توصيفگر ها :
ميكروپلاستيك¬ها , منحني مشخصه رطوبتي خاك , منحني مشخصه رطوبتي پر انرژي , پايداري ساختمان خاك , آب¬گريزي خاك , پخشيدگي اكسيژن
چكيده فارسي :
پلاستيك¬ها به دليل دوام، هزينه كم، سبكي و انعطاف¬پذيري، استفاده گسترده¬اي در صنعت و زندگي روزمره دارند. به دليل افزايش روزافزون جمعيت، بررسي آلودگي محيط به ميكروپلاستيك¬ها (MPs) و پيامدهاي آن¬ها بر روابط آب و خاك و گياه ضروري است. همچنين در مورد تاثير نوع، اندازه ذرات و مقدار كاربرد MPs بر ويژگي¬هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك¬هاي مختلف به ويژه در مناطق خشك، پژوهش¬هاي اندكي در دسترس است. بنابراين در اين پژوهش، اثر MPs بر ويژگي¬ها و شاخص¬هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك در شرايط آزمايشگاهي بررسي شد. تيمارهاي آزمايشي شامل دو خاك (لوم رسي و لوم) و دو نوع MPs با آب¬گريزي و زيست¬تخريب¬پذيري متفاوت (شامل پلي¬اتيلن ترفتالات، PET، و پلي¬اتيلن، PE) در دو اندازه ذره (500-100 و 1000-500 ميكرون) و دو سطح كاربرد (1 و 2 درصد) بود. ذرات MPs با خاك¬ها مخلوط شده و پس از گذشت 2 ماه انكوباسيون (دوره¬هاي تر و خشك شدن)، منحني مشخصه رطوبتي (SWCC)، توزيع اندازه منافذ، شاخص كيفيت فيزيكي پيشنهادي دكستر (SDexter)، انرژي انتگرالي (EI)، چگالي ظاهري (BD)، درصد خاكدانه¬هاي پايدار در آب (WSA)، رس قابل پراكنش در آب (WDC)، منحني مشخصه رطوبتي پرانرژي (HEMC)، ضرايب رطوبتي و شاخص¬هاي آب و هوا، آب¬گريزي، ضريب نسبي پخشيدگي اكسيژن (Dp/D0)، تنفس ميكروبي (MR)، pH و رسانايي الكتريكي (EC) خاك اندازه¬گيري شدند. نتايج نشان داد ذرات PET نسبت به ذرات PE فشرده¬تر بوده و تخلخل كم¬تري داشتند. اگرچه هر دو MPs آب¬گريز شديد بودند ولي PE آب¬گريزتر بود و در نتيجه گنجايش نگهداشت آب PE كم¬تر از PET بود. ذرات ريز PET نسبت به ذرات درشت آن رطوبت بيش-تري جذب كردند ولي به دليل تشديد آب¬گريزي، نگهداشت آب ذرات ريز PE كم¬تر بود. تاثير كاربرد MPs بر pH و EC خاك معني¬دار نبود. افزودن MPs توزيع اندازه منافذ خاك را تغيير داد؛ ذرات MPs در خاك لوم رسي سبب افزايش اندازه منافذ (كاهش نگهداشت آب) و در خاك لوم سبب كاهش اندازه منافذ (افزايش نگهداشت آب) شد. افزودن MPs تخلخل درشت (Macro-P) را كاهش داد ولي تخلخل متوسط (Meso-P) و تخلخل ريز (Micro-P) را افزايش داد. ذرات PET در كاهش Macro-P و افزايش Micro-P موثرتر از ذرات PE بودند. به نظر مي¬رسد MPs در منافذ درشت قرار گرفته و آن¬ها را به منافذ متوسط و ريز تبديل كرده¬اند (به ويژه در خاك لوم). افزودن MPs به ترتيب SDexter و BD را افزايش و كاهش دادند. در خاك لوم رسي (با ساختمان خوب)، MPs سبب كاهش اندكي در آب فراهم براي گياه (PAW) شدند ولي در خاك لوم (با ساختمان ضعيف)، مقادير PAW را افزايش دادند. تنها ذرات PET سبب افزايش معني¬دار PAW به ويژه در خاك لوم شدند. كاربرد MPs تاثير چنداني بر پايداري ساختمان خاك نداشت اگرچه افزودن ذرات MPs (به ويژه PE) مقدار WDC را كاهش داد. تاثير مثبت PE بر پايداري ساختمان خاك ممكن است به دليل آب¬گريزي بيش¬تر آن باشد. افزودن MPs سبب افزايش نسبت پايداري (SR) و نسبت حجم منافذ قابل زهكشي (VDPR) شد. ذرات MPs موجب بهبود ساختمان خاك (افزايش جذب اتانول) و تشديد آب-گريزي خاك (كاهش جذب آب) شدند. در اغلب موارد، افزودن MPs (به ويژه 1 درصد) در خاك لوم رسي سبب افزايش Dp/D0 شد ولي در خاك لوم كاربرد MPs سبب كاهش منافذ درشت (افزايش منافذ ريز) و كاهش Dp/D0 شد. مقادير MR در خاك لوم كم بوده و در حضور ذرات MPs كاهش بيش¬تري يافت. به طور كلي نوع و درصد كاربرد MPs در اغلب موارد تفاوت زيادي با يكديگر از نظر تاثير بر ويژگي¬هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك نداشت. ولي اندازه ذرات MPs بيش¬ترين تفاوت را در اين رابطه ايجاد كردند به طوري كه ذرات ريز MPs وارد منافذ شده و بر ويژگي¬هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك تاثير بيش¬تري داشتند. همچنين ذرات MPs اغلب پيامدهاي منفي بر شاخص¬هاي فيزيكي خاك لوم رسي (با كيفيت فيزيكي بهتر) داشته و سبب بهبود اين شاخص¬ها در خاك لوم (با كيفيت فيزيكي ضعيف) شدند. نتايج پژوهش حاضر نشان داد كه نوع خاك بر چگونگي و شدت تاثير MPs بر ويژگي¬هاي فيزيكي خاك موثر است؛ بنابراين ضروري است نوع (ويژگي¬هاي) خاك براي ارزيابي خطر آلودگي MPs در محيط زيست در نظر گرفته شود.
چكيده انگليسي :
Plastics are extensively used in industry and everyday life because of their persistence, low cost, light-weight and versatility. Due to population increase, investigating the environmental contamination by microplastics (MPs) and their effects on soil, water and plant relations is necessary. Additionally, little information is available regarding the impacts of MPs’ type, particle size and application rate on physical and hydraulic properties of different soils, especially in arid regions. Therefore, this study was conducted to study the effect of MPs on soil physical and hydraulic properties and indices in a laboratory experiment. The experimental treatments consisted of two soils (clay loam and loam), two types of MPs with different water repellency and decomposability (i.e., polyethylene terephthalate, PET, and polyethylene, PE) in two particle sizes (i.e., 100‒500 and 500‒1000 μm) and two application levels (i.e., 1 and 2 percent). The MPs were mixed with the soils and the mixtures were incubated for two months undergoing wetting and drying cycles. Then, soil water characteristic curve (SWCC), pore size distribution, Dexter’s index of soil physical quality (SDexter), integral energy (EI), bulk density (BD), percent of water-stable aggregates (WSA), water-dispersible clay (WDC), high-energy moisture characteristic (HEMC), moisture coefficients, water and air indices, water repellency, relative coefficient of oxygen diffusion (Dp/D0), microbial respiration (MR), pH and electrical conductivity (EC) were measured. The results showed that PET particles arranged in a more compacted state, having lower porosity compared to PE particles. Both MPs were severely water repellent, but PE was more hydrophobic. The water holding capacity of PE was lower than that of PET. Fine particles of PET had higher water retention than its coarse particles. However, a reverse trend was observed for PE because of greater hydrophobicity observed for its fine particles. Some soil physical and hydraulic properties were affected by the MPs, but pH and EC were not significantly affected. The application of MPs altered soil pore size distribution; they increased the pore sizes (and decreased water retention) in the clay loam soil and decreased the pore sizes (and increased water retention) in the loam soil. The MPs lowered macroporosity (Macro-P) and increased mesoporosity (Meso-P) and microporosity (Micro-P). The PET particles were more effective than the PE particles in decreasing Macro-P and increasing Micro-P. It seems that MPs filled the macropores and altered them to mesopores and micropores, especially in the loam soil. Applying MPs increased and decreased SDexter and BD, respectively. In the clay loam soil (with good structure), the MPs slightly decreased plant-available water (PAW), but they increased PAW in the loam soil (with poor structure).
