تاثیر بیوچار تفاله هویج بر جذب سطحی کادمیم و سرب در یک خاک اسیدی

آلودگی خاک با فلزات سنگین به دلیل اثرات نامطلوب آن بر سلامت اکوسیستم و امنیت غذایی به یک نگرانی جهانی تبدیل شده است. مواد اصلاحی خاک از جمله بیوچار می تواند زیست فراهمی فلزات سنگین در خاک های آلوده و خطر ورود آن ها به زنجیره غذایی را کاهش دهد. بیوچار یک ماده غنی از کربن است که از گرماکافت زیست توده، مانند بقایای کشاورزی و کودهای دامی در شرایط بدون اکسیژن یا با میزان اکسیژن محدود به دست می آید. مطالعات اخیر نشان داده است که بیوچار به دلیل ساختار متخلخل، گروه های عاملی فعال، pH و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، پتانسیل لازم برای تثبیت فلزات سنگین در خاک را دارد. در کشور، اکثر مطالعات بر روی بیوچار مربوط به خاک های آهکی و یا محلول های آبی است و بیوچار به عنوان یک جاذب کارا در جذب سطحی فلزات سنگین در خاک های اسیدی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر کاربرد بیوچار تفاله هویج بر ویژگی های خاک اسیدی و جذب سطحی کادمیم و سرب در خاک می باشد.

در این پژوهش بیوچار تفاله هویج از طریق گرماکافت در دمای °C 550 به مدت 3 ساعت با نرخ افزایش دمای 25 درجه سانتیگراد بر دقیقه تهیه شد. بیوچار تفاله هویج در سطوح صفر، 4 و 8 درصد به خاک اسیدی افزوده و به مدت 60 روز خوابانده شد. پس از دوره خواباندن به منظور بررسی اثر زمان بر جذب سطحی کادمیم و سرب، 25 میلی لیتر از محلول 400 میلی گرم بر لیتر کادمیم و سرب به 1 گرم از نمونه های خاک اضافه شد و نمونه ها برای زمان های مختلف (4، 8، 12، 16، 20، 24، 28، 32، 36 و 40 ساعت) تکان داده شدند. سپس غلظت کادمیم و سرب اندازه گیری شد. مدل های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و الوویچ بر داده های جذب برازش داده شدند. به منظور تعیین هم دماهای جذب سطحی، 25 میلی لیتر از محلول کادمیم و سرب با غلظت های مختلف (صفر تا 400 میلی گرم بر لیتر) به 1 گرم از نمونه های خاک اضافه شد و سپس نمونه ها به مدت 24 ساعت تکان داده شدند و در نهایت مدل های هم دمای لانگمویر، فروندلیچ و تمکین بر داده های جذب برازش داده شدند.

کاربرد بیوچار به طور معنی داری سبب افزایش pH، ظرفیت تبادل کاتیونی و قابلیت هدایت الکتریکی خاک شد و سطح 8 درصد بیوچار نسبت به سطح 4 درصد، در افزایش pH، ظرفیت تبادل کاتیونی و قابلیت هدایت الکتریکی خاک تاثیر بیشتری داشت. نتایج برازش داده های به دست آمده با مدل های هم دمای جذب سطحی لانگمویر، فروندلیچ و تمکین نشان داد که جذب سطحی کادمیم و سرب بر روی خاک شاهد و خاک تیمار شده با بیوچار با مدل هم دمای لانگمویر مطابقت دارد. مدل سینتیک شبه مرتبه دوم به عنوان بهترین معادله سینتیک جذب سطحی کادمیم و سرب معرفی شد. حداکثر ظرفیت جذب سطحی کادمیم و سرب به ترتیب از 647/25 میلی گرم بر کیلوگرم و 855/71 میلی گرم بر کیلوگرم (در خاک شاهد) به 2078/29 میلی گرم بر کیلوگرم و 3182/7 میلی گرم بر کیلوگرم (در خاک تیمار شده با 8 درصد بیوچار) افزایش یافت.

این پژوهش نشان داد که بیوچار تفاله هویج با افزایش pH و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک اسیدی سبب افزایش جذب سطحی و کاهش زیست فراهمی کادمیم و سرب در خاک گردید. بنابراین بیوچار تفاله هویج می تواند به عنوان یک جاذب موثر و ارزان به منظور اصلاح خصوصیات خاک اسیدی و افزایش جذب کادمیم و سرب در خاک استفاده شود.