تأثیر بیوچار بر جذب سرب و کادمیم لجن فاضلاب کارخانه های کاغذ توسط آفتابگردان (Heliantus Annus L.)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته سابق کارشناسی ارشد، گروه علوم خاک، دانشکده آب وخاک، دانشگاه زابل

2 دانشیار گروه علوم خاک، دانشکده آب وخاک، دانشگاه زابل

3 مربی گروه علوم خاک، دانشکده آب وخاک، دانشگاه زابل

چکیده

استفاده از لجن فاضلاب به عنوان کود در زمینهای کشاورزی علاوه بر داشتن برتری های اقتصادی، گزینه
مناسبی برای رفع مشکل مدیریت لجن فاضلاب است. از محدودیت های اصلی مصرف لجن فاضلاب وجود غلظت بالای
فلزات سنگین مانند سرب و کادمیم هست. بیوچار با دارا بودن لیگاندهای آلی میتواند با فلزات سنگین کمپلکسهایی
ایجاد کرده و با کاهش تحرک این فلزات در خاک، از انتقال آنها به گیاهان بکاهد. هدف از این پژوهش بررسی اثر
بیوچار برجذب سرب و کادمیم موجود در لجن فاضلاب کارخانه ها کاغذ توسط آفتابگردان بود. به این منظور آزمایش
گلخانه ای بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار اجرا گردید. عاملها شامل لجن فاضلاب کارخانهها
کاغذ در 4 سطح صفر، 20 ،15 و 25 گرم در کیلوگرم خاک و بیوچار در 4 سطح صفر، 10 ،5 و 15 گرم در کیلوگرم
خاک بودند. نتایج نشان داد که کاربرد لجن فاضلاب کارخانهها کاغذ موجب افزایش معنادار غلظت سرب و کادمیم در
اندام هوایی و ریشه آفتابگردان شد. نتایج همچنین نشان داد کاربرد بیوچار موجب کاهش معنادار (در سطح احتمال 1
درصد) غلظت سرب و کادمیم در اندام هوایی و ریشه آفتابگردان گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Biochar on Lead and Cadmium Uptake from Applied Paper Factory Sewage Sludge by Sunflower (Heliantus annus L.)

نویسندگان [English]

  • A Hejazizadeh 1
  • A Gholamalizadeh Ahangar 2
  • M Ghorbani 3
چکیده [English]

Application of sewage sludge in agricultural lands as a fertilizer is a suitable selection for
solving management problems of sewage sludge disposal, besides its economic benefits. One of the
main limiting factors to use sewage sludge is its high content of heavy metals such as lead and
cadmium. Biochar with organic ligands can create complex with heavy metals and makes them
immobile in soil, and reduces their transport to plants. The aim of this study was to investigate the
influence of the Biochar on lead and cadmium uptake from a Paper Factory sewage sludge by the
Sunflower (Heliantus annus). For this purpose, a factorial greenhouse experiment as a complete
randomized design with three replications was conducted. Four levels of sewage sludge with 0, 15,
20 and 25 (g kg-1 of the soil) and four levels of Biochar with 0, 5, 10 and 15 (g kg-1 of the soil) were
used in order to investigate the sewage sludge influence. The results showed that the use of sewage
sludge led to a significant increase of the lead and cadmium concentrations in the Sunflower shoots
and roots. The results also showed that application of Biochar led to a significant decrease (at 1%
probability level) of lead and cadmium concentrations at the shoots and roots of Sunflower.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biochar
  • Heavy metals
  • Sewage sludge
منابع مورداستفاده
 افیونی م، رضایی نژاد ی و خیامباشی ب، 1377.  اثر لجن فاضلاب بر عملکرد و جذب فلزات سنگین به­وسیله کاهو و اسفناج. مجله علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، جلد 2، شماره 1، صفحه­های 19 تا 30.
 بهمنیار م­ع، 1385. تأثیرمصرف فاضلاب در آبیاری گیاهان زراعی بر میزان برخی از عناصرسنگین خاک و گیاهان. مجله مطالعات زیست محیطی، جلد 33، شماره 44، صفحه­های 19 تا 26.
حمزئی ا، لکزیان ا، آستارایی ع و فتوت ا، 1391 .تاثیر بیوچار و فاضلاب بر غلظت کادمیوم قابل جذب خاک و رشد گیاه ماش. مجموعه مقالات سومین همایش ملی جامع مدیریت جامع منابع آب. 20 و 21 شهریورماه، ساری.
خداوردیلو ح و حمزه­نژاد تقلیدآباد ر، 1390. جذب و واجذب سرب و تاثیر تر-خشک شدن متناوب بر توزیع فلز در دو خاک با ویژه‌گی‌های متفاوت، مجله دانش آب و خاک­، جلد 21، شماره 1 صفحه­های 149 تا 163.
قادریان م و جمالی حاجیانی ن، 1389. بررسی مقاومت، جذب و انباشتگی کادمیوم در گیاه. مجله زیست­شناسی گیاهی، جلد 2، شماره 6، صفحه­های 87 تا 98.
کرمی م، رضایی­نژاد ی، افیونی م و شریعتمداری ح، 1386. اثرات تجمعی و باقیمانده لجن فاضلاب شهری بر غلظت عناصر سرب و کادمیوم در خاک و گندم. مجله آب و خاک (مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، جلد 11، شماره 1، صفحه­های 79 تا 95.
محبی ع، هاروتونیان س و معزی ع، 1389. بررسی قابلیت جذب سرب توسط گیاهان ذرت، یونجه و آفتابگردان. چهارمین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران،آبان 1389.
محمدی­ثانی م، آستارایی ع، فتوت ع و لکزیان ع، 1389. غیرپویاسازی سرب و روی در ضایعات معدن به­وسیله زئولیت و سوپر فسفات ترپیل و تأثیر آن بر رشد گندم. مجله پژوهشهای زراعی ایران، جلد 8، شماره 6، صفحه­های 956 تا 964.
نجفی ن و مردمی س، 1390. اثر غرقاب، لجن فاضلاب و کود دامی بر ویژگی ­های رشد گیاه آفتابگردان در یک خاک شن لومی. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 25، شماره 6، صفحه­­های 1264 تا 1276.
نیسی ع، وثوقی م، محمدی ب، محمدی م­ج، نعیم­آبادی ا و هاشم­زاده ب، 1393. گیاه­پالایی فلزات سنگین توسط آفتابگردان؛ یک مطالعه مروری.  فصلنامه علمی دانشگاه علوم پزشکی تربت حیدریه، جلد 2، شماره 2، صفحه­های 55 تا 66.
واثقی س، افیونی م، شریعتمداری ح و مبلی م، 1380. تأثیر لجن فاضلاب بر غلظت فلزات سنگین در کاهو و اسفناج در خاک­های با pH متفاوت. مجله علوم و فنون باغبانی، جلد 2، شماره­های 3- 4، صفحه­های 125 تا 142.
واثقی س، افیونی م، شریعتمداری ح و مبلی م، 1382. اثر لجن فاضلاب و pH خاک بر قابلیت جذب عناصر کم مصرف و فلزات سنگین. مجله علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، جلد 7، شماره 3، صفحه­های 95 تا 106.
واثقی س، افیونی م، شریعتمداری ح و مبلی م، 1384. اثر لجن فاضلاب بر غلظت برخی عناصر کم مصرف و ویژگی­های شیمیایی خاک. مجله آب و فاضلاب، شماره 53، صفحه­های 15 تا 22. 
Adriano DC, 2001. Trace Elements in Terrestrial Environments. Biogeochemistry, Bioaviability and Risks of Metal. 2nded. Springer Verlag, New York, 879p.
Allison LE, 1965. Organic carbon. Pp. 1372-1376. In: Black CA, Evans DD, White LJ, Ensminger LE and Clark FE (eds). Methods of Soil Analysis. Part 2, American Society of Agronomy, Madison, WI.
Ansari Mahabadi A, Hajabbasi MA, Khademi H and Kazemian H, 2007. Soil cadmium stabilization using an Iranian natural zeolite. Geoderma 137: 388-393.
Antoniadis V and Alloway BJ, 2003. Influence of time on the plant availability of Cd, Ni, and Zn after sewage sludge has been applied to soils. Agrochimica 47: 81-93.
Beesley L, Moreno-Jiménez E and Gomez-Eyles J, 2010. Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environ Pollution 158: 2282- 2287.
Black CA and Evans DD, 1965. Pp. 770. In: White JL, Ensminger LE and Clark FE (eds). Methods of Soil Analysis. Part 1, Agronomy No. 9. American Society of Agronomy, Madison, WI.
Benavides MP, Gallego SM and Tomaro ML, 2005. Cadmium toxicity in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology 17: 21- 34.
Benton J and Case VW, 1990. Sampling, handling and analyzing plant tissue samples. Pp. 389-428. In: Westerman, RL. (ed). Soil Testing and Plant Analysis. 3rd ed. Book Series No. 3. Soil Science Society of America, Inc. Madison, WI, USA.
Bremner JM 1996.  Nitrogen-total. Pp. 1085- 1122. In: Sparks DL. Method of Soil Analysis. Part 3, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA.
Brunetti G, Karam F, Rovira PS, Nigro F and Sensi N, 2011. Greenhouse and field studies on Cr, Cu, Pb and Zn phytoextraction by brassica napus from contaminated soils in the Apulia region, southern Italy. Geoderma 160: 517-523.
Castaldi P, Santona L and Melis P, 2005. Heavy metal immobilization by chemical amendments in a polluted soil and influence on white lupin growth. Chemosphere 60: 365-371.
Channey R, Baker A, Malik Y and Brown J, 2001. Phytoremediation of soil metals. current opinion in plant biology 36:115-121.
Chiang KY, Huang HJ and Chang CN, 2007. Enhancmet of heavy metal stabilization by different amendments during sewage sludge composting process. Environmental Engineering and Management journal 17(4): 249-256.
Day PR, 1965. Particle fractionation and particle size analysis. Pp. 545-567, In: Black CA, Evans DD, White LJ, Ensminger LE and Clark FE (eds), Methods of Soil Analysis. Part 1, American Society of Agronomy, Madison, WI.
Debela F, Thring RW and Arocena JM, 2012. Immobilization of heavy metals by co-pyrolysis of contaminated soil with woody biomass. Water Air and Soil Pollution 223:1161–1170.
Gworek B, 1992. Lead inactivation in Soils by zeolites. Plant and Soil 143: 71-74.
Helmke PA and Sparks DL, 1996. Lithium, sodium, potassium, cesium, and rubidium. Pp. 551-574, In: Sparks DL (ed). Methods of Soil Analysis, Part 3. Chemical Methods and Processes. Soil Science Society of America. Madison, WI.
Hossain MK, Strezov V, Chan KY and Nelson PF, 2010. Agronomic properties of wastewater sludge biochar and bioavailability of metals in production of cherry tomato (Lycopersicon esculentum). Chemosphere 78: 1167– 1171.
Hossner LR, 1996. Dissolution for total elemental analysis. Pp. 49-64. In: Sparks DL, (ed). Methods of Soil Analysis, Part 3. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America. Madison, WI.
Kabata-Pendias A and Pendias H, 2001. Trace Element in Soil and Plant, Third Edition. CRC Press Boca Raton Washington, 618p.
Keskin B, Bozkurt MA and Akdeniz H, 2010. The effects of sewage sludge and nitrogen fertilizer application on nutrient (Bromus inermis leyss). Journal of Animal and Veterinary Advances 9(5): 896-902.
Khodaverdiloo H and Samadi A, 2011. Batch equilibrium study on sorption, desorption, and immobilization of cadmium in some semiarid-zone soils as affected by soil properties. Journal of Soil Research 49(5): 444-454.
Liang B, Lehmann  J, Solomon D, Kinyangi J, Grossman J, O’Neill B, Skjemstad JO, Thies J, Luizao FJ, Petersen J and Neves EG, 2006. Black Carbon Increases Cation Exchange Capacity in Soils. Soil Science Society of Americ Journal. 70: 1719-1730
Lindsay WL and Norvell WA 1987. Development of DTPA Soil test for Zinc, Iron, Mangnese and Copper. Soil Science Society of America Journal 42: 421-428.
Mohan D, 1990. Inorganic contaminants of surface water. journal of contaminant hydrology 14: 295- 296.
Moya JL, Ros R and Picazo I, 1993. Influence of cadmium and nickel on growth, net photosynthesis and carbohydrate distribution in rice plants. Photosynthesis Research 36: 75- 80.
Olsen SR, Cole CV, Watanabe FS and Dean LA, 1954. Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. USDA Circular 939, US Gov. Printing Office, Washington, DC.
Page AL, Miller RH, and Do Keeney R, 1982. Chemical and Microbiological Properties. P.167. Method of Soil Analysis, Part 2. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA. 
Querol X, Alastuey A and Moreno N, 2006. Immobilization of heavy metals in polluted soils by the addition of zeolitic material synthesized from coal fly ash. Chemosphere. 62: 171-180.
Radotic K, Ducic T and Mutavdzic D, 2000. Changes in peroxidase activity and isoenzymes in spruce needles after exposure to different concentrations of cadmium. Environmental and Experimental Botany 44: 105-113.
Rhoades JD, 1982. Soluble salts. Pp. 167-179.  In: Page AL(ed). Methods of soil analysis, Part 2. 2nd ed. Agron. monoger. 9. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America. Madison, WI.
Shi WY, Shao HB, Li H, Shao MA and Du S, 2009. Progress in the remediation of hazardous heavy metal-polluted soils by natural zeolite. Journal of Hazardous Materials 170: 1-6.
Singh RP and Agrawal M, 2010. Variations in heavy metal accumulation, growth and yield of rice plants grown at different sewage sludge amendment rates. Ecotoxicology and Environmental Safety 73: 632-641.
Sohi S, Lopez-Capel E, Krull E and Bol R, 2009. Biochar’s role in soil and climate change: a review of research needs. CSIRO Land and Water Science Report 59: 1– 57.
Singh S, Saxena R, Pandey K, Bhatt K and Sinha S, 2004. Response of antioxidants in sunflower (Helianthus annuus L.) grown on different amendments of tannery sludge: its metal accumulation potential. Chemosphere 57: 1663-1673.
Thomas GW, 1996. Soil pH and Soil Acidity. In: Sparks DL(ed). Methods of Soil Analysis. Part 3, Chemical Methods. Soil Science Society of America, Madison, WI.
Yu XY, Ying GG and Kookana RS, 2009. Reduced plant uptake of pesticides with biochar additions to soil. Chemosphere 76: 665–671.
Zheng RL, Cai C, Liang J, Huang H, Chen Q, Huang Z, Arp YZ, P HH and Sun GX, 2012. The effects of biochars from rice residue on the formation of iron plaque and the accumulation of Cd, Zn, Pb, As in rice (Oryza sativa L.) seedlings, Chemosphere 89: 856–863.
Zhang X, Wang H, He L, Lu K, Sarmah A, Li J, Nathi S, Bolhan, Pei J, and Huang H, 2013. Using biochar for remediation of soils contaminated with heavy metals and organic polltants. journal environmental science pollution research 20: 8472-8483.