به منظور حفاظت از آبهای زیرزمینی و همچنین برای پاکسازی مکان های آلوده به فلزات سنگین باید بتوان حرکت آنها را در خاک پیش بینی کرد. در این تحقیق برای پیش بینی حرکت کادمیم در خاک یک مدل دو مکانی سینتیکی تعادلی جذب به معادله توده ای پراکنشی برای املاح واکنش پذیر تحت شرایط جریان ماندگار آب در خاک و برای خاک های یکنواخت ملحق شد. همچنین جذب برگشت ناپذیر کادمیم در خاک بعنوان یک فرایند سینتیکی مرتبه اول توصیف شد. معادلات دیفرانسیلی حاصله با استفاده از شرایط اولیه و حدی به روش های عددی حل شدند. برای بررسی حرکت کادمیم در خاک، پنج نمونه خاک با ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و تاکسونومیکی متفاوت به آزمایشگاه آورده شد. آزمایش های جابجایی اختلاط پذیر با استفاده از ستون های خاک دست خورده در آزمایشگاه انجام گرفت. پارامترهای مدل با برازش آن به داده های آزمایشی که خود از آزمایش های جابجایی اختلاط پذیر حاصل می شدند، بدست آمد. این مدل به خوبی توانست منحنی های رخنه کادمیم را برای خاک های مختلف که دارای ویژگی های متنوعی بودند پیش بینی کند. با قرار دادن این پارامترها در مدل، غلظت و جذب کادمیم با زمان و عمق برای خاک های مختلف محاسبه شدند.

یک مدل ریاضی برای بررسی فرایند زیست درمانی در محل، با هدف پاکسازی خاکهای آلوده به مواد آلی ارائه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. با عبور آب حاوی اکسیژن از بستر متخلخل خاک، میکروارگانیزمهای هوازی فعال شده و تجزیه بیولوژیکی آلاینده ها انجام می شود. مدل ریاضی سیستم براساس پدیده های انتقال جابه جایی، پراکندگی و واکنش بیولوژیکی شامل سه معادله دیفرانسیل جزئی و یک معادله دیفرانسیل معمولی است. بدین ترتیب دستگاه معادلات دیفرانسیل از طریق تحلیل ابعادی، ابتدا بدون بعد شده و سپس با استفاده از روش تفاضل محدود به طور عددی حل شده اند. بدین ترتیب اثرات پارامترهایی نظیر کمبود ذخیره اکسیژن ، رشد توده سلولی و مقاومت در مقابل حرکت آلاینده ها در قالب اعداد بدون بعد مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی عددی، بیانگر آن است که سرعت تجزیه بیولوژیکی الاینده ها در خاک نه تنها با کمبود ذخیره اکسیژن، همچنین به دلیل مقاومت در مقابل حرکت آلاینده ها در داخل شبکه متخلخل محدود می شود.

پراکنش پذیری (l) و تخلخل عبوری موثر (feff) پارامترهای ورودی شکل تعادلی معادله توده ای- پراکنشی (CDE) می باشند. به طور معمول این پارامترها به روش معکوس از منحنی رخنه به دست می آیند. با این حال تهیه منحنی های رخنه در شرایط صحرایی اغلب عملی نیست. هدف اصلی این تحقیق برآورد پارامترهای l و feff از داده های هیدرولیکی خاک بود. بدین منظور، یک مدل مفهومی (conceptual) تهیه شد که حرکت یک نمک واکنش ناپذیر را بر اساس ویژگی های هیدرولیکی خاک توصیف می کند. شبیه سازی ها به دو روش دترمینستیک و استوکاستیک انجام شد. پارامترهای انتقال املاح با استفاده از منحنی های رخنه شبیه سازی شده و به روش معکوس برآورد شدند. نتایج نشان داد که اختلاف معنی داری بین lی اندازه گیری شده و برآورد شده در روش استوکاستیک در a<0.05 وجود نداشت. با این حال این روش به ویژه در شکل دترمینستیک آن برای مقادیر کم l تمایل به بیش برآوردی و برای مقادیر زیاد آن تمایل به کم برآوردی دارد. مقادیر feff برآورد شده کمتر از تخلخل کل خاک (f) بود که نشان می دهد تنها بخشی از تخلخل کل خاک در انتقال املاح شرکت دارند. این روش می تواند برای برآورد l و feff از روی ویژگی های هیدرولیکی خاک ها استفاده شود.

واگرایی خاک پدیده ای است که طی آن ذرات خاک در اثر تماس با آب به صورت شناور در می آیند و بر اثر نیروی حاصل از جریان آب از محیط خارج می شوند. برای شناسایی پتانسیل واگرایی، روش های آزمایشگاهی متعددی شامل هیدرومتری دوگانه، پین هول، و روش املاح آب منفذی به کار گرفته شده اند. با اینکه ماهیت واگرایی خاک های رسی شیمیایی است نتایج حاصل از روش های شناسایی مبتی بر خصوصیات شیمیایی خاک ها دقیق نیست و با نتایج حاصل از سایر روش ها مطابقت ندارد. این پژوهش به منظور ارزیابی و شناخت چگونگی تاثیر برخی از آنیون های غالب موجود در عصاره اشباع خاک ها در پتانسیل واگرایی به اجرا درآمده است. به این منظور، ابتدا نمونه های خاک با مقادیر مختلف کاتیون و آنیون تهیه و آزمایش های مختلف شناسایی روی آنها اجرا شد. سپس آزمایش های واگرایی به دو روش؛ پین هول و روش املاح محلول در آب منفذی (شرارد) روی کلیه نمونه های طبیعی و مصنوعی اجرا شد. نتایج حاصل از آزمایش ها و بررسی ها نشان داد که واگرایی خاک پدیده ای فیزیکوشیمیایی است که در اثر ترکیب هایی خاص از نوع و میزان آنیون ها و کاتیون های موجود در خاک به وجود می آید و برای ارزیابی پتانسیل واگرایی، علاوه بر میزان و نوع کاتیون ها، لازم است به میزان و نوع آنیون های موجود در عصاره اشباع خاک نیز توجه شود.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

سابقه و هدف: مواد آلی سبب بهبود وضعیت فیزیکی خاک شده و با توجه به افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک، الگوی جذب آلاینده را تغییر داده و از آبشویی آن ها به آب های زیر زمینی جلوگیری به عمل می آورد. انتشارپذیری یکی از مهم ترین پارامترهای مورد استفاده در معادله جابجایی-انتشار است که مقدار آن می تواند تابع فاصله انتقال و همچنین ویژگی های محیط متخلخل باشد. هدف از این تحقیق بررسی روند آبشویی دلتامترین در ستون های خاک تحت تاثیر بیوچار بوده است و در طی این مطالعه منحنی رخنه و ضریب انتشار پذیری این آفتکش در ستون های عمودی خاک تعیین گردید. مواد و روش ها: این تحقیق در ستونهای خاک با ارتفاع 15 و 30 سانتی متری و در بازه ی زمانی 12، 23، 56 و 112روزه و شامل سطوح 5/1 و 3 درصد بیوچار گندم و تیمار شاهد بصورت طرح فاکتوریل بر پایه ی کاملا تصادفی اجرا گردید. غلظت مورد استفاده آفت کش دلتامترین 300 سی سی در هر هزار لیتر در هر هکتار بود. جهت تعیین غلظت باقی مانده فقط یک بار آفت کش با دوز توصیه شده به سطح پاشیده شد و سپس با توجه به سیکلهای آبیاری در نظر گرفته شده تغییرات آفت کش در طول زمان و در عمق های 15 و 30 سانتی متری ستون های خاک مورد مطالعه قرار گرفت. در این پژوهش از روش تحلیلی بریگهام برای بدست آوردن ضریب انتشار پذیری استفاده شد. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین ها در تیمارهای مورد بررسی با استفاده از آزمون آماری LSD و با نرم افزار SAS 9. 4 انجام شد. یافته ها: نتایج نشان داد که غلظت باقی مانده ی آفت کش در عمق صفر تا 15 سانتی متری تیمار های بیوچار 5/1 و 3 درصد وزنی نسبت به شاهد به ترتیب 26 و 43 درصد و در عمق 15 تا 30 سانتی متری به ترتیب 37 و 17 درصد کاهش یافته است. بر اساس نتایج حاصله جذب و تثبیت آفت کش در خاک بوسیله ی تیمار بیوچار 3 درصد وزنی بیشتر از سایر تیمار ها بوده است. در تیمار شاهد با افزایش عمق ضریب انتشار پذیری کاهش یافت، در تیمار اصلاح شده با بیوچار 5/1 درصد با افزایش طول نمونه ضریب انتشار پذیری افزایش پیدا کرد و در تیمار بیوچار 3 درصد با افزایش طول نمونه ها ضریب انتشار پذیری کاهش چشمگیری یافت. ضریب انتشار پذیری دلتامترین در ستون های 15 سانتی متری برای تیمار های شاهد، بیوچار 5/1 درصد، بیوچار 3 درصد به ترتیب 37/5، 1، 59/3 سانتی متر و در ستون های 30 سانتی متری به ترتیب 91/3، 27/1، 92/0 سانتی متر بدست آمد. نتیجه گیری: تولید بیوچار بسیار راحت و مقرون به صرفه بوده و در محدود کردن حرکت و تثبیت آفت کش در خاک موفق بوده و با افزایش درصد وزنی آن در خاک می توان جذب آفت کش به سطح ویژه ی بیوچار ها را افزایش داد.

پیشینه و هدف: پوسته های زیستی خاک مجموعه ای از گلسنگ ها، خزه ها، قارچ ها، سیانوباکتری ها و غیره هستند که بخش از اکوسیستم خاک را تشکیل داده اند. برآورد تراکم و نحوه توزیع پوسته های زیستی خاک در مناطق خشک و نیمه خشک کشور ایران که موضوع فرسایش و هدر رفت خاک از اهم مسائل است، اهمیت بسزایی دارد. روش های مبتنی بر تکنیک سنجش ازدور به لحاظ هزینه و زمان کمتر روش هایی کارآمد برای دستیابی به این هدف مهم می باشند. دشت سگزی یکی از نقاط بحرانی فرسایش بادی در ایران است و شناسایی و تعیین نحوه توزیع پوسته های زیستی خاک به عنوان عامل اصلاح کننده خاک گامی مؤثر در کاهش فرسایش بادی منطقه است. در این تحقیق شاخص BSCI (Biological Soil Crust) برای تهیه نقشه پراکنش پوسته های زیستی خاک با غالبیت گلسنگ به کار گرفته شده است. مواد و روش ها: محدوده موردمطالعه بخشی از بیابان سگزی (بیابان های مرکزی ایران) است که در استان اصفهان از کشور ایران واقع شده است. محدوده موردمطالعه با مساحت 199. 5 هکتار بین طول های شرقی"32 ́ 52 ̊ 51 تا "41 ́ 27 ̊ 52 و عرض های شمالی "31 ́ 33 ̊ 32 تا "01 ́ 55 ̊ 32 گسترده شده است. شیب متوسط دشت سگزی 1. 08 درصد و ارتفاع متوسط آن 1680 متر است. بر اساس آمار ایستگاه هواشناسی شرق اصفهان (ایستگاه شهید بهشتی) متوسط بارش سالیانه منطقه 106 میلی متر است. بر اساس طبقه بندی اقلیمی دومارتن، اقلیم منطقه از نوع خشک و براساس طبقه بندی آمبرژه از نوع خشک سرد است. شاخص BSCI شاخصی ترکیبی از روابط مورداستفاده برای برآورد پوشش گیاهی و سطح خاک لخت است و رابطه ریاضی آن شیب خط خاک لحاظ شده است. برای محاسبه خط خاک در یک منطقه، نخست باید پیکسل هایی که دارای خاک لخت بوده و هیچ پوشش گیاهی ندارند جدا شوند. به منظور محاسبه معادله خط خاک، در چهارفصل سال تصاویر ماهواره Landsat OLI 8 مربوط به سال 1397ز سایت سازمان زمین شناسی آمریکا دانلود شده و تعداد 20 الی 30 پیکسل خالص خاک لخت استخراج و با ترسیم مقادیر بازتاب این پیکسل ها در محدوده باند قرمز و مادون قرمز نزدیک ضرایب خط خاک برای هر یک از فصل های سال در دشت سگزی محاسبه شد. بر اساس این شاخص، شناسایی پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ، با استفاده از انعکاس طیفی حداقل VIS-NIR و شیب بین باند قرمز و سبز در مقایسه با خاک لخت و پوشش گیاهی خشک صورت می گیرد. با استفاده از نرم افزار ENVI نقشه پراکنش پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ در چهارفصل از سال 1397 در دشت سگزی تهیه شدند. سپس نقشه های تهیه شده براساس نقاط زمینی اعتبارسنجی شده و میزان صحت کل و شاخص کاپا در هر چهارفصل محاسبه شدند. نمونه های گلسنگ جمع آوری شده بر اساس خصوصیات مرفولوژیکی آن ها و با استفاده از استریومیکروسکوپ، میکروسکوپ معمولی و معرف های رنگی متداول از قبیل هیدروکسید پتاسیم (KOH) شناسایی شدند. پس از اعمال شاخص BSCI بر روی تصویر ماهواره لندست 8، با استفاده از نرم افزار ENVI پروفیل طیفی مربوط به 4 نقطه از دشت سگزی در چهارفصل از سال تهیه شد و میزان بازتابش طیفی در چهارفصل از سال در نقاط مختلف بررسی شدند. نتایج و بحث: شیب خط خاک در فصل بارش که هم زمان با رشد گیاهان علفی و یک ساله است در مقایسه با فصل تابستان که حداقل میزان بارش را داشته و همچنین گیاهان یک ساله خشک شده و از بین رفته اند، کمتر است. در اردیبهشت ماه شیب خط خاک حداقل بوده (0. 39) و در اواخر تابستان حداکثر مقدار خود را دارد (0. 78). در حقیقت شیب خط خاک از اسفندماه تا اردیبهشت رو به کاهش نهاده و سپس با از بین رفتن پوشش گیاهی یک ساله و افزایش سطح خاک لخت بیشتر شده است. نقشه های پراکنش پوسته های زیستی در هر چهارفصل سال طی بازدیدهای میدانی اعتبار سنجی شدند و سال معلوم شد که بیشترین میزان صحت نقشه مربوط به نقشه تولیدشده از تصویر لندست 8 مربوط به فصل تابستان با میزان صحت کل 94 درصد و شاخص کاپا برابر با 0. 7412 بوده است. تفسیر پروفیل طیفی شاخص BSCI نشان دادن که بازتابش طیف مربوط به زفره و فشارک که بر روی نقاط با پراکنش گلسنگ ها تهیه شده است بسیار نزدیک به هم بوده و همچنین پروفیل طیف مربوط به اواسط پاییز و اوایل بهار کاملاً منطبق بر هم است. درحالی که در فساران که فاقد پوشش پوسته های زیستی بود مقدار بازتابش بیشتر است و اختلافی جزئی بین نمودار بازتابش پاییز و بهار وجود داشت. هرچند مقادیر بازتابش طیفی از اراضی کشاورزی و نقاط پراکنش پوسته های زیستی بسیار نزدیک به هم است لیکن نمودار طیفی هر چهارفصل اختلاف زیادی با یکدیگر دارند. لیکن در همه فصول از سال و در همه نقاط کمترین بازتابش در اول زمستان و بیشترین بازتابش در فصل تابستان اتفاق افتاده است. اقلیم دشت سگزی مدیترانه ای بوده و بارش در فصل سرد سال انجام می شود هم زمان با افزایش بارش ها از اواسط پاییز گیاهان یک ساله و خزه ها در پای بوته ها شروع به رشد نموده و در اوایل زمستان به اوج خود رسیده اند و دوباره در آغاز بهار هم زمان با کاهش بارندگی ها رو تراکم آن ها کاهش یافته است. چنانچه طیف مربوط به زمستان در همه نقاط کمترین بازتابش را داشته است. درحالی که در اواخر فصل تابستان که گیاهان یک ساله و خزه ها خشک شده اند بیشترین بازتابش طیفی را داشته است. در فساران که منطقه ای لم یزرع و محل دپوی زباله هاست، حداکثر میزان بازتابش را نشان داده است. بنابراین شاخص BSCI نسبت به درصد ماده آلی خطای فاحشی در تشخیص پوسته های زیستی خاک دارد و درجایی که ماده آلی بالا باشد ممکن است تشخیص درستی از پوسته های زیستی خاک ارائه ندهد. البته ازآنجاکه شاخص BSCI برای تشخیص ترکیبات گلوگان در بافت های گلسنگ تعریف شده است. میزان خطای در خصوص ماده آلی به حداقل کاهش می یابد. همان طور که مشاهده شده است در نقشه نهایی در فساران پوشش پوسته های زیستی وجود ندارد و تنها در نواحی اطراف فساران در مناطق زراعی پوسته های زیستی خاک مشاهده می شوند. در مناطق زراعی با توجه به دخالت انسان و کشت و زرع میزان گیاهان یک ساله متفاوت با عرصه منابع طبیعی در فصول مختلف سال است و به همین دلیل بااینکه بازتابش طیفی تقریباً نزدیک به زفره و فشارک است لیکن نمودار طیفی پاییز و زمستان کاملاً از یکدیگر تفکیک شده اند. نتیجه گیری: شباهت طیفی مهم ترین پوشش سطحی خاک ازجمله پوشش گیاهی، دخالت عوامل انسانی در افزایش یا کاهش ماده آلی خاک، خاک لخت و غیره میزان کارایی شاخص BSCI را محدود می کند و ازاین رو در بازه زمانی تصاویر ماهواره ای و شرایط منطقه ای تأثیر زیادی در میزان دقت شاخص BSCI دارد.