شماره راهنما :
1796 دكتري
پديد آورنده :
صفاري اناركي، ندا
عنوان :
اثر بيوچار بر ويژگي هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك و تحليل عدم قطعيت مدل NST 3.0 در پيش بيني جذب فسفر تحت كشت ذرت
گرايش تحصيلي :
علوم خاك (فيزيك و حفاظت خاك)
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت،165ص. :مصور،جدول،نمودار
استاد راهنما :
محمد علي حاج عباسي، حسين شيراني
استاد مشاور :
مجيد افيوني، محمدرضا مصدقي، نوبرت كلاسن
توصيفگر ها :
پيروليز , بيوچار , بقاياي ذرت , الگوريتم مونت كارلو زنجير ماركف , عدم قطعيت , مدل NST 3.0
استاد داور :
مهدي شريفي، محمد شايان نژاد، حسين شريعتمداري
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/07/09
رشته تحصيلي :
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/07/14
چكيده فارسي :
نتيجه تلاش براي كاهش دغدغه¬هاي تامين امنيت غذايي به دنبال افزايش جمعيت و همچنين افزايش ترسيب كربن، توسعه پژوهش-هاي مرتبط با بيوچار را در پي داشته است. بيوچار ماده¬اي جامد و غني از كربن توليد شده طي فرآيند پيروليز است كه براي ترسيب كربن و همچنين به عنوان اصلاح¬كننده خاك در سال¬هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. در اين رساله، پنج مطالعه با هدف بررسي اثر مواد اصلاحي مختلف بر ويژگي¬هاي شيميايي و فيزيكي خاك، رشد و عملكرد گياه، مدل¬سازي جذب فسفر با مدل NST 3.0 و تحليل عدم قطعيت اين مدل انجام شد. در مطالعه اول ويژگي¬هاي شيميايي و فيزيكي مواد اوليه شامل كود مرغي و بقاياي ذرت به همراه بيوچار¬هاي توليدي آنها در دو دماي 350 و 650 درجه سلسيوس بررسي شد. با افزايش دماي پيروليز، pH، EC و درصد كربنات كلسيم معادل، فسفر، پتاسيم و سديم كل نيز افزايش يافت. چگالي ظاهري و حقيقي، تخلخل و آبگريزي از ويژگي¬هاي فيزيكي بود كه در اين مطالعه اندازه¬گيري شدند. در مطالعه دوم مواد اصلاحي فوق با نسبت 1، 2 و 4 درصد به يك خاك لوم شني افزوده شدند و برخي وِيژگي¬هاي ذرت كشت شده در اين خاك¬ها مورد بررسي قرار گرفت. ويژگي¬هاي شيميايي و تغذيه¬اي خاك¬هاي تيمارشده در مطالعه دوم و ويژگي¬هاي فيزيكي و هيدروليكي آنها نيز در مطالعه سوم بررسي شد. بيش¬ترين عملكرد و سطح برگ گياه در تيمارهاي بقاياي خام ذرت مشاهده شد، ولي در تيمارهاي بيوچار اين مقادير با افزايش دماي پيروليز كاهش يافت. به طور كلي، تيمار¬هاي داراي بيوچار¬هاي كود مرغي تاثير بيش¬تري بر رشد و عملكرد گياه و غلظت نيتروژن، فسفر و پتاسيم اندام هوايي داشتند. با افزايش مقدار مواد اصلاحي، نيتروژن خاك بيشتر، ولي با افزايش دماي پيروليز روند كاهشي مشاهده شد. دليل اين نتايج را مي¬توان به كم شدن نيتروژن خود بيوچارها با افزايش دما از 350 به 650 درجه سلسيوس مرتبط دانست. نتايج مطالعه سوم نشان داد كه افزودن مواد اصلاحي به ويژه مواد اوليه و بيوچارهاي دماي 350 درجه سلسيوس، سبب افزايش كربن آلي، كاهش رس قابل پراكنش و افزايش پايداري ساختمان خاك (به روش خاكدانه¬هاي پايدار در آب،WSA و منحني مشخصه رطوبتي پر انرژي، HEMC) به ويژه در گروه بقاياي ذرت و بيوچارهاي آن شد. تفاوت نگهداشت آب در خاك¬هاي تيمار¬شده در همه¬ي مكش¬هاي ماتريك خاك ديده شد، البته اين تفاوت¬ها در مكش¬هاي كم، چشم¬گير¬تر بود. مقادير شاخص¬هاي كيفيت فيزيكي خاك تحت تاثير دماي پيروليز و نوع ماده اصلاحي قرار گرفت. اكثر خاك¬هاي تيمارشده به ويژه با گروه بقاياي ذرت و بيوچارهاي دماي پايين آن، داراي كيفيت فيزيكي بسيار خوب بودند (بررسي با شاخص كيفيت فيزيكي ساختماني S1). نوع و مقدار مواد اصلاحي و دماي پيروليز به طور معني¬داري كميت¬هاي دامنه رطوبتي با حداقل محدوديت (LLWR) و گنجايش آب انتگرالي(IWC) را تحت تاثير قرار داد. همبستگي مثبت و معني¬دار اين كميت¬ها با شاخص¬هاي S1 و S2 (شاخص¬هاي كيفيت فيزيكي ساختماني و بافتي)، قابليت اين شاخص¬ها را براي بيان كيفيت فيزيكي خاك روشن مي¬كند. در مطالعه چهارم چيدمان تيمار¬ها بر اساس غلظت 50 و 100 ميلي¬گرم فسفر بر كيلوگرم خاك از منابع كود KH2PO4 و مواد اصلاحي مطالعات قبلي بود. هدف اين مطالعه تخمين جذب فسفر در واحد طول ريشه ذرت در تيمار¬هاي مختلف بود. جذب تخميني توسط مدل NST 3.0 در اكثر تيمار¬ها نسبت به جذب واقعي كمتر بود (حالت كم برآورد) ولي پس از در نظر گرفتن ريشه¬هاي مويين به مقدار اندازه¬گيري شده، نزديك¬تر شد. بيش¬ترين اختلاف برآورد مدل و مقادير اندازه¬گيري شده در تيمار¬هاي بقاياي ذرت در هر دو غلظت فسفر (CR50,CR100) مشاهده شد. نتايج تحليل عدم قطعيت مدل NST 3.0 به كمك الگوريتم مونت كارلو، زنجير ماركف در مطالعه پنجم انجام شد. حساس¬ترين پارامتر¬هاي مدل مورد بررسي طبق اين تحليل، غلظت فسفر در محلول خاك و قدرت بافري فسفر بودند و پارامتر ثابت ميكايليس-منتن، km، بيش¬ترين عدم قطعيت را در نتايج حاصل داشت. همه¬ي داده¬هاي مشاهده¬اي جذب، به جز تيمار بقاياي ذرت با غلظت 100 ميلي گرم فسفر بر كيلوگرم (CR100) در باند عدم قطعيت كل قرار گرفته¬اند كه بيانگر اطمينان به داده¬هاي اندازه¬گيري شده است. در مجموع با توجه به نتايج اين پژوهش، پيشنهاد مي¬شود كه از بيوچارهاي دماي 350 درجه سلسيوس بسته به هدف مورد نظر از نوع كود مرغي يا بقاياي ذرت با مقدار 1يا 2 درصد، براي مديريت آب خاك، افزايش كيفيت فيزيكي، شيميايي و حاصلخيزي خاك استفاده شود.
چكيده انگليسي :
Due to food security concerns following population growth and as well as the global warming catastrophe, efforts to expand biochar-related research are being raised. Biochar is a solid and carbon-rich material produced by pyrolysis processes, considered for carbon sequestration as well as a kind of soil remediation in recent years. The propose of this study was to overview the effects of different modifier materials on soil chemical and physical properties, plant growth and yield, modeling phosphorus uptake with NST 3.0 model and uncertainty analysis of the model. The study performed in four parts. 1) determining chemical and physical properties of raw materials including poultry manure and corn residues and their production biochars at two temperatures of 350 and 650 °C. With increasing pyrolysis temperature, pH, EC and the percentage of equivalent calcium carbonate (CCE), phosphorus, potassium and total sodium also increased. Bulk and particle density, porosity and repellency were the measured physical properties. In the second study, the above materials were added to a sandy loam soil with a ratio of 1, 2 and 4% (w/w) and some characteristics of corn cultivated in these soils were measured. The chemical and nutritional characteristics of the treated soils were determined in the second study and physical and hydraulic properties in the third study. The highest yield and leaf area of the plant was observed in the raw corn residue treatments. The results of the third study showed that the addition of modifiers, especially raw materials and biochars at 350 ° C, increased soil organic carbon, reduced amount of dispersible clay and increased soil structural stability (by water stable aggregates, WSA, and high energy moisture characteristic curve, HEMC) especially in the group of corn residue and its biochars. Differences in water retention in treated soils were observed in all soil matric suctions, although these differences were more pronounced in low suctions. The values of soil physical quality indices were affected by pyrolysis temperature and type of modifiers. Most of the treated soils, especially with the corn residue group and its low temperature biochars, had very good physical quality (investigated with S1 index). The type and amount of modifiers and the pyrolysis temperature significantly affected the least limiting water range (LLWR) and integral water capacity (IWC) quantities. The positive and significant correlation of these quantities expressing S1 and S2 indices as proper indicators of physical quality of the soil. In the fourth study, the arrangement of the treatments was based on the concentration of 50 and 100 mg P/kg soil of KH2PO4 fertilizer and other modifiers of previous studies. The purpose of this study was to evaluate the uptake of P per unit of root length (cm) in different treatments. Estimated uptake by NST 3.0 model was lower than actual uptake in most treatments (low estimate) but approached to the measured value with considering the root hairs. The highest differences between the model estimates and the measured values were observed in the CR50 and CR100 treatments. The results of uncertainty analysis of NST 3.0 model using Monte Carlo algorithm, Markov chain were presented in the fifth study. The most sensitive parameters of the model according to this analysis were the phosphorus concentration in the soil solution (CLi) and the buffer power index (b), while the Michaelis constant (Km) had the lowest sensitivity among the other parameters. All observed uptake data, except the corn residue treatment at 100 mg P/kg (CR100), were in the total uncertainty band, which indicates that these data can be trusted. In general, according to the results of this study, it is suggested that utilizing poultry manure or corn residues biochar produced at 350°C, at the rate of 1 or 2% is useful for managing soil water and increasing soil physical, chemical and fertility quality
استاد راهنما :
محمد علي حاج عباسي، حسين شيراني
استاد مشاور :
مجيد افيوني، محمدرضا مصدقي، نوبرت كلاسن
استاد داور :
مهدي شريفي، محمد شايان نژاد، حسين شريعتمداري