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

چکیده سابقه و هدف: 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 می‌تواند زیست فراهمی فلزات سنگین در خاک‌های آلوده و خطر ورود آن‌ها 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 می‌آید. مطالعات اخیر نشان داده است که بیوچار به دلیل ساختار متخلخل، گروه‌های 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 خاک‌های آهکی و یا محلول‌های آبی است و بیوچار به عنوان یک جاذب کارا در جذب سطحی فلزات سنگین در خاک‌های اسیدی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام این پژوهش بررسی تأثیر کاربرد بیوچار تفاله هویج بر ویژگی‌های خاک اسیدی و جذب سطحی کادمیم و سرب در خاک می‌باشد. مواد و روش‌ها: در این پژوهش بیوچار تفاله هویج از طریق گرماکافت در دمای ℃ 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، ۲۵ میلی‌لیتر از محلول ۴۰۰ میلی‌گرم بر لیتر کادمیم و سرب به 1 گرم از نمونه‌های خاک اضافه شد و نمونه‌ها برای زمان‌های مختلف (4، 8، 12، 16، 20، 24، 28، 32، 36 و 40 ساعت) تکان داده شدند. سپس غلظت کادمیم و سرب اندازه‌گیری شد. مدل‌های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و الوویچ بر داده‌های جذب برازش داده شدند. به منظور تعیین همدماهای جذب سطحی، 2۵ میلی‌لیتر از محلول کادمیم و سرب با غلظت‌های مختلف (صفر تا 400 میلی‌گرم بر لیتر) به 1 گرم از نمونه‌های خاک اضافه شد و سپس نمونه‌ها به مدت 24 ساعت تکان داده شدند و در نهایت مدل‌های همدمای لانگمویر، فروندلیچ و تمکین بر داده‌های جذب برازش داده شدند. یافته‌ها: کاربرد بیوچار به طور معنی‌داری 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 تأثیر بیشتری داشت. نتایج برازش داده‌های به دست آمده با مدل‌های همدمای 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 همدمای 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 میلی‌گرم بر کیلوگرم و 855/71 میلی‌گرم بر کیلوگرم (در خاک شاهد) به 2078/29 میلی‌گرم بر کیلوگرم و 3182/7 میلی‌گرم بر کیلوگرم (در خاک تیمار شده با 8 درصد بیوچار) افزایش یافت. نتیجه‌گیری: 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 می‌تواند به عنوان یک جاذب مؤثر و ارزان به منظور اصلاح خصوصیات خاک اسیدی و افزایش جذب کادمیم و سرب در خاک استفاده شود.