نظیر آهن در خاک های تیمار شده با لجن فاضلاب، برای مدیریت بهتر کاربرد اصلاح کننده­های آلی در خاک­های کشاورزی ضروری است. هدف از این تحقیق، تعیین اشکال شیمیایی آهن در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب با استفاده از روش عصاره­گیری دنباله­ای و آهن قابل عصاره­گیر با DTPA با روش لیندزی و نورول (1978) بود. آزمایش به صورت گلخانه­ای با شش سطح لجن (صفر، 5/22، 45، 90، 180 و 360 تن در هکتار) بر پایه طرح کاملا تصادفی با 4 تکرار به مدت 90 روز بر روی گیاه گندم و اسفناج اجرا گردید. به طور کلی با کاربرد لجن فاضلاب، عملکرد ریشه و اندام هوایی اسفناج و گندم نسبت به شاهد افزایش یافت. فراوانی شکل­های آهن در خاک کشت شده با گندم، در خاک شاهد به صورت، کربناتی< تبادلی< ­آلی< متصل­به اکسیدهای آهن و منگنز< باقی­مانده بود. با اعمال تیمارها، ترتیب اجزا تغییر نکرد و به همان صورت باقی­مانده بود. با اعمال لجن فاضلاب، بیشترین افزایش نسبت به تیمار شاهد در جزء تبادلی و کمترین افزایش در جزء باقی­مانده مشاهده گردید. در خاک شاهد تحت کشت اسفناج، اجزاء مختلف آهن به صورت آهن تبادلی< آهن کربناتی< آهن آلی< متصل­به اکسیدهای آهن و منگنز< آهن باقی­مانده بود. با اعمال تیمارها، ترتیب تغییر نکرد با این تفاوت که در تیمار 360 تن در هکتار برای همه اجزاء آهن به­جز اکسیدهای آهن و منگنز، افزایش بیشتری نسبت به تیمار شاهد مشاهده گردید. نتایج همچنین نشان داد مقدار آهن قابل عصاره­گیری با DTPA با کاربرد لجن فاضلاب افزایش یافت.

واژه های کلیدی: لجن فاضلاب، شکل­های شیمیایی، آهن، اسفناج و گندم

فصل اول

مقدمه

1-1- مقدمه

کمبود عناصر کم­مصرف[1] در اراضی زیر کشت غلات، گسترش جهانی داشته و میلیون­ها هکتار از اراضی قابل کشت در دنیا دارای کمبود یک یا چند عنصر غذایی کم­مصرف هستند (بلالی، 1383). از بین عناصر کم مصرف و مورد نیاز گیاه، آهن نقش مهم و حیاتی در موجودات زنده دارد. توجه به غلظت این عنصر در خاک به دلیل اثر بر افزایش عملکرد محصولات کشاورزی دارای اهمیت زیادی است (شریفی و همکاران، 1390). آهن در گیاه در ساخت پروتئین­های مهمی از جمله آنزیم­های حاوی آهن و لگ­هموگلوبین و همچنین در ساخته شدن کلروفیل نقش دارد. همچنین آهن برای تنفس و واکنش­های اکسایش و کاهش در گیاه ضروری است (ملکوتی و همایی، 1383). در ایران طبق بررسی­های انجام شده حدود 37 درصد از مزارع تحت کشت گندم آبی دچار کمبود شدید آهن هستند (بلالی، 1378).

با وجود آنکه آهن فراوان­ترین عنصر کم مصرف در پوسته زمین است، اما بیشترین محدودیت را برای تولید محصولات کشاورزی در خاک­های آهکی مناطق خشک و نیمه­ خشک سبب شده است. قلیایی بودن، مقادیر زیاد آهک، کمبود ماده­آلی، آبیاری سنگین، تراکم خاک و نیز تهویه ضعیف خاک از عوامل کمبود آهن قابل دسترس در خاک­های آهکی هستند (فاجریا و همکاران، 2002؛ کولی یاراس و همکاران، 2004 و لی­و همکاران، 2005). در چنین شرایطی مصرف کود آهن کارایی لازم را نخواهد داشت و برای برطرف کردن کمبود آهن، مصرف مقادیر زیاد کودهای حاوی این عنصر ضروری است که علاوه بر مقرون به صرفه نبودن موجب آلودگی محیط زیست، تخریب ساختمان خاک و بر هم خوردن عناصر غذایی خواهد شد (کلیسی[2] و همکاران، 1999؛ تینکر[3] و همکاران، 1989).

در سال­های اخیر، کاربرد بقایای آلی حاوی مواد آلی بالا مانند کودهای حیوانی، کمپوست، بقایای- محصولات و سایر پسماندهای شهری و صنعتی در خاک­های مناطق نیمه­خشک، به یک راه­ کار         محیطی برای حفظ ماده آلی خاک و فراهم کردن عناصر غذایی مورد نیاز گیاه تبدیل شده است (تجدا و همکاران، 2006). ارزش کودی پسماندهای آلی نظیر لجن فاضلاب در تحقیقات متعدد در کشورهای مختلف نشان داده شده است (خیام­باشی، 1376؛ رضایی نژاد، 1379؛ محمدی نیا، 1994؛ رضوی، 2000؛ افیونی و همکاران، 2006؛ بیگدلی و سیلسپور، 2008). سلیمان[4] و همکاران (2010) گزارش نمودند، لجن فاضلاب می تواند به عنوان منبعی برای تأمین عناصر غذایی مورد استفاده قرار گیرد.

لجن فاضلاب مواد جامدی است که در روش­های مختلف تصفیه به منظور حذف آلاینده­های معلق و محلول از فاضلاب در تصفیه خانه­های فاضلاب به دست می­آید (میرحسینی و همکاران، 1387). به طور متوسط 30 میلیون تن لجن فاضلاب سالیانه در جهان تولید می شود که حدود 21 میلیون تن آن به عنوان کود به زمین­های کشاورزی اضافه می گردد (واثقی و همکاران، 1382). این مواد ممکن است غنی از آهن و مواد بیوشیمیایی متصل شونده باشند که به نگهداشت آهن و دیگر فلزات در محلول خاک کمک می کنند. همچنین می توانند واکنش­های شیمیایی و بیولوژیکی که موجب دسترسی بیشتر آهن در خاک می­شوند را تحریک کنند (جورکویتچ[5] و همکاران، 1988). استفاده از مواد آلی در خاک ممکن است منجر به تغییر شکل­های مختلف آهن در خاک شود. تغییرات در این بخش می­تواند دسترسی آهن برای جذب گیاه را افزایش دهد. برای درک رفتار فلزات در خاک، روش­های مختلفی به منظور تجزیه و تفکیک فلزات به بخش­های مختلف شیمیایی­شان توسعه یافته است. این شکل­ها ممکن است شامل تبادلی، به­طور اختصاصی جذب شده، محبوس شده یا جذب بر روی اکسید­های خاک، پیوندهای آلی در باقی­مانده­های زیستی و ریزموجودات زنده و به شکل کربناتی باشد (امریچ[6] و همکاران، 1982).

روش­های عصاره­گیری دنباله­ای در ارزیابی قابلیت استفاده عناصر کم نیاز مورد استفاده قرار می­گیرند (سینگ و همکاران، 1987؛ آگراوال و گوپتا، 1990؛ فوینتز و همکاران، 2004؛ فنگ و همکاران، 2005؛ گوپتا و سینا، 2007). از جمله روش­هایی که به طور گسترده برای اندازه­گیری و جداسازی شکل­های آهن خاک استفاده می­شود، روش استخراج دنباله­ای است که توسط تسیر و همکاران (1979) ارائه و به صورت گسترده در تعیین شکل­های عناصر سنگین در خاک­ها به­کار برده می­شود (آلوارز و همکاران، 2006).

1-2- اهداف

بررسی اثر لجن فاضلاب صنعتی بر برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک
بررسی اثر لجن فاضلاب صنعتی بر رشد و عملکرد دو گیاه گندم و اسفناج
اثر کاربرد لجن فاضلاب صنعتی بر توزیع شکل­های مختلف آهن در خاک
رابطه بین شکل­های مختلف آهن با آهن جذب شده توسط گیاه
 

فرضیه­هایی که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت:

با توجه به غنی بودن لجن فاضلاب از مواد آلی و عناصر ضروری مورد نیاز گیاه می­توان پیش­بینی کرد که کاربرد آن موجب افزایش عملکرد گیاهان مورد مطالعه و غلظت عناصر مورد نیاز گردد.
همچنین پیش­بینی می­شود که کاربرد لجن فاضلاب صنعتی به خاک سبب افزایش آهن قابل استفاده و شکل­های مختلف آهن در خاک می­گردد.
 

فصل دوم

کلیات و بررسی منابع

 
2-1-      لجن فاضلاب
به مراحلی که مواد جامد از مواد مایع فاضلاب جدا می­شود را تصفیه گویند. مایع حاصله پساب و مخلوط جامد که رطوبتی حدود 97-95 درصد دارد را لجن گویند (بهره­مند و همکاران، 1381). کاربرد لجن از دو جنبه زراعی و محیطی حائز اهمیت است. اولاً مواد آلی را برای خاک مهیا می­کند و ثانیاً سبب چرخه عناصر غذایی مورد نیاز گیاه در خاک می­شود (چانگ و همکاران، 1984).

مصرف لجن فاضلاب در زمین یکی از مهمترین روش­های استفاده مجدد است که شامل مصارف کشاورزی، جنگل­کاری، درخت­کاری، احیای اراضی و موارد دیگر می­شود (بینا و همکاران، 1383). لجن فاضلاب از پتانسیل کودی بسیاری برخوردار است، اما قبل از استفاده آن در زمین باید اثر آن را بر افزایش عناصر مورد توجه قرار داد (واثقی و همکاران، 2005). این ماده به­دلیل دارا بودن ماده آلی فراوان تاثیر به­سزایی در افزایش قابلیت جذب فلزات کم­مصرف و عناصر سنگین در خاک دارد. همچنین فلزات موجود در لجن نیز عمدتاً به صورت ترکیبات آلی بوده که دارای قابلیت جذب زیادی می­باشند و غلظت قابل توجهی را در گیاه ایجاد خواهند نمود (نظری و همکاران، 1385). اما قسمت اعظم فلزات سنگین در حین عملیات تصفیه فاضلاب، به صورت اکسید و یا هیدروکسید در لجن ته­نشین می­شوند (بینا و همکاران، 1383). البته لجن فاضلاب با توجه به مراحل تولید ممکن است دارای پتانسیل خطرات آلودگی­های زیستی نیز باشد که اضافه شدن مقادیر بالای آن­ها به خاک ممکن است خطرات آلودگی محیط زیست و زنجیره غذایی انسان را در پی داشته باشد. از این­رو با توجه به اثرات مفید این ماده، توصیه می­شود مطالعات زیست محیطی و بررسی امکان آلودگی این مواد نیز به صورت جداگانه انجام و هرگونه توصیه کاربرد این مواد با احتیاط لازم انجام گیرد. از طرفی مصرف لجن فاضلاب به عنوان کود و یا اصلاح کننده خاک در مزارع کشاورزی مناسب بوده و دارای مزایایی است که این مزایا از سه محور مورد بررسی قرار گرفته و بسیار مهم است:

الف: می­توان لجن فاضلاب را به عنوان یک منبع با ارزش مواد مغذی و نیز یکی از روش­های دفع لجن با هزینه پایین مورد بررسی قرار داد.

ب: می­توان کاربرد لجن فاضلاب را از نظر مزرعه­داران به منظور افزایش سود مورد توجه قرار داد.

ج: می­توان از دیدگاه اقتصاد کشور و بهبود آن به مسئله کاربرد لجن فاضلاب توجه کرد (بینا و همکاران، 1383).

با توجه به این­که کشورمان خاک­های فقیر از نظر مواد مغذی دارد، واردات کود­های شیمیایی هزینه­های ارزی-ریالی زیادی داشته و از طرفی باعث آلودگی غیر قابل جبران محیط زیست می­شود­. از آن­جایی که لجن فاضلاب از نظر ارزش کودی بسیار ارزشمند می­باشد، برنامه­ریزی دراز مدت برای امکان گسترش تولید کود از لجن که در آن رعایت ضوابط و استاندارد­ها از نظر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، زیستی و عناصر بالقوه سمی رعایت شده باشد، به عنوان یک منبع درآمد و کمک به اقتصاد صنعت آب و فاضلاب کشور می­گردد (بینا و همکاران، 1383).

2-2-      تأثیر لجن فاضلاب بر برخی خصوصیات خاک
لجن فاضلاب منبع با ارزشی از عناصر غذایی ضروری گیاه است. مقدار ماده آلی به نسبت زیاد لجن می­تواند اثر مطلوبی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک داشته باشد (برولیر و همکاران، 1992) و این به­خصوص برای خاک­های ایران که با کمبود مواد آلی مواجه هستند، دارای اهمیت می­باشد (افیونی و همکاران، 1998).

2-2-1-    اثر لجن فاضلاب بر خصوصیات فیزیکی خاک
افزودن لجن­فاضلاب به عنوان کود آلی به خاک، اثرات مطلوبی روی ویژگی­های فیزیکی آن دارد (بهره­مندو همکاران، 2002). احمدآبادی­ و­ قاجار­ (1391) با بررسی اثر کاربرد کمپوست، ورمی­کمپوست و لجن فاضلاب روی برخی خواص فیزیکی خاک بیان داشتند که کاربرد این پسماندهای آلی در خاک، موجب افزایش معنی­دار تخلخل، رطوبت در نقاط ظرفیت زراعی، پژمردگی و ظرفیت نگه­داشت آب در خاک و همچنین کاهش جرم مخصوص ظاهری و حقیقی در مقایسه با تیمار شاهد گردید. که در این رابطه تأثیر کمپوست و لجن فاضلاب نسبت به ورمی­کمپوست بیشتر بوده است.

آگلیدس و لوندرا (2000) نیز افزایش رطوبت خاک را با به­کارگیری 75، 150 و 300 متر مکعب لجن فاضلاب در هکتار گزارش کردند و بیش­ترین مقدار آن را مربوط به تیمار 300 متر مکعب لجن فاضلاب در هکتار دانستند.

اپستین و همکاران (1975) با افزودن 5 درصد وزنی لجن فاضلاب به خاکی با بافت لوم سیلتی[7] گزارش کردند که هدایت هیدرولیکی اشباع پس از 27 روز انکوباسیون افزایش یافت. آن­ها همچنین دریافتند که افزودن لجن فاضلاب به خاک منجر به کاهش جرم مخصوص ظاهری نسبت به شاهد گردید.

زائری و همکاران (1384) نیز با استفاده از لجن فاضلاب در دو سال پیاپی و همچنین به صورت باقی مانده، دریافتند که افزودن لجن، افزایش نفوذپذیری خاک، پایداری خاکدانه­ها و کاهش جرم مخصوص ظاهری خاک را در پی خواهد داشت. همچنین نتایج آنان نشان داد که تاثیر لجن فاضلاب و تداوم آن به میزان زیادی به میزان لجن مصرفی بستگی