بررسی اثر بیوچار و هیدروچار جلبک کلرلا ولگاریس فعال شده بر توزیع شکل‌ها و زیست فراهمی کادمیوم در خاک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مراغه، آذربایجان شرقی، ایران

3 گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه پیام نور تهران، تهران، ایران

چکیده

آلودگی خاک به فلزات سنگین، خطرات زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارد که بر امنیت غذایی و سلامت انسان اثرگذار است. در این پژوهش اثر بیوچار و هیدروچار فعال مشتق شده از جلبک کلرلا ولگاریس بر شکل‌های مختلف کادمیوم در خاک بررسی شد. این پژوهش شامل سطوح 0، 5/0 و 1 درصد وزنی بیوچار و هیدروچار فعال تولید شده از جلبک کلرلا ولگاریس در خاک‌هایی با غلظت کادمیوم 50 و 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم است. بیوچار و هیدروچار به ترتیب در دمای 450 و 200 درجه سانتی‌گراد تولید و با هیدروکسید پتاسیم فعال شدند. شکل‌های مختلف کادمیوم در خاک شامل قابل تبادل، پیوند خورده مواد آلی، کربناتی و متصل به اکسید آهن و منگنز اندازه‌گیری شد. مورفولوژی سطح نمونه‌ها، مقدار کالری ناخالص، کربن، نیتروژن، هیدروژن، سطح ویژه و زیست‌توده هیدروچار و بیوچار فعال شده تعیین شدند. نتایج نشان داد که در تیمار 50 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیوم، افزودن 1 درصد بیوچار باعث کاهش 9/2 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیوم (تیمار شاهد) قابل تبادل شد. افزایش غلظت بیوچار و هیدروچار از 5/0 به 1 درصد باعث افزایش کادمیوم پیوند خورده به اجزای آلی و اکسیدهای منگنز و آهن شد. در غلظت‌های 50 و 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیوم، بالاترین مقدار کادمیوم در شکل‌ اکسیدهای آهن و منگنز به ترتیب 23 و 8/24 میلی‌گرم بر کیلوگرم بود. به‌طورکلی نتایج این مطالعه نشان داد که بیوچار و هیدروچار فعال تولید شده از جلبک کلرلا ولگاریس با افزایش شکل‌های زیستی کم محلول کادمیوم می‌توانند گام مهمی در مسیر کشاورزی پایدار باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Activated Chlorella vulgaris Algae Biochar and Hydrochar on the Distribution and Bioavailability of Cadmium in Soil

نویسندگان [English]

  • Jafar Sufian 1
  • mohammad babaakbari 1
  • Armen Avanes 2
  • Salahedin Moradi 3
1 PhD student Department of Soil Sciences,Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran,
2 Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Maragheh, Maragheh,East Azerbaijan, Iran, 55187-79842. Iran,
3 Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tehran Payam Noor University, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study investigated the effect of activated biochar and hydrochar derived from Chlorella vulgaris algae on different forms of cadmium in soil. The research utilized biochar and activated hydrochar at levels of 0, 1 and 4% by weight in soils contaminated with cadmium at concentrations of 50 and 100 mg kg-1. Biochar and hydrochar were produced at 450 and 200°C, respectively, and activated with potassium hydroxide. The different forms of cadmium in soil exchangeable, bound to organic matter, carbonate and bound to iron and manganese oxides were measured using atomic absorption. The surface morphology, gross calorific value, carbon, nitrogen, hydrogen content, specific surface area and biomass of the activated hydrochar and biochar were also determined. The results indicated that with a cadmium concentration of 50 mg kg-1, the addition of 4% biochar reduced the exchangeable cadmium by 2.9 mg kg-1. This reduction is attributed to the high specific surface area of biochar and hydrochar, providing numerous adsorption sites for cadmium ions. Increasing the concentration of biochar and hydrochar from 1% to 4% led to an increase in cadmium bonded to organic components and manganese and iron oxides. At cadmium concentrations of 50 and 100 mg kg-1, the highest amounts of cadmium in the form of iron and manganese oxides were 23 and 24.8 mg kg-1, respectively. Overall, the study demonstrated that biochar and activated hydrochar produced from Chlorella vulgaris algae could play a crucial role in sustainable agriculture by increasing the low-solubility biological forms of cadmium in contaminated soils.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil amendment
  • Iron and manganese oxides
  • Pollution
  • Environmental
  • Gross calorific value