تأثیر کامپوزیت‌های دوگانه و سه‌گانه تهیه شده از زئولیت-کیتوزان-بیوچار بر برخی ویژگی‌های مکانیکی خاک

Abstract

سابقه و هدف: تا کنون روش‌های بسیاری جهت بهبود کیفیت خاک از لحاظ مکانیکی، بسته به هدف مورد نظر (چه برای کشت محصول و اصلاح خاک‌های زراعی و کشاورزی و چه از لحاظ ساخت و ساز و افزایش پایداری خاک) به‌کار گرفته شده است. یکی از روش‌های بهبود کیفیت خاک، کاربرد اصلاح کننده‌های زئولیت، کیتوزان و بیوچار به‌صورت جداگانه می‌باشد. بیوچار ماده‌ای غنی از کربن می‌باشد که می‌تواند اثر مطلوبی بر ویژگی‌های مکانیکی خاک داشته و باعث افزایش پایداری خاکدانه شود. زئولیت به‌عنوان اصلاح کننده فیزیکی خاک در افزایش پایداری خاکدانه، تهویه و بهبود ساختمان خاک‌های شنی و رسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و کیتوزان که فراوان‌ترین پلیمر زیستی می‌باشد، دارای پتانسیل افزایش انسجام بین ذرات خاک بوده و منجر به بهبود ویژگی‌ها مکانیکی خاک می‌شود. خاک‌هایی که از لحاظ ویژگی‌های مکانیکی مناسب نباشند، سرعت نفوذ آب، رطوبت قابل دسترس گیاه و پایداری ساختمان خاک پایینی دارند. تا کنون مطالعاتی بر روی اثر کامپوزیت‌های زئولیت، کیتوزان و بیوچار روی ویژگی‌های مکانیکی خاک صورت نگرفته است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی اثر کامپوزیت‌های دوگانه و سه‌گانه مذکور بر برخی ویژگی‌های مکانیکی خاک مانند ضریب انبساط و انقباض‌پذیری و حدود پایایی خاک شامل حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیرایی می‌باشد. مواد و روش‌ها: این پژوهش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی، دو فاکتور نوع خاک و نوع کامپوزیت و در سه تکرار اجرا شد. در این پژوهش از زئولیت، کیتوزان و بیوچار شلتوک برنج کامپوزیت‌های دوگانه و سه‌گانه‌ تولید شد. کامپوزیت-های دوگانه شامل زئولیت-کیتوزان (ZC)، زئولیت-بیوچار(ZB)، کیتوزان-بیوچار(CB) و کامپوزیت سه‌گانه شامل زئولیت-کیتوزان-بیوچار(ZBC) بودند. کامپوزیت‌های دوگانه ZC، CB و کامپوزیت سه‌گانه ZBC با استفاده از همزن مغناطیسی، اسید استیک ( 5%) و سدیم هیدروکسید نیم مولار و کامپوزیت دوگانه ZB با اولتراسونیک سنتز و در مقیاس آزمایشگاهی تهیه شدند. مدت زمان اعمال تیمارها به مدت 3 ماه در رطوبت 65 درصد ظرفیت زراعی انکوباسیون شد. مقایسه میانگین تیمارها با آزمون حداقل اختلاف معنی‌دار (LSD) در سطح احتمال 5% صورت گرفت. یافته‌ها: نتایج نشان داد که نوع کامپوزیت‌ها اثر معنی‌داری بر حد روانی، ضریب انقباض و انبساط‌پذیری و شاخص خمیری خاک داشتند. بیشترین تأثیر مربوط به کامپوزیت سه‌گانه ZBC بود. این کامپوزیت حد روانی را 8/42 درصد نسبت به خاک شاهد افزایش داد و باعث کاهش 8/58 درصدی ضریب انقباض و انبساط‌پذیری نسبت به خاک شاهد شد. همچنین مشاهده شد که شاخص خمیری خاک با کاربرد کامپوزیت‌ها نسبت به خاک شاهد، کاهش یافت که اثر آن در تیمار کامپوزیت ZBC هر دو خاک مورد مطالعه (5/48-60 درصد) بیشتر از سایر کامپوزیت‌ها بود. نتیجه‌گیری: این پژوهش نشان داد کاربرد کامپوزیت‌های دوگانه و سه‌گانه به‌عنوان اصلاح کننده‌هایی مناسب برای ارتقاء کیفیت مکانیکی خاک قابل استفاده می‌باشد. زیرا با افزایش حد روانی، جذب رطوبت و نگهداری آب در خاک افزایش می‌یابد. همچنین افزایش ضریب انبساط و انقباض‌پذیری، مانع ترک خوردگی خاک می‌گردد. همینطور خاکی که شاخص خمیرایی کمتری داشته باشد هدر رفت خاک در آن کمتر اتفاق می‌فتد. بنابراین براساس یافته‌های این پژوهش، کامپوزیت سه‌گانه ZBC به‌دلیل افزایش حد روانی، کاهش ضریب انبساط و انقباظ‌پذیری خاک و همچنین تأثیر بر کاهش حد خمیری هر دوبافت خاک مورد مطالعه به عنوان مؤثرترین ترکیب برای اصلاح کیفیت فیزیکی و مکانیکی خاک توصیه می‌شود. همچنین پیشنهاد می-شود مطالعه‌های تکمیلی با کاربرد سطوح مختلف کامپوزیت و مقایسه تأثیر آن‌ها بر ویژگی‌های مکانیکی خاک انجام شود.

Keywords

• حدود پایایی
• ضریب انبساط و انقباض‌پذیری
• کامپوزیت دوگانه
• کامپوزیت سه‌گانه