فهرست مطالب

مدیریت خاک و تولید پایدار - سال دهم شماره 4 (پیاپی 34، زمستان 1399)

نشریه مدیریت خاک و تولید پایدار
سال دهم شماره 4 (پیاپی 34، زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/06
  • تعداد عناوین: 9
|
  • صبا باقریفام، محمدامیر دلاور*، پیمان کشاورز، علیرضا کریمی صفحات 1-30

    کربن آلی خاک از مهم ترین شاخص های قضاوت کیفیت، سلامت و حاصلخیزی خاک محسوب می شود ؛ بنابراین، اندازه گیری دقیق، سریع و کم هزینه آن برای تدوین روش های مدیریتی و حفاظتی که منجر به ترسیب و افزایش کربن یا حداقل حفظ آن در خاک شود، ضروری است. روش های اندازه گیری کربن خاک به طورکلی در دو دسته خارج از منطقه نمونه برداری و روش های نوین اندازه گیری در جا، طبقه بندی می شوند. دسته اول که شامل نمونه برداری سنتی از خاک و تخریب شیمیایی آزمایشگاهی ماده آلی خاک با استفاده از روش های احتراق تر و احتراق خشک هستند، اغلب پرهزینه، وقت گیر و مخرب محیط زیست می باشند و خطاهای رایج نمونه برداری و تجزیه های آزمایشگاهی در بسیاری موارد باعث کم شدن دقت این روش ها می شوند. روش های اندازه گیری در منطقه که شامل طیف سنجی بازتاب مادون قرمز، پراکندگی ناکشسان نوترونی، طیف سنجی فروشکست القایی لیزر و سنجش ازدور هستند، با افزایش دقت و سرعت اندازه گیری و کاهش فراوان هزینه های نمونه برداری و تجزیه های آزمایشگاهی، به ویژه در مطالعات کلان ملی، بسیار راهگشا می باشند. آمارهای پایش سرتاسری کیفیت خاک های کشاورزی ایران نشان داده است که در بیش از 60 درصد اراضی، میزان کربن آلی خاک کمتر از یک درصد است و بررسی های متوالی نیز موید روند کاهشی ذخایر کربن آلی خاک های اکثر مناطق کشور است. قرار گرفتن بیش از 80 درصد مساحت ایران در اقلیم خشک و نیمه خشک و محتوی کم کربن آلی این خاک ها از یک سو و شوری مساحت قابل توجه و آهکی بودن غالب خا ک های ایران از سوی دیگر، روش صحیح اندازه گیری کربن آلی این خاک ها را به موضوعی چالشی و بحث برانگیز تبدیل کرده است. اگرچه در بین روش های اندازه گیری کربن خاک، استفاده از سنجش گرهای خودکار کربن، به عنوان روش استاندارد و مرجع شناخته می شوند؛ اما در خاک هایی که حاوی مقادیر زیادی کربنات هستند، در اغلب موارد هنگام احتراق نمونه تبدیل کربنات ها به کربن دی اکسید ناقص انجام می شود؛ بنابراین، استفاده از روش های احتراق تر، به دلیل تاثیر نپذیرفتن آن از حضور کربنات ها و محاسبه مستقیم کربن آلی مطلوب تر است. تمامی راهکارهای سنجش مقدار کربن آلی خاک نقاط قوت و ضعفی دارند که انتخاب آن ابزار یا روش اندازه گیری را منوط به ویژگی های خاک موردبررسی، هدف پروژه و بودجه تخصیص یافته می کند. لذا با توجه به عدم وجود مطالعه ای جامع در این زمینه، این مطالعه با هدف کمک به ایجاد نگرشی بهتر نسبت به نتایج حاصل از روش والکلی بلک که اصلی ترین روش اندازه گیری کربن آلی خاک های کشور است و نیز کمک به تدوین پروتکلی استاندارد برای اندازه گیری کربن آلی خاک های شور و آهکی ایران، به ارزیابی مقایسه ای روش های اندازه گیری کربن خاک با تشریح نقاط قوت و ضعف آن ها پرداخته است.

    کلیدواژگان: ضریب تبدیل کربن آلی، احتراق تر، روش والکلی بلک، طیف سنجی بازتاب مادون قرمز
  • نسرین قربان زاده، محمدباقر فرهنگی* صفحات 31-54
    سابقه و هدف

    پسماند جامد صنایع تصفیه روغن زیتون دارای مواد آلی و معدنی با ارزشی است که می تواند برای فعالیت جامعه میکروبی خاک و کیفیت آن سودمند باشد. اما این پسماندها دارای مواد سخت تجزیه شونده و اسیدهای چرب هستند که نیاز به ریزجاندارن ویژه برای تجزیه کامل آن ها در محیط خاک را الزام می کند. هدف این پژوهش بررسی شاخص های زیستی و اکوفیزیولوژیک خاک (به عنوان سنجه های کیفیت خاک) پس از افزودن پسماند جامد کارخانه تصفیه روغن و مایه زنی باکتری های باسیلوس و سودوموناس به خاک بود.

    مواد و روش

    آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل و در سه تکرار انجام شد. فاکتورها شامل سه سطح پسماند (0، 2 و 4%) پنج سطح باکتری (مایه زنی نشده، مایه زنی شده با باسیلوس بومی، باسیلوس پرسیکوس، سودوموناس بومی، سودوموناس فلورسنس) و هفت زمان نمونه برداری (0، 1، 2، 3، 4، 5، 6 ماه) بودند. خاک بدون پسماند و مایه زنی نشده هم در آزمایش گنجانده شد. مخلوط های خاک-پسماند به مدت 6 ماه در شرایط رطوبتی FC 7/0 و دمای آزمایشگاه (حدود ºC 25) انکوباسیون شدند. در زمان های صفر و پایان هر ماه از مخلوط ها نمونه برداری شده و کربن آلی (OC)، تنفس پایه (BR)، تنفس برانگیخته شده با سوبسترا (SIR) و کربن زیست توده میکروبی (MBC) در آن ها اندازه گیری گردید و شاخص های اکوفیزیولوژیک شامل سهم متابولیک (qCO2)، سهم کربن میکروبی (Cmic) و قابلیت دسترسی به کربن (CAI) محاسبه شد. آنالیز داده ها با نرم افزار SAS 9.4 و مقایسه میانگین آن ها با آزمون توکی (05/0>p) انجام گرفت.

    یافته ها:

     نتایج آنالیز واریانس نشان داد که پیامد فاکتورها و برهم کنش آن ها بر بیشتر پارامترها به جز qCO2 معنی دار بود (05/0>p). بالاترین اندازه BR و SIR در تیمار پسماند چهار درصد مایه زنی شده با باکتری های سودوموناس به دست آمد. افزودن پسماند به خاک و مایه زنی آن با سودوموناس ها نقش مهمی در زیاد شدن این فراسنجه ها داشت. به هر روی، با وجود تاثیر مثبت، پسماند مایه زنی با باکتری ها سبب افزایش MBC نشد. به گونه ای که بالاترین اندازه آن در تیمار چهار درصد پسماند مایه زنی نشده با باکتری ها به دست آمد. کمترین اندازه هر سه فراسنجه هم در تیمار بدون پسماند مایه زنی شده با باسیلوس پرسیکوس به دست آمد. افزودن پسماند به خاک سبب افزایش qCO2 شد و بیشترین اندازه آن در تیمارهای دارای سودوموناس بومی دیده شد. افزودن پسماند به خاک و مایه زنی آن ها با باکتری ها سبب کاهش Cmic شد. بالاترین اندازه Cmic در خاک بدون پسماند مایه زنی شده با باکتری سودوموناس فلورسنس و کمترین مقدار آن در خاک دارای چهار درصد پسماند مایه زنی شده با باسیلوس پرسیکوس به دست آمد. میانگین Cmic در سطوح پسماند صفر، 2 و 4 درصد به ترتیب 3/10، 06/5 و 76/4 mg Cmic gCorg-1 بود. روند تغییرات Cmic با زمان نیز نشان داد که این شاخص در خاک های مایه زنی شده با باسیلوس ها (بومی و پرسیکوس) و همچنین خاک های مایه زنی نشده با باکتری ها روند افزایشی داشت. افزودن پسماند به خاک و مایه زنی با سودوموناس ها (بومی و فلورسنس) سبب افزایش CAI شد. بیشترین و کمترین مقدار CAI به ترتیب در تیمار 4 درصد پسماند مایه زنی شده با سودوموناس فلورسنس و تیمار بدون پسماند مایه زنی شده با باسیلوس بومی دیده شد. روند تغییرات CAI با زمان نوسان زیادی داشت و تنها در خاک های مایه زنی شده با باسیلوس ها (بومی و پرسیکوس) روند آن با زمان مثبت بود.

    نتیجه گیری: 

    در کل، افزودن پسماند جامد کارخانه تصفیه روغن به خاک و مایه زنی آن با سودوموناس ها اگرچه سهم کربن میکروبی را کاهش داد اما سبب افزایش تنفس پایه میکروبی و کربن قابل دسترس در خاک شد. بنابراین به نظر می رسد در صورت اضافه کردن این پسماند به خاک مایه زنی آن با با کتری های سودوموناس بتواند تجزیه پسماند را در کوتاه مدت تسریع کرده و عناصر غذایی آن را آزاد کند.

    کلیدواژگان: پسماند جامد، تنفس پایه، ضریب متابولیک، کربن زیست توده میکروبی، ماده آلی
  • معصومه قنبری*، علی اکبر صفری سنجانی صفحات 55-76

     سابقه و هدف:

     نزدیک 98 درصد پتاسیم خاک به ریخت کانی هایی است که برای گیاهان فراهم نمی باشد. از سوی دیگر، کاربرد پیوسته ی کودهای شیمیایی دارای پیامدهای ناخواسته برای زیستگاه های گوناگون است. ریزجانداران اسیدزا می توانند سیلیکات های کانی دارای پتاسیم را دگرگون کرده و پتاسیم فراهم برای گیاهان رها کنند. این پژوهش با هدف جداسازی و شناسایی باکتری های گشاینده ی پتاسیم ، فسفر و آهن از خاک پیرامون ریشه های سیب زمینی از کانی های آن ها (سیلیکات های پتاسیم، تری کلسیم فسفات و هماتیت) با هدف ساخت کود زیستی از باکتری های افزاینده رشد گیاه انجام شد.

    مواد وروش ها

    باکتری های گشاینده ی پتاسیم از خاک پیرامون ریشه های سیب زمینی جداسازی شدند. جدایه ها برای بررسی توان رها سازی پتاسیم از سه کانی بیوتیت، موسکویت و فلدسپات پتاسیم به گونه کیفی با کشت نقطه ای و بر پایه پیدایش هاله روشن ، و یا دگرش رنگ کشتگاه الکساندروف ، گزینش شدند. سپس برای برآورد توان کمی جدایه ها در رها سازی پتاسیم، آن ها در کشتگاه آبکی الکساندروف کشت شد. برای بررسی توان گشایش کانی تری کلسیم فسفات جدایه ها همانند بالا ولی از کشتگاه پیکوفسکیا بهره گیری شد. برای ارزیابی توان گشایش آهن نیز از کشتگاه پیکوفسکیای بهبود یافته با کانی هماتیت بهره گیری شد. این پژوهش برای رهاسازی پتاسیم به گونه آزمایش فاکتوریل با طرح کاملا تصادفی انجام شد که در آن گونه کانی بکار رفته در سه سطح (موسکویت، بیوتیت و فلدسپات پتاسیم) فاکتور نخست و 30 جدایه باکتری فاکتور دوم بود. برای رهاسازی فسفر و آهن طرح کاملا تصادفی بود و تنها توان 30 جدایه با کاربرد یک کانی(تری کلسیم فسفات یا هماتیت) آزمون شد. آنالیزهای آماری با نرم افزار SAS انجام شد. جدایه ها، با بهره گیری از روش های ریخت شناسی، آزمون بیوشیمیایی و مولکولی بررسی و شناسایی شدند. سپس 10 جدایه برتر شناسایی شده و آزمون های توان، افزایندگی رشد گیاه در آنها آزمون شد.

    یافته ها

    از 30 جدایه با توان رهاسازی پتاسیم، فسفر و آهن، 10 جدایه ی برتر جداسازی و شناسایی گردیدند. بررسی های فلیم فتومتری نشان داد که پتاسیم رها شده با جدایه ها در کشتگاه دارای بیوتیت میان 18/647 میلی گرم بر کیلوگرم در کشت شاهد تا 16/5416 میلی گرم بر کیلوگرم در کشت جدایه 10 و در کشتگاه دارای موسکویت دار میان68/148میلی گرم بر کیلوگرم در جدایه شماره 21 تا 36/2026 میلی گرم بر کیلوگرم در جدایه شماره 10 و در کشتگاه دارای فلدسپات پتاسیم میان 76/132 در کشت جدایه 7 تا 88/534 میلی گرم بر کیلو گرم در کشت جدایه 19 بود. اندازه فسفر گشوده شده از کانی تری کلسیم فسفات میان 85/3582 میلی گرم بر کیلوگرم در کشت شاهد تا 42/37011 میلی گرم بر کیلوگرم در کشت جدایه 25 بود. اندازه آهن گشوده شده از کانی هماتیت میان 830 میلی گرم بر کیلوگرم در کشت جدایه 33 تا 66/2661 میلی گرم بر کیلوگرم در کشت جدایه 4 بود. رهاسازی پتاسیم در این پژوهش از کانی بیوتیت بیشترین اندازه و از کانی فلدسپات پتاسیم کمترین اندازه را داشت. بررسی pH کشتگاه نشان داد که همبستگی بالایی میان اسیدزایی باکتری و توان آنها در گشایش کانی ها است.

    نتیجه گیری

    10 جدایه ی برتر از باکتری های گشاینده ی پتاسیم، فسفر و آهن از خاک پیرامون ریشه های سیب زمینی جداسازی و شناسایی شدند و از میان آن ها باکتری های شماره 2 و 10 که با نام های Acinetobacter pittii و Pseudomonas frederiksbergensis شناسایی شدند. این جدایه ها افزون بر توان بالای گشایندگی پتاسیم، فسفر و آهن در دیگر ویژگی های باکتری های PGPR مانند: ساخت اکسین، سایدروفور، مهار قارچ های بیماریزای سیب زمینی نیز توانا بودند. بهره گیری از این باکتری های جداشده در ساخت کودهای زیستی برای افزایش زیست فراهمی پتاسیم، فسفر و آهن برای گیاه و بهبود رشد و بازدهی گیاهان کشاورزی به ویژه سیب زمینی پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: باکتری های، گشاینده ی، پتاسیم، کود زیستی
  • حمید محمودزاده، حمیدرضا متین فر*، روح الله تقی زاده مهرجردی صفحات 77-98

    سابقه و هدف:

     کربن آلی خاک نقشی حیاتی درکنترل اقلیم و پایداری محیط زیست دارد. همچنین کربن آلی تاثیر کلیدی بر خصوصیات فیزیکو شیمیایی و بیولوژیکی خاک دارد به نحوی که از آن به عنوان شاخص سلامت خاک نام برده می شود. به همین جهت، بررسی توزیع مکانی کربن آلی خاک از الزامات برنامه ریزی مدیریت اقلیم و خاک می باشد. روش های مرسوم برآورد کربن آلی خاک پر هزینه و زمان بر بوده و قابلیت تکرار و تعمیم به نقاط مشابه را ندارد. در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و نیاز روز افزون بشر برای دستیابی به اطلاعات زودیافت و صرفه جویی در هزینه، از طریق داده کاوی و به کمک تصاویر ماهواره ای و پارامترهای محیطی توپوگرافی، رقومی سازی ویژگی های خاک از جمله کربن آلی امکانپذیر شده است. نقشه برداری رقومی خاک در واقع توسعه یک مدل عددی یا آماری از رابطه بین متغیرهای محیطی و خصوصیات خاک است که برای داده های جغرافیایی زیادی به منظور تولید نقشه رقومی بکار می رود. سه هدف اصلی نقشه برداری رقومی خاک عبارت است از: 1) استنباط رابطه بین متغیرهای محیطی و خصوصیات خاک، 2) تولید و ارایه داده هایی که پیوستگی خاک-زمین نما را بهتر نمایش می دهند و 3) بکارگیری صریح دانش کارشناس در طراحی مدل می باش همچنین نقشه برداری رقومی با ایجاد بینشی در مورد فرآیندهای خاکسازی، باعث پیشرفت بالقوه پدولوژی و جغرافیای خاک می شود.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش 110 نمونه خاک به همراه 101 پارامتر کمکی جهت پیش بینی کربن آلی خاک در شهرستان کامیاران (استان کردستان) استفاده گردید. با دو مدل رگرسیون خطی چند متغییره و شبکه عصبی مصنوعی به کمک نرم افزار JMP مدلسازی انجام شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد مقدار کربن آلی خاک در بخش های غربی و شمال غربی منطقه مورد مطالعه بیشترین مقدار است که شامل مناطق با پوشش جنگلی و مرتعی می باشد. متغیرهای کمکی سطح پایه شبکه کانال (40%)، باند 4 (23%)، مقدار آب برگ (20%)، زبری زمین (19%)، فاصله عمودی تا شبکه کانال (18%)، شیب حوزه (18%)، شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی (17%)، سطح حوزه (16%)، جهت شیب (16%)، ارتفاع (16%)، باند 3 (15%)، شاخص جذب انعکاسی (14%)، باند 1 (14%)، باران (13%)، باند 5 (13%)، دمای هوا (12%)، شاخص پوشش گیاهی (11%)، شاخص خیسی توپوگرافی (10%)، شاخص تفاضل پوشش گیاهی (10%) و غیره بیشترین اثر را روی مدل سازی کربن آلی خاک در مدل شبکه عصبی مصنوعی داشته اند. مدلسازی توزیع کربن آلی خاک توسط شبکه عصبی مصنوعی (97/0= R2) نتیجه بهتری نسبت به رگرسیون خطی چند متغییره (59/0=R2) داشته است.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که پراکنش کربن آلی بیشتر تحت تاثیر فاکتورهای توپوگرافی، پوشش گیاهی و اقلیم می باشد. در مناطقی که به هر دلیل امکان نمونه برداری در کل منطقه وجود ندارد، می توان از طریق داده های محیطی مانند پارامترهای توپوگرافی، اقلیمی و پوشش گیاهی و با روش های نوین داده کاوی برای تخمین کربن آلی خاک بهره گرفت.

    کلیدواژگان: داده کاوی، نقشه برداری دیجیتال خاک، پهنه بندی کربن آلی خاک، شهرستان کامیاران
  • صادق رئیسی، حمیدرضا متقیان*، علیرضا حسین پور صفحات 99-117

    سابقه و هدف:

     آلودگی خاک با فلزات سنگین در نتیجه توسعه صنایع و معادن موجب نگرانی های زیادی شده است. آلودگی همزمان خاک ها با فلزات سنگین مختلف به یکی از مهم ترین چالش های زیست محیطی برای مدیریت خاک های آلوده تبدیل شده است. غلظت بالای سرب (Pb2+) تهدیدی برای سلامت انسان و استفاده پایدار از اراضی کشاورزی به دلیل سمیت و تجزیه ناپذیری آن است. استفاده ازبیوچار به عنوان یک راهکار تثبیت کننده و دوست دار محیط زیست اخیرا توجه گسترده ای را در جهان به خود جلب کرده است.

    مواد و روش ها

    مطالعه حاضر با هدف بررسی تاثیر استفاده از بیوچار برگ گردو تهیه شده در دماهای مختلف (200 (B200)، 400 (B400) و 600 (B600) درجه سلسیوس) بر فرایند جذب (غلظت های 5/0، 1، 2، 3، 4، 6، 7 و 8 میلی مولار سرب) و واجذب سرب در دو سیستم منفرد (Pb2+) و رقابتی (Pb2+ + Zn2+) و در دو زمان انکوباسیون (30 و 90 روز) در یک خاک آهکی رسی انجام شد. در این پژوهش 3 گرم (1 درصد وزنی- وزنی) از تیمارهای بیان شده به 300 گرم از نمونه خاک مورد مطالعه در قوطی های پلاستیکی اضافه و به مدت 90 روز در دمای 2±21 درجه سلسیوس و رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه انکوبه شد. سپس در زمان های 30 و 90 روز پس از انکوباسیون از خاک ها نمونه برداری و مطالعه های جذب و واجذب انجام گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که حداکثر گنجایش جذب سرب (qm) با افزایش دمای گرماکافت بیوچار افزایش یافت، به طوری که تیمار B600 بیشترین گنجایش جذب را داشت. مقدار این ضریب در حضور روی کاهش یافت (05/0 <p). با گذشت 90 روز انکوباسیون حداکثر گنجایش جذب سرب توسط تیمارهای بیوچار کاهش محسوسی نشان داد. بیشترین مقدار انرژی پیوند سرب (KL) در تیمار بیوچار تهیه شده در دمای 600 درجه سلسیوس بود. مقدار این ضریب در سیستم رقابتی نسبت به منفرد کاهش یافت. پس از گذشت 90 روز انکوباسیون در هر دو سیستم جذب مقدار انرژی پیوند سرب نسبت به زمان 30 روز کاهش داشت (05/0 <P). نتایج آزادسازی سرب توسط عصاره گیر 10 میلی مولار CaCl2 (کم تر از 1 درصد از Pb2+ جذب شده) نشان داد که مکانیسم جذب سرب در مکان های تبادلی توسط بیوچار برگ گردو از اهمیت کمی برخوردار است و احتمالا مکانیسم اصلی تثبیت سرب در تیمارها رسوب با فسفات می باشد.

    نتیجه گیری

    به طور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که با این وجود که خاک مورد مطالعه قابلیت جذب سرب بالایی داشت، اما کاربرد 1 درصد بیوچار تهیه شده از برگ گردو در دمای 600 درجه سلسیوس می تواند با تاثیر بر ویژگی های جذب سرب در خاک آهکی رسی در سیستم های منفرد و رقابتی به کاهش تحرک سرب منجر شود.

    کلیدواژگان: انکوباسیون، سیستم رقابتی، هم دمای لانگ مویر، دمای گرماکافت
  • معصومه زنگی آبادی، نجمه یزدان پناه* صفحات 119-136

    سابقه و هدف :

    امروزه به دلیل کاهش منابع آب، استفاده از آب های نامتعارف نظیر فاضلاب مورد توجه ویژه قرار گرفته است. وجود برخی فلزات سنگین در فاضلاب به ویژه فاضلاب صنعتی موارد استفاده از آن را محدود می کند. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی برخی جاذب های آلی و نانواکسید فلزها در حذف فلزات سنگین روی و کادمیوم از فاضلاب صنعتی انجام شد.

    مواد و روش‎ها:

     این پژوهش در چهار مرحله شامل 1) اثر جرم جاذب ها، 2) اثر زمان تماس، 3) اثر غلظت فلزات سنگین و 4) اثر pH بر قابلیت جذب فلزات سنگین روی و کادمیوم از فاضلاب انجام شد. ابتدا فاضلاب با غلظت روی و کادمیوم به ترتیب 40 و 25 میلی گرم در لیتر تهیه شد. چهار جاذب شامل دو جاذب آلی (کاه گندم و الیاف خرما) و دو نانواکسید فلزی (نانو اکسید تیتانیوم و نانو اکسید آهن) هر یک در پنج سطح شامل 2/0، 5/0، 1، 5/1 و 2 گرم در لیتر استفاده شد. برای بررسی اثر زمان و نیز تعیین زمان تعادل، زمان های مختلف تماس برای هر جاذب اعمال شد. به علاوه، تاثیر pH بر کارایی جاذب ها در دامنه بین 3 تا 6 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای مطالعه اثر غلظت های مختلف روی و کادمیوم بر کارایی جاذب ها، سه سطح آلودگی از ترکیب 40، 80 و 120 میلی گرم روی در لیتر و 25، 50 و 75 میلی گرم کادمیوم در لیتر مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته‎ ها: 

    نتایج نشان داد که با افزایش میزان مصرف جاذب، میزان جذب فلزات سنگین روی و کادمیوم افزایش یافت. با افزایش میزان مصرف جاذب های الیاف خرما، کاه گندم، نانو اکسید تیتانیوم و نانو اکسید آهن از 2/0 به 2 گرم در لیتر، میزان جذب عنصر روی به ترتیب 4/49، 1/17، 1/13 و 4/11 درصد و میزان جذب کادمیوم به ترتیب 1/41، 8/3، 0/18 و 5/1 درصد افزایش نشان داد. در مجموع، مصرف 5/1 گرم در لیتر الیاف خرما، به عنوان حد بهینه این جاذب در حذف روی (2/87 درصد) و کادمیوم (2/46 درصد) از فاضلاب مصنوعی با غلظت روی و کادمیوم به ترتیب 40 و 25 میلی گرم در لیتر شناخته شد. مدت زمان لازم برای رسیدن به شرایط تعادل برای هر دو فلز در تیمارهای کاه گندم، الیاف خرما، نانو اکسید تیتانیوم و نانو اکسید آهن به ترتیب 300، 120، 30 و 30 دقیقه بود. در واقع، نانواکسید فلزها سریع تر از جاذب های آلی به شرایط تعادل رسیدند. جاذب های آلی در pH برابر با 6 و نانواکسیدهای فلزی در pH برابر با 4، بیشترین کارایی در جذب روی داشتند، در حالی که بیشترین کارایی کادمیوم توسط جاذب کاه گندم در pH 5، الیاف خرما در pHهای 6 و 3، نانو اکسید تیتانیوم در pHهای 4 و 3 و نانو اکسید آهن در pHهای 4 و 5 مشاهده شد. همچنین مشخص شد که جاذب های آلی در سطوح کمتر آلودگی و نانواکسید فلزها در سطوح بالاتر آلودگی، کارایی بیشتری در حذف فلزات سنگین مورد مطالعه داشتند.

    نتیجه‎ گیری:

     یافته های این پژوهش نشان داد که در فرآیند تصفیه فاضلاب از فلزات روی و کادمیوم، جاذب های آلی دارای مقدار جذب بیشتر و در عوض جاذب های نانو دارای سرعت جذب بیشتری در رسیدن به شرایط تعادل هستند.

    کلیدواژگان: آلودگی، زمان تعادل، جاذب آلی، نانو اکسید، عناصر سنگین
  • محمد مهدی چاری* صفحات 137-154
    سابقه و هدف

    چگالی ظاهری خاک (BD) به دلیل تاثیر مستقیم بر خواص خاک مانند تخلخل، رطوبت در دسترس خاک و هدایت هیدرولیک و اثرات غیرمستقیم آن بر رشد ریشه و عملکرد محصول از اهمیت زیادی برخوردار است. فرآیندهای محیطی و روش های زراعی باعث می شود که چگالی ظاهری خاک در مکان و زمان بسیار متفاوت باشد. از طرفی اندازه گیری آن در مقیاس بزرگ نیازه به وقت زیاد دارد و مرقون به صرفه نمی باشد. در نتیجه از روش های غیرمستیقم برای اندازه گیری چگالی ظاهری هنگام انجام فعالیتهای میدانی در مقیاس بزرگ، از روش های غیر مستقیم استفاده می شود. یکی از روش غیرمستقیم مقرون به صرفه و صرفه جویی در وقت برای پیش بینی BD استفاده از توابع انتقالی است. هدف از این تحقیق ارزیابی توابع انتقالی موجود به منظور تعیین چگالی ظاهری برای خاک های مختلف منطقه سیستان و همچنین واسنجی و ارایه توابع انتقالی جدید برای منطقه مورد مطالعه است.

    مواد و روش ها

    پس از انجام بررسی منابع مختلف، 64 تابع انتقالی (PTF) مختلف منتشر شده در منابع مختلف برای تخمین چگالی ظاهری انتخاب شدند. این توابع انتقالی به گونه ای انتخاب شدند که: 1) دارای مقیاس زمانی گسترده ای باشند (از سال 1957 تا به امروز)، 2) برای مناطق مختلف جهانی، 3) از زمین های با خاک های متغیر 4) از انواع روش های رگرسیون استفاده کرده و 5) داده-های مورد نیاز آن اندازه گیری متداول مانند شن ، سیلت، رس و کربن آلی خاک باشد. تعداد نمونه های خاک برداشت شده در این تحقیق 224 داده بوده است که از 112نقطه در دو عمق 0-15 و 15-30 بدست آمده است. در این تحقیق به منطور ارزیابی توابع انتقالی از سه شاخص میانگین مطلق خطا (ME)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و انحراف استاندارد از خطای پیش بینی شده (SDPE) استفاده شده است.

    یافته ها

    در بین توابع انتقال موجود روش Benites et al. (2007) با مقدار ME برابر با مقدار 0008/0-، مقدار RMSE ت برابر با 1038/0 و SDPE برابر 1033/0 دارای بهترین نتایج بود. بر اساس مقدار RMSE تابع Yang et al. (2007) با مقدار 1038/0 دارای رتبه 1 و بر اساس SDPE تابع با مقدار بین 0976/0 Leonaviciute (2000) دارای بهترین نتایج بود. برای منطقه مورد مطالعه 5 رابطه ارایه شده شامل رابطه خطی بین BD و کربن آلی (OC)، رابطه خطی بین مجذور OC و BD، رابطه نمایی بین BD و OC، رابطه خطی بین BD و لگاریتم OC و رابطه چندجمله ای بین OC و BD ارایه شد.

    نتیجه گیری

    بر اساس نتایج می توان نتیجه گیری کرد که که کربن آلی خاک (OC) مهمترین عامل در پیش بینی چگالی ظاهری خاک است و با استفاده از تنها کربن آلی خاک می توان چگالی ظاهری خاک را دقت مناسبی پیش بینی کرد. همچنین می توان نتیجه گیری کرد که 5 رابطه توسعه داده شده در این تحقیق را می توان به منظور بدست آوردن چگالی ظاهری در منطقه مورد مطالعه استفاده کرد.

    کلیدواژگان: چگالی ظاهری، کربن آلی، بافت خاک، توابع انتقالی
  • سعیده مرزوان، محمدحسین محمدی*، فرید شکاری صفحات 155-171

    سابقه و هدف:

     مدیریت آبیاری و استفاده از آبیاری بخشی ریشه تحت شرایط شور یکی از راه کارهای تولید پایدار در کشاورزی محسوب می شود. تولید گونه های فعال اکسیژن و تجمع سیتوپلاسمی اسمولیت ها یکی از عمومی ترین واکنش های گیاهی در پاسخ به تنش-های شوری و کم آبی در این شرایط می باشد. با این وجود مطالعات اندکی در زمینه ساز و کارهای گیاهی از جمله تغییرات آنزیم ها و تنظیم کننده های اسمزی سلولی، تحت سطوح یکسان پتانسیل اسمزی و ماتریک بر دو سمت ریشه گیاه در شرایط تنش هم زمان شوری و کم آبی و تفاوت آن با شرایط تنش مجزا صورت گرفته است. هدف از این مطالعه بررسی اثر مدیریت آبیاری بخشی بر تغییرات فعالیت آنزیم-های پراکسیداز و کاتالاز و محتوی پرولین در برگ و ریشه تحت مقادیر متفاوت از سطوح یکسان پتانسیل های اسمزی و ماتریک، در آبیاری بخشی ریشه ذرت رقم فجر (سینگل کراس260)، می باشد.

    مواد و روش ها

    آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار با دو فاکتور شامل، نوع تنش (تنش شوری، تنش خشکی و تنش توام) و سطح پتانسیل (112- ، 119- و 363- کیلوپاسکال)، تحت شرایط گلخانه ای انجام شد. بستر کشت در تیمارهای توام توسط نایلون ضخیم و ناتراوا به دو قسمت برابر برای پخش یکنواخت و مساوی ریشه گیاه تقسیم گردید. در تنش توام نیمی از ریشه تحت تنش شوری و نیم دیگر تحت تنش خشکی (در سطوح متناظر و برابر پتانسیل اسمزی و ماتریک) قرار گرفت. به جهت زهکشی در تیمارهای شوری از تانسیومترهای دست ساز استفاده شد. اندازه گیری آنزیم کاتالاز، آنزیم پراکسیداز، پروتئین کل و پرولین در دو سمت اندام هوایی و دو سمت ریشه صورت گرفت. هم چنین وزن خشک کل و ریشه گیاه ذرت محاسبه گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد با کاهش سطح پتانسیل، فعالیت آنزیم پراکسیداز و کاتالاز ریشه فقط در تیمارهای خشکی مجزا و بخش خشکی از تیمار توام، دارای روند مشابه (افزایشی) بود. در بخش خشکی از تیمار توام نسبت به تیمار خشکی مجزا، با کاهش سطح پتانسیل، فعالیت آنزیم پراکسیداز ریشه 5/18 درصد افزایش و فعالیت آنزیم کاتالاز ریشه 28/6 درصد کاهش یافت. در سطح پتانسیلی 363- کیلوپاسکال، وزن خشک ریشه در تیمار خشکی به ترتیب 3/48 و 31 درصد نسبت به تیمار شوری و توام افزایش یافت. با وجود تغییرات متفاوت در مقدار صفت های اندازه گیری شده در تنش های شوری، خشکی و توام، در یک پتانسیل یکسان، تفاوت معنی داری در وزن خشک کل مشاهده نگردید.

    نتیجه گیری

    گیاه ذرت با وجود سطوح پتانسیل اسمزی و ماتریک یکسان در هر دو سمت ریشه، رفتارهای فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی یکسانی را از خود نشان نداد. در سطوح پایین پتانسیل اسمزی، استفاده از سیستم آبیاری بخشی ریشه با آب شور در تیمار توام، تنش کمتری را نسبت به تیمار مجزای شوری به گیاه وارد خواهد کرد. به نظر می رسد تعدیل در واکنش های بیوشیمیایی گیاه یکی از علل موفقیت روش آبیاری بخشی ریشه با آب شور باشد. بنابراین در حال حاضر با توجه به کمبود منابع آب های شیرین، سیستم آبیاری بخشی ریشه با آب شور به عنوان یک سیستم تقریبا مطلوب نسبت به سایر سیستم های آبیاری کامل ریشه با آب شور توصیه می شود

    کلیدواژگان: پتانسیل اسمزی، تانسیومتر، شوری خاک، متابولیت های ثانویه
  • ساناز پورمیرکمالی، مجید محمودآبادی* صفحات 173-189

    سابقه و هدف:

     فرسایش بین شیاری یکی از انواع مهم فرسایش خاک در اراضی کشاورزی است که باعث افت کیفی و هدررفت کمی خاک می شود. هرچند پژوهش های متعددی در زمینه فرسایش بین شیاری انجام شده، مطالعات بسیار کمی در مورد هدررفت خاک، مواد آلی و عناصر غذایی در اثر فرسایش بین شیاری در شرایط متاثر از باد صورت گرفته است. پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر درصدهای مختلف خاکپوش کاه و کلش گندم در تقابل با سرعت های مختلف باد بر هدررفت خاک، کربن آلی، فسفر و پتاسیم در اثر فرسایش بین شیاری روی دو خاک زراعی مختلف انجام شد.

    مواد و روش ها

    آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی و با اعمال سه فاکتور انجام شد. دو نمونه خاک زراعی با حداکثر اندازه ذرات 2 و 75/4 میلی متر، در سرعت های مختلف باد (صفر، 6 و 12 متر بر ثانیه) و چهار سطح خاکپوش کاه و کلش گندم شامل صفر، 30، 60 و 90 درصد (معادل 800، 1650 و 3300 کیلوگرم در هکتار)، هر یک در سه تکرار مورد آزمایش شبیه سازی باران و باد قرار گرفت. به این منظور، باران با شدت ثابت 40 میلی متر در ساعت به مدت 40 دقیقه ایجاد و میزان هدررفت خاک، کربن آلی، فسفر قابل استفاده و پتاسیم قابل جذب اندازه گیری شد. در نهایت، ارتباط شدت فرسایش بین شیاری متاثر از باد با هدررفت کربن آلی و عناصر غذایی بررسی شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که هدررفت خاک، کربن آلی، فسفر قابل استفاده و پتاسیم قابل جذب در اثر فرسایش بین شیاری در خاک های مورد مطالعه به ترتیب بین 1/8 تا 9/134، 02/0 تا 28/1، 3-10×03/0 تا 3-10×45/1 و 007/0 تا 160/0 میلی گرم بر متر مربع در ثانیه متغیر بود. با افزایش درصد خاکپوش، میزان هدررفت خاک، کربن آلی و عناصر غذایی به طور معنی داری کاهش یافت. در مقابل، افزایش سرعت باد، باعث افزایش معنی دار هدررفت خاک و عناصر غذایی شد. همچنین، هدررفت خاک، کربن آلی و عناصر غذایی در شرایط عدم وزش باد و عدم وجود خاکپوش، در خاک با خاکدانه های درشت تر کمتر از خاک با ذرات ریزتر بود. در هر دو خاک مورد مطالعه، هدررفت کربن آلی بیشتر از هدررفت فسفر و پتاسیم بود. ارتباط هدررفت خاک با هدررفت کربن آلی و نیز با هدررفت فسفر، قوی تر از ارتباط با هدررفت پتاسیم بود.

    نتیجه گیری

    یافته های این پژوهش نشان داد که وزش بادهای فرساینده در زمان وقوع بارش باران، می تواند هدررفت خاک، کربن آلی، فسفر قابل استفاده و پتاسیم قابل جذب در اثر فرسایش بین شیاری را افزایش دهد. از یک طرف، وزش باد باعث افزایش قدرت جریان رواناب می شود، از طرف دیگر وجود خاکپوش با ایجاد زبری در سطح و نیز محافظت از برخورد مستقیم قطرات باران به سطح خاک، میزان هدررفت را کاهش می دهد.. بر اساس یافته های این پژوهش، بهترین میزان خاکپوش کاه و کلش گندم برای کنترل هدررفت خاک در اثر فرسایش بین شیاری برابر با 60 درصد تعیین شد. لذا حفظ و یا ایجاد این میزان پوشش سطحی در اراضی کشاورزی می تواند از هدررفت خاک، کربن آلی و عناصر غذایی در اثر فرسایش بین شیاری تا حد زیادی جلوگیری کند.

    کلیدواژگان: کاه و کلش گندم، شبیه ساز هم زمان باد و باران، فرسایش بین شیاری، فرسایندگی باد، کربن آلی خاک
|
  • Saba Bagherifam, MohammadAmir Delavar *, Pyman Keshavarz, Alireza Karimi Pages 1-30

    Soil organic carbon is one of the most important basis for assessing soil quality, health, and fertility. Therefore, accurate, rapid, and inexpensive measurement of soil organic carbon is essential to determine efficient management and conservation practices, which might increase carbon sequestration or preservation in soils. Soil carbon measurement methods are generally classified into two categories: ex-situ and new in situ methods. The first category includes traditional field-collected samples and chemical laboratory degradation of soil organic matter using wet and dry combustion methods. These methods are often expensive, time-consuming, and environmentally destructive. In many cases, common sampling and laboratory errors have resulted in these approaches to be less precise. In situ methods, including infrared reflectance spectroscopy, laser-induced breakdown spectroscopy, inelastic neutron scattering, and remote sensing, are considered more efficient, especially in large-scale national studies as utilizing such methods may increase the speed and accuracy of measuring and significantly reduce the cost of conventional field sampling and laboratory analysis. National quality monitoring of Iranian agricultural soils showed that in more than 60% of lands, soil organic carbon content is less than one percent and further studies have confirmed the declining trend of organic carbon storages in most parts of the country. On one hand, more than 80% of Iran's land area is located in an arid and semi-arid climate whose soils are low in organic carbon content, and on the other hand, the salinity and predominance of calcareous soils in vast areas of Iran have become controversial issues, which have made the attempts to find the correct method of measuring the organic carbon of these soils more complicated. Although the use of an automated carbon analyzer is considered as the standard method for comparing the ex-situ soil carbon measurements, the incomplete conversion of carbonate to CO2 under the combustion conditions in highly calcareous soils might happens which is problematic. Therefore, the use of wet combustion methods is more popular because it’s not affected by the presence of carbonates and the direct calculation of organic carbon. All soil organic carbon measurement methods have strengths and weaknesses, so its choice depends on the characteristics of the studied soils, the purpose of the project as well as the financial considerations, and the allocated budget. Considering the lack of comprehensive studies in this field, the present study aims to help to gain a better understanding of the results of the Walkley Black method, as the basic method of measuring soil organic carbon in Iran, and to assist with developing a standard and robust protocol for measuring the organic carbon of saline and calcareous soils of Iran, and finally to comparatively evaluate the soil carbon measurement methods by outlining their strengths and weaknesses.

    Keywords: SOC to SOM conversion factor, Wet combustion, Walkley Black method, Infrared reflectance spectroscopy
  • Nasrin Ghorbanzadeh, MohammadBagher Farhangi * Pages 31-54
    Background and objectives

    Solid waste (SW) of olive oil industries contain valuable organic and inorganic materials can be useful soil quality and its microbial activity. However, these wastes contain fatty acids and recalcitrant materials which require special microorganisms for complete decomposition in soil environment. The aim of this study was to investigate soil biological and ecophysiological indicators (as soil quality indices) after addition of oil refinery plant solid waste and inoculation of Bacillus and Pseudomonas bacteria to soil.

    Materials and methods

    The experiment was conducted in a completely randomized design with factorial arrangement and three replications. Factors included SW (0, 2 and 4%), inoculated bacteria (no bacteria, native Bacillus sp. native Pseudomonas sp., Bacillus persicus and Pseudomonas fluorescens), and sampling time (0, 1, 2, 3, 4, 5, and 6 months). Soil without SW and uninoculated with bacteria was regarded as control. Soil-SW mixtures incubated at lab temperature (~25 ºC) and 0.7 FC moisture content conditions for 6 months. Sampling was carried out before incubation start and after each month of incubation and organic carbon (OC), basal respiration (BR), substrate induced respiration (SIR), and microbial bimass carbon (MBC) were measured in the samples and ecophysiological parameters including metabolic quotient (qCO2), microbial carbon ratio (Cmic), and available carbon index (CAI), were calculated. Data analysis and mean comparisons were done by Tukey method (p < 0.05) using SAS software package.

    Results

    The results of variance analysis showed that the effect of all factors and their interactions were significant (p < 0.05) on the studied parameters exept qCO2. The highest values of BR and SIR were obtained in the 4% SW treatment inoculated with Pseudomonads. Adding SW to the soil and inoculating it with Pseudomonads had an important role in the increase of these two parameters. However, despite the positive role of SW, bacterial inoculation did not increase MBC. Where the highest amount of MBC was observed in the 4% SW treatment uninoculated with bacteria. The lowest amount of all three parameters was observed in the 0% SW treatment inoculated with Bacillus persicus. SW addition to soil increased qCO2, and its higher values were observed in the mixtures inoculated with native Pseudomonas sp. SW application and bacteria inoculation to soil decreased Cmic. The highest and lowest Cmic values were observed in soil without SW inoculated with Pseudomonas fluorescens and soil contained 4% SW inoculated with Bacillus persicus, respectively. The mean Cmic values in 0, 2, and 4% SW-mixtures were 10.32, 5.06, and 4.76 mg Cmic gCorg-1, respectively. The trend of Cmic changes over time showed that this parameter had ascending trend in uninoculated soil and soil inoculated with Bacillus (native and persicus) bacteria. SW addition to soil and soil inoculation with Pseudomonads increased CAI. The highest and lowest CAI values were observed in 4% SW-mixtures inoculated with Pseudomonas fluorescens and soil inoculated with native Bacillus sp., respectively. The trend of CAI changes was greatly fluctuated over time and was only positive in Bacillus inoculated soils.

    Conclusion

    Overall, the addition of oil refinery plants solid waste to the soil and its inoculation with pseudomonads, although reduced microbial carbon ratio, increased microbial basal respiration and available carbon index. Therefore, it seems that if this waste is added to the soil, its inoculation with pseudomonas bacteria can accelerate the decomposition of the waste in the short term and release its nutrients.

    Keywords: Basal respiration, Metabolic quotient, microbial biomass carbon, Organic matter, Solid waste
  • Masoumeh Ghanbari *, AliAkbar Safari Sinegani Pages 55-76
    Background and Objectives

    About 98 % of the soil's potassium is in the form of minerals that are not available to plants. On the other hand, the continues use of fertilizers has unintended consequences for different habitats. Acid producing microorganisms can transform silicate minerals that contain potassium and release available potassium for plants. The aim of this study was to isolate and identify potassium, phosphorus and iron solubilizing bacteria from the minerals of these elements (potassium silicate, tricalcium phosphate, and hematite) from the soil around potato roots in order to make biofertilizers from plant growth-promoting bacteria.

    Materials and Methods

    Potassium solubilizing bacteria were isolated from the soil around potato roots. The isolates were tested and selected in terms of their ability to release potassium from three minerals (biotite, muscovite, and feldspar potassium) qualitatively by spot cultivation based on the emergence of the halo (Halo method) or changing the color of Aleksandrov medium. Then, to estimate the ability of the isolates for releasing potassium, they were cultured in Aleksandrov liquid medium. To investigate the ability for solubilizing t minerals,ricalcium phosphate the isolates were cultured in the same way as described above, but in the Pikovskaya medium. To investigate the ability for solubilizing iron, the modified Pikovskaya medium with hematite mineral was used. This study was performed by a completely randomized factorial design, in which, the minerals used in three levels (muscovite, biotite and feldspar potassium) were the first factor and 30 bacterial isolates were the second factor to release potassium. To analyze the release of phosphorus and iron, a completely randomized design was used and only the ability of 30 isolates for solubilizing of one mineral (tricalcium phosphate or hematite) was tested separately. Statistical analysis was performed with SAS software. Isolates were examined and identified using morphological, biochemical and molecular tests. Then, 10 superior isolates were identified and the plant growth promoting ability tests were performed on them.

    Results

    Among 30 isolates, 10 top isolates were separated and identified for potassium, phosphorus and iron releasing ability. Flame photometric studies showed that the amount of potassium released by the isolates in the medium containing biotite was 647.18 mg/kg from control to 5416.16 mg/kg from number 10, in the medium containing muscovite was 148.68mg/kg from number21 to 2026.36 mg/kg from number 10, and in the medium containing potassium feldspar was 132.76 from number 7 to 534.88 mg/kg from number 19. The amount of phosphorus released by the isolates was 3582.85 mg/kg from control to 37011.42 mg/kg from number 25 and the amount of iron was 830.00 mg/kg from number 33 to 2661.66 mg/kg from number 4. In this study the released potassium from biotite and feldspar minerals by bacterial isolates was the highest and the lowest one, respectively. There was a high correlation between bacterial acid production and solubilizing minerals ability.

    Conclusion

    10 top isolates were separated and identified from the soil around potato roots based on evaluating potassium, phosphorus and iron releasing ability. In addition to being potent for releasing potassium, these isolates were also capable of producing auxin and siderophores, and also inhibiting pathogenic fungi (which are characteristics of PGPR bacteria). It is suggested to utilize these isolated bacteria in the production of biofertilizers to increase the bioavailability of potassium, phosphorus and iron for plants and to improve the growth and productivity of crops, especially potatoes. 

    Keywords: Potassium, Solubilizing, Bacteria, Biofertilizer
  • Hamid Mahmoudzadeh, HamidReza Matinfar *, Ruhollah Taghizadeh Mehrjardi Pages 77-98
    Background and Objectives

    Soil organic carbon plays a vital role in climate control and environmental sustainability. It also has a key impact on the physico-chemical and biological properties of the soil as it is considered an indicator of soil health. Therefore, investigating the spatial distribution of soil organic carbon is one of the requirements of climate and soil management planning. Traditional methods of estimating soil organic carbon are costly and time consuming and cannot be replicated and extended to similar locations. With the advancement of technology and the ever-increasing need for cost-effective information, data mining and satellite imagery and land parameters have been digitized by soil features. Digital soil mapping is the development of a numerical or statistical model of the relationship between environmental variables and soil properties that is used for large geographic data to generate a digital map. The three main goals of soil digital mapping are: 1) inferring the relationship between environmental variables and soil characteristics, 2) producing and presenting data that better demonstrate soil-geography coherence, and 3) applying expert knowledge in model design. Digital mapping also develops the potential of pedology and soil geography by creating insights into burial processes.

    Materials and Methods

    In this study 110 soil samples along with 101 auxiliary parameters were used to predict soil organic carbon in Kamyaran city (Kurdistan province). Multivariate linear regression models and artificial neural networks were modeled using JMP software.

    Results

    The results showed that soil organic carbon content was highest in the western and northwestern parts of the study area and was related to forest cover and pasture areas. On the other hand, higher altitudes have higher estimated organic carbon. Auxiliary variables of the channel network base level (40%), band 4 (23%), leaf water content (20%), vector terrain roughness (19%), vertical distance to channel network (18%), catchment slope (18%), Normalized vegetation difference index (17%), catchment area (16%), aspect (16%), dem (16%), band 3 (15%), reflectance absorption index (14%), band 1 (14) %), Rain (13%), band 5 (13%), air temperature (12%), vegetation index (11%), topographic wetness index (10%), vegetation index (10%) and so on had the greatest effect on soil organic carbon modeling, in the artificial neural network model. Modeling soil organic carbon distribution by artificial neural network (R2 = 0.97) performed better than multivariate linear regression (R2 = 0.59).

    Conclusion

    The results of this study showed that the distribution of organic carbon is more influenced by topographic, vegetation and climate factors. In areas where sampling is not possible in the whole area for any reason, it can be used through environmental data such as topographic, climatic and vegetation parameters and with new data mining methods to estimate soil organic carbon.

    Keywords: Data Mining, Digital soil mapping, Soil Organic Carbon Zoning, Kamyaran County
  • Sadegh Raeisi, Hamidreza Motaghian *, Alireza Hosseinpur Pages 99-117

    Background and goal:

     Soil contamination with heavy metals (HMs) has caused great concern with the development of industry and the rapid increase in human activities. Lead (Pb2+) accumulates easily in the environment due to its non-degradable nature and poses a serious threat to the lives of plants, animals, and especially humans. More dangerously, HMs are usually present simultaneously with different compounds and concentrations, complicating the management of these pollutants. Reducing the bioavailability of HMs by adding stabilizing agents to the soil is a reliable and low-cost way to control HMs pollution.

    Materials and methods

    in this study, Walnut leaves biochars were produced at three pyrolysis temperatures of 200, 400 and 600 °C (B200, B400, and B600). For this purpose, 3 g (1% w/w) of the above treatments were added to 300 g of soil sample put in plastic jars, and incubated for 90 days at 21 ± °C and a humidity of 80% of the field capacity. Then, the soil was sampled at 30 and 90 days after incubation. To measure the adsorption of Pb2+ in the soil, first 2 g of each treated soil into 50 ml centrifuge tubes and 20 ml of PbNO3 solution containing concentrations of 0.5, 1, 2, 3, 4, 6, 7 and 8 ml of Pb2+ (single system) and Pb2+ + Zn2+ (mole ratio Pb2+ / Zn2+ = 1; competitive system) were added to the tubes in the 10 mM CaCl2 as the background electrolyte. The linear form of the Longmuir equation was used to determine the individual and competitive adsorption characteristics of Pb2+. To determine the desorption of adsorbed Pb2+, 20 ml of 10 mM CaCl2 was added to the residual soils in centrifuge tubes from the adsorption study.

    Results

    The results showed that maximum adsorption capacity (qm) of Pb2+ increased with increasing pyrolysis temperature, so the B600 treatment had the highest maximum adsorption capacity among the treatments. The value of this coefficient decreased in the presence of Zn2+ (P <0.05). The qm of Pb2+ adsorption in biochar treatments decreased significantly after 90 days of incubation. The highest amount of Pb2+ strength of adsorption (KL) was in the biochar prepared at 600 °C treatment. The value of this coefficient in the competitive system decreased compared to the individual system. After 90 days of incubation in both adsorption systems, KL decreased compared to 30 days of incubation (P <0.05). The concentration of Pb2+ desorption in 10 mM CaCl2 solution (less than 1% of adsorbed Pb2+) showed that the exchange mechanism of Pb2+ adsorption by biochars doesn’t play importance role and probably the main mechanism of Pb2+ adsorption is formation Pb-phosphate. Overall, the results of this study showed that the application of 1% biochar prepared at 600 °C can affect the Pb2+ adsorption properties in clay calcareous soils in individual and competitive systems.

    Conclusions

    Walnut leaves biochars produced at different temperatures changed the Pb2+ adsorption and desorption process in loamy clay soil in the presence of Zn2+ and the incubation time. Although calcareous clay soils have a high capacity to Pb2+ adsorption, but biochar was able to significantly increase the strength of adsorption and Pb2+ maximum buffering capacity (MBC) in the soil and reduce the desorption of this metal. Therefore, the use of the biochar can be considered as a low-cost and effective adsorbent for stabilizing and reducing Pb2+ mobility in the soil and increasing the productivity and health of agricultural soils.

    Keywords: Competitive system, Incubation, Langmuir isotherm, pyrolysis temperature
  • Masoomeh Zangiabadi, Najme Yazdapanah * Pages 119-136
    Background and Objectives

    Nowadays, due to the reduction of water resources, the use of unconventional water sources such as wastewater has been given special attention in the world. The presence of some heavy metals in wastewater particularly in industrial wastewater limits the application. This study was carried out in order to investigate the efficiency of some organic and nano oxide adsorbents in the removal of zinc (Zn) and cadmium (Cd) from industrial wastewater.

    Materials and Methods

    The study was done at four steps including the effects of 1), adsorbent mass, 2) exposure time, 3) concentration of heavy metals, and 4) pH on the removal of Zn and Cd from wastewater. At first, an artificial wastewater was created based on 40 mg l-1 Zn and 25 mg l-1 Cd. Four adsorbents including wheat straw and palm fiber as organic adsorbents and titanium nano oxide and iron nano oxide as nano adsorbents each at five doses (0.2, 0.5, 1, 1.5 and 2 g l-1) were applied. Different time durations were implemented in order to assess time effect in addition to the equilibrium time. In addition, the influence of pH in a range of 3 to 6 on the efficiency of adsorbents was examined. Moreover, in order to study the effect of different concentrations of Zn and Cd on the efficiency of adsorbents, three levels of pollution concentrations were generated by the combinations of 40, 80 and 120 mg l-1 Zn and 25, 50 and 75 mg l-1 Cd.

    Results

    The result showed that the adsorption of heavy metals increased with increasing the dose of each adsorbent in the wastewater. As the application rate of palm fiber, wheat straw, titanium nano oxide and iron nano oxide increased from 0.2 to 2 g l-1, the adsorption of Zn increased by 49.4%, 17.1%, 13.1% and 11.4 %, and the adsorption of Cd increased by 41.1%, 3.8%, 18.0% and 1.5%, respectively. Overall, palm fiber with the optimal level of 1.5 g l-1 exhibited the best efficiency in the removal of Zn (87.2%) and Cd (46.2%). The equilibrium time for the adsorption of both Zn and Cd using wheat straw, palm fiber, titanium nano oxide and iron nano oxide was 300, 120, 30 and 30 minutes, respectively. In fact, the nano adsorbents reached the equilibrium conditions faster than the organic adsorbents. The applied organic adsorbents at pH of 6 and the nano oxide adsorbents at pH 4 had the highest efficiency in Zn adsorption. In the case of Cd adsorption, wheat straw at pH 5, date fibers at pH values of 6 and 3, iron nano oxide at pH values of 4 and 5, and titanium nano oxide at pH values of 4 and 3 showed the highest efficiency. The organic adsorbents at lower levels of pollution and the nano adsorbents at higher levels of pollution found to be more effective to remove the heavy metals from the wastewater.

    Conclusion

    The findings of this study revealed that during the removal process of Zn and Cd from wastewater, the organic adsorbents had higher adsorption, whereas the nano adsorbents reached the equilibrium conditions sooner.

    Keywords: Pollution, Equilibrium time, Organic adsorbent, Nano oxide, Heavy metals
  • MohammadMahdi Chari * Pages 137-154
    Background and Objectives

    Soil bulk density (BD) is important because of its direct effect on soil properties such as porosity, soil moisture availability, and hydraulic conductivity and its indirect effects on root growth and crop yield. Environmental processes and agronomic practices induce soil bulk density to vary greatly in both space and time. On the other hand, measuring it on a large scale requires a lot of time and is not economical. As a result, indirect methods are used to measure the bulk density when performing large-scale field activities. Pedotransfer Functions (PTFs) have been broadly implemented as indirect cost-effective and time-saving methods in predicting soil bulk density. The purpose of this study is to evaluate the existing Pedotransfer functions in order to determine the bulk density for different soils of Sistan region as well as calibration and provide new Pedotransfer functions for the study area.

    Materials and Methods

    After reviewing different reference, 64 different Pedotransfer functions (PTFs) published in different sources were selected to estimate the bulk density. These Pedotransfer functions were selected in such a way that 1)in a wide range of time scale (from 1957 up to date), 2) from wide regional, 3) from various soil land uses 4) from all types of regression techniques and 5) only using common and easily measured predictors such as sand, silt, clay and organic carbon. The soil samples collected in this study was 224 data, which was obtained from 112 points at two depths of 0-15 and 15-30. Three indicators of absolute mean error (ME), root mean square error (RMSE) and standard deviation of the predicted error (SDPE) were used to evaluate.

    Results

    Among the existing Pedotransfer functions, Benites et al. (2007) with ME value equal to -0.0008, RMSE value equal to 0.1038 and SDPE equal to 0.1033 had the best results. Based on the RMSE value of Yang et al. (2007) with a value of 0.1038 with a rank of 1 and based on SDPE function with a value between 0.0976 Leonaviciute (2000) had the best results. For the study area, 5 presented relationships including linear relationship between BD and OC, linear relationship between OC and BD squares, exponential relationship between BD and OC, linear relationship between BD and OC logarithm and polynomial relationship between OC and BD were presented.

    Conclusion

    Based on the results it can be concluded that soil organic carbon (OC) is the most important factor in predicting soil bulk density and using soil organic carbon alone, soil bulk density can be predicted with relative accuracy. It can also be concluded that the 5 relationships developed in this study can be used to obtain the apparent density in the study area.

    Keywords: Bulk density, Organic Carbon, soil texture, Pedotransfer function
  • Saeedeh Marzvan, MohammadHosein Mohammadi *, Farid Shekari Pages 155-171
    Background and objectives

    Irrigation management and use of partial root irrigation under saline conditions is one of the sustainable production strategies in agriculture. The production of reactive oxygen species and the cytoplasmic accumulation of smolites is one of the most common plant reactions to salinity stress and dehydration under these conditions. However, few studies have been performed on the variation of enzymes and cellular osmotic regulators in similar salinity and water stresses under the same osmotic and matric potential levels on the two sides of the root and its differences with separate stress conditions. The aim of this study was investigated the effect of partial irrigation management on activity of peroxidase and catalase enzymes, proline content variation under different levels of similar osmotic and matric potentials, in leaves and roots of maize in Fajr cultivar (KSC 260), in greenhouse conditions.

    Materials and Methods

    A factorial experiment with two factors; stress type (salinity, drought and mix stress) and potential levels in three values (-112, -191, and -363 KPa) was performed on the basis of completely randomized design with 3 replications. The culture media was subdivided into two equal sections by nylon for uniform and same distribution of the root in the mixed treatments. At mixed stress, half of the roots were subjected to salinity stress and the other half to drought stress (at corresponding levels equal to the osmotic and matrix potentials). Handmade tensiometers were used for drainage in salinity treatments. Catalase, peroxidase, total protein and proline were measured in both shoots and roots. Also, total dry weight and root of corn plant were calculated. The results showed that with decreasing the potential level, the activity of root peroxidase and catalase had a similar trend (increase) only in individual drought treatments and the drought part of the mixed treatment. In the drought part of the mixed treatment compared to the individual drought treatment, with decreasing the potential level, the activity of root peroxidase increased by 18.5% and the activity of root catalase decreased by 6.28%. At the potential level of -363 bar, the dry weight of roots in drought treatment, compared to salinity and mixed treatment increased by 48.3% and 31%, respectively. Despite different changes in the amount of traits measured in salinity, drought and mixed stresses, at the same potential, no significant difference in total dry weight was observed.

    Conclusion

    Maize plant under the same osmotic and matric potential levels exhibits different physiological and morphological behaviors. The use of partial root irrigation system with saline water in mix treatment will cause less stress than salinity treatment at low levels of osmotic potential to the plant. It seems, modification of plant biochemical reactions is one of the successes of root irrigation method with saline water. Therefore, due to the scarcity of freshwater resources, partial root irrigation with saline water is recommended as a nearly desirable system compared to other full root irrigation systems.

    Keywords: Osmotic potential, tensiometer, soil Salinity, secondary metabolites
  • Sanaz Poormirkamali, Majid Mahmoodabadi * Pages 173-189
    Background and Objectives

    Interrill erosion is one of the most important forms of soil erosion in agricultural lands let to decline in the quality and loss of soil. Despite many studies have been done on interrill erosion, few studies have been conducted on the losses of soil, organic carbon (OC) and nutrients due to wind-driven interrill erosion. Therefore, the purpose of this study is to investigate the effects of different percentages of wheat straw coverage and wind velocities on the losses of soil, OC, phosphorus (P) and potassium (K) following to wind-driven interrill erosion on two contrasting cropland soil samples.

    Materials and Methods

    the experiment was conducted as factorial in a completely randomized design using three factors. Two soil samples with maximum aggregate sizes of 2 and 4.75 mm covered by four levels of wheat straw mulch including 0 (as control), 30, 60, 90% (equal to 800, 1650, and 3300 kg ha-1) were examined at different wind velocities (0, 6 and 12 m s-1), each at three replicates under simulated rain and wind. Therefore, a constant intensity rainfall of 40 mm/h was generated for 40 minutes and the amount of soil losses, as well as OC, P and K losses were measured. Finally, the relationship of wind-driven interrill erosion rate with the OC, P, and K losses was evaluated.

    Results

    The results showed that the loss of soil, OC, P, and K In the studied soils ranged from 8.1 to 134.9, 0.02 to 1.28, 0.03×10-3 to 1.45×10-3, and 0.007 to 0.160 mg m-2 s-1, respectively. With increasing the percentage of mulch, the losses were reduced significantly as nonlinear trends. In contrast, higher wind velocities increased the losses of soil and the nutrients. In the absence of wind and coverage, fewer losses were found in the soil containing coarser aggregates. The OC loss in the soils was higher than the P and K losses. The relationship of soil loss with OC and P losses was closer than that with the K loss.

    Conclusion

    The findings of this study showed that blowing of erosive winds during a rainfall can intensify the loss of soil and nutrients. However, wind velocity enhances stream power; the presence of surface mulch can reduce the losses by enhancing the surface roughness and conserving the soil surface from the direct impact of raindrops. Moreover, the presence of larger aggregates at the soil surface has an effective influence on the interrill erosion control. Based on the findings of this study, 60% was determined as the optimal coverage of wheat straw to control soil loss due to interrill erosion. Therefore, keeping this amount of plant residue coverage on agricultural soils can considerably constrain the losses of soil and nutrients due to interrill erosion.

    Keywords: Wheat straw, Wind, rain simulator, Interrill erosion, Wind erosivity, Soil organic carbon