علوم آب و خاک

استفاده از گیاهان و میکروب‌های خاک  روشی نوید بخش برای پالایش سبز خاک‌های آلوده به فلزات سنگین است. این مطالعه به‌‌منظور ارزیابی پتانسیل میکروبی خاک با سطوح غلظت­ کادمیم (صفر،  10، 30 و 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و تیمار میکروبی شامل تلقیح قارچ ریشه ­های آربوسکولار (AMF) ترکیبی از گونه­ هایFunneliformis mosseae ، Rhizophagus irregularis و Rhizophagus fasciculatus و باکتری­ های محرک رشد گیاه (PGPR) ترکیبی از گونه­ های Pseudomonas  شامل برخی سویه­ هایP. fluorescens ، P.putida و
 P. aeruginosa در حضور گیاه گل گندم انجام شد. خاک مورد استفاده  با نمک نیترات کادمیم به ­طور یکنواختی برای ایجاد غلظت­ های مختلف کادمیم آلوده شد. خاک آلوده شده استریل و سپس با AMF و PGPR مایه ­زنی شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت کادمیم در خاک، درصد کلنیزاسیون، فراوانی باکتری­ های ریزوسفری، عملکرد و عملکرد نسبی شاخساره­ به‌طور معنی‌داری (05/0P≤) کاهش یافت، درحالی‌که مقدار پرولین، غلظت کادمیم در شاخساره و ریشه به ­طور معنی‌داری (05/0P≤) افزایش یافت. میانگین کادمیم استخراج شده در تیمارهای ­PGPR و AMF به ­ترتیب بیش از 8/1 و 8/2  و فاکتور انتقال کادمیم به ­ترتیب بیش از 2/1 و 5/1 برابر تیمارهای مشابه شاهد بود. چنین استنباط شود که مایه‌زنی میکروبی علاوه‌ بر افزایش زیست‌توده گیاه، در افزایش کارآیی پالایش ­سبز کادمیم توسط گیاه نقش مهمی ایفا می­کند.

.آلودگی محیط‌زیست به‌وسیله فلزات دارای پتانسیل سمیت به¬ویژه کادمیم، یکی از مسائل مهم محیط زیست به¬شمار می‌آید. همچنین شورشدن خاک‌ها به دلیل کاهش کیفیت آب‌ آبیاری از تنش‌هایی است که گیاهان با آن روبرو می‌شوند. بنابراین، به¬منظور بررسی اثر بیوچارهای باگاس نیشکر بر قابلیت استفاده و شکل‌های کادمیم در خاک آلوده (15 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیم) و شور، آزمایشی به¬صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی شامل فاکتور بیوچار دارای سطوح شاهد، 1 درصد (وزنی- وزنی) باگاس، 1 درصد (وزنی- وزنی) بیوچار 400 درجه سلسیوس، 1 درصد (وزنی- وزنی) بیوچار 600 درجه سلسیوس و فاکتور شوری شامل شاهد، 20 و 40 میلی‌مول کلرید سدیم در کیلوگرم خاک در 3 تکرار انجام گرفت. مقدار کادمیم قابل استفاده با ‌روش DTPA-TEA و شکل¬های کادمیم با روش عصاره¬گیری تسیر و همکاران (1979) تعیین شد. نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار و شوری تأثیری بر pH خاک نداشتند (0/05P). برهمکنش بیوچار و شوری بر کادمیم عصاره‌گیری‌شده با DTPA-TEA و شکل‌های کادمیم معنی‌دار نبود (0/05P)؛ درحالی ‌که در خاک‌های شور نسبت به شاهد افزایش یافت (0/005>P). تیمار خاک با بیوچار تهیه¬شده در دمای 600 درجه سلسیوس موجب کاهش (0/05>P) کادمیم تبادلی (23/8%) و افزایش (0/05>P) کادمیم پیوندشده با اکسیدهای آهن و منگنز (25/2%) و باقیمانده (15/6%) نسبت به شاهد شد. نتایج نشان داد که شوری اثر معنی¬داری بر شکل¬های کادمیم نداشت (0/05

بیوچار به‌عنوان راهکاری کارآمد در بهبود ویژگی‌های خاک و مدیریت پسماندهای آلی موجب کاهش اثرات تنش‌‌های غیرزیستی و افزایش حاصلخیزی خاک می‌شود. اما، اثر آن بر شاخص‌های زیستی در خاک‌های تحت تنش‌های هم‌زمان شوری و آلودگی مورد مطالعه قرار نگرفته است. بنابراین، هدف این پژوهش ارزیابی اثر بیوچار باگاس نیشکر بر شاخص‌های زیستی در یک خاک آلوده به کادمیم در شرایط شور و غیرشور بود. آزمایش به‌صورت فاکتوریل با 2 فاکتور شوری (شاهد، 20 و 40 میلی‌مولار سدیم کلرید) و بیوچار باگاس نیشکر (خاک‌های اصلاح نشده با بهساز آلی، اصلاح شده با باگاس، بیوچار 400 و 600 درجه سلسیوس به میزان یک درصد) در قالب طرح کاملاً تصادفی اجرا شد. نتایج نشان داد که شوری با افزایش 17-12 درصدی حلالیت کادمیم موجب تشدید سمیت آن برای ریزجانداران و کاهش محسوس فراوانی و فعالیت جمعیت میکروبی خاک شد. برعکس، کاربرد بیوچار با کاهش غلظت کادمیم (18-14 درصد)، افزایش کربن آلی (127-89 درصد) و کربن آلی محلول (70-4 درصد) موجب کاهش اثر این تنش‌ها بر جمعیت میکروبی و فعالیت آنزیمی خاک شد. به‌طور کلی، این پژوهش نشان داد که کاربرد بیوچار باگاس نیشکر با کاهش غلظت کادمیم قابل دسترس ناشی از شوری خاک موجب تعدیل نسبی اثر متقابل شوری و آلودگی کادمیم بر شاخص‌های زیستی خاک می‌شود.

علاوه بر توزیع عناصر در فاز جامد خاک، گونه‌های عناصر در محلول نیز به‌دلیل اینکه مهم‌ترین بخش تأمین‌کننده عناصر برای جذب ریشه است، اهمیت زیادی دارد. برای مطالعه کامل‌تر چرخه شیمیایی عناصر در خاک‌های شور تیمارشده با بیوچار مطالعه گونه‌بندی بسیار مفید است و راهکارهای عملی برای کاهش و یا تبدیل سمیت ناشی از عناصر سمی را در خاک‌های شور فراهم می‌نماید. بنابراین به‌منظور بررسی اثر بیوچار بر گونه‌‌بندی کادمیم در دو خاک آهکی ‌شور ۱۵ میلی‌گرم بر کیلو‌گرم کادمیم از منبع کادمیم کلرید به نمونه خاک‌ها (۲0۰ گرم) اضافه و نمونه‌‌ها به‌مدت 3 هفته در دمای 2±۲۵ درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه‌ای خوابانده شدند. سپس، 20 و 40 میلی‌مول بر کیلوگرم نمک سدیم‌کلرید (معادل 3/65 و 7/30 دسی‌زیمنس بر متر) به نمونه‌های خاک اضافه شد. در ادامه، 1 درصد (وزنی-وزنی) باگاس نیشکر و بیوچار دمای 400 درجه سلسیوس و بیوچار دمای 600 درجه سلسیوس در ۳ تکرار به نمونه خاک ‌اضافه و به ‌مدت ۳ ماه در دمای 2±۲۵ درجه سلسیوس در رطوبت 80 درصد ظرفیت زراعی در انکوباتور نگه‌داری شدند. پس از پایان دوره خوابانیدن، برای گونه‌بندی کادمیم در محلول خاک (با نسبت 2 به 1)، غلظت کاتیون‌ها و آنیون‌های محلول در نمونه‌های خاک اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که اثر متقابل شوری، بیوچار و خاک بر ⁺CdC1₂⁰ ،CdC1⁺،Cd² و ^-Cd(SO₄)₂² معنی‌دار بود. کاربرد بیوچار در خاک شنی موجب کاهش (0/05>p) غلظت گونه‌های ⁺CdSO₄⁰،CdC1₂⁰،CdC1 و ⁺CdOH نسبت به خاک شاهد شد. درحالی‌ که در خاک رسی تفاوت معنی‌داری دیده نشد. همچنین در خاک شنی شوری ناشی از کلریدسدیم باعث افزایش غلظت گونه‌های ⁺CdCl و CdCl₂⁰ و کاهش گونه‌های CdSO₄⁰ و ⁺CdOH  نسبت به خاک شاهد شد (0/05>p). نتایج نشان داد که تأثیر بیوچار بر کاهش سمیت کادمیم در محلول در خاک شنی بیشتر از خاک رسی بود.