پديد آورندگان :
محموديان چوپلو، امين دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - دانشكده مرتع و آبخيزداري - گروه مديريت مرتع، گرگان , نيك نهاد قرماخر، حميد دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - دانشكده مرتع و آبخيزداري - گروه مديريت مرتع، گرگان , يوسفي، حسين دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - دانشكده مهندسي چوب و كاغذ - گروه تكنولوژي و مهندسي چوب، گرگان
كليدواژه :
پيروليز , دما , شاخ و برگ درخت هلو , بيوچار
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: بيشتر خاك‌هاي مناطق خشك و نيمه‌خشك كمتر از يك درصد ماده آلي دارند و عمدتاً كمبود ماده آلي عامل محدوده كننده‌اي است. سالانه ميليون‌ها تن شاخ و برگ هرس شده درختان در سطح كشور توليـد مي‌شود كه مي‌تواند در تأمين ماده آلي و بهبود حاصلخيزي خاك‌ها سهيم باشند. وجود پسماندهاي آلي ناشي از فعاليت‌هاي كشاورزي، پيامدهاي ناگوار كوتاه و درازمدتي را براي كشاورزي و محيط‌زيست ايجاد كرده است. يكي از راهكارهاي فائق آمدن بر اين مسائل، تبديل پسماندهاي آلي به بيوچار است. بيوچار يك اصلاح كننده خاك آلي بسيار پايدار، متخلخل، غني از كربن و ريزدانه است كه از پيروليز بقاياي آلي به دست مي‌آيد. بيوچار خصوصيات مختلف فيزيكي (ساختمان خاك، جرم مخصوص ظاهري، هدايت هيدروليكي)، شيميايي (pH، ظرفيت تبادل كاتيوني، ميزان مواد آلي) و زيستي خاك (فعاليت ميكروبي، تنوع ميكروبي، فعاليت آنزيمي و جمعيت ميكروبي) را تحت تأثير قرار داده و موجب بهبود حاصلخيزي خاك مي‌شود. هدف از تحقيق حاضر، توليد بيوچار ازشاخ و برگ هرس شده درخت هلو براي اولين بار در كشور و بررسي اثر دماهاي مختلف پيروليز بر ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي آن است.
مواد و روش: شاخ و برگ هرس شده درختان هلو از باغات اطراف شهرستان گرگان تهيه شد و پس از تبديل به خاك اره، به آزمايشگاه انتقال داده شدند. سپس، در كوره الكتريكي تحت گاز آرگون و در دماهاي 300، 400، 500، 600 و 700 درجه سانتيگراد و با زمان ماندگاري يك ساعت، بيوچارهاي متنوعي توليد شد. آنگاه، خصوصيات بيوچارهاي توليد شده شامل درصد عملكرد، درصدد خاكستر، اسيديته ، شوري ،درصد كربن آلي، درصد نيتروژن كل، پتاسيم، فسفر، كلسيم و منيزيم قابل تبادل، اندازه‌گيري شدند.
يافته‌ها: عملكرد بيوچارهاي توليدشده با افزايش دما كاهش معني‌داري داشت. بيشترين درصد عملكرد در دماهاي پيروليز300 و 400 درجه سانتيگراد مشاهده شد. بيشترين ميزان كربن آلي (65 درصد) و نيتروژن كل (0/55 درصد) نيز، در دماي 400 درجه سانتيگراد به‌دست آمد. كيفيت بيوچار با افزايش دما به‌تدريج كاهش معني‌داري يافت، بطوريكه بيشترين شوري (0/88 دسي زيمنس ير متر)، بيشترين اسيديته (8/6)، و كمترين عملكرد (23 درصد) در بيوچار توليد شده در دماي 700 درجه سانتيگراد مشاهده شد. بيشترين مقدار خاكستر (73 درصد) در بيوچار 700 درجه سانتيگراد و بيشترين ظرفيت نگهداري آب (0/085 گرم بر گرم) نيز، در بيوچارهاي توليد شده در دماهاي 300 و 400 درجه سانتيگراد به دست آمد.
نتيجه‌گيري: ازآنجايي‌كه بـا افزايش دماي فرايند پيروليز، اسيديته و شوري بيوچار توليد شده از شاخ و برگ هرس شده درختان هلو افزايش يافته و درصد عملكرد و ميزان كربن آلي آن كاهش يافتند، لذا توليد بيوچار از شاخ و برگ هرس شده درختان هلو در دماي 400 درجه سلسيوس جهت استفاده در عمليات اصلاح اراضي شور و قليايي توصيه مي‌گردد.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Most of soils in arid and semi-arid regions have less than one percent organic matter, so organic matter deficiency is mainly a limiting factor in mentioned areas. Millions of tons of trees pruned foliage are produced nationwide each year that can contribute to the supply of organic matter and the improvement soil fertility. Organic wastes from agricultural activities have created short and long-term negative consequences for agriculture and the environment. One way to overcome these issues is to convert organic wastes into biochars. Biochar is a highly stable, porous, carbon-rich and fine-grained organic soil conditioner derived from pyrolysis of organic debris. Biochar affects various soil physical (structure, bulk density, hydraulic conductivity), chemical (pH, cation exchange capacity, organic matter content), and biologic (microbial activity, microbial diversity, enzymatic activity, and microbial population) properties and improves soil fertility. The aim of this study was to investigate the effect of different pyrolysis temperatures on the physical and chemical properties of produced biochars from pruned foliage of peach trees.
Materials and Methods: The pruned foliage of peach trees was prepared from gardens around Gorgan city and after being conversion into sawdust, they were transferred to the laboratory. Then, in the electric furnace under argon gas, at various temperatures of 300, 400, 500, 600 and 700 degrees centigrade, within one hour, various biochars were produced. Then, properties of produced biochars including yield percent, ash content, acidity, salinity, organic carbon percentage, total nitrogen percentage, exchangeable potassium, phosphorus, calcium and magnesium were measured.
Results: The yield of produced biochar significantly decreased with increasing temperature. The highest percentage of yield was observed at pyrolysis temperatures of 300 and 400 degree centigrade. The highest organic carbon (65%) and total nitrogen (0.55%) were obtained at 400 degree centigrade. Biochar quality gradually decreased with increasing temperature, with highest salinity (0.88 ds/m), acidity (8.6), and lowest yield (23%) observed in biochar produced at 700 degree centigrade. The highest amount of ash (%73) was obtained in biochar at 700 degree centigrade and the highest water storage capacity (0.085 gr/gr) was obtained in biochar at 300 and 400 degree centigrade.
Conclusion: Acidity and salinity of produced biochars from Peach tree foliage increased and the percentage of yield and organic carbon decreased by increasing the temperature of the pyrolysis process, therefore, in order to use in saline and alkaline land reclamation operations, biochar production from peach trees pruned foliage in 400 degree centigrade is recommended.
