اثرات بایوچارهای طبیعی و کمپوست زبالۀ شهری بر پارامترهای هیدرولیکی خاک ماسه‌بادی

یزدان پناهی, علی; احمدالی, خالد; زارع, سلمان; شعبانی عمران, تورج

doi:10.22059/jrwm.2018.256780.1256

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت مناطق بیابانی، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران

² استادیار دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران

³ کارشناس مسئول دفتر امور بیابان، سازمان جنگل‌ها، مراتع و آبخیزداری کشور

https://doi.org/10.22059/jrwm.2018.256780.1256

چکیده

هدایت هیدرولیکی اشباع یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی خاک است که در مدل‌سازی حرکت آب، انتقال املاح و آلاینده‌ها در محیطهای متخلخل، تعیین، مقدار و سرعت نفوذ، طراحی زهکش‌ها و دیگر فرآیندهای هیدرولوژیکی کاربرد زیادی دارد. در این مطالعه با افزایش سطوح مختلف ( 1، 3 و 5 درصد) بایوچار طبیعی و بایوچار کمپوست زبالۀ شهری به خاک جمعاً 16 نوع خاک تهیه شد و اثر افزایش این مواد بر ضریب هدایت هیدرولیکی اشباع بررسی شد. برای این منظور هدایت هیدرولیکی خاکها در آزمایشگاه و به روش بار ثابت اندازهگیری شد. سپس مدل‌سازی منحنی مشخصۀ رطوبتی (SMC) با استفاده از مدل ونگنوختن-معلم (VGM) برای همۀ خاکها انجام گردید و پارامترهای این مدل شامل رطوبت باقی‌مانده ( )، رطوبت اشباع ( )، پارامترهای α، m، n و نیز هدایت هیدرولیکی اشباع با استفاده از دادههای زودیافت خاک نظیر درصد ذرات خاک (شن، سیلت، و رس)، چگالی ظاهری و مقادیر ظرفیت زراعی و پژمردگی دائـم با نرمافـزارهای ROSETTA و RETC از طریق مدل‌سازی معکوس تعیین شـد. نتایج نشان داد که افزایش بایوچار کمپوست زباله و بایوچار طبیعی سبب کاهش هدایت هیدرولیکی آب در خاک گردید و تیمار11 که دارای خاک 5+ درصد بایوچار طبیعی 1+ درصد بایوچار زباله شهری بوده با 64 درصد و بعد از آن تیمار 13 با کاهش 61 درصدی بیشترین کاهش Ks شده است. بیشترین و کمترین مقدار Ks مربوط به تیمارهای 1 و 11 به ترتیب برابر 9/707 و 8/254 سانتیمتر بر روز بود. همچنین اثر تیمارهای مختلف بر همۀ پارامترهای مدل VGM ((θr , θs, m , n , α معنیدار بود و در اکثر تیمارهای به‌کاررفته با افزایش درصدهای مصرفی بایوچار در خاک پارامترهای θr، n و m افزایش و پارامترهای θs، α و Ks کاهش یافتند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of natural and urban waste compost biochars on hydraulic parameters in sandy soils

نویسندگان [English]

Ali Yazdanpanahi ¹
Khaled Ahmadaali ²
Salman Zare ²
Toraj Shabani Omran ³

¹ MSc student in Management of Desert Areas, University of Tehran

² University Of Tehran

چکیده [English]

This study looked into the effect of different natural and urban waste compost biochar levels (0, 1, 3, and 5%), incorporated in sandy soil (total of 16 soil types), on the saturated hydraulic conductivity coefficient. For this purpose, the hydraulic conductivity of all 16 soil samples was determined using the constant head method. Then, for all soils, parameters of Van-Genuchten-Mualem (VGM) model for soil moisture characteristic curve (SMC) were determined by RETC and ROSETTA software and inverse modeling based on easily accessible parameters such as soil particle size percentage (sand, silt, and clay), bulk density, field capacity, and permanent wilting point. These parameters were soil residual water content (θr), soil saturated water content (θs), α, m, n and Ks. Results indicated that increasing biochars results in an increase in the Ks for all soils. Soil No. 11 (soil + 5% natural biochar + 1% urban waste compost biochar) and then soil No. 13 with 64 and 61% reduction, respectively, had the highest reduction percentage in Ks. The maximum and minimum value of Ks were 707.9 and 254.8 cmd-1 which were related to soil No. 1 and 11, respectively. All doses of biochars had a significant effect on all VGM parameters (P<0.01) and increasing biochars resulted in an increase in θr, n, and m and decrease in θs and α.

کلیدواژه‌ها [English]

saturated hydraulic conductivity coefficient
constant head
natural additives
sandy soil

مراجع

[1] Abbasi, F. (2017). Advanced Soil Physics, 4th Edition, University of Tehran press, 320pp.

[2] Al-Darby, A.M. 1996. The hydraulic properties of a sandy soil treated with gelforming soil conditioner. Soil Technology, 9: 15-28.

[3] Alizadeh, A. (2013). Soil Physics, 6th Edition, University of Imam Reza, 568pp.

[4] Asghari, Sh., Abbasi, F., Neyshabouri, M.R., Oustsan, Sh, and Aliasgharzad, A. (2011). Effects of Four Organic Soil Conditioners on Some Hydraulic and Solute Transport Parameters in a Sandy Loam Soil. Journal of Water and Soil Conservation, Vol. 18(2), 177-194.

[5] Basso, A. S. 2012. Effect of fast pyrolysis biochar on physical and chemical properties of a sandy soil. Master’s Thesis, Iowa State University, Ames, 69 pp.

[6] Bremner, J., Sparks, D., Page, A., Helmke, P., Loeppert, R., Soltanpour, P., Sumner, M. (1996). Nitrogen-total. Methods of soil analysis. Part 3-Chemical methods. 1085-1121.

[7] Downie, A., & Van Zwieten, L. (2013). Biochar: A Coproduct to Bioenergy from Slow-Pyrolysis Technology Advanced Biofuels and Bioproducts (pp. 97-117): Springer.

[8] Downie, A., Crosky, A. and Munroe, P. 2009. Physical properties of biochar. In Lehmann, J., and S. Joseph (eds) Biochar for Environmental Management - Science and Technology. p. 13-32.

[9] Gee, G. W., & Bauder, J. W. (1986). Particle-size analysis1. Methods of soil analysis: Part 1—Physical and mineralogical methods (methodsofsoilan1), 383-411.

[10] Ghazan Shahi, j. (1995). Soil Physics. 1th Edition, University of Tehran press, 467pp.

[11] Glaser, B., Lehmann, J. and Zech, W. 2002. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal–a review. Biology and Fertility of Soils, 35: 219-230

[12] Ibrahim, A., Usman, A. R. A., Al-Wabel, M. I., Nadeem, M., Ok, Y. S., & Al-Omran, A. (2017). Effects of conocarpus biochar on hydraulic properties of calcareous sandy soil: influence of particle size and application depth. Archives of Agronomy and Soil Science, 63(2), 185-197.‏

[13] Karimian, N., Ghorbani Dashtaki, Sh., and Tabatabaei, H. (2016). Hydraulic properties under different water repellency levels, Journal of Water and Soil Resources conservation, vol 6(1), 75-86.Klute, A. (1986) Methods of Soil Analysis. Part 1, Physical and Mineralogical Methods. Madison,Wisconsin, USA.

[14] Lehmann, J., & Joseph, S. (2015). Biochar for environmental management: science, technology and implementation: Routledge.

[15] Loeppert, R.H., and Suarez. L. 1996. Carbonate and gypsum. P 437-474. In: Sparks, D.L., A.L. Page, P.A. Helmke and R.H. Loeppert, (Eds.), Methods of soil analysis, Part 3, Soil Science Society of America, Madison, WI.

[16] Lu, S. G., Sun, F. F., & Zong, Y. T. (2014). Effect of rice husk biochar and coal fly ash on some physical properties of expansive clayey soil (Vertisol). Catena, 114, 37-44.‏

[17] Major, J., Lehmann, J., Rondon, M., & Goodale, C. (2010). Fate of soil‐applied black carbon: downward migration, leaching and soil respiration. Global Change Biology, 16(4), 1366-1379.

[18] Nelson, D., & Sommers, L. E. (1982). Total carbon, organic carbon, and organic matter1. Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties (methodsofsoilan2), 539-579.

[19] Nyamangara, J., Gotosa, J., and Mpofu, S.E. 2001. Cattle manure effects on structural stability and water retention capacity of a granitic sandy soil in Zimbabwe. Soil Till. Res. 62: 157-162.

[20] Olsen, S. R. (1954). Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. United States Department of Agriculture; Washington.‏ Rahimi, H. ().Soil Mechanics, 3th Edition, Danesh and Fan of press, 622pp.

[21] Razzaghi, F., and Rezaie, N. (2017). Effects of different levels of biochar on soil physical properties with different textures, Journal of Water and Soil Resources conservation. Vol 7(1), 75-88.

[22] Rhoades, J. D. (1996). Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids. Methods of Soil Analysis Part 3—Chemical Methods, (methodsofsoilan3), 417-435.‏

[23] Sadeghian, N., Neyshabouri, M.R., Jafarzadeh, A.A., and Tourchi, M. 2006. Effects of three soil conditioners on the physical properties of soil surface layer. Iranian J. Agric. Sci. 37: 2. 351-341. (In Persian)

[24] Stibinger, J. (2014). Examples of Determining the Hydraulic Conductivity of Soils: Theory and Applications of Selected Basic Methods: University Handbook on Soil Hydraulics. Jan Evangelista Purkyně University, Faculty of the Environment.

[25] Thomas, G. W. (1996). Soil pH and soil acidity. Methods of Soil Analysis Part 3—Chemical Methods, (methodsofsoilan3), 475-490.‏

[26] Trifunovic, B., Gonzales, H. B., Ravi, S., Sharratt, B. S., & Mohanty, S. K. (2018). Dynamic effects of biochar concentration and particle size on hydraulic properties of sand. Land Degradation & Development.‏

[27] Uzoma, K.C., Inoue, M. Andry, H. Fujimaki, H. Zahoor, A. and Nishihara, E. 2011. Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition. Soil use and Management, 27: 205-212.

[28] Van Genuchten, M.Th. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of American Journal, 44: 892-898

[29] Vervoort, R.W., Radcliffe, D.E., and West, L.T. 1999. Soil structure development and preferential solute flow. Water Resources Research, 35: 913-928.

[30] Wang, T. Y., Lin, L. L., & Tsai, Y. Z. (2017). Effect of Gravel Content on Saturated Hydraulic Conductivity in Sand. In Geotechnical Hazards from Large Earthquakes and Heavy Rainfalls (pp. 163-169). Springer, Tokyo.

[31] Wong, J. T. F., Chen, Z., Chen, X., Ng, C. W. W., & Wong, M. H. (2017). Soil-water retention behavior of compacted biochar-amended clay: a novel landfill final cover material. Journal of soils and sediments, 17(3), 590-598.‏

[32] Wong, J. T. F., Chen, Z., Wong, A. Y. Y., Ng, C. W. W., & Wong, M. H. (2018). Effects of biochar on hydraulic conductivity of compacted kaolin clay. Environmental Pollution, 234, 468-472.‏

نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری

اثرات بایوچارهای طبیعی و کمپوست زبالۀ شهری بر پارامترهای هیدرولیکی خاک ماسه‌بادی

مراجع

مراجع

دوره 71، شماره 2
شهریور 1397
صفحه 551-561

اثرات بایوچارهای طبیعی و کمپوست زبالۀ شهری بر پارامترهای هیدرولیکی خاک ماسه‌بادی

مراجع

مراجع

دوره 71، شماره 2شهریور 1397صفحه 551-561

دوره 71، شماره 2
شهریور 1397
صفحه 551-561