammadi Torkashvand, A. 2011. Effect of steel converter slag as iron fertilizer in some
calcareous soils. Acta Agric. Scand. Sect. B Soil Plant Sci. 61: 1. 14-22.
24.Motesharezadeh, B., and SavaghebI, G.R. 2011. Study of sunflower plant response to cadmium
and lead toxicity by usage of PGPR in a calcareous soil. J. Water Soil. 25: 1069-1079.
(In Persian)
25.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1996. Total carbon, organic carbon and organic matter.
Methods of soil analysis, 3: 961-1010.
26.Nelson, R.E. 1982. Carbonate and gypsum. P 81-197, In: A.L. Page, R.H. Miller and D.R.
Keeney (Eds.), Methods of Soil Analysis ,Part 2. Chemical and Microbiological Properties,
American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
27.Olsen, S.R., and Sommers, L.E. 1982. Phosphorus. P 403-430, In: A.L. Page, R.H. Miller
and D.R. Keeney (Eds.), Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological
Properties, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
28.Rezvani, M., Zaefarian, F., and Gholizadeh, A. 2012. Lead and nutrients uptake by aeluropus
littoralis under different levels of lead in soil. Water Soil Sci. 22: 3. 73-86.
29.Rhoades, J.D. 1982. Cation exchange capacity. P 49-157, In: A.L. Page, R.H. Miller and
D.R. Keeney (Eds.), Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological
Properties, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin ,USA.
30.Saadat, K., and Barani Motlagh, M. 2013. Influence of Iranian natural zeolites, clinoptilolite
on uptake of lead and cadmium in applied sewage sludge by Maize (Zea mays L.). J. Water
Soil Cons. 20: 123-143. (In Persian)
31.Sharifi, M., Afyuni, M., and Khoshgoftarmanesh, A.H. 2010. Effects of sewage sludge,
animal manure, compost and cadmium chloride on cadmium accumulation in corn and
alfalfa. J. Residuals Sci. Tech. 7: 4. 219-225.
32.Sharma, A., Johri, B., Sharma, A., and Glick, B. 2003. Plant growth-promoting bacterium
Pseudomonas sp. strain GRP 3 influences iron acquisition in mung bean (Vigna radiata L.
Wilzeck). Soil Biol. Biochem. 35: 7. 887-894.
33.Shirani, H., Hajabbasi, M.A., Afyuni, M., and Hemmat, A. 2010. Impact of Tillage Systems
and Farmyard Manure on Soil Penetration Resistance under Corn Cropping. J. Water Soil
Sci. 14: 51. 141-155. (In Persian)
34.Siedlecka, A. 1995. Some aspects of interactions between heavy metals and plant mineral
nutrients. Acta Soc. Bot. Pol. 64: 3. 265-272.
35.Sinha, P., Dube, B., Srivastava, P., and Chatterjee, C. 2006. Alteration in uptake and
translocation of essential nutrients in cabbage by excess lead. Chemosphere. 65: 4. 651-656.
36.Solgi, E., Esmaili-Sari, A., Riyahi-Bakhtiari, A., and Hadipour, M. 2012. Soil contamination
of metals in the three industrial estates, Arak, Iran. Bull. Environ. Contam. Toxicol.
88: 4. 634-638.
37.Tafvizi, M., and Motesharezadeh, B. 2014. Effects of Lead on Iron, Manganese and Zinc
Concentrations in Different Varieties of Maize (Zea mays). Commun. Soil Sci. Plant Anal.
45: 14. 1853-1865.
38.Wang, X., and Cai, Q.S. 2006. Steel Slag as an Iron Fertilizer for Corn Growth and Soil
Improvement in a Pot Experiment1. Pedosphere. 16: 4. 519-524.
39.Westerman, R.L. 1990. Soil testing and plant analysis. SSSA, No. 3, Madison,Wisconsin,
USA.
40.Zhong, S., Shi, J., and Xu, J. 2010. Influence of iron plaque on accumulation of lead
by yellow flag (Iris pseudacorus L.) grown in artificial Pb-contaminated soil. J. Soils Sed.
10: 5. 964-970.