تأثیرنانو زغال استخوان مرغی بر پویایی و شکل‌‌‌‌های معدنی فسفر در خاک آهکی

سواری, فاطمه; معزی, عبدالامیر; مرادی, ندا

doi:10.30466/asr.2026.56941.1923

تأثیرنانو زغال استخوان مرغی بر پویایی و شکل‌‌‌‌های معدنی فسفر در خاک آهکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

² گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

³ بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ارومیه،

10.30466/asr.2026.56941.1923

چکیده

فراهمی کم فسفر در خاک‌‌‌‌های آهکی مناطق خشک و نیمه‌خشک یک چالش عمده در تغذیه ‌گیاهان و افزایش بهره‌وری محصولات می‌باشد. استفاده از اصلاح‌کننده‌های آلی مانند زغال استخوان مرغی می‌تواند راهکاری مؤثر برای بهبود فراهمی فسفر در این خاک‌ها باشد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی ‌تأثیر نانوزغال استخوان بر رهاسازی فسفر و توزیع شکل‌‌‌‌های معدنی فسفر در خاک‌ آهکی انجام شد. آزمایش انکوباسیون به صورت طرح کاملاً تصادفی با پنج تیمار شامل (شاهد، زغال استخوان مرغی در سطح 200 و 400 میلی‌گرم فسفر بر کیلوگرم خاک و نانوزغال استخوان مرغی در سطح 200 و 400 میلی‌گرم فسفر بر کیلوگرم خاک) به‌مدت ۶۰ روز در دمای ℃ 2±25 اجرا گردید. پس از پایان انکوباسیون شکل‌های معدنی فسفر و سینتیک رهاسازی فسفر در زمان‌های 1 تا 72 ساعت اندازه‌گیری و به معادلات سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم و ایلوویچ برازش داده شدند. نتایج نشان داد که نانوزغال استخوان مرغی در سطح ۴۰۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم مقدار دی‌کلسیم فسفات و اکتاکلسیم فسفات را به‌ترتیب 02/3 و 1/3 برابر در مقایسه با شاهد افزایش داد. زغال استخوان مرغی در سطح ۴۰۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم مقدار شکل آپاتیت را 45/67 درصد در مقایسه با تیمار شاهد افزایش داد. بر اساس نتایج برازش داده‌ها مدل شبه درجه دوم با داشتن بالاترین مقدار R2 و خطای استاندارد کمتر بیشترین برازش را داشت. بیشترین و کمترین مقدار qe در مدل شبه درجه دوم به‌ترتیب متعلق به تیمار نانوزغال استخوان مرغی در سطح۴۰۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم و تیمار شاهد بود. نتایج کلی این تحقیق نشان داد که استفاده از زغال استخوان به‌ویژه نانوزغال استخوان در خاک-های فقیر از فسفر، سبب افزایش فراهمی فسفر در خاک شد. بنابراین، استفاده از نانوزغال استخوان مرغی به عنوان اصلاح‌کننده آلی، برای بهینه‌سازی رهاسازی و افزایش فراهمی فسفر در خاک‌های آهکی توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مهندسی علوم خاک

عنوان مقاله [English]

Impact of Nano Poultry Bone Char on Phosphorus Dynamics and Mineral Forms in Calcareous Soil

نویسندگان [English]

Fatemeh Sawari ¹
Abdolamir Moezzi ²
Neda Moradi ³

¹ Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

² Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

³ Soil and Water Research Department, West Azarbaijan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Urmia, Iran

چکیده [English]

Low phosphorus availability in calcareous soils of arid and semi-arid regions is a major challenge for plant nutrition and crop productivity. Organic amendments, such as poultry bone char, can be an effective strategy to enhance phosphorus availability in these soils. Therefore, this study aimed to investigate the effect of nano bone char on phosphorus release and the distribution of different mineral phosphorus forms in calcareous soil. An incubation experiment was conducted in a completely randomized design with five treatments: control, poultry bone char at 200 and 400 mg P kg^-1 soil, and nano poultry bone char at 200 and 400 mg P kg^-1 soil, for 60 days at 25 ± 2°C. At the end of the incubation period, mineral phosphorus forms and phosphorus release kinetics from 1 to 72 hours were measured and fitted to pseudo-first-order, pseudo-second-order, and Elovich kinetic models. The results indicated that nano poultry bone char at 400 mg kg^-1 increased dicalcium phosphate and octacalcium phosphate by 3.02 and 3.10-fold, respectively, compared to the control. Poultry bone char at 400 mg kg^-1 increased the apatite form by 67.45% relative to the control. Based on the kinetic model fitting, the pseudo-second-order model provided the best fit, with the highest R² and the lowest standard error. The highest and lowest qe values in the pseudo-second-order model occurred with nano poultry bone char at 400 mg kg^-1 and the control, respectively. Overall, the results showed that the application of bone char, especially nano poultry bone char, in phosphorus-deficient soils increased soil phosphorus availability. Therefore, the application of nano poultry bone char as an organic amendment is recommended to optimize phosphorus release and improve phosphorus availability in calcareous soils.

کلیدواژه‌ها [English]

Bone char
Calcareous soil
Phosphorus availability
Phosphorus release
Soil amendment

مراجع

Amin, M. (2020). Poultry bone char as a slow-release phosphorus fertilizer: Environmental and economic benefits. Journal of Cleaner Production, 258, 120645.

Amin, M. (2023). Preparation and characterization of bone char for soil amendment. Waste Management, 150, 125-134.

Aseem, S., Kumar, P., & Singh, R. (2022). Animal-derived biochars: Properties, applications, and environmental benefits. Bioresource Technology Reports, 18, 100955.

Bai, H., Wang, X., & Li, J. (2017). Salinity effects on phosphorus availability in calcareous soils. Soil Science Society of America Journal, 81(2), 371–380.

Bautinguiza, A., Gil, J., & Cordeiro, C. (2012). Bone biochar as a source of phosphorus for plant growth. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(40), 10115–10122.

Chen, L., Zhang, Y., & Liu, Y. (2022). Bone char nanomaterials for enhanced phosphorus availability in soils. Environmental Science and Technology, 56(12), 7982–7992.

De ponti, T., Rijk, B., & van Ittersum, M. (2012). The crop yield gap between potential and actual yields in the European Union. Agricultural Systems, 108, 58–69.

DeRosa, M. C., Monreal, C., Schnitzer, M., Walsh, R., & Sultan, Y. (2010). Nanotechnology in fertilizers. Nature Nanotechnology, 5(2), 91–98.

El-Damarawy, M., Wang, Y., & Zhao, F. (2025). Effect of bovine bone char on phosphorus fractions in calcareous soils. Soil Use and Management, 41(1), 112–124.

El-Refaey, A., Zhang, Y., & Liu, L. (2022). Phosphorus release kinetics from nano bone char: Application in calcareous soils. Journal of Soils and Sediments, 22(7), 3345–3358.

Ferraro, V., Giorcelli, M., & Kenny, J. (2017). Advanced materials from animal by-products. Materials Today, 20(10), 540–552.

Foth, H. D., & Ellis, B. G. (1997). Soil fertility (7th ed.). CRC Press.

Havlin, J. L., Beaton, J. D., Tisdale, S. L., & Nelson, W. L. (2014). Soil fertility and fertilization: An introduction to nutrient management (8th ed.). Pearson.

Imtiaz, M., Khan, M. A., & Akhtar, J. (2024). Structural and morphological properties of poultry bone char nanomaterials. Journal of Materials Science, 59, 14512–14526.

Jalali, M., & SajadiTabar, F. (2011). Phosphorus deficiency in calcareous soils of Iran. Journal of Plant Nutrition, 34(5), 712–722.

Jiang, W., Li, Y., & Chen, J. (2019). Global phosphorus demand and supply forecast. Resources, Conservation and Recycling, 145, 1–10.

Jiang, Z., & Gu, B. (1989). Sequential extraction of inorganic phosphorus in calcareous soils. Soil Science, 147(5), 346–353.

Leytem, A. B., & Mikkelsen, R. L. (2005). Soil properties affecting phosphorus availability. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 36(15-16), 2117–2135.

Li, H., Zhang, Y., & Li, F. (2019). Phosphorus dynamics in calcareous soils amended with bone char. Geoderma, 337, 408–418.

Liu, X., Zhang, X., & Chen, Y. (2023). Nano-bone char for sustainable phosphorus management. Environmental Technology and Innovation, 31, 103326.

Mahanta, C., Kundu, S., & Das, S. (2019). Surface area enhancement of bone char via ball milling. Journal of Environmental Chemical Engineering, 7(6), 103446.

Mahaletchumi, R., Sivasakthi, D., & Rajendran, R. (2021). Nanotechnology in agriculture: A review. Materials Today: Proceedings, 44, 1113–1120.

Mahmoud, M., El-Morshedy, M., & Hassan, M. (2020). Nano-fertilizers for sustainable agriculture. Sustainability, 12, 6452.

Mahmoud, M., Rajput, S., & Singh, A. (2022). Nanomaterials for improved soil fertility. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 22(2), 414–426.

Moradi, N., & Rasouli-Sadaghiani, M. (2019). Effect of Phosphate-solubilizing bacteria (PSB) on distribution of phosphorus forms in a calcareous soil. Applied Soil Research, 7(2), 67-81. (In Persian)

Murphy, J., & Riley, J. P. (1962). A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Analytica Chimica Acta, 27, 31–36.

Nedelciu, C. E., Mot, A. C., & Popescu, R. (2020). Role of phosphorus in plant physiology. Agriculture, 10(7), 298.

Olsen, S. R., & Sommer, W. (1982). Phosphorus. In A. L. Page (Ed.), Methods of soil analysis, Part 2 (pp. 403–430). American Society of Agronomy.

Olsen, S. R., Cole, C. V., Watanabe, F. S., & Dean, L. A. (1954). Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. USDA Circular, 939, 1–19.

Patel, P., Sharma, V., & Singh, R. (2015). Morphological characterization of bone char materials. Materials Today: Proceedings, 2(10), 4002–4010.

Piccirillo, C., Vassilev, S., & Ferrero, F. (2023). Structural and chemical analysis of bone char nanomaterials. Journal of Hazardous Materials, 450, 131019.

Pizzeghello, D., Francioso, O., & Ertani, A. (2012). Soil properties influencing phosphorus availability. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 12(3), 509–522.

Rajput, S., Mahmoud, M., & Singh, A. (2022). Nanotechnology applications for soil improvement. Environmental Science and Pollution Research, 29, 23456–23467.

Rashid, S., Mahmood, T., & Iqbal, M. (2021). Phosphorus release from bone char in calcareous soils. Soil Science, 186(3), 101–110.

Singh, R., Kumar, S., & Aseem, S. (2024). Bone char properties and phosphorus release kinetics. Environmental Technology and Innovation, 30, 103168.

Sun, J., Zhang, Q., & Liu, W. (2018). Recycling phosphorus from poultry waste. Waste Management, 78, 412–421.

Toldra, F. (2016). Meat industry by-products and their utilization. Meat Science, 120, 85–92.

Vassilev, S., Petrov, K., & Ferrero, F. (2021). Phosphorus bioavailability from bone char in soils. Applied Soil Ecology, 158, 103794.

Wang, Y., El-Damarawy, M., & Zhao, F. (2020). Nano-bone char for phosphorus release in calcareous soils. Journal of Soil Science, 71(4), 781–793.

Warren, G. P., Le Roux, C., & Haynes, R. J. (2009). Biochar and phosphorus dynamics in soil. Soil Use and Management, 25(2), 149–158.

Zhang, L., Liu, Y., & Chen, X. (2024). Nano-bone char improves phosphorus availability in calcareous soils. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 72, 2134–2145.

Zheng, Q., Li, F., & Wang, Y. (2013). Phosphorus fractionation in calcareous soils amended with biochar. Journal of Soils and Sediments, 13, 1077–1086.