پیامد آلودگی کادمیم بر بخش‌های اندازه دانه‌ای کربن آلی در خاک‌های همدان و لاهیجان تیمار شده با گاه گندم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

آلودگی خاک به فلزهایی مانند کادمیم با کاهش کارکرد ریزجانداران می‌تواند کربن‌اندوزی در خاک را دگرگون سازد. مانده‌های گیاهی پس از افزوده شدن به خاک، به ریخت مواد آلی دانه‌ای آزاد بوده که با گذشت زمان به کمک ریزجانداران خاک با رس‌ها پوشیده شده و در پایان به ریخت‌ هم تافته‌های آلی-کانی در می‌آیند. در این پژوهش پیامد کاربرد کادمیم در دو سطح (صفر و 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و گذشت زمان در 4 سطح (1روز، 1، 3 و 5 ماه) بر بخش‌های اندازه دانه‌ای کربن آلی دو خاک همدان و شمال که با 5 درصد کاه گندم تیمار شده‌اند، در سه تکرار آزمون شد. بخش‌ هم‌اندازه شن و بخش هم‌اندازه سیلت+رس مواد آلی خاک‌ها در زمان های یاد شده به روش‌ بخش‌بندی اندازه دانه‌ای جدا شده و کربن آلی آنها به روش اکسیداسیون تر اندازه‌گیری شد. برای خاک همدان، بیشترین کربن آلی خاک در بخش شن به اندازه 12/14 ‌گرم بر کیلوگرم خاک (40 درصد)، و در خاک لاهیجان با بافتی ریزتر در بخش سیلت+رس خاک، به اندازه 80/15 ‌گرم بر کیلوگرم خاک (32 درصد) در روز نخست آزمایش بود. تندی کاهش کربن آلی با گذشت زمان در خاک همدان بیشتر از آن در خاک لاهیجان بود. آلودگی خاک به کادمیم از تندی فروزینگی و تجزیه کربن آلی در هر دو خاک کاست و مایه نگهداری کربن آلی بویژه در خاک لاهیجان شد که این می تواند وابسته به رس فراوان‌تر و بالاتر بودن زیست فراهمی و فاکتور آلودگی کادمیم در این خاک باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of cadmium pollution on soil organic carbon particle size fractions in Hamadan and Lahigan soils treated with wheat straw

چکیده [English]

Soil pollution by heavy metals like cadmium (Cd) with lowering the activity of microorganism can change carbon sequestration in soil. Plant residues when applied in soil are in free particulate form. They will be covered by clay particle and finally will be transformed to organomineral particles biologically. In this study, the effects of Cd addition (0 and 10 mg kg-1 soil) and time duration (1 day, 1, 3 and 5 months) on particle size fraction of organic carbon (OC) were studied in Hmadan and Lahijan soils in 3 replicates. Sand size fraction (SSF) and silt+clay size fraction (Si+CSF) of soil organic carbon were analyzed by the particle size fractionation and OC determination by wet oxidation. The main part of OC in Hamadan soil was in SSF (14.12 mg kg-1 soil or 40%) but it was in Si+CSF in Lahijan soil (15.80 mg kg-1 soil or 32%) in 1st day of soil incubation. The rate of OC decrease in Hamadan soil was markedly higher than that in Lahijan soil. Soil pollution with Cd decreased OC biodegradation in both of the studied soils. It increased OC retention especially in Lahijan soil. This effect may be related to higher clay content and higher Cd bioavailability and contamination factor in Lahijan soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • carbon sequestration
  • Particle size fractionation
  • Soil pollution
  • Wheat straw
Reference

Alef K., and Nannipieri P. 1995. Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press Harcourt Brace and Company Publishers, London, 576p.

Almas A., Singh B., and Salbu B. 1999. Mobility of cadmium-109 and zinc-65 in soil influenced by equilibration time, temperature, and organic matter. Journal of Environmental Quality, 28: 1742–1750.

Andersson A., and Nilsson K.O. 1972. Enrichment of trace elements from sewage sludge fertilizer in soils and plants. Ambio, 1: 176-179.

Ausmus B.S., Dadson G.J., and Jacson D.R. 1978. Behavior of heavy metals in forest microcosms. Water, Air and Soil Pollution, 10: 19-26.

Chaney W.R., Kelly J.M., and Strickland R.C. 1978. Influence of cadmium and zinc on carbon dioxide evolution from litter and soil from a black oak forest. Journal of Environmental Quality, 7: 115-119.

Chen Y.P., Liu Q., Liu Y.J., Jia F.A., and He X.H. 2014. Responses of soil microbial activity to cadmium pollution and elevated CO2Scientific Reports4: 4287.

Clemente R., Escolar A., and Berna M.P. 2006. Heavy metals fractionation and organic matter mineralization in contaminated calcareous soil amended with organic materials. Bioresource Technology, 97: 1894-1901.

Dumat C., Quenea K., Bermond A., Toinen S., and Benedetti M.F. 2006. Study of the trace metal ion influence on the turnover of soil organic matter in cultivated contaminated soils. Environmental Pollution, 142: 521-529.

Gee G.W., and Bauder J.W. 1986. Particle size analysis. In: Klut A. (Ed.), Method of Soil Analysis-part 1. Physical and Mineralogical Methods. Soil Science Society of America. Madison Wisconsin USA, pp. 383-411.

Golchin A., Clarke P., Oades J.M., and Skjemsad J.O. 1995. The effects of cultivation on the composition of organic matter and structural stability of soils. Australian Journal of Soil Research, 33: 975-993.

Insam H., Hutchinson T.C., and Reber H.H. 1996. Effects of heavy metal stress on the metabolic quotient of the soil microflora. Soil Biology and Biochemistry, 28(4–5): 691-694.

Kabata-Pendias A., and Pendias H. 2011. Trace Element in Soils and Plants. Taylor & Francis Group. USA: CRC, press, 505p.

Kölbl A., and Kögel-Knabner I. 2004. Content and composition of free and occluded particulate organic matter in a differently textured arable Cambisol as revealed by solid-state 13C NMR spectroscopy. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 167: 45–53.

Pradip B., and Subhasish T. 2008. Fractionation and bioavailability of metals and their impacts on microbial  properties in sewage irrigated soil. Chemosphere, 72: 543–550.

Quenea K., Lamy I., Winterton P., Bermond A., and Dumat C. 2009. Interactions between metals and soil organic matter in various particle size fractions of soil contaminated with waste water. Geoderma, 149: 217–223.

Safari Sinegani A.A. 2015. Soil organic matter. Bu-Ali Sina University Pubilcation Center, Hamadan, Iran, 364p.

Safari Sinegani A.A. and Jafari Monsef M. 2016. Chemical speciation and bioavailability of cadmium in the temperate and semiarid soils treated with wheat residue. Environmetal Science Pollution Research, 23: 9750–9758.

Safari Sinegani A.A., Sharifi Z., and Safari Sinegani M. 2010. Methods in Applied Microbiology. Bu-Ali Sina University Press, Hamadan, Iran, 525p.

Shuman L. 1999. Organic waste amendments effect on zinc fractions of two soils. Journal of Environmental Quality, 28: 1442–1447.

Sparks D.L., Page A.L., Helmke P.A., and Loeppert R.H. 1996. Methods of Soil Analysis- Part 3. Chemical methods. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America.Madison, WI, USA.

Walkley A., and Black I.A. 1934. An examination of the Degtareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, 37: 29–38.

Wang Y., Shi J., Wang H., Lin Q., Chen X., and Chen Y. 2007. The influence of soil heavy metals pollution on soil microbial biomass, enzyme activity, and community composition near a copper smelter. Ecotoxicology and Environmental Safety, 67(1): 75-81.

YazdanPanah N., Fotovat A., Lakzian A., and Hagniya G. H. 2008. The effect of heavy metals (Cd and Zn) on microbial respiration in calcareous and noncalcareous soils. Journal of Water and Soil, 22(1): 59-69.

Zalaghi R., and Safari-Sinegani A.A. 2014. The importance of different forms of Pb on diminishing biological activities in a calcareous soil. Chemistry and Ecology, 30(5): 446-462.