ارائه کننده: سمیه زارع

استاد راهنما: دکتر سیدحمیدرضا صادقی

استاد مشاور: دکترفنگ بائو ژانگ

استاد ناظر داخلی: دکتر مهدی وفاخواه، دکتر عبدالواحد خالدی درویشان

استاد ناظر خارجی: دکتر محمود عرب خدری، دکتر محسن حسینعلی زاده

نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر وحید موسوی

تاریخ: ۱۴۰۴/۱۱/۲۸ 

ساعت: 10:00 

مکان: سالن اصلی کاخ

چکیده:

فرسایش خاک همواره یکی از مشکلات جوامع بشری در مدیریت حوزه‌های آبخیز و در حال حاضر نیازمند توجه بیش‌ازپیش است. از طرفی تولید گسترده پسماندهای کشاورزی و صنعتی و ضعف در مدیریت اصولی آن‌ها، علی‌رغم ایجاد پیامدهای محیط‌زیستی، ظرفیت ارزشمندی برای تبدیل به مواد اصلاحی با قابلیت بهبود کیفیت خاک و مهار فرسایش فراهم می‌کند. در عین حال ارائه ایده‌های خلاقانه، چندهدفه و جامع مرتبط با حفظ خاک‌وآب با استفاده از فن‌آوری‌های جدید در افزایش تأثیر و بهره‌وری روش‌های فعلی از قبیل افزودنی‌های معمول و هم‌چنین زغال زیستی مورد توجه قرار نگرفته است. ازاین‌رو، پژوهش پیش‌ِرو باهدف بررسی تأثیر کربن متخلخل ژنتیکی تغییرشکل‌یافته حاصل از ‌پسماندهای کشاورزی و صنعتی در شرایط مختلف گرماشکافت در مهار تولید رواناب و هدررفت خاک در خاک‎های لسی برنامه‌ریزی‌شده است. در این مطالعه، زغال‌زیستی با هشت نوع پسماند کاه‌وکلش برنج، هرس تاکستان، هرس نخلستان، خاک‌ارّه، ویناس، کشتارگاه طیور، کارخانه کاغذسازی و کارخانه دستمال‌کاغذی تهیه شد. سپس کربن در دمای 800 درجه سانتی‌گراد با استفاده از فعال‌کننده‌های KOH و H₃PO₄ در سه سطح و CO₂ در یک سطح به کربن متخلخل ژنتیکی تغییرشکل‌یافته (MGPC) تبدیل شد. سپس با استفاده از اطلاعات سطح ویژه و تخلخل 64 نمونه به‌دست‌آمده از آزمون BET، سه نمونه اولویت‌دار (پسماندهای کاه‌وکلش برنج، خاک‌ارّه و کارخانه دستمال‌کاغذی) با استفاده از الگوریتم Condorcet انتخاب و سپس در حجم موردنیاز تولید شد. در ادامه، برای تعیین نقش کربن متخلخل ژنتیکی تغییرشکل‌یافته بر مؤلفه‌های هیدرولوژیک، هیدرولیک جریان و  فرسایش خاک، یک تیمار شاهد و سه تیمار کربن متخلخل در سه سطح در نظر گرفته‌ شد. پژوهش مذکور، در مقیاس کرت‌های آزمایشگاهی کوچک با ابعاد 5/0 در 5/0 متر با سه شیب حدود هشت، 15 و 27 درصد تحت بارندگی طرح با شدت حدود 60 میلی‌متر بر ساعت در مدت‌زمان 30 دقیقه با سه تکرار در آزمایشگاه شبیه‌سازی باران و فرسایش دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس انجام شد. به همین منظور خاک لسی موردنظر از منطقه کچیک واقع در شهرستان مراوه‌تپه استان گلستان تهیه و به آزمایشگاه منتقل شد. پس از هر شبیه‌سازی باران رفتار کرت‌های آزمایشی دارای افزودنی و شاهد ازلحاظ ویژگی‌های مختلف زمان شروع و حجم رواناب‌های سطحی، زیرسطحی و نشتی و هم‌چنین هدررفت خاک و غلظت رسوب، مؤلفه‌های هیدرولیک جریان شامل سرعت جریان، عدد Reynolds و عدد Froud در زمان‌های مختلف اندازه‌گیری شد. بر اساس نتایج این مطالعه، کاربرد سه نوع ماده افزودنی کربنی (کربن متخلخل ژنتیکی تغییرشکل‌یافته کاه‌وکلش، خاک‌ارّه و کربن معمولی دستمال‌کاغذی) در سطوح مختلف 300، 900 و 1500 گرم بر مترمربع، تأثیر قابل‌توجهی در کاهش رواناب و هدررفت خاک در شیب‌های 8، 15 و 27 درصد داشت. در این میان، کربن متخلخل ژنتیکی تغییرشکل‌یافته مشتق‌شده از کاه‌وکلش مؤثرترین ماده بود و در بیش‌ترین سطح مصرف (1500 گرم) و کم‎ترین شیب (8 درصد)، رواناب را تا 56/17 برابر و هدررفت خاک را تا 70/5 برابر نسبت به شاهد کاهش داد. پس از آن، کربن ژنتیکی خاک‌ارّه و سپس کربن معمولی به ترتیب در رتبه‌های بعدی قرار گرفتند. به‌طورکلی، اثربخشی تمام تیمارها با افزایش مقدار مصرف و در شیب‌های ملایم‌تر، بیش‌تر بود که نشان‌دهنده پتانسیل بالای مواد اصلاح‌کننده پیشرفته، به‌ویژه نوع ژنتیکی تغییرشکل‌یافته، در مدیریت و مهار فرسایش آبی است. تمامی تیمارهای موردمطالعه شامل کربن حاصل از خاک‌ارّه، کاه‌وکلش و دستمال‌کاغذی، با وجود حفظ نوع (صفحه‌ای) و حالت (زیربحرانی) جریان، باعث کاهش مؤلفه‌های هیدرولیکی نسبت به شاهد شدند؛ به‌طوری‌که سرعت جریان، عدد Reynolds و عدد Froud برای خاک‌ارّه به ترتیب 07/1 تا 75/3؛ 00/1 تا 00/18 و 04/1 تا 95/1 برابر، برای کاه‌وکلش 92/0 تا 75/4؛ 75/0 تا 33/23 و 96/0 تا 21/2 برابر و برای دستمال‌کاغذی 50/0 تا 37/2 ؛ 27/0 تا 00/7 و 71/0 تا 48/1 برابر کاهش یافت که در این میان، تیمار کاه‌وکلش بیش‌ترین دامنه تأثیر را داشته است. جمع‌بندی نتایج هم‌چنان نشان داد که عملکرد کربن متخلخل حاصل از پسماند کاه‌وکلش نسبت به بقیه افزودنی‌های موردمطالعه به‌ویژه در سطح ۱۵۰۰ گرم بر مترمربع در تمامی شیب‌های مطالعاتی بر تمام مؤبفه‌های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی و حتی ویژگی‌های اصلی خاک معنی‌دار (05/0>p ) بوده است. نتایج پژوهش حاضر بر ضرورت استفاده از کربن متخلخل ژنتیکی تغییرشکل‌یافته  تولیدی از مواد آلی و معدنی برای حفاظت از منابع خاک‌و‌آب و در عین حال مدیریت سبز پسماند تأکید دارد.