
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 622 |
تعداد مقالات | 6,489 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,604,893 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,198,431 |
تأثیر کامپوزیتهای دوگانه و سهگانه تهیه شده از زئولیت-کیتوزان-بیوچار بر برخی ویژگیهای مکانیکی خاک | ||
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار | ||
دوره 14، شماره 2، تیر 1403، صفحه 103-117 اصل مقاله (669.65 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejsms.2024.21891.2124 | ||
نویسندگان | ||
مریم صلاح الدین* 1؛ فرشاد کیانی* 2؛ مجتبی بارانی مطلق* 3؛ الهام ملک زاده* 4؛ حمیدرضا عسگری* 5 | ||
1دانشجوی دکتری ، گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
2دانشیار، گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان | ||
3دانشیار، گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
4استادیار ، گروه علوم خاک، دانشگاه علوم کشاوزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان | ||
5دانشیار، گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشگاه علوم کشاوزی و منابع طبیعی گرگان | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: تا کنون روشهای بسیاری جهت بهبود کیفیت خاک از لحاظ مکانیکی، بسته به هدف مورد نظر (چه برای کشت محصول و اصلاح خاکهای زراعی و کشاورزی و چه از لحاظ ساخت و ساز و افزایش پایداری خاک) بهکار گرفته شده است. یکی از روشهای بهبود کیفیت خاک، کاربرد اصلاح کنندههای زئولیت، کیتوزان و بیوچار بهصورت جداگانه میباشد. بیوچار مادهای غنی از کربن میباشد که میتواند اثر مطلوبی بر ویژگیهای مکانیکی خاک داشته و باعث افزایش پایداری خاکدانه شود. زئولیت بهعنوان اصلاح کننده فیزیکی خاک در افزایش پایداری خاکدانه، تهویه و بهبود ساختمان خاکهای شنی و رسی مورد استفاده قرار میگیرد و کیتوزان که فراوانترین پلیمر زیستی میباشد، دارای پتانسیل افزایش انسجام بین ذرات خاک بوده و منجر به بهبود ویژگیها مکانیکی خاک میشود. خاکهایی که از لحاظ ویژگیهای مکانیکی مناسب نباشند، سرعت نفوذ آب، رطوبت قابل دسترس گیاه و پایداری ساختمان خاک پایینی دارند. تا کنون مطالعاتی بر روی اثر کامپوزیتهای زئولیت، کیتوزان و بیوچار روی ویژگیهای مکانیکی خاک صورت نگرفته است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی اثر کامپوزیتهای دوگانه و سهگانه مذکور بر برخی ویژگیهای مکانیکی خاک مانند ضریب انبساط و انقباضپذیری و حدود پایایی خاک شامل حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیرایی میباشد. مواد و روشها: این پژوهش بهصورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی، دو فاکتور نوع خاک و نوع کامپوزیت و در سه تکرار اجرا شد. در این پژوهش از زئولیت، کیتوزان و بیوچار شلتوک برنج کامپوزیتهای دوگانه و سهگانه تولید شد. کامپوزیت-های دوگانه شامل زئولیت-کیتوزان (ZC)، زئولیت-بیوچار(ZB)، کیتوزان-بیوچار(CB) و کامپوزیت سهگانه شامل زئولیت-کیتوزان-بیوچار(ZBC) بودند. کامپوزیتهای دوگانه ZC، CB و کامپوزیت سهگانه ZBC با استفاده از همزن مغناطیسی، اسید استیک ( 5%) و سدیم هیدروکسید نیم مولار و کامپوزیت دوگانه ZB با اولتراسونیک سنتز و در مقیاس آزمایشگاهی تهیه شدند. مدت زمان اعمال تیمارها به مدت 3 ماه در رطوبت 65 درصد ظرفیت زراعی انکوباسیون شد. مقایسه میانگین تیمارها با آزمون حداقل اختلاف معنیدار (LSD) در سطح احتمال 5% صورت گرفت. یافتهها: نتایج نشان داد که نوع کامپوزیتها اثر معنیداری بر حد روانی، ضریب انقباض و انبساطپذیری و شاخص خمیری خاک داشتند. بیشترین تأثیر مربوط به کامپوزیت سهگانه ZBC بود. این کامپوزیت حد روانی را 8/42 درصد نسبت به خاک شاهد افزایش داد و باعث کاهش 8/58 درصدی ضریب انقباض و انبساطپذیری نسبت به خاک شاهد شد. همچنین مشاهده شد که شاخص خمیری خاک با کاربرد کامپوزیتها نسبت به خاک شاهد، کاهش یافت که اثر آن در تیمار کامپوزیت ZBC هر دو خاک مورد مطالعه (5/48-60 درصد) بیشتر از سایر کامپوزیتها بود. نتیجهگیری: این پژوهش نشان داد کاربرد کامپوزیتهای دوگانه و سهگانه بهعنوان اصلاح کنندههایی مناسب برای ارتقاء کیفیت مکانیکی خاک قابل استفاده میباشد. زیرا با افزایش حد روانی، جذب رطوبت و نگهداری آب در خاک افزایش مییابد. همچنین افزایش ضریب انبساط و انقباضپذیری، مانع ترک خوردگی خاک میگردد. همینطور خاکی که شاخص خمیرایی کمتری داشته باشد هدر رفت خاک در آن کمتر اتفاق میفتد. بنابراین براساس یافتههای این پژوهش، کامپوزیت سهگانه ZBC بهدلیل افزایش حد روانی، کاهش ضریب انبساط و انقباظپذیری خاک و همچنین تأثیر بر کاهش حد خمیری هر دوبافت خاک مورد مطالعه به عنوان مؤثرترین ترکیب برای اصلاح کیفیت فیزیکی و مکانیکی خاک توصیه میشود. همچنین پیشنهاد می-شود مطالعههای تکمیلی با کاربرد سطوح مختلف کامپوزیت و مقایسه تأثیر آنها بر ویژگیهای مکانیکی خاک انجام شود. | ||
کلیدواژهها | ||
حدود پایایی؛ ضریب انبساط و انقباضپذیری؛ کامپوزیت دوگانه؛ کامپوزیت سهگانه | ||
مراجع | ||
1.Latifi, N., Eisazadeh, A., Marto, A., & Meehan, C. L. (2017). Tropical residual soil stabilization: A powder form material for increasing soil strength. Construction and Building Materials, 147, 827-836. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.115.
2.Behnam, H., Farrokhian Firouzi, A., & Moezzi, A. (2016). Effect of sugarcane bagasse biochar and compost on some soil mechanical properties. Journal of Water and Soil Conservation, 4, 235-250. doi. 10.22069/jwfst.2016.9777.2407. [In Persian] 3.Zare, S., Mohammadi, J., Mombeni, M., Shokouhi, R., & Qouhestani, Q. (2020). The effect of different soil coverings on some Physical and mechanical properties of eolian sediments. Destruction and restoration of natural lands, 1, 105-119. doi:20.1001.1.27174425.1399.1.1.11.0. [In Persian]
5.Kumar, M. N. R. (2000). A review of chitin and chitosan applications. Reactive and functional polymers, 46 (1), 1-27. doi.org/10.1016/S1381-5148(00)00038-9.
6.Orts, W. J., Sojka, R. E., & Glenn, G. M. (2000). Biopolymer additives to reduce erosion-induced soil losses during irrigation. Industrial Crops and Products, 11 (1), 19-29. doi.org/10.1016/S0926-6690(99)00030-8.
7.Hataf, N., Ghadir, P., & Ranjbar, N. (2018). Investigation of soil stabilization using chitosan biopolymer. Journal of cleaner production, 170, 1493-1500. doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.09.256.
8.Shariatmadari, N., Reza, M., Tasuji, A., Ghadir, P., & Javadi, A. A. (2020). Experimental study on the effect of chitosan biopolymer on sandy soil stabilization. In E3S Web of Conferences Édition Diffusion Presse Sciences,195, 1-5. doi.org/10.1051/e3sconf/2020 19506007.
9.Mesa, A. C., & Spokas, K. A. (2011). Impacts of biochar (black carbon) additions on the sorption and efficacy of herbicides. Herbicides and environment, 13, 315-340. doi:10.5772/13620.
10.Pranagal, J., Oleszczuk, P., Tomaszewska-Krojańska, D., Kraska, P., & Różyło, K. (2017). Effect of biochar application on the physical properties of Haplic Podzol. Soil and Tillage Research, 174, 92-103. doi.org/10.1016/j.still.2017.06.007.
11.Wang, H., She, D., Fei, Y., & Tang, S. (2019). Synergic effects of biochar and polyacrylamide amendments on the mechanical properties of silt loam soil under coastal reclamation in China. Catena, 182, 104-152. doi.org/10.1016/ j.catena.2019.104152.
12.Razzaghi, F., Obour, P. B., & Arthur, E. (2020). Does biochar improve soil water retention? A systematic review and meta-analysis. Geoderma, 361, 1-10. doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.114055.
13.Jien, S. H. (2019). Physical characteristics of biochars and their effects on soil physical properties. In Biochar from biomass and waste, 84, 21-35. doi.org/10.1016/B978-0-12-811729-3.00002-9.
14.Smith, C. W., Hadas, A., Dan, J., & Koyumdjisky, H. (1985). Shrinkage and Atterberg limits in relation to other properties of principal soil types in Israel. Geoderma, 35 (1), 47-65. doi.org/10.1016/0016-7061(85)90055-2.
15.Walkly, A., & Black, I. A. (1934). An examination of digestion methods for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic and titration. Soil Science Society of America Journal, 37, 29-38. doi.org/ 10.1097/00010694-193401000-00003.
16.Wallinga, I., Van Vark, W., Houba, V. J. G., & Van der Lee, J. J. (1989). Soil and plant analysis, series of syllabi part 7, plant analysis procedure. Wageningen Agriculture University, Wageningen, 7, 197-200. doi: 10.4236/opj.2019.911016.
17.Gee, G. W., & Bauder, J. W. (1986). Particle‐size analysis. Methods of soil analysis: Part 1 Physical and mineralogical methods, 5, 383-411. doi. org/10.2136/sssabookser5.1.2ed.c15.
18.Sparrevik, M., Adam, C., Martinsen, V., & Cornelissen, G. (2015). Emissions of gases and particles from charcoal/ biochar production in rural areas using medium-sized traditional and improved “retort” kilns. Biomass and Bioenergy, 72, 65-73. doi.org/10.1016/j.biombioe. 2014.11.016.
19.Zhou, Y., Gao, B., Zimmerman, A.R., Fang, J., Sun, Y., & Cao, X. (2013). Sorption of heavy metals on chitosan-modified biochars and its biological effects. Chemical engineering journal, 231, 512-518. doi.org/10.1016/j.cej. 2013.07.036.
20.Wan Ngah, W. S., Teong, L. C., Wong, C. S., & Hanafiah, M. A. K. M. (2012). Preparation and characterization of chitosan–zeolite composites. Journal of applied polymer science,125 (3), 2417-2425. doi.org/10.1002/ app.36503.
21.Stabnikov, V., Chu, J., Myo, A. N., & Ivanov, V. (2013). Immobilization of sand dust and associated pollutants using bioaggregation. Water, Air, & Soil Pollution, 224, 1-9. doi:10.1007/ s11270-013-1631-0.
22.Mirkhani, R., Saadat, S., Shabanpour, S. M., Aria, P. V., & Yegane, M. (2007). Estination of soil consistency limits by using readily available characteristics. Journal of soil Science, 21, 205-207. doi:10.22092/ijsr.2018.127087. [In Persian]
23.Schafer, W. M., & Singer, M. J. (1976). A new method of measuring shrink‐swell potential using soil pastes. Soil Science Society of America Journal, 40 (5), 805-806. doi.org/10.2136/ sssaj 1976.03615995004000050050x.
24.Usman, A. R., Abduljabbar, A., Vithanage, M., Ok, Y. S., Ahmad, M., Ahmad, M., Elfaki, J., Abdulazeem, S. S., & Al-Wabel, M. I. (2015). Biochar production from date palm waste: Charring temperature induced changes in composition and surface chemistry. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 115, 392-400. doi.org/ 10. 1016/j.jaap.2015.08.016. 25.Garivani, H., Naderi Bani, A. M., Pour Kerman, M., & Amjadi, S. (2017). Investigating the effect of the amount of carbonates and organic matter on the liquid limit and plastic limit in seabed soils in the northern half of the Persian Gulf. Oceanograph, 298, 9-15. doi. 10. 18869/acadpub.joc.8.29.9. [In Persian]
26.Keller, T., & Dexter, A. R. (2012). Plastic limits of agricultural soils as functions of soil texture and organic matter content. Soil Research, 50 (1), 7-17. doi:10.1071/SR11174.
27.Aftabi, S., Fathi, S., & Aminfar, M. H. (2020). The Effect of Zeolite on Sandy-Silt Soil Mechanical Properties. International Journal of Geotechnical and Geological Engineering, 14(10), 269-278. doi.org/ Publication/ 10011518.
28.Zong, Y., Chen, D., & Lu, S. (2014). Impact of biochars on swell–shrinkage behavior, mechanical strength, and surface cracking of clayey soil. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 177 (6), 920-926. doi.org/10.1002/jpln. 201300596.
29.Herath, H. M. S. K., Camps-Arbestain, M., & Hedley, M. (2013). Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: an Alfisol and an Andisol. Geoderma, 209, 188-197. doi. org/10.1016/j.geoderma.2013.06.016.
30.Qu, J., Li, B., Wei, T., Li, C., & Liu, B. (2014). Effects of rice-husk ash on soil consistency and compactibility. Catena, 122, 54-60. doi.org/10.1016/j.catena. 2014.05.016.
31.Asghari, Sh. (2011). Effects of Tabriz petrochemical sewage sludge on organic carbon, aggregate stability indices and consistency limits of a semiarid soil. Journal of Water Soi. 25, 530-539. doi: 10.22067/jsw.v0i0.9640. [In Persian]
32.Arthur, E., Oppong Danso, E., Beiranvand, M., Pouladi, N., Yakubu, A., Abenney-Mickson, S., & Sabi, E. B. (2020). Rice straw biochar effects on Atterberg limits and aggregate characteristics of an Acrisol in Ghana. Archives of Agronomy and Soil Science, 66 (13), 1861-1872. doi.org/10.1080/ 03650340.2019.1699240.
33.Rajabi, A. M., & Ardakani, S. B. (2020). Effects of natural-zeolite additive on mechanical and physicochemical properties of clayey soils. Journal of Materials in Civil Engineering, 32 (10), 04020306. doi.org/10.1061/ (ASCE)MT.1943-5533.0003336.
34.Zong, Y., Wang, Y., Sheng, Y., Wu, C., & Lu, S. (2018). Ameliorating soil acidity and physical properties of two contrasting texture Ultisols with wastewater sludge biochar. Environmental Science and Pollution Research, 25, 25726-25733. doi:10.1007/s11356-017-9509-0. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 206 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 143 |