اندازه­گیری مستقیم میانگین وزنی قطر (MWD) خاکدانه­های تر به­عنوان یکی از شاخص­های مهم برای ارزیابی پایداری ساختمان خاک، کاری وقت­گیر و پرهزینه است. هدف پژوهش حاضر مقایسه دقت مدل رگرسیون خطی چندگانه (MLR) و دو مدل هوشمند شامل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و برنامه­ریزی بیان ژن (GEP) در برآورد MWD از روی متغیرهای زودیافت و سهل­الوصول خاک بود. برای این منظور، 80 نمونه خاک سطحی دست­خورده و دست­نخورده از عمق صفر تا cm 10 اراضی جنگلی، مرتعی و زراعی منطقه فندقلوی استان اردبیل جمع­آوری شد. سپس برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی زودیافت آن­ها و میانگین وزنی قطر (MWD) خاکدانه­های تر مطابق روش­های معمول و استاندارد تعیین گردید. داده­ها به­طور تصادفی به دو مجموعه آموزشی (60 داده) و آزمونی (20 داده) تقسیم گردید. مدل­های MLR، ANN و GEP به­ترتیب با به­کارگیری نرم­افزارهای SPSS، MATLAB و Gene Xpro Tools ایجاد شدند. نتایج نشان­دهنده همبستگی مثبت و معنی­دار (**59/0 r=) بین شن و کربن آلی خاک بود. شن، کربن آلی و میانگین هندسی قطر (GMD) خاکدانه­های خشک از مهمترین متغیرهای ورودی مدل­ها در برآورد MWD خاکدانه­های تر بودند. براساس داده­های آزمونی، مقادیر ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME) و ضریب نش-ساتکلیف (NS) برابر 52/0، mm 48/0، mm 13/0 و 48/0، 85/0، mm 30/0 ، mm 03/0 و 78/0، 79/0، mm 35/0، mm 10/0 - و 95/0 به­ترتیب در بهترین مدل MLR، ANN و GEP به­دست آمد. بنابراین مدل MLR در مقایسه با مدل­های هوشمند از دقت کمتری و خطای بیشتری در برآورد MWD برخوردار بود؛ مدل ANN به علت داشتن R2 و NS بالا و RMSE پایین توانست در مقایسه با دو مدل دیگر، MWD خاکدانه­های تر را با دقت زیاد و خطای کم در منطقه مورد مطالعه تخمین بزند.

یکی از مهمترین آلاینده ها ی آلی، هیدروکربن های نفتی هستند که غالباً از طریق صنایع نفت وارد محیط زیست پیرامونی می شوند. در این پژوهش تأثیرات زئوپلانت و زغال زیستی باگاس به عنوان اصلاح کننده های آلی-معدنی و آلی بر برخی از ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک های آلوده، در محدوده ی میدان نفتی اهواز-منطقه ی بهره برداری نفت و گاز کارون ارزیابی شد. پس از بازدید های میدانی و نمونه-برداری به روش سیستماتیک کاملاً تصادفی درون بلوک، نمونه های خاک مناطق آلوده به هیدروکربن های نفتی، به گلدان منتقل و سپس تیمارهای آزمایشی در سطوح 2، 4 و 6 درصد وزنی به خاک افزوده شدند. نمونه خاک های آلوده، برای مدت زمان 100 روز انکوباسیون شدند و در طول دوره ی انکوباسیون رطوبت خاک در سطح 25 و 50 درصد ظرفیت زراعی (FC) تنظیم گردید. پس از اتمام دوره ی انکوباسیون پارامتر های پایداری خاکدانه، شاخص تردی خاکدانه، حدود آتربرگ و کلاس آبگریزی خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد در اثر افزودن زئوپلانت با سطح 6 درصد و رطوبت 50 درصد FC، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) از 3/1 میلی متر در تیمار شاهد به حدود 6/0 میلی متر کاهش یافته است. برای هر دو تیمار، با افزایش سطح تیمار، شاخص تردی افزایش یافت که این افزایش در سطح رطوبتی 50 درصد FC بیشتر بوده است؛ ولیکن در سطح 6 درصد، کاهش در شاخص تردی خاکدانه مشاهده شده است. افزودن زغال-زیستی در سطوح 2 و 4 درصد، MWD را کاهش داده است؛ درحالی که افزودن 6 درصد زغال زیستی منجر به افزایش MWD، به عنوان شاخص پایداری خاکدانه ای شده است. نتایج نشان داد که افزودن تیمارهای زئوپلانت و زغال زیستی باگاس سبب افزایش رطوبت حدروانی و حدخمیری خاک و در نتیجه کاهش شاخص خمیرایی (Plastic index, PI) شده اند. در مجموع، تیمارهای آلی-معدنی بر روی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک تأثیرگذار بوده است. بدین ترتیب نیاز است مقدار و چگونگی افزودن تیمارها به خاک لحاظ شده و به عنوان راهکاری مدیریتی در هرم تصمیم گیری دیده شود.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک و شرایط آزمایش بر پایداری ساختمان خاک موثرند. در این پژوهش اثر شرایط آزمایش در کنار ویژگی های ذاتی بر پایداری خاکدانه های شماری از خاک های استان همدان به کمک روش الک تر و اندازه گیری مقاومت کششی خاکدانه ها بررسی شد. از دو شاخص میانگین وزنی قطر (MWD) و مقاومت کششی (Y) خاکدانه ها برای بیان پایداری ساختمان خاک استفاده شد. در روش الک تر و با استفاده از پیش - تیمار مرطوب کردن آهسته، سه زمان متفاوت (5، 10 و 15 دقیقه) الک کردن خاکدانه ها در آب به منظور اعمال تنش های مکانیکی - آبی در نظر گرفته شد. مقاومت کششی خاکدانه ها نیز در دو شرایط رطوبتی هوا - خشک و مکش ماتریک 500kPa به روش غیرمستقیم برزیلی اندازه گیری شد. با توجه به پایداری ساختمانی نسبتا ضعیف خاک های همدان که از ویژگی های مناطق خشک و نیمه خشک است، زمان های کوتاه الک کردن خاکدانه ها برای تشخیص تغییرات پایداری ساختمان ناشی از ویژگی های ذاتی مناسب تر بود. در بین ویژگی های موثر بر MWD، بیشترین نقش مربوط به ماده آلی بود. از سه ویژگی ذاتی ماده آلی، رس و کربنات کلسیم که اثر آنها بر Y خاکدانه ها بررسی شد، تاثیر ماده آلی به مراتب بیشتر از دو ویژگی دیگر بود. بالاترین ضریب تبیین (R2) برای رابطه Y خاکدانه ها با ویژگی های ذاتی خاک های مورد بررسی در مکش ماتریک 500kPa حاصل شد. نقش ماده آلی در این خاک ها در ایجاد خاکدانه های پایدار نسبت به سایر ویژگی های خاک بیشتر قابل توجه است. نتایج این پژوهش، زمان های کوتاه الک کردن (5 دقیقه در الک تر) و مکش ماتریک 500kPa را برای اندازه گیری مقاومت کششی برای ارزیابی پایداری ساختمان خاک های استان همدان توصیه می کند.

پاشمان به عنوان مرحله ای مهم از فرآیند فرسایش خاک، باعث جدایش ذرات خاک و آماده شدن آن ها برای انتقال توسط روان آب می گردد. مقدار پاشمان به ویژگی های متعددی از عامل فرساینده (باران) و محیط فرسایش پذیر (خاک) بستگی دارد. ویژگی های مختلف خاک دانه از جمله مهم ترین عوامل مؤثر خاک بر پاشمان و متعاقباً بر فرسایش هستند که در پژوهش های مرتبط با فرسایش خاک مورد توجه قرار گرفته اند. لذا پژوهش حاضر نیز به منظور ارزیابی تغییرات پاشمان خاک در قطرهای مختلف خاک دانه (75/1، 55/3 و 18/5 میلی متر) در یک خاک لومی-رسی-شنی از منطقه مادری حوزه آبخیز کجور انجام گردید. داده ها با قرار دادن فنجان های پاشمان با شیب 18 درصد تحت شبیه سازی باران با شدت و مدت ثابت به ترتیب 80 میلی متر در ساعت و 28/18 دقیقه و در سه تکرار برای هر تیمار از قطر خاک دانه برداشت شد. نتایج نشان داد که اگرچه با افزایش قطر خاک دانه، متغیر های مقدار پاشمان خاک در جهت های بالادست و پایین دست شیب و پاشمان خالص و ناخالص کاهش پیدا کرد، اما این کاهش در هیچ یک از متغیرها، معنی دار نبود. بیش ترین و کم ترین مقادیر کاهش در متغیرهای پاشمان به ترتیب مربوط به پاشمان خالص (75/83 درصد) و پاشمان بالادست (55/72 درصد) بود. نتایج هم چنین نشان داد که با افزایش متوسط قطر خاک دانه از 75/1 به 55/3 میلی متر (2 برابر)، مقدار پاشمان ذرات خاک 57 درصد و با افزایش متوسط قطر خاک دانه از 75/1 به 18/5 میلی متر (3 برابر)، 84 درصد کاهش یافت.

خاک ورزی از جمله عوامل مدیریتی مهمی است که می تواند موجب تخریب یا بهبود ساختمان خاک شود. نوع ادوات خاک ورزی و شکل چرخ های ماشین کشاورزی موجب تغییر ساختمان خاک می شود، لذا یک آزمایش مزرعه ای در مرکز تحقیقات کشاورزی همدان روی یک خاک Coarse Loamy Mixed Mesic Calcixerolic Xerocrepts جهت اندازه گیری و بررسی اثرات خاک ورزی و تراکم ناشی از تردد چرخ ها بر برخی از خصوصیات فیزیکی خاک انجام شد. تیمارها شامل دو روش خاک ورزی با گاوآهن برگردان دار و خاک ورزی حفاظتی (CP MP) بود که با استفاده سه تراکتور رایج در ایران [John Deer (J), Romany (R) and Massey Ferguson (MF)] اجرا شدند. محل تردد و بدون تردد از دیگر تیمارهای مورد بررسی در این تحقیق بودند. آزمایش به صورت کرت های خردشده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. نمونه های خاک در آخر فصل رشد گندم از محل تردد چرخ و محل بدون تردد از چهار لایه برداشت شد و از نظر چگالی ظاهری (BD)، شاخص مخروطی (CI) و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) مقایسه شدند. اثر هر دو روش خاک ورزی در روی BD در هیچ کدام از لایه معنی دار نبود، در حالی که، با افزایش عمق BD افزایش پیدا کرد. تردد چرخ ها موجب افزایش معنی دار BD نگردید، ولی با افزایش عمق اثر تراکم کاهش پیدا کرد. خاک ورزی حفاظتی به طور معمول، پایداری خاکدانه ها را افزایش داد که توسط MWD مورد ارزیابی قرار گرفت. شاخص مخروطی روندی مشابه BD داشت، با این تفاوت که به دلیل حساسیت بیشتر CI در محل تردد در تیمار CP بیشتر از MP بود. ولی چنین تفاوتی در محل بدون تردد مشاهده نگردید. هم چنین CI در محل تردد نسبت به بدون تردد به طور معنی داری افزایش یافت. تراکتور جان دیر در دو لایه اول و دوم موجب افزایش معنی دار CI نسبت به MF گردید، ولی بین تراکتور R و J تفاوتی مشاهده نگردید. شخم با گاوآهن قلمی MWD را در محل بدون تردد افزایش داد که در لایه چهارم معنی دار شد. تردد چرخ ها موجب افزایش معنی دار MWD در لایه دوم گردید و در دیگر لایه ها تفاوت معنی داری مشاهده نشد. در لایه سوم تراکتور رومانی موجب بهبود ساختمان خاک گردیده و MWD را به طور معنی داری افزایش داد. به طور کلی تراکتور رومانی موجب تخریب کمتر ساختمان خاک شده و روش های خاک ورزی بعضی از ویژگی های فیزیکی خاک را تغییر دادند.

بخش عمده مساحت ایران دارای اقلیم خشک و نیمه خشک بوده و خاک به طور ذاتی مستعد فرسایش و تخریب پذیری است. شناخت تاثیر مدیریت اراضی و ویژگی های توپوگرافی بر شاخص های مهم کیفیت خاک، مانند مقدار کربن آلی خاک و پایداری خاک دانه ها، لازمه استفاده پایدار از این اراضی می باشد. در این راستا، از اراضی تپه ماهوری منطقه سیساب شهرستان بجنورد، 4 ناحیه با مدیریت های مرتع قرق، مرتع چرای متوسط، مرتع چرای شدید و اراضی کشاورزی انتخاب و در هر منطقه، از جهت های شمالی و جنوبی شیب و در هر جهت از موقعیت های قله، شیب پشتی و پنجه شیب، از عمق 15-0سانتی متری خاک، نمونه برداری شد. به طورکلی میزان شن در شیب های جنوبی و میزان سیلت، کربن آلی خاک و میانگین وزنی قطر خاک دانه ها (MWD) در شیب های شمالی بیش تر بودند. بیش ترین مقدار کربن آلی و MWD در پنجه شیب های شمالی و کم ترین مقدار آن ها در شیب پشتی جنوبی بوده است. میزان شن در مرتع چرای شدید و متوسط نسبت به مرتع قرق، به ترتیب 41 و 39 درصد افزایش و میزان رس حدود 6 درصد کاهش یافته است. کاهش میزان کربن ورودی به اکوسیستم در نتیجه برداشت محصول و چرای دام، همچنین، به هم خوردن خاک و تسریع اکسیداسیون ماده آلی، موجب کاهش معنی دار مقدار کربن آلی خاک از 9.6 گرم بر کیلوگرم در مرتع قرق به 6.4، 8.2 و 9.1 گرم بر کیلوگرم به ترتیب در اراضی کشاورزی، مرتع چرای شدید و متوسط شده است. MWD نیز به میزان 55 درصد در اراضی کشاورزی، 35 درصد در مرتع چرای شدید و 17 درصد در مرتع چرای متوسط نسبت به مرتع قرق به طور معنی داری کاهش یافته است. بر خلاف وجود رابطه قوی میان کربن آلی خاک و MWD در همه مناطق مورد بررسی (R2=0.81)، در شیب های شمالی پایداری خاک دانه ها بیش تر متاثر از کربن آلی و در شیب های جنوبی نقش کربنات کلسیم پر رنگ تر است.

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

ایجاد ساختمان مناسب برای خاک به منظور رشد محصول از اهمیت زیادی برخوردار است و یکی از مشخصه های اصلی ساختمان خاک، اندازه خاک دانه ها می باشد. راه های مختلفی جهت نشان دادن وضعیت پایداری خاک دانه ها وجود دارد که از متداول ترین آنها می توان به تعیین میانگین وزنی قطر خاک دانه ها اشاره کرد. در این مقاله از روش سیستم استنتاج فازی بر پایه شبکه عصبی تطبیقی (ANFIS) برای توصیف میزان خرد شدن خاک در ترکیب ادوات خاک ورزی اولیه و ثانویه شامل زیرشکن، گاوآهن برگرداندار و دیسک ثانویه به منظور تهیه زمین برای کاشت محصولات زراعی استفاده شد. سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی روش مناسبی برای حل مسائل غیرخطی است. ANFIS ترکیبی از روش استنتاج فازی (FIS) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) است که از توانایی هر دو مدل بهره می برد. در این تحقیق، ورودی های مدل شامل محتوی رطوبتی خاک، سرعت پیشروی تراکتور و لایه های عمقی شخم بود. برای ارزیابی عملکرد مدل از پارامترهای مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، درصد خطای نسبی (ε) ، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب تبیین (R2) استفاده شد که به ترتیب 0.125، 6.3%، 122.0%، 0.981 به دست آمد. به منظور ارزیابی مدل  ANFIS، داده های به دست آمده از این مدل با داده های مدل شبکه عصبی مصنوعی مورد مقایسه قرار گرفت. مقایسه نتایج به دست آمده از مدل فازی عصبی و شبکه عصبی مصنوعی نشان داد که مدل ANFIS داده های نزدیک تری به داده های واقعی در مقایسه با مدل شبکه عصبی مصنوعی ارائه کرد.

سابقه و هدف: پایداری خاکدانه ها از مهم ترین ویژگی های فیزیکی خاک است که برآورد آن با استفاده از ویژگی های زودیافت از اهمیت شایانی برخوردار است. همچنین پایداری خاکدانه ها به عنوان شاخصی از فرسایش پذیری خاک ها محسوب می شود که آگاهی از آن می تواند ابزاری کارآمد جهت مدیریت خاک در برابر عوامل تخریب خاک باشد. باتوجه به اهمیت شناسایی ویژگی های فیزیکی خاک و ارزیابی تأثیرات کاربری اراضی بر روی وضعیت پوشش گیاهی و نیز مدل سازی آن در نتیجه این پژوهش پایه ریزی و عملیاتی شد. مواد و روش ها: این پژوهش در دو کاربری مرتعی و جنگلی واقع در حوضة آبریز دهدز در شمال شرق استان خوزستان انجام شد. برای استخراج شاخص های پوشش گیاهی، ابتدا تصاویر لندست 8 دریافت و سپس تصحیحات رادیومتریک به کمک نرم افزار ENVI 5. 1 بر روی تصویر اعمال شد. شاخص های پوشش گیاهی مورد بررسی شامل شاخص نسبت پوشش گیاهی (RVI)، شماره شاخص پوشش گیاهی (VIN)، شاخص پوشش گیاهی تغییریافته (TVI)، شاخص زردی پوشش گیاهی (YVI)، خط پس زمینة خاک (SBL)، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی (DVI)، شاخص نرمال شدة تفاضلی سبزی (NDGI)، شاخص سرخی (RI)، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی نرمال شده (NDVI)، شاخص پوشش گیاهی عمودی (PVI)، شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده با خاک (SAVI) و شاخص مقاومت اتمسفری پوشش گیاهی (ARVI) می باشند. خصوصیات 50 نمونة خاک شامل درصد کربن آلی، درصد شن، سیلت، رس و میانگین وزنی قطر خاکدانهها (MWD) طبق روش های استاندارد آزمایشگاهی تعیین شد. برای بررسی ارتباط شاخص های پوشش گیاهی با شاخص MWD از آنالیزهای همبستگی پیرسون و اسپلاین رگرسیون تطبیقی چندمتغیرة (MARS) استفاده گردید. یافته ها: نتایج نشان می دهد که در کاربری مرتع، بین شاخص های VIN، TVI، MSAVI، RVI، SAVI، TSAVI، NDVI و PVI با شاخص MWD همبستگی معنی داری در سطح یک درصد وجود دارد. حال آنکه در کاربری جنگل بین شاخص های مورد بررسی هیچ گونه ارتباط معنی داری برقرار نبود. همچنین مدل سازی MARS نشان داد که مدل برازش یافته بر اساس شاخص های پوشش گیاهی در کاربری مرتع (Adjusted R-Sq. = 0. 55, RMSE = 0. 16) دارای قدرت و دقت پیش بینی بسیار بالاتری نسبت به مدل برازش یافته برای کاربری جنگلی (Adjusted R-Sq. = 0. 35, RMSE = 0. 36) است. نتیجه گیری: در مجموع یافته های این پژوهش نشان می دهد که عوامل کنترل کنندة پایداری خاکدانه ها در کاربری مرتع و جنگل متفاوت می باشد. همین امر سبب تفاوت همبستگی بین شاخص های پوشش گیاهی و MWD و به تبع آن نتایج مدل سازی شده است. سنجش ازدور، می تواند زمینه ای را جهت بهره گیری از فناوری های نوین به منظور مدیریت پایدار منابع خاک و آب فراهم سازد. بدین ترتیب استفاده از فناوری های نوین می تواند بسترساز عملیاتی شدن سناریوهای مدیریتی پایدار محور باشد که ماحصل آن صیانت از منابع طبیعی است.