تأثير بيوچار و كمپوست باگاس نيشكر بر برخي ويژگي هاي مكانيكي خاك

Effect of sugarcane bagasse biochar and compost on some soil mechanical properties

سابقه و هدف: كمبود مواد آلي در بيش تر خاك هاي ايران موجب پديد آوردن مشكلاتي از قبيل ناپايداري ساختمان خاك، تراكم و در نتيجه تخريب اراضي شده است. يكي از روش هاي بهبود كيفيت خاك كاربرد كمپوست و بيوچار ارزان قيمت است. بيوچار ماده اي غني از كربن است كه از حرارت دادن بيومس در شرايط اكسيژن محدود تهيه مي شود. هر چند بيوچار به عنوان اصلاح كننده ويژگي هاي فيزيكي و شيميايي خاك شناخته شده است اما تاكنون اطلاعات اندكي در مورد تاثير اين ماده بر بهبود خصوصيات مكانيكي خاك هاي سنگين بافت وجود دارد. هدف از انجام اين پژوهش بررسي تاثير كاربرد بيوچار باگاس نيشكر و كمپوست باگاس نيشكر به عنوان اصلاح كننده بر برخي ويژگي هاي مكانيكي خاك مانند مقاومت برشي، ضريب انبساط و انقباض پذيري و حدود پايايي خاك شامل رطوبت حد رواني، حد خميري و شاخص خميرايي مي باشد. بدين منظور آزمايشي در قالب طرح كاملا تصادفي وبا سه تكرار اجرا شد. سطوح صفر، 2%، 4% و 6% وزني بيوچار باگاس نيشكر و سطوح صفر، 10، 20 و 30 تن در هكتار كمپوست باگاس نيشكر در ستون هايي از جنس PVC به طول 45 و قطر 10 سانتي متر به خاك اضافه شد. بيوچار به روش پيروليز در دماي 550 درجه سانتي گراد و در مقياس آزمايشگاهي تهيه شد. پس از تهيه ستون هاي خاك، تيمارها در گلخانه در رطوبت 70 درصد ظرفيت مزرعه به مدت 6 ماه گرماگذاري شدند. يافته ها: تمامي تيمارهاي بيوچار و كمپوست به طور معني داري موجب كاهش مقاومت برشي خاك شدند (0/01 >P). همبستگي منفي معني داري بين مقاوت برشي تيمارهاي بيوچار (0/89-=r) و كمپوست (0/79-=r) با كربن آلي خاك مشاهده شد (0/01 >P). بيوچار و كمپوست به كار برده شده ضريب انبساط و انقباض پذيري خاك را در سطح معني داري كاهش دادند (0/01 >P). همبستگي منفي معني داري بين ضريب انبساط و انقباض پذيري و تيمارهاي بيوچار (0/9 - =r) و كمپوست (0/78 - = r) به دست آمد (0/01 >P). افزودن بيوچار (0/01 >P) و كمپوست باگاس نيشكر (0/05 >P) موجب افزايش معني دار رطوبت حد رواني و رطوبت حد خميري شدند. همبستگي مثبت و معني داري بين مقدار مواد آلي خاك و حد رواني در تيمارهاي بيوچار (0/01 > P 0/8 r =) و كمپوست (0/05 >P، ا/0=r) مشاهده شد. بين مقدار مواد آلي خاك با حد خميري در تيمارهاي بيوچار و كمپوست نيز به ترتيب همبستگي مثبت و معني داري (79/ 0 = r) و (0/8 = r) وجود داشت (0/01 >P). افزودن كمپوست تأثير معني داري بر شاخص خميرايي نداشت ولي افزودن 9 درصد بيوچار به خاك موجب افزايش معني دار اين شاخص گرديد. همچنين شاخصي خميرايي با كربن آلي خاك همبستگي مثبت و معني داري (0/71 = r) نشان داد (0/01 >P). نتيجه گيري: اين پژوهش نشان داد كاربرد بيوچار و كمپوست باگاس نيشكر به عنوان اصلاح كننده هايي مناسب براي ارتقاء كيفيت مكانيكي خاك قابل استفاده مي باشد. اين پژوهشي در مقياس كوچك و در مدت زمان كوتاهي انجام شد بنابراين پيشنهاد مي شود مطالعه هاي تكميلي در مقياس مزرعه و براي مدت زمان طولاني تر انجام شود.

Background and Objectives: Lack of organic matter in numerous soils in Iran caused unstable soil structure, compaction and land degradation. One of the methods for improving soil quality is the application of cheap organic conditioner such as biochar and compost. Biochar is the carbon-rich product obtained by heating biomass in a closed system under limited supply of oxygen. Biochar represents a soil conditioner that can change soil physical and chemical properties, but little information is available about the biochar-induced changes on physical properties of fine textured soils. This research was conducted to study the effects of biochar and compost sugarcane bagasse on some soil dynamic properties (shear strength, coefficient of linear extensibility (COLE), liquid limit (LL), plastic limit (PL) moistures and plasticity index). Materials and Methods: The experiment was conducted with randomized completely design with three replicates. The treatments were including biochar at 4 rates (0, 2%, 4% and 6%) and compost at 3 rates (0, 10, 20 and 30 tons/ha) added into columns of PVC with diameter of 10 cm and length of 45 cm after 6 month in a soil. A lab-scale slow pyrolyzer was used for biochar production under oxygen-limiting conditions at 550 °C. The produced biochars were sealed in an airtight container at 550 °C and stored at room temperature until use. After preparation the soil columns treatments were incubated for 6 in a greenhouse with field capacity moisture content of 70%. Results: The results showed that biochar and compost values significantly decreased shear strength and COLE in comparison with the control (P<0.01). The results showed significant negative correlation between OC and shear strength in biochar (r= -0.89) and compost (r= -0.79) (P<0.01). Moistures of LL and PL significantly increased for biochar treatments (P<0.01) and compost treatments (P<0.05). Significant and positive correlation was found between OC with LL for biochar (r=0.8, P<0.01) and compost treatments (r=0.6, P<0.05), also there was positive correlation between PL and OC in biochar treatments (r=0.79, P<0.01) and compost treatments (r=0.8, P<0.01). The effect of compost on PI was not significant. Significant and positive correlation was found between OC and PI in biochar treatment in level of 6% (r=0.71, P<0.01). Conclusion: This research indicated that biochar and compost sugarcane bagasse as an organic conditioner improved mechanical quality of the soil. The result from this short-term localized study will need to be supported by additional long-term studies or in field condition to determine the long term effect of biochar amendment on soil. Therefore, additional field studies using biochar as a soil amendment over a longer period of time is recommended.