بخشی از مقاله
چکیده
به طورکلی خاکهای مناطق نیمه خشک دارای ساختمان ضعیف بوده و به فرآیندهای فرسایش شیاری بسیار حساس هستند. در این مناطق اطلاعات محدودی در ارتباط با نقش وجود ساختمان خاک در فرسایش آبی وجود دارد. در این مطالعه با بکارگیری دستگاه شبیهساز باران به تعیین نقش ساختمان خاک در فرسایش شیاری و بینشیاری در سه بافت خاک مختلف شامل: لوم رسی، لوم سیلتی و شنی پرداخته شد . نتایج نشان داد بین خاکها از نظر فرسایش شیاری و بینشیاری تفاوت معنیدار وجود داشت . - p< 0/01 - بیشترین مقدار فرسایش شیاری و بینشیاری در خاک لوم سیلتی مشاهده شد در حالی که در خاک شنی هیچ رواناب و هدررفت خاکی مشاهده نگردید. در فرسایش بینشیاری بین دو حالت خاک ساختماندار و بدون ساختمان، هیچ اختلاف معنیداری یافت نشد. همچنین در فرسایش شیاری خاک لوم رسی بین دو حالت ساختمانی اختلاف معنیدار مشاهده شد که علت آن پایداری خاکدانه بالا در این خاک بود . - p<0/01 -
مقدمه
فرسایش خاک در دامنهها اغلب به صورت شیاری و بین شیاری رخ میدهد. فرسایش بینشیاری یا ورقهای شامل ترکیب دو فرآیند عمده یعنی جدا شدن ذرات خاک توسط ضربه قطرات باران و انتقال رسوبات حاصل توسط جریان سطحی است . - Lado and Ben-Hure, 2004 - این نوع فرسایش خاک همواره تحت تأثیر خصوصیات بارش، توپوگرافی، درجه شیب، خصوصیات خاک - بافت، ساختمان، رس معدنی و ماده آلی - و پوشش گیاهی است . - Delamini et al., 2011 - این نوع از فرسایش خاک در کنار عامل شیب، شدت باران و پوشش سطح زمین تحت تأثیر خصوصیات خاک قرار دارد. در این میان نقش ساختمان خاک از نظر مقاومت در برابر ضربه قطرات باران و جریان سطحی بارز میباشد. اگرچه پیشرفتهایی در رابطه با ایجاد رابطه دقیقتر بین فرآیندهای فرسایش بین شیاری و شاخص پایداری خاکدانه صورت پذیرفته است 1998 - - al.,، هنوز اساس فیزیکی این روابط بدون بررسی باقی مانده است. فرسایش شیاری شکل غالب فرسایش خاک در اراضی با شیب تند است. این نوع از فرسایش خاک، از جداسازی ذرات و انتقال آنها توسط جریان متمرکز آب روی دامنه، به شکل کانال فرسایشپذیر و باریک نمایان میشود . - Bagnold, 1966 - تحقیقات نشان میدهد که گسترش فرسایش شیاری به شدت بارندگی، سرعت جریان آب، خصوصیات هیدرولیکی جریان، درجه و طول شیب - Li et al., 2005 - و ویژگیهای خاک - Romero et al., 2007 - وابسته است. تاکنون مطالعاتی دقیق در مورد نقش ویژگیهای ساختمانی خاک بر فرسایش شیاری انجام نگرفته است. با افزایش پایداری خاکدانههای سطح خاک به خصوص خاکدانههای بزرگ و پایدار 0/2< - میلیمتر - سرعت رواناب و هدررفت خاک کاهش مییابد - Barthes et al., 2002 - و شکسته شدن این خاکدانههای پایدار باعث کاهش نفوذپذیری و افزایش رواناب و فرسایش سطح میشوند Levy and 1997 - . - Miller, خاکدانههای کوچک دارای تأثیر مثبت بر نگهداری آب خاک هستند و به نظر میرسد که شاخص خوبی برای تخریب خاک هستند - 1990 - Govers . - Biox Fayos et al.,2001 - بیان میکند که خاکدانههای پایدار بهتر از خاکدانههای ضعیف در برابر فرسایش خاک مقاومت میکنند. خاکدانههای بزرگ باعث افزایش زبری سطح خاک میشوند و این موجب کاهش سرعت جریان و فرسایش خاک میگردد. بنابراین منافذ بین خاکدانهها باعث افزایش سرعت نفوذپذیری و کاهش رواناب میشوند. تحقیقات Martinz و همکاران - 1999 - نشان داد که خاکدانههای پایدار میتوانند جدایشپذیری ذرات خاک توسط ضربه قطرات باران و انتقال آنها توسط جریان زمینی و همچنین تشکیل سله و اندوده سطحی را کاهش دهند. Yan و همکاران - 2008 - پایداری خاکدانه را به عنوان جایگزینی مناسب برای پارامتر فرسایش بینشیاری مورد مطالعه قرار دادند اما با توجه به عدم وجود آزمایشات کنترل شده تأثیر عملیات عدم خاکدانهسازی بر فرسایش بینشیاری فاقد توجه بود. با این حال تلاشهای کمی برای تعیین روابط بین تخریب خاکدانهها و شدت فرسایش صورت گرفته است. با توجه به اهمیت این دو نوع از فرسایش خاک و نقش ساختمان خاک در آنها در این پژوهش به بررسی تأثیر وجود و عدم وجود ساختمان بر میزان فرسایش بین شیاری و شیاری پرداخته میشود.
مواد و روشها
برای انجام این پروژه سه کلاس بافت خاک - شن، لوم سیلتی، لوم رسی - از نقاط مختلف استان زنجان به عنوان منطقه نیمهخشک جمعآوری شد. نمونهها از الک 10 میلیمتری عبور داده و هوا خشک شدند. هر نمونه در دو حالت ساختماندار و بدون ساختمان بررسی شد. یک شدت باران 50 - میلیمتر بر ساعت - به مدت ثابت 60 دقیقه اعمال و سه نوع فرسایش در سه تکرار بررسی شدند. برای مطالعه فرسایش ورقهای و شیاری فلومی به ابعاد 1 متر در 60 سانتیمتر و ارتفاع 20 سانتیمتر با شیب 9 درصد تهیه شد. در انتهای هر قسمت فلوم، رواناب و رسوب در داخل سطلهای مدرج جمعآوری شدند. به منظور مطالعه فرسایش ورقهای، نمونههای خاک را به داخل فلوم ریخته و سطح آن صاف شد. جهت مطالعه فرسایش شیاری نمونه دیگری از خاک را در داخل فلوم ریخته و سطح آن به طور دستی شیاردار شد
شکل -2 نمایی از داخل فلوم جهت مطالعه فرسایش شیاری - الف - و فرسایش ورقهای - ب -
نمونه های خاک تهیه شده به مدت 60 دقیقه زیر دستگاه شبیهساز باران قرار گرفته و پس از اتمام 60 دقیقه رواناب و رسوب جمعآوری و اندازهگیری شد. بعد از اینکه آزمایش مربوط به خاک ساختماندار به اتمام رسید، نمونه دیگری از همان خاک را با کوبیدن از بین ردهب و آزمایش مجدداً تکرار شد. در طول آزمایش زمان شروع رواناب برای هر قسمت فلوم ثبت شد. حجم کل مخلوط رواناب و و جرم کل مخلوط نیز به دست آمدند. برای اندازهگیری فرسایش ورقهای نیز جرم خاک فرسایش یافته از سطح خاک و برای تعیین فرسایش شیاری، جرم خاک فرسایش یافته از داخل شیار تعیین شدند. وجود یا عدم وجود تفاوت معنیدار، در فرسایش بینشیاری و شیاری بین حالتهای خاک ساختماندار و بدون ساختمان، با استفاده از آزمون مقایسه میانگین به روش آزمون تی مورد بررسی قرار گرفت. در تحلیل دادهها از نرم افزار SPSS نسخه 18 استفاده شد. همچنین، مقایسه فرسایش بینشیاری و شیاری در حالت ساختماندار در سه خاک مورد بررسی با استفاده از آزمون دانکن مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث
نتایج مقایسه فرسایش بینشیاری و شیاری در حالت خاک ساختماندار در سه خاک مورد بررسی نشان داد که تفاوت معنیدار در مقدار فرسایش بینشیاری و شیاری بین سه خاک شنی، لوم سیلتی و لوم رسی وجود دارد - p<0/01 -
جدول -1 مقایسه فرسایش بینشیاری و شیاری در حالت ساختماندار در خاکهای با بافت مختلف
بیشترین مقدار فرسایش بینشیاری 536/77 - گرم بر متر مربع - و شیاری 797/58 - گرم بر متر مربع - در خاک لوم سیلتی اتفاق افتاد در حالی که در خاک شنی هیچگونه نشانهای از فرسایش بینشیاری و شیاری مشاهده نشد. خاک لوم سیلتی از یکسو دارای فراوانی زیاد ذرات سیلت 53/6 - درصد - بود و از سوی دیگر دارای خاکدانههای ناپایدار بود. این دو موضوع در کنار هم موجب شد تولید رواناب در این خاک بیشتر شده و به دلیل انتقال پذیری آسان ذرات سیلت 1978 - - Wischmeier and Smith.,، فرسایش نیز در آن افزایش پیدا کند. بررسیهای Maquaire و همکاران - 2003 - نیز نشان داد که با افزایش درصد ذرات سیلت مقدار فرسایش افزایش پیدا میکند. نتایج برخی تحقیقات نیز نشان میدهد که هرچه پایداری خاکدانهها افزایش مییابد فرسایش و تخریب خاک کاهش مییابد . - Belaid et al., 2015 ;Mbagwu et al., 2003 - مطالعات Hoyos و همکاران - 2005 - نیز نشان داد پایداری خاکدانه و نفوذپذیری از ویژگیهای مهم مؤثر بر فرسایشپذیری خاک هستند. خاک شنی نیز به دلیل وجود ذرات شن بالا که قابلیت انتقال کم دارند و همچنین نفوذپذیری بالا که منجر به عدم تولید رواناب شده است، فرسایش ناپذیر بود. همچنین مطالعات واعظی و همکاران - 1388 - حاکی از آن بود که بین فرسایشپذیری خاک با شن، سیلت، پایداری خاکدانه و نفوذپذیری خاک همبستگی منفی معنیدار وجود داشت و سیلت برخلاف سایر ویژگیها اثر مثبت بر فرسایشپذیری خاک گذاشت. نتایج همچنین نشان داد که در فرسایش بینشیاری در هیچ یک از خاکها، بین حالتهای خاک ساختماندار و بدون ساختمان تفاوت معنیدار وجود نداشت - شکل - 1، به این دلیل که در این نوع فرسایش خاک عامل اصلی انتقال ذرات خاک جریان ضعیف سطحی بوده و این امر موجب انتقال انتخابی ذرات شده - Morgan, 1986 - و در نتیجه حجم کمتری از ذرات خاک فرسایش یافتهاند. در صورتیکه در فرسایش شیاری این تفاوت تنها در خاک لوم رسی معنیدار بود - p<0/01 - و علت آن را میتوان به پایداری ساختمان بالا نسبت داد 0/52 - میلیمتر -
