پژوهش های خاک
سال:1403 | دوره:38 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

تحلیل و آگاهی از تغییرات مکانی ویژگی­های هیدرولیکی خاک برای موازنه آب-خاک و مدیریت آبیاری شالیزار­ها مهم است. هدف این پژوهش تعیین تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) و عوامل مؤثر بر آن (بافت خاک، کربن آلی و رطوبت اشباع خاک) در شالیزارها بود. با الگوی نمونه­برداری شبکه ردیفی تصادفی،  از 120 نیمرخ در زمین­های آبیاری غرقابی نمونه­برداری شد. در هر نیمرخ، از لایه­های گلخراب رویی، کفه­شخم فشرده، و خاک غیراشباع زیر این کفه­ نمونه­برداری شد. در این نمونه­ها، ویژگی­های بافت، کربن آلی، چگالی ظاهری، رطوبت اشباع و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (به روش بار افتان) اندازه­گیری شد. بیشترین غیریکنواختی با ضریب تغییرات (CV) بالا، چولگی مثبت و توزیع لوگ­نرمال در داده­های Ks مشاهده شد که نشان­دهنده جریان ترجیحی ناشی از وجود منافذ زیستی و ترک­های تنش­های خشکی پیشین است. نتایج تجزیه زمین­آمار نشان داد که متغیر Ks در لایه­های گلخراب و خاک غیراشباع زیر کفه شخم از مدل­های دارای سقف کروی و نمایی با ساختار مکانی به ترتیب متوسط تا ضعیف، و در کفه شخم فشرده از مدل خطی با شیب کم پیروی نمود. ضریب تغییرات Ks در کفه شخم 299% بود که از لایه­های بالایی 121% و پایینی 284% بیشتر بود. نزدیک بودن رفتار Ks به متغیرهای تصادفی در این افق عمدتاً ناشی از وقوع پیشامدهایی مانند وجود منافذ زیستی و کانال­هایی از ریشه گیاه و حرکت جانوران است که منجر به جریان ترجیحی می­گردد. باوجود ضعیف تا متوسط بودن ساختار مکانی متغیرها، روش درون­یابی کریجینگ برای Ks در مقایسه با وزن دادن عکس فاصله، صحت بیشتری داشت. الگوی توزیع مکانی Ks در لایه گلخراب رویی نشان داد که مقادیر زیاد Ks در این لایه در نقاطی با مقدار رس کم وجود دارد، اما در خاک­های کفه شخم واقع در نیمه غربی ناحیه موردمطالعه، باوجود زیاد بودن مقدار رس به علت وجود منافذ زیستی، مقدار Ks هم زیاد بود. این نتیجه نشان می­دهد که در شرایط این پژوهش، کفه شخم فشرده نمی­تواند نقش کلیدی خود را برای کاهش هدایت هیدرولیکی اشباع و نگهداری آب در خاک اجرا نماید. الگو و اندازه تغییرات مکانی Ks و عوامل مؤثر بر آن به مدیریت آبیاری ویژه هر مکان وابسته است.

در قسمت اول مقاله با تعیین 53 واحد همگن مدیریتی خاک و آب در زیر حوضه هنام، بررسی رفتار فعلی بهره­برداران و در نهایت تحلیل شکاف عملکرد آن­ها، زمینه شناخت چند بعدی وضعیت مدیریت خاک و آب اراضی کشاورزی فراهم شد و مشخص گردید که کارایی مصرف آب و کود در منطقه پایین است. بر­این اساس، بسته­های مدیریت خاک و آب شامل مدیریت حاصلخیزی خاک، مدیریت آبیاری و جلوگیری از تخریب اراضی، برای هر واحد همگن تهیه شد. چگونگی تهیه و مراحل صحت­سنجی بسته­های مدیریتی موضوع این مقاله می­باشد. برای این منظور، مرکز جهاد کشاورزی علی­آباد لرستان به عنوان سکوی نوآوری و انتقال دانش و فناوری در نظر گرفته شد. سپس، با همکاری کارشناسان ملی، استانی و مروجان، یک نمایشگاه فناوری شامل مدیریت مصرف بهینه کودهای شیمیائی، آلی و زیستی و روش­های آبیاری، برگزار شد تا نتایج تحقیقات در مزارع کشاورزان، آزمون شود. این فناوری­ها با مشارکت محققین، مروجین و بخش اجرا در دو تیمار عرف کشاورز و تیمار تحقیقاتی در تناوب چغندر–گندم در مزارع داوطلبین اعمال شد. نتایج طرح­های آزمایشی نشان داد که میانگین تولید محصول گندم از 5 به 5/7 تن در هکتار و کارایی مصرف آب به میزان 13% افزایش یافت. نتایج بدست آمده در روز مزرعه که مصادف با زمان برداشت گندم بود، برای دیگر کشاورزان به نمایش گذاشته شد. با اثبات کارامدی نتایج در مزارع کشاورزان، بسته­های مدیریت خاک و آب منطقه تهیه شد. با وجود برگزاری کارگاه برای بهره­برداران، نتایج آن به دیگران تعمیم نیافت. بررسی­ها نشان داد که تعمیم­پذیری افقی[1] بسته­های مدیریت خاک و آب در واحدهای همگن مدیریتی زیرحوضه و افزایش متوسط تولید با رعایت اصول پایداری، به سه شکاف عملکرد، شکاف تحقیق و توسعه و شکاف زنجیره تولید وابسته است. از این رو، شرایط اساسی کاهش شکاف عملکرد در منطقه شامل آگاهی و انگیزه­مند شدن بهره­بردار، توانمندی انجام توصیه­ها و فراهم بودن امکانات است؛ بنابراین، انجام پایلوت­های یکساله در عمل اثربخش نبوده و بایستی تداوم چندساله داشته باشد. در ادامه، ظرفیت­سازی کارشناسان مروج آن منطقه و آشنایی آن­ها با مراحل مختلف تهیه واحدها، توصیه­ها و دستورالعمل­ها انجام شد و کلیه اطلاعات در قالب رقومی و چاپی به جهاد کشاورزی علی­آباد منتقل گردید. انتظار می­رود با برپایی مزارع نمایشی بلندمدت و تامین کودها و سایر نهاده­ها با همکاری بخش­های دولتی و خصوصی، انتقال توصیه­ها­ به دیگر بهره­برداران و تصمیم­گیران زیرحوضه تسهیل شود. [1] - Out-scaling

سنجش فعالیت­های آنزیمی، یکی از روش­های قابل توجه در زیست­پالایی خاک­های آلوده به ترکیبات نفتی است، تحریک زیستی، تلقیح زیستی و تلفیق این دو باهم از انواع روش­های زیست پالایی مورداستفاده در این آزمایش است. به این منظور، برای کاهش آلودگی نفتای سبک (1%)، در یک خاک لوم شنی، از انواع تیمارهای زیست پالایی شامل تأمین عناصر N، P، افزودن کود دامی و سورفاکتانت Tween 80، تلقیح زیستی و تیمار تلفیقی در  طی120 روز  استفاده شد، و در زمان های مختلف (0، 5، 10، 15، 20، 30، 45، 60، 90 و 120 روز) فعالیت آنزیم های دهیدروژناز (DHA) و لیپاز اندازه­گیری شد. این آزمایش به صورت طرح فاکتوریل اسپلیت پلات (شامل فاکتور آلودگی، زیست پالایی و زمان) با در نظر گرفتن سه تکرار در گلدان های سه کیلوگرمی انجام شد. نتایج به دست آمده از آزمایش نشان داد که تیمارهای زیست­پالایی منجر به کاهش آلاینده­های نفتی شد، همین­طور فعالیت دهیدروژناز از ابتدای آزمایش روند کاملاً نزولی داشت، و تغییرات فعالیت لیپاز در خاک آلوده، تا روز 10 افزایش یافت، از روز 10 تا 15 اندکی کم شد و سپس تا روز 60 با نوسانات جزئی پیش رفت و دوباره از روز 60 کاهش یافت. فعالیت دهیدروژناز در تیمار کود گاوی در طول آزمایش از 3/39 به 0/35 (μg TPF g-1 h-1)  و فعالیت لیپاز در تیمار تلفیقی، از (mU g-1) 57 در روز 10ام  به (mU g-1)  33/56 در روز 120 رسید. به نظر، استفاده از تیمارهای تلفیقی و کود گاوی علاوه برافزایش جمعیت میکروبی مؤثر در تجزیه ترکیبات نفتی و تأمین شرایط بهینه برای فعالیت آن­ها، روشی مناسب برای کاهش آلودگی ناشی از نفتای سبک باشد.

فرسایش آبکندی یکی از شکل­های مهم و مخرب فرسایش آبی است که هنوز در مورد شکل­گیری و گسترش آن ابهاماتی وجود دارد. این پژوهش با هدف شناسایی ویژگی­های خاکی و غیرخاکی مؤثر بر آبکندهای جنوب نظرآباد در سال 1399 انجام شد. پس از بازدیدهای میدانی و به کمک تصویر گوگل ارث، مرز محدوده آبکندی شده ترسیم و تعداد 32 رشته آبکند انتخاب شد. یک نمونه ی خاک سطحی در محل دیواره بالاکند هر آبکند تهیه و آزمایش شد. مشخصات شکل شناختی حوزه آبخیز آبکندها (مساحت، محیط، شیب، ضریب شکل) با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی حاصل از تصاویر پهپاد تعیین شد. ویژگی های عمومی سطح خاک آبخیز آبکندها شامل تاج پوشش، خاک لخت و درصد بقایا با استفاده از پلات 1×1 متری تعیین و مشخصات شکل شناختی آبکند شامل طول، عرض و عمق آن اندازه گیری و حجم آبکند محاسبه شد. شناسایی عوامل مؤثر بر آبکندها با تحلیل مؤلفه­های اصلی و رگرسیون خطی چند متغیره (روش گام به گام) در محیط MINITAB و روی 70 % مشاهدات انجام شد. رابطه بین حجم آبکندها به نمایندگی از مورفولوژی آن با ویژگی های خاک و مشخصات آبخیز آبکند بررسی و رابطه آن معرفی شد. برای اعتبارسنجی از 30 درصد باقیمانده نمونه­ها  استفاده شد. تحلیل مؤلفه اصلی نشان داد که مشخصات  قابلیت هدایت الکتریکی، یون های محلول پتاسیم، سدیم، منیزیم و کلر، فرسایش­پذیری خاک، تاج پوشش گیاهی، درصد خاک لخت و درصد اشباع بر توسعه آبکند تأثیر دارند. بر اساس نتایج تحقیق و به خصوص با تکیه بر ضریب کارایی نش-شاتکلیف، مدل معتبری توسعه داده نشد . مدل با ضریب همبستگی 0/59و چهار عامل پتاسیم، جرم مخصوص ظاهری، درصد بقایای گیاهی و درصد خاک لخت، توانست 35 درصد تغییرات حجم آبکند را توضیح دهد. تقویت و احیای پوشش گیاهی در منطقه توصیه می شود.

بافت خاک یکی از مهمترین ویژگی­هایی است که رفتار فیزیکی، شیمیایی و بیولوژکی خاک را کنترل می­کند. روش­های مختلفی برای مدل­سازی بافت خاک استفاده می­شوند. یکی از راهکارهای سود بردن از مزایای این مدل­ها ترکیب تخمین آنها است. با توجه به این که بافت خاک یک داده مرکب است، وقتی اجزاء آن جداگانه تخمین زده می­شوند تضمینی برای اینکه جمع سه جزء برابر 100 شود وجود ندارد، هرچند می­توان از تبدیل­های نسبت لگاریتمی (log-ratio) استفاده کرد. اطلاعات کمی در خصوص کارآیی مدل­های ترکیبی در مدل­سازی داده­های تبدیل­شده و نشده بافت خاک وجود دارد و به نظر می­رسد بر اساس این رویکرد تا کنون مطالعه­ای روی بافت خاک انجام نشده است. در این بررسی، تعداد 200 نمونه خاک­های سطحی از  منطقه کوهدشت برداشت شد. سه مدل جنگل تصادفی (RF)، k نزدیکترین همسایه (kNN) و ماشین­های بردار پشتیبان (SVM) و مدل حاصل از ترکیب آن­ها به روش Granger-Ramanathan (GR) برای مدل­سازی، روش­های نسبت لگاریتمی جمع­پذیر (alr)، نسبت لگاریتمی مرکزی  (clr) و نسبت لگاریتمی ایزومتریک (ilr) برای تبدیل داده­ها و داده­های حاصل از مدل رقومی ارتفاع (DEM) و تصاویر لندست 8 و سنتینل 2 به عنوان ورودی مدل­ها استفاده شد. نتایج نشان داد که متغیرهای استخراج­شده از DEM اهمیت بیشتری در پیش­بینی بافت خاک داشت. به­طور کلی، هر چهار مدل با استفاده از تبدیل­ alr منجر به تخمین­های بهتری نسبت به تبدیل­های clr و ilr و داده­های تبدیل­نشده (UT) گردید. مدل ترکیبی(GR) با مقادیر RMSE برابر با 5/07، 4/21، 5/81 و 6/09 درصد برای رس، مقادیر 7/11، 5/15، 9/04 و 6/70 درصد برای سیلت و 9/20، 7/76، 11/69 و 8/74 درصد برای شن به ترتیب برای داده­های UT و تبدیل­های alr، clr و ilr منجر به بهبود تخمین­ها نگردید. به­طور کلی، کارآیی مدل SVM با داده­های تبدیل شده به روش نسبت لگاریتمی جمع­پذیر کمی­ بیشتر از سایر مدل­ها بود. نتایج نشان داد که ترکیب چند مدل یادگیری ماشین الزاما باعث بهبود تخمین­ها نمی­گردد و می­توان از یک مدل مناسب برای برآورد بافت خاک استفاده کرد.

اندازه گیری مقدار رطوبت خاک به روش های مختلف صورت می گیرد که می توان به روش هایی مانند روش های وزنی و ‏حجمی، اشعه گاما، ‏و ‏ انعکاس سنجی زمانی اشاره نمود. روش های مستقیم زمان بر بوده و دست خوردگی ‏نمونه خاک را به همراه داشته و برخی روش های غیرمستقیم دارای ‏خطرات ‏تشعشع مواد رادیواکتیو است. از بین این روش ها، روش[1]‏TDR‏ که جزو ‏روش های انعکاس سنجی زمانی می­باشد روشی سریع و بی خطر است و به همین ‏دلیل ‏مورد توجه قرار گرفته و در ‏خاک های با شرایط عادی نتایج قابل قبولی می دهد؛ اما، برای خاک های شور این روش قادر به اندازه گیری مقدار رطوبت خاک نیست. هدف این پژوهش ساخت حسگرهایی بوده که دستگاه TDR با استفاده از آن ها قادر به اندازه گیری مقدار رطوبت در خاک های ریزبافت شور باشد. با ‏ساخت این حسگرها می توان ‏ رطوبت خاک های شور را با دستگاه TDR ‏اندازه گیری نمود و در صورت مشاهده خطا ‏می توان با ارائه مدل های واسنجی مناسب مقدار واقعی رطوبت خاک را به دست آورد‎. ‎برای این منظور یک خاک ریزبافت ‏ از ایستگاه تحقیقات تِکمه داش تهیه گردیده و با افزودن مقادیر متفاوتی از نمک به آن، نمونه خاک هایی با مقادیر رسانایی الکتریکی 20، 35 و 50 دسی زیمنس بر متر با تراکم طبیعی آماده شد. پس از تعیین نوع روکش مناسب برای پوشش دار نمودن میله حسگر رطوبتی که ماده پلیمری است، با آزمون و خطا، طول روکش مورد استفاده در میله وسطی حسگر رطوبتی برای خاک مذکور با شوری های یادشده در یک رطوبت مشخص تعیین گردید، که برابر طول میله حسگر رطوبتی بود. سپس حسگر های پوشش دار شده برای اندازه گیری دیگر رطوبت های خاک آزمایش شد و مدل های واسنجی مناسب به­دست آمد. با وارد کردن مقدار رطوبت حجمی اندازه گیری شده به روش TDR در مدل ها می توان مقدار رطوبت خاک های ریزبافت شور را با دقت خوبی برآورد کرد.