Effect of Municipal Solid Waste Compost Application on Iron and Manganese Concentration in Soil and Corn Plant (Zea Mays L.)

Document Type : Research Paper

Authors

1 Graduate student, Shahed University

2 Assistant Professor, Shahed University

Abstract

To study the effect of the application of municipal solid waste compost (MSWC) on iron and manganese concentrations in the soil under maize cultivation, a factorial experiment with randomized complete block design including two factors: a) amounts of municipal solid waste compost in four levels of zero, 30, 15, and 60 tons ha-1, and b) two application times of MSWC i.e. one year and two years. The study was performed with three replications. The results showed that MSWC had a significant effect on reducing of pH and increasing of cation exchange capacity and organic carbon (p≤0.01). MSWC significantly increased soil total and DTPA extractable Fe and Mn. (p≤0.01). The highest amount of DTPA extractable iron and manganese were, respectively, 12.03 and 18.52 mg kg-1, in the 60 t ha-1 treatment in the second year of the study, showing an increase of 275.89% for Fe and 45.75 percent for manganese compared with the control. Results showed that MSWC had a significant effect on increasing Fe and Mn concentration in roots and shoots (p≤0.01). The highest amount of iron and manganese uptake was observed in the 60 t ha-1 treatment in the second year, with increases  in root and shoot of, respectively, 69.59% and 81.48% for iron, and 46% and 37.52% for manganese, as compared with the control. The highest amounts of bioavailable iron and manganese were obtained in the same treatment and year, with 280% and 33.33% increase  for, respectively, Fe and manganese, as compared with the control. Also, the highest amount of Transfer Factor from soil to shoot was obtained for iron and manganese in the 60 t ha-1 treatment in the second year, Compared with the control, this amount was more by 70% for Fe and 30.18% for manganese. Besides, there was a significant and positive correlation between the total and DTPA-extractable Fe and Mn in the soil and the concentrations of these elements in root and shoot.

Keywords

References

  1. ابراهیمی، ا.، ح. پورعلاقه­بندان، ش. خزائلی، ع. شهسواری، و ا. صالحی، 1387. اولین مرجع کامل مدیریت کیفیت تولید کود آلی، سازمان بازیافت و تبدیل مواد زائد شهرداری اصفهان. صفحه 102.
  2. آریابد، ث.، ا. فتوت، ا. لکزیان، و غ. ح. حق نیا، 1387. اثر شیرابه کمپوست زباله شهری بر قابلیت جذب برخی عناصر کم مصرف در ذرت و کاهو. مجله علوم خاک و آب. جلد 22. شماره 1. صفحه 47-57.
  3. اله­دادی، ا.، ع. معماری، غ. ع. اکبری، و ا. لطفی فر، 1390. تأثیر کاربرد مقادیر مختلف کمپوست زباله شهری بر خصوصیات و غلظت عناصر غذایی خاک و رشد و عملکرد ذرت علوفه ای. فن آوری تولیدات گیاهی. جلد یازدهم، شماره اول.
  4. حاتم، ز. و ع. رونقی، 1390. رشد و عدم تعادل عناصر غذایی در ذرت علوفه­ای در اثر کاربرد مس و منگنز در یک خاک آهکی. مجله پژوهش­های خاک. جلد 25. شماره 3.  197-206.
  5. حسین پور، ر. و م. قاجار سپانلو، 1391. بررسی اثرات تلفیقی کمپوست زباله شهری و کودهای شیمیایی بر قابلیت جذب عناصر میکرو در خاک و کاهو (Lactuca sativa L.). مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 19. شماره 3. صفحه 123-140.
  6. روغنیان، س. 1384. بررسی تأثیر شیرابه زباله و کود کمپوست بر برخی خصوصیات شیمیایی خاک و پاسخ­های گیاه ذرت. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
  7. شاهیان، ر. و س. سماوات، 1382. بررسی اثرات کمپوست غنی شده با کودهای شیمیایی بر رشد، عملکرد و ترکیب شیمیایی خیار گلخانه­ای. مجموعه مقالات سومین همایش ملی توسه کاربرد مواد بیولوژیک و استفاده بهینه از کود و سم در کشاورززی، 274 صفحه.
  8. شریفی، م.، م. افیونی، و ا. ح. خوشگفتارمنش، 1390. اثر کاربرد لجن فاضلاب کارخانه پلی­اکریل، کمپوست زباله شهری و کود گاوی بر قابلیت جذب آهن و روی در خاک و جذب آن­ها توسط ذرت، یونجه و گل جعفری در شرایط گلخانه. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال 15. شماره 56. صفحه 141-152.
  9. عباسی­زاده، ا. 1386. اثر لجن فاضلاب و کمپوست بر عناصر غذایی مورد نیاز گیاه، عملکرد ذرت و آلودگی خاک به عناصر سنگین، پایان­نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
  10. علیدوست، ر. 1380. مطالعه اثر کاربرد مقادیر متفاوت کمپوست شهری، نیتروژن و فسفر بر رشد و تغذیه معدنی ذرت علوفه­ای، پایان­نامه کارشناسی ارشد زراعت، دانشگاه تهران.
  11. غفاری­نژاد شهربابکی، ع. و ن. ع. کریمیان، 1377. همبستگی بین منگنز عصاره­گیری شده بوسیله پنج روش با خصوصیات خاک و پاسخ­های گیاه سویا در خاک­های آهکی استان فارس. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی . جلد 2. شماره 4. صفحه 65-75.
  12. کلانتری، س.، م. معزاردلان، م. شرفا، و ح. ع. علیخانی، 1386. مقایسه تأثیر کمپوست و ورمی کمپوست مخلوط کود گاوی و برگ چنار در جذب آهن از یک خاک آهکی، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تهران.
  13. مرجوی، ع. ر. و م. ر. جهاد اکبر، 1381. بررسی اثرات کمپوست شهری بر خصوصیات شیمیایی خاک و صفات کمی و کیفی چغندرقند، جلد 18، شماره 1، صفحه 3-21.
  14. معزاردلان، م. و غ. ر. ثوابقی فیروزآبادی، 1388. مدیریت حاصلخیزی خاک برای کشاورزی پایدار، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ دوم. صفحه 291-305.
  15. ملکوتی، م. ج.، پ. کشاورز، و ن. ع. کریمیان، 1387. روش­های جامع تشخیص و توسعه بهینه کودی برای کشاورزی پایدار. انتشارات دانشگاه تربیت مدرس.
  16. میرزاپور، م. ه. و ا. خوش­گفتارمنش، 1387. تأثیر کوددهی آهن بر رشد، عملکرد و مقدار روغن دانه آفتابگردان در یک خاک آهکی شور-سدیمی. پژوهش کشاورزی: آب، خاک و گیاه در کشاورزی، جلد 8. شماره 4. صفحه 61-74.
  17.  یزدانی­نژاد، ف.، ح. ترابی، ع. ا. بستانی، و ن. دواتگر، 1391. تهیه نقشه پراکنش آهن، روی، مس و منگنز در اراضی کشاورزی جنوب تهران با استفاده از زمین­آمار و GIS. پایان­نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشگاه شاهد.
  18. Abadia, J., E. Millan, L. Montanes and L. Heras. 1980. DTPA and NH4HCO3-DTPA extractable Fe, Mn and Zn Levels in the Ebro Valley. Estacion Experimental de Aula Dei, Zaragoza. 181-193.
  19. Achiba, W. B., N. Gabteni, A. Lakhdar, G. D. Laing, M. Verloo, N. Jedidi and T. Gallali. 2009. Effects of 5-year application of municipal solid waste compost on the distribution and mobility of heavy metals in a Tunisian calcareous soil. Agriculture, ecosystems and environment. 130: 156-163.
  20. Antoniadis, V., and B. J. Alloway. 2003. The  role of dissolved organic carbon in the mobility of Cd, Ni and Zn in sewage sludge- amended soils. Environ. Pollut. 117: 515- 521.
  21. Atiyeh, R. M., C. A. Lee Edward, S. Sulbar and T. Metzger. 2001. Pig manure vermicompost as a component of a horticultural bedding plant medium. Effects on physiochemical properties and plant growth. Bioresour Techno. 78: 11–20.
  22. Baldantoni, D., A. Leone, P. Iovieno, L. Morra, M. Zaccardelli and A. Alfani. 2010. Total and available soil trace element concentrations in two Mediterranean agricultural systems treated with municipal waste compost or conventional mineral fertilizers. Chemosphere. 80: 1006-1013.
  23. Baruzzini, L., and F. Delzan. 1992. Soil fertility improvement and pollution risks from the use of municipal solid waste referred to N, P, K and C balance. Soil International Symposium on municipal solid waste Recycling of Wastes. Athens, Greece. Acta Hortc. 302: 51-62.
  24. Basta, N. T., R. Gradwohl, K. L. Snethen and J. L. Schroder. 2007. Chemical immobilization of lead, zinc and cadmium in smelter-contaminated soils using biosolids and rock phosphate. J. Environ. Qual. 30: 1222-1230.
  25. Bohn, H. L., B. L. McNeal and G. A. Oconner. 1985. Soil chemistry, 2nd ed. John Wiley and Sons, Inc. NY.
  26. Bower, C. A., R. F. Reitemeier and M. Fireman. 1952. Exchangeable cation analysis of saline and alkali soils. Soil Sci. 73:251–261.
  27. Bowyoucos, G.J. 1962. Hydrometer method improved for making particle size analysis of soils. Agron. J. 56: 464-465.
  28. Brown, S., and M. Cotton. 2011. Changes in Soil Properties and Carbon Content Following Compost Application: Results of On-farm Sampling. Compost Science and Utilization. 19(2): 87-96.
  29. Chen, Y., P. Gat, F. H. Frimmel and G. Abbt-Braun. 2006. Metal binding by humic substances and dissolved organic matter derived from compost. Soil and pollution monitoring, Protection and Remediation. 3-23. Pp: 275-297.
  30. De Las Heras, J., P. Manas and J. Labrador. 2005. Effects of several application of digested sewage sludge on soils and plants. J. Environ. Sci. Health A. 40: 437-451.
  31. Gallardo-Lara, F., M. Azcon and A. Polo. 2006. Phytoavailability and fractions of iron and manganese in calcareous soil amended with composted urban waste. J. Environ. Sci. Health B 41: 1187-1201.
  32. Gupta, P. K., Ed. 2000. Soil, plant, Water and Fertilizer Analysis. New Delhi, India.
  33. Hargreaves, J. C., M. S. Adl and P. R. Warman. 2008. A review of the use of composted municipal solid waste in agriculture. Agriculture, ecosystems and environment. 123: 1-14.
  34. Havlin, J. L., J. D. Beaton, S. L. Tisdale and W. L. Nelson. 2005. Soil fertility and fertilizers: an introduction to nutrient management, 7th edn. Prentice Hall, NewYork.
  35. Hemmat, A., N. Aghilinategh, Y. Rezainejad and M. Sadeghi. 2010. Long-term impacts of municipal solid waste compost, sewage sludge and farmyard manure application on organic carbon, bulk density and consistency limits of a calcareous soil in central Iran. Soil and Tillage Research. 108: 43–50.
  36. Khan, M., and J. Scullion. 2002. Effect of metal (Cd, Cu, Ni, Pb or Zn) enrichment of sewage sludge on soil micro-organism and their activities. Applied Soil Ecology Journal. 20: 145-155.
  37. Kulikova, N. A., E.V. Stepanova and O.V. Koroleva. 2005. Mitigating activity of humic substances direct infuence on biota, Use of humic substances to remediate polluted environments: From theory to practice, Perminova, I.V.; Hatfeld, K. and Hertkorn, N.; Springer, Netherlands, pp. 285-310.
  38. Laboski, C. A. M., and J. A. Lamb. 2003. Change in soil test phosphorous concentration after application of manure of fertilizer. Soil. Sci. Soc. Amer. J. 67:544-554.
  39. Li, B. Y., D. M. Zhou, L. Cange, H. L. Zhang, X. W. Fane and S. W. Qin. 2007. Soil micronutrient availability to crops as affected by long-term inorganic and organic fertilizer applications. Soil and Tillage Research. 96: 166-173.
  40. Lindsay, W. L., and W. A. Norvell. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421-428.
  41. Lindsay, W. L. 1992. Chemical Equilibria in soil. John wiley and sons, New York.
  42. Liu, C., R. J. Cooper and D. C. Bowman. 1998. Humic acid application affects photosynthesis, root development, and nutrient content of creeping bentgrass. Hort Science. 33(6): 1023-1025.
  43. Lucena, J. 2000. Effects of bicarbonate, nitrate and other environmental factors on iron deficiency A review. J. Plant Nutr. 23:1591-1606.
  44. Mafton, M., F. Moshiri, N. Karimian and A. Ronaghi. 2004. Effect of two organic wastes in combination with phosphorus on growth and chemical composition of spinach soil properties. J. Plant Nutr. 27(9): 1635-1651.
  45. Marinari, S., G. Masciandaro, B. Ceccanti and S. Grego. 2000. Influence of organic and mineral fertilisers on soil biological and physical properties. Bioresource Technology. 72(1): 9-17.
  46. Maynard, A. A. 1995. Cumulative effect of annual additions of municipal solid waste municipal solid waste on the yield of field growth tomatoes. Munic. Solid Waste Sci. Util. 3: 47-52.
  47. McBride, M. B. 1982. Electron spin resonance investigation of Mn2+ complexation in natural and synthetic organies. Soil Sci. Soc. Am. J. 46: 1137-1143.
  48. Mehmet, A. B., H. Akdeniz and B. K. H. Yilmaz. 2006. Possibilities of using sewage sludge as nitrogen fertilizer for maize. Acta Agriculture Scandinavica, Section B-PlantSoil Science. 56:143-149.
  49. Miller, G., and J. pushnik. 1984. Iron chlorosis, a worldwide problem: the relation of chlorophyll biosynthesis to iron. J. Plant Nutr.7:1-22.
  50. Mortvedt, J. J., F. R. Cox, L. M. Shuman and R. M. Welch. 1991. Micronutrients in agriculture, Second Edition. Soil Science Society of America, Inc. Madison, Wisconsin, USA. Pp 145-186.
  51. Nelson, R. E. 1982. Carbonat and gypsum. p. 181-196. In: A. L. Page et al. (ed.). Methods of soil analysis, part 2, 2nd ed. ASA, SSSA, Madison, WI. 
  52. Nelson, D. W., and L. E. Sommers. 1982. Total carbon, organic carbon, and organic matter. p. 539-579. In: A. L. Page et al. (ed.). Methods of soil analysis, part 2, 2nd ed. ASA, SSSA, Madison, WI.
  53. Opaluwa, O. D., M. O. Aremu, L. O. Ogbo, K. A. Abiola, I. E. Odiba, M. M. Abubakar and N. O. Nweze. 2012. Heavy metal concentrations in soils, plant leaves and crops grown around dump sites in Lafia Metropolis, Nasarawa State, Nigeria. Advances in Applied Science Research. 3(2): 780-784.
  54. Ortiz, O., and J. M. Alkaniz. 2006. Bioaccumulation of heavy metals in Dactylis glomerata L. growing in a calcareous soil amended with sewage sludge. J. of Bioresource Technology 97: 545-552.
  55. Rhoades, J.D. 1982. Soluble salts. P.167-179. In: A.L. page(ed.). Method of soil analysis. part2. Chemical and microbiological Properties. Agronomy monograph no. 9. 2nd ed. SSSA and ASA, Madison, WI.
  56. Santiyago, A., and A. Delgado. 2007. Effects of humic substances on iron nutrition of lupin. Journal of Biology and Fertility of Soils. 43: 829-836.
  57. Sims, J. L., and W. H. Patrick. 1978. The distribution of micronutrient cations in soil under conditions of varying redox potential and pH. Soil Sci. Soc. Am. J. 42:258-262.
  58. Singh, R.P., and M. Agrawal. 2007. Effects of sewage sludge amendment on heavy metal accumulation and consequent responses of Beta vulgaris plants. Chemosphere. 67: 2229–2240.
  59. Smith, R. 2009. A critical review of the bioavailability and impacts of heavy metals in municipal solid waste composts compared to sewage sludge. Environment International. 35: 142-156.
  60. Stevenson, F. J. 1991. Organic matter-micronutrient reactions in soil. Micronutrients in agriculture, 2nd-SSSA book Series, no. 4.
  61. Warman, P. R., J. C. Burnham and L. J. Eaton. 2009. Effect of repeated applications of municipal solid waste compost and fertilizers to three lowbush blueberry fields. Scientia Horticulture 122: 393-398.
  62. Wei, X., M. Hao, M. Shao and W. J. Gale. 2006. Changes in soil properties and the availability of soil micronutrients after18years of cropping and fertilization. Soil and Tillage Research. 91: 120-130.
  63. Wonge, J.W.C., L. Lik, X. Zhoul and A. Selvam. 2007. The sorption of Cd and Zn by different soils in the presence of dissolved organic matter from sludge. Geoderma. 137: 310-317.
  64. Zheljazkov, V. D., and P. R. Warman. 2004. Phytoavailability and fractionation of copper, manganese, and zinc in soil following application of two composts to four crops. Environmental Pollution. 131: 187-195.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iranian Journal of Soil Research
Volume 28, Issue 2
October 2014
Pages 313-329

Files

Share

How to cite

Statistics