سابقه و هدف: تجمع عناصر سنگین در خاک در بسیاری از نقاط دنیا مشکلات زیست محیطی فراوانی را به وجود آورده اند. غلظت زیاد این عناصر در خاک ممکن است به مقداری زیاد به وسیله گیاه جذب شود و این مهم ترین راه ورود عناصر سنگین به زنجیره غذایی انسان و دام و چرخه های بیولوژیک است. بنابراین بررسی چگونگی انباشت این عناصر به منظور جلوگیری از آلودگی خاک و زیست بوم ضروری است. در میان عناصر سنگین، کادمیم به دلیل تحرک بالا در سیستم های بیولوژیک و توانایی تجمع درگیاهان بدون ایجاد هر گونه نشانه های قابل رویت به عنوان یکی از خطرناک ترین عناصر سنگین در نظر گرفته شده است. با توجه به اینکه کادمیم در خاک های اسیدی در محدوده 4.5 pH تا 5.5 متحرک بوده و برنج نیز در خاک های اسیدی بهترین رشد را دارد و نیز با توجه به نقش برنج در سلامت جامعه، این تحقیق با هدف بررسی آلودگی خاک شالیزارهای استان گیلان به کادمیم انجام شد.مواد و روش ها: بدین منظور تعداد 100 نمونه خاک از عمق 0-20 سانتی متری به طور تصادفی و با استفاده از دستگاه GPS پیش از کوددهی و کشت و پس از برداشت محصول از شالیزارهای مختلف استان تهیه شد. برای تجزیه خاک، نمونه های خاک برداشت شده پس از خشک شدن، از الک 2 میلی متری عبور داده شد. غلظت کادمیم کل و نیز برخی ویژگی های خاک شامل بافت خاک، هدایت الکتریکی، واکنش خاک، جرم ویژه ظاهری و حقیقی و ماده آلی خاک اندازه گیری شد. توزیع مکانی و پراکنش فلز سنگین کادمیم با استفاده از روش های مختلف زمین آماری شامل IDW،Spline  و Kriging در محیط GIS بررسی شد.نتایج و بحث: نتایج حاصل از تجزیه های فیزیکی و شیمیایی خاک نشان داد که متوسط pH خاک های مورد آزمایش 6.48 و شوری عصاره اشباع 1.59 دسی زیمنس بر متر بوده که این مقدار شوری برای کشت گیاه برنج مشکلی ایجاد نمی کند. درصد شن نمونه های خاک بین 4 الی 35، سیلت بین 28 الی 49 و رس بین 39 الی 65 درصد بوده که بدین ترتیب بافت خاک ها در محدوده Clay Loam، Silty Clay و Clay بوده که خاکی نسبتا سنگین تا سنگین و برای کشت گیاه برنج مناسب است. مقدار ماده آلی به طور متوسط 1.78 و دامنه تغییرات کادمیم کل خاک نیز پیش از کشت و پس از برداشت محصول به ترتیب با کمینه 0.65 و 1.97 و بیشینه 1.40 و 11.05 بود. از میان روش های زمین آماری بررسی شده برای توزیع مکانی و پراکنش کادمیم روش کریجینگ معمولی با مدل کروی به عنوان بهترین روش انتخاب شد.نتیجه گیری: بر اساس نتایج به دست آمده بخشی از منطقه مورد بررسی پس از برداشت محصول طبق شاخص Kelly آلوده بوده که می تواند بیانگر تاثیر استفاده از کودهای شیمیایی و مدیریت غیراصولی اراضی باشد و باید استفاده از این کودها با احتیاط بیشتری انجام شود. نقشه حاصل می تواند برای بررسی و مدیریت استفاده صحیح کودهای شیمیایی برای حاصلخیزی زمین های شالیزاری استفاده شود.

هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) یکی از مهمترین ویژگی های فیزیکی خاک است. اندازه گیری مستقیم این ویژگی در خاک، پر زحمت و زمان بر است. توابع انتقالی رگرسیونی روشی برای برآورد خصوصیات خاک از داده های زودیافت خاک فراهم می کند. تجزیه علیت، روش مکمل تجزیه رگرسیونی است و قادر به جداسازی اثرات مستقیم و غیر مستقیم متغیرهای مستقل بر متغیر وابسته است. هدف این پژوهش، تعیین عامل های موثر بر هدایت هیدرولیکی اشباع خاکهای شالیزاری با استفاده از رگرسیون خطی چندگانه و جداسازی اثرات مستقیم و غیرمستقیم آنها بر Ks با استفاده از روش تجزیه علیت می باشد. تعداد 70 نمونه خاک با بافت متوسط تا سنگین از اراضی شالیزاری استان گیلان بعد از برداشت محصول برنج جمع آوری شد. دامنه تغییرات pH بیانگر وضعیت اسیدی متوسط تا خنثی در خاک های شالیزاری منطقه مورد مطالعه بود. نتایج نشان داد که مدل رگرسیونی با متغیرهای ورودی میانگین و انحراف معیار هندسی قطر ذرات، درصد رطوبت خاک در نقطه ظرفیت مزرعه و جرم مخصوص ظاهری می تواند هدایت هیدرولیکی اشباع را با دقت خوبی برآورد نماید R2adj=0.84) و (RMSE=0.5 بر اساس نتایج تجزیه علیت مشخص شد که با وجود همبستگی مثبت بین جرم مخصوص ظاهری و هدایت هیدرولیکی اشباع، اثر مستقیم جرم مخصوص ظاهری بر Ks منفی است. بیشترین اثر مستقیم خصوصیات خاک بر Ks در خاک های شالیزاری از طریق رطوبت حجمی خاک در ظرفیت مزرعه به دست آمد که نشان دهنده اهمیت این پارامتر در پیش بینی هدایت هیدرولیکی اشباع است.

تعیین غلظت بحرانی فسفر در خاک های شالیزاری به دلایل متعدد اقتصادی و زیستی حائز اهمیت می باشد. این تحقیق با هدف تعیین غلظت بحرانی فسفر در خاک های شالیزاری استان گیلان (تحت کشت برنج رقم هاشمی) اجرا گردید و از 6 روش عصاره گیری مختلف شامل اولسن، مورگان، سلطانپور، کول ول، بری و مهلیخ 3 استفاده شد. از میان 100 مزرعه ای که خاک آنها تجزیه گردید، 27 مزرعه به گونه ای انتخاب شدند که ویژگی های خاکی موثر بر فسفر قابل جذب گیاه (مواد آلی، pH و فسفر قابل استخراج) بیشترین دامنه تغییرات را داشته باشند. در مزارع انتخابی، کود سوپر فسفات تریپل در مقادیر صفر و 120 کیلوگرم در هکتار اضافه و غلظت بحرانی فسفر برای عصاره گیرهایی که همبستگی معنی داری با عملکرد دانه برنج نشان دادند با استفاده از روش تصویری کیت- نلسون محاسبه گردید. این غلظت برای روش های کول ول 35، اولسن 16، سلطانپور 3 و مورگان 4.5 میلی گرم در کیلوگرم خاک بود. با توجه به همبستگی خوب روش عصاره گیری اولسن با عملکرد نسبی دانه، همچنین نیاز به زمان کمتر و ارزان بودن، این روش به عنوان روش مناسب برای عصاره گیری فسفر قابل جذب و توصیه مصرف کودهای فسفاتی در شالیزارهای منطقه پیشنهاد می شود.

اثرات درازمدت کاشت گیاه برنج در اراضی شالیزاری و تحت شرایط متفاوتی از مدیریت منابع کودی بر روی شکل های مختلف فسفر از منظر تغذیه ای و زیست محیطی بسیار با اهمیت است. سنجش کمی و کیفی شکل های مختلف فسفر در خاک دیدگاه روشنی از توانایی تامین فسفر برای گیاهان زراعی را پیش روی ما قرار می دهد. در این پژوهش تلاش شده است تا با اندازه گیری کمی شکل های مختلف فسفر در اراضی شالیزاری و یافتن روابط آن ها با ویژگی های مهم فیزیکی و شیمیایی خاک، به تاثیر این شکل های فسفر بر روی میزان فسفر قابل استفاده پرداخته شود. در 103 نمونه خاک سطحی (30-0 سانتی متری) از شالیزارهای شهرستان صومعه سرا در استان گیلان و بر پایه توزیع جغرافیایی یکنواخت، فسفر معدنی با دامنه تغییرات 1427.5-60 و با میانگین 353 میلی گرم در کیلوگرم، در حدود 62.6 درصد از فسفر کل و فسفر آلی با دامنه تغییرات 525-25 و میانگین 210 میلی گرم در کیلوگرم، 37.4 درصد از فسفر کل (با دامنه تغییرات 1677.5-218 و با میانگین 563 میلی گرم در کیلوگرم) را در بر می گیرد. در بین شکل های مختلف فسفر معدنی، فسفر پیوندیافته با کلسیم (64 درصد) غالب و به دنبال آن فسفر پیوندیافته با آهن با میانگین (31.34 درصد)، فسفر پیوندیافته با آلومینیوم (4.4 درصد) و فسفر محلول (0.26 درصد) قرار داشتند. فسفر پیوندیافته با کلسیم با pH (0.56**)، فسفر پیوندیافته با آهن و آلومینیم با کربن آلی (**0.4)، فسفر آلی با گنجایش تبادل کاتیونی (**0.66) و فسفر محلول با کربن آلی (*0.205-) دارای بیش ترین همبستگی خطی معنی دار بودند. همچنین گنجایش تبادل کاتیونی و کربنات کلسیم معادل و کربن آلی نسبت به سایر ویژگی های خاک تاثیر بیش تری بر فسفر قابل استفاده از خود نشان می دهند. بر پایه ضریب تبیین شده مدل های رگرسیونی خطی چندمتغیره نشان می دهد که فسفر پیوندیافته با کلسیم در بین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک بیش ترین تاثیر را به ترتیب از اسیدیته، کربن آلی، مقدار رس، گنجایش تبادل کاتیونی و کربنات کلسیم معادل (Adj.R2=0.455*)، می پذیرد و فسفر پیوندیافته با آلومینیوم تنها از کربن آلی (*0.15)، و فسفر پیوندیافته با آهن از اسیدیته و کربن آلی (*0.274) و نیز فسفر آلی از گنجایش تبادل کاتیونی و کربن آلی (*0.471) تاثیر می پذیرند. همچنین فسفر قابل استفاده با تمام شکل های فسفر همبستگی معنی داری در سطح 5 درصد از خود نشان می دهند. اما بیش ترین تاثیر را به ترتیب از فسفر پیوندیافته با آلومینیم، فسفر آلی، فسفر محلول و در نهایت از فسفر پیوندیافته با کلسیم می پذیرند.

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

سابقه و هدف: کیفیت فیزیکی خاک، نقشی اساسی در مطالعات کیفیت خاک دارد و بررسی آن برای تولید پایدار اقتصادی، حفظ محیط زیست و جلوگیری از تخریب خاک، ضروری به نظر می رسد. در تعیین شاخص های کیفیت فیزیکی خاک و محدوده ی بهینه آن ها می بایست شرایط خاص کاربری اراضی و نوع گیاه کشت شده نیز در نظر گرفته شود. در اراضی شالیزاری برخلاف دیگر کاربری ها، با اضافه کردن آب به خاک و گلخراب کردن بسیاری از ویژگی ها و رفتارهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژی خاک تغییر می کند، از این رو انتظار بر این است که محدودیت های آن نیز با دیگر خاک ها متفاوت باشد. لذا این پژوهش با هدف بازنگری تعریف شاخص آب قابل استفاده خاک در ارزیابی کیفیت فیزیکی خاک براساس شرایط خاص گیاه برنج و عملیات آماده سازی اراضی شالیزاری انجام شد. مواد و روش ها: 40 نمونه خاک سطحی از اراضی شالیزاری استان گیلان انتخاب و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک اندازه گیری شد. علاوه بر شاخص S دکستر، شاخص آب قابل استفاده گیاه (PAW) به سه روش مختلف 1) بافرض رطوبت ظرفیت مزرعه ای در مکش 100 سانتی متر به عنوان حد بالای قابلیت دسترسی آب خاک (PAW100) 2) با فرض رطوبت ظرفیت مزرعه ای در مکش 330 سانتی متر (PAW330) و 3) بازتعریف شاخص PAW با استفاده از رطوبت اشباع و رطوبت در مکش 2000 سانتی متر به ترتیب به عنوان حد بالا و پایین آب قابل استفاده گیاه برنج (PAWrice) محاسبه شد. یافته ها: نتایج نشان داد که با فرض رطوبت ظرفیت مزرعه ای در مکش 100 و 330 سانتی متر به ترتیب 65 و 55 درصد نمونه های خاک دارای کیفیت فیزیکی مناسبی بودند. در حالی که بازنگری شاخص PAW در اراضی شالیزاری ( محاسبه شاخص با استفاده از روش سوم، PAWrice) مؤید کیفیت فیزیکی خوب تا عالی در 5/57 درصد از نمونه های مورد مطالعه بود. در نمونه های مورد مطالعه، استفاده از PAW100 مقدار آب قابل استفاده خاک را در تمامی کلاس های بافت خاک بیش از مقدار واقعی برآورد نمود. درحالی که استفاده از مفهوم PAW330 موجب بیش برآورد آب قابل استفاده خاک در کلاس های بافت خاک متوسط (شامل بافت های لوم سیلتی و لوم رسی سیلتی) گردید. اما، با سنگین تر شدن بافت خاک، مقدار آب قابل استفاده خاک را کمتر از مقدار واقعی برآورد نمود. تغییرات میانگین شاخص S دکستر و PAWrice در کلاس های بافت خاک مورد مطالعه با روند مشابه و به صورت بافت خاک لوم سیلتی  بافت رس سیلتی  بافت لوم رسی سیلتی  بافت لوم رسی  بافت رسی مشاهده شد. بایستی به این نکته نیز توجه نمود علی رغم بازنگری در تعریف شاخص آب قابل استفاده خاک در اراضی شالیزاری مقدار شاخص S دکستر در محدوده مطلوب شاخص مذکور در خاک های مورد مطالعه بیش از 035/0 به دست آمد. نتیجه گیری: تفاوت در محدوده قابلیت دسترسی آب خاک در اراضی شالیزاری و اثر آن بر عملکرد گیاه برنج مؤید لزوم بازنگری در تعریف شاخص آب قابل استفاده خاک در اراضی شالیزاری بود. علاوه بر این، علی رغم بازنگری شاخص آب قابل استفاده خاک در اراضی شالیزاری، نتایج نشان داد که احتمالا حد آستانه 035/0 برای شاخص S دکستر برای ارزیابی کیفیت فیزیکی خوب خاک از لحاظ قابلیت دسترسی آب خاک برای گیاه در اراضی شالیزاری مناسب است.

کیفیت خاک به طور مستقیم قابل اندازه گیری نبوده و از شاخص های کیفیت خاک تعیین می شود. شیب در نقطه عطف منحنی مشخصه آب خاک (S) از جمله این شاخص ها است. این شاخص با عوامل مختلفی مانند کربن آلی، جرم مخصوص ظاهری، بافت و ساختمان خاک در ارتباط است. مطالعه جاری با هدف مقایسه سه مدل برای تعیین شاخص S و ارزیابی کیفیت فیزیکی خاک های شالیزاری با استفاده از آن انجام شد. برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی (بافت خاک، جرم مخصوص ظاهری، کربن آلی، رطوبت اشباع، رطوبت ظرفیت مزرعه و رطوبت در نقطه پژمردگی دائم) در 35 نمونه دست خورده از خاک های شالیزاری شرق و غرب گیلان اندازه گیری شد. پارامترهای مدل ون گنوختن با نرم افزار RETC و پارامترهای مدل های بروکز و کوری و گرانولت و گرانت با استفاده از نرم افزار MATLAB تعیین و شیب نقطه عطف منحنی مشخصه و شاخص S با استفاده از مدل ها محاسبه شد. شاخص های میانگین هندسی نسبت خطا (GMER)، انحراف استاندارد هندسی نسبت خطا (GSDER)، میانگین خطا (ME) و ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، برای ارزیابی نکوئی برازش مدل ها و شاخص های(S) محاسبه شده از آنها بکار رفتند. مدل گرانولت و گرنت با حداقل میانگین خطا و حداقل ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده در همه مکش ها توانست منحنی مشخصه خاک های مورد مطالعه را بهتر شبیه سازی کند. همچنین میانگین هندسی نسبت خطا و انحراف استاندارد هندسی نسبت خطا در این مدل نسبت به دو مدل دیگر در همه مکش ها به یک نزدیکتر بود. استفاده از مدل گرانولت و گرنت در تعیین شاخص S با ME=-0. 015 و NRMSE=0. 4 در مقایسه با سایر مدل ها از صحت بیشتری برخوردار بود. میانگین هندسی نسبت خطا و انحراف استاندارد هندسی نسبت خطا نیز در مدل گرانولت و گرانت کمتر از سایر مدل ها بود (GMER=0. 85 و GSDER=1. 33). شاخص S با رس، جرم مخصوص ظاهری و رطوبت نقطه پژمردگی دائم همبستگی منفی معنی دار (P<0. 01) و با رطوبت قابل استفاده و سایر ویژگی ها همبستگی مثبت معنی دار (P<0. 05) داشت. علی رغم اینکه برخی پژوهشگران بیان نموده اند که استفاده از شاخص S نمی تواند معیار مناسبی از کیفیت فیزیکی خاک باشد ولی شاخص Sتعیین شده در خاک های شالیزاری مورد مطالعه، همبستگی معنی داری با بسیاری از ویژگی های موثر بر کیفیت فیزیکی خاک داشت. بنابراین به جای اندازه گیری چندین ویژگی موثر بر کیفیت فیزیکی خاک می توان با استفاده از این شاخص شرایط فیزیکی خاک های مختلف و اثر عملیات مدیریتی بر آنها را مقایسه نمود. در خاک های شالیزاری مورد مطالعه، شاخص کیفیت فیزیکی بیش از 035/0بود که نشان دهنده کیفیت مناسب خاک ها برای شالیزاری است.

رشد سریع جمعیت و به دنبال آن افزایش نیاز غذایی، شناخت روابط عملکرد و شرایط خاک را ضروری می سازد. یکی از شاخص هایی که شرایط خاک و ویژگی های مربوط به آن را به خوبی نشان می دهد شاخص کیفیت خاک است. این پژوهش به منظور تعیین اثر کیفیت خاک بر عملکرد برنج در شمال ایران (استان گیلان) انجام گردید. 64 نمونه خاک از مزراع برنج، برای اندازه گیری ویژگی های فیزیکی و شیمیایی موثر برکیفیت خاک تهیه و همچنین عملکرد برنج نیز در مزارع مذکور با استفاده از پلات گذاری تعیین شد. سپس عملکرد کل منطقه به سه کلاس با عملکردهای کمتر از 4000 کیلوگرم بر هکتار (کلاس یک)، 4000 تا 4500 کیلوگرم بر هکتار (کلاس دوم) و بالاتر از 4500 کیلوگرم بر هکتار (کلاس سوم) تقسیم شد. برای تعیین شاخص کیفیت خاک از میان ویژگی های مطالعه شده 16 ویژگی به عنوان شاخص های انتخابی روش کل داده ها (TDS) و پنج ویژگی با استفاده از تجزیه به مولفه های اصلی به عنوان شاخص های انتخابی روش مجموعه حداقل داده ها (MDS) انتخاب شد. از منطق فازی برای نمره دهی و مفهوم شاخص اشتراک برای وزن دهی شاخص ها استفاده و در نهایت تلفیق آنها با استفاده از روش افزایشی وزن دار انجام شد. بررسی نتایج شاخص کیفیت، همبستگی مثبت و بالا در دو روش TDS و MDS را نشان داد (R2=0. 87). نتایج ضریب همبستگی بین عملکرد و SQI به روش TDS (R2=0. 52) بالاتر از SQI به روش MDS (R2=0. 28) بود. در روش MDS نیز مانند روش TDSشاهد روند افزایشی در مقدار SQI کلاس های بالاتر عملکرد بوده، اما اختلاف معنی دار در بین کلاس دوم و سوم دیده نشد. تفاوت در بین کیفیت خاک با عملکردهای پایین تر با روش MDS معنی دار است اما این تفاوت در سطوح بالاتر عملکرد کمتر قابل تمیز می باشد، زیرا با کاهش تعداد شاخص ها دقت و حساسیت ارزیابی کیفیت خاک کاهش می یابد.