بخشی از مقاله
چکیده
کیفیت فیزیکی ضعیف خاک عامل مهم هدرروی آب و کاهش آب قابل استفاده گیاه است که نیاز به مدیریت صحیح آب و خاک را آشکار میکند. این مطالعه با هدف بررسی و مقایسه اثر سیستم وتیور و PAM و تلفیق آنها بر چگالی ظاهری و تخلخل، نگهداشت آب در خاک و آب قابل دسترس گیاه در یک خاک لوم انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل تیمار کشت گیاه وتیور - VP0 - ، کاربرد PAM در دو سطح - P2 - 20 و - P4 - 40 کیلوگرم در هکتار، کاربرد همزمان وتیور و هر دو سطح VP2 - PAM و - VP4 بود. پارامترهای مورد بررسی پس از اعمال تیمارها تعیین گردید. نتایج نشان داد که PAM و وتیور موجب کاهش چگالی ظاهری و افزایش تخلخل، نگهداشت آب در نقاط ظرفیت زراعی و پژمردگی دائم و آب قابل استفاده گیاه شدند. بهطورکلی، کشت وتیور به عنوان یک روش بیومهندسی کمهزینه و بادوام جهت بهبود پارامترهای مورد مطالعه موفقتر از PAM بود.
مقدمه
تخریب زمین و فرسایش خاک از مشکلات مهم مناطق نیمهخشک مانند ایران میباشد که موجب کاهش کیفیت فیزیکی خاک میشوند. از طرفی کیفیت فیزیکی ضعیف خاک منجر به فرسایش تشدیدی میشود. با توجه به کمبود بارندگی در مناطق نیمهخشک و تأثیر شرایط ساختاری و فیزیکی ضعیف خاک بر کاهش آب قابل دسترس گیاه و هدرروی آب، مدیریت صحیح آب و خاک امری مهم میباشد. از جمله راهکارهای پیشنهادی در جهت بهبود کیفیت خاک و مدیریت کاربردی آن استفاده از پوشش گیاهی تحت عنوان روشهای بیومهندسی و کاربرد اصلاحکنندههای خاک میباشد. گیاه وتیور با نام علمی Zizinoids vetiveria یک گیاه دائمی گرمسیری و بومی هندوستان است که سازگاری بالایی در انواع خاکها و شرایط اقلیمی نشان میدهد. کشت گیاه وتیور برای حفاظت خاک و آب اولین بار توسط بانک جهانی مورد استفاده قرار گرفت و تحت عنوان فناوری وتیور گراس 1 - VGT - معرفی گردید - ترانگ، . - 2002 پژوهشها نشان دادهاند که وتیور در بهبود پایداری ساختمان خاک - امیری و همکاران، - 1395 و کنترل فرسایش خاک - ماترکرا، 2010؛ اوکیو و همکاران، 2011 ؛ امیری و همکاران، - 2017 موفق بوده است. ماترکرا - 2010 - خصوصیات فیزیکی را در خاک تحت کشت وتیور و زمینهای آیش و علفزار مجاور آن بررسی کردند. نتایج آنها دلالت بر اثر قابلتوجه وتیور بر کاهش چگالی ظاهری 2 - BD - ، افزایش ظرفیت نگهداشت آب در خاک و اصلاح کیفیت خاک در شرایط نیمهخشک داشت. اوکیو و همکاران - 2011 - همچنین با بررسی خصوصیات فیزیکی خاک در دو تیمار کشت وتیور و کوددهی شده مشاهده کردند که BD خاک بایر %4 بیشتر از خاک تحت کشت وتیور بود، تخلخل در دو خاک تیمار یافته مشابه و %8 بیشتر از خاک بایر بود و ظرفیت جذب آب در تیمار کشت وتیور %19 بیشتر از تیمار کودی و %39 بیشتر از شاهد بود. آنها دریافتند که استفاده از وتیور در زمینهای شخم خورده مستعد فرسایش به عنوان یک منبع کود آلی خصوصیات فیزیکی خاک را بهبود میبخشد. پلی اکریل آمید آنیونی - PAM - یکی از پلیمرهای رایج مورد استفاده جهت اصلاح خصوصیات خاک میباشد که دارای طولانیترین آثار باقیمانده در خاک است و مصرف آن از دهه 1990 بهدلیل سهولت تهیه، رشد فراوان داشته داست. - لوی و همکاران، . - 1992 پژوهشهای مختلفی در رابطه با افزایش پایداری ساختمان خاک - ملو و همکاران، 2014؛ لنتز و همکاران، - 2015 و کنترل فرسایش و رواناب - ابرول و همکاران، 2013؛ آو و همکاران، 2016؛ امیری و همکاران، - 2017 در اثر کاربرد PAMدر نقاط مختلف جهان گزارش شده است. مطالعاتی نیز در زمینه اثر PAM بر ظرفیت نگهداشت آب در خاک انجام شده است - سوجکا و همکاران، . - 2007 در این خصوص، برایان - 1992 - نشان داد که کاربرد پلی اکریل آمید آنیونی با غلظت 0/5 گرم در کیلوگرم خاک هوا خشک در چند خاک ریز- و متوسط-بافت توانست خاکدانههای پایدار در آب، هدایت هیدرولیکی اشباع و آب قابل دسترس را به مقدار قابل ملاحظهای افزایش دهد. ملو و همکاران - 2016 - اثر غلظتهای 12/5 - ، 50 و mg PAM - 100kg-1 بر خصوصیات هیدرولیکی خاکهای چسبنده و غیرچسبنده دشتهای ساحلی ایالت پرنامبوکو در برزیل را بررسی کردند و دریافتند که افزودن PAM با غلظت 50 mg kg-1 نگهداشت آب خاک در مکش 33 کیلوپاسکال را در هر دو خاک بهبود بخشیده است. عابدی-کوپایی و همکاران - 2008 - علت افزایش مقدار رطوبت حجمی در حضور PAM را وجود گروههای عاملی - آمید - در ساختار PAM بیان کردند که موجب تشکیل پیوند هیدروژنی با آب و نگهداشت آن میشود. در بررسی های وست و همکاران - 2004 - دیده شد که با افزودن پلی اکریل آمید آنیونی به خاک BD افزایش یافت، زیرا پلی اکریل آمید موجب هماوری رسهای پراکنش یافته در خاک میشود. اگر چه پژوهشهایی در رابطه با اثر PAM بر خصوصیات هیدرو-فیزیکی خاک صورت گرفته است، ولی اکثر پژوهشها در شرایط آزمایشگاهی انجام شده و ترکیب آن با تکنیکهای بیومهندسی بهویژه در شرایط میدانی و در مناطق نیمهخشک مانند استان خراسان رضوی مورد بررسی قرار نگرفته است. همچنین تحقیقی مبنی بر مقایسه تأثیر وتیور و PAM بر خصوصیات هیدرو-فیزیکی خاک صورت نگرفته است. با توجه به سازگاری نسبتاً زیاد وتیور در بسیاری از مناطق دنیا به نظر میرسد این گیاه در بهبود کیفیت فیزیکی خاک در مناطق نیمه خشک از جمله ایران نیز تأثیر بسزایی داشته باشته، که رسیدن به این امر نیاز به بررسیهای بیشتر دارد. بنابراین این پژوهش با هدف بررسی و مقایسه اثر سیستم وتیور به عنوان یک روش بیومهندسی کمهزینه و بادوام، و PAM و تلفیق آنها بر BD و تخلخل، نگهداشت آب در خاک و آب قابل دسترس گیاه در یک خاک لوم انجام شد.
مواد و روشها
این پژوهش در کرتهای آزمایشی یک خاک لومی با ویژگیهای ارائه شده در جدول - 1 - واقع در دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. منطقه مورد نظر برای اعمال تیمارها و انجام آزمایش در ابعاد یک متر در یک متر کرت-بندی گردید .. تیمارهای آزمایش شامل کشت گیاهچه وتیور به فاصله 35 در 35 سانتیمتر - تیمار - VP0 و اعمال پلیمر پلی-اکریل آمید آنیونی به فرمول شیمیایی با مشخصات ارائه شده در جدول 2 به صورت محلول با دو غلظت 0/2 و 0/4 درصد معادل 20 و 40 کیلوگرم در هکتار - به ترتیب تیمارهای P2 و - P4 و ترکیب این دو تیمار - کشت گیاه در حضور دو غلظت پلیمر به ترتیب تیمارهای VP2 و - VP4 در هر کرت بودند. یک تیمار نیز به عنوان تیمار شاهد - P0 - در نظر گرفته شد. محلول مذکور با استفاده از آبفشان بهطور یکنواخت روی خاک کرتها پاشیده شد. نمونههای دست نخورده جهت اندازهگیری چگالی ظاهری و منحنی مشخصه رطوبتی خاک جمعآوری گردید. BD با استفاده از روش سیلندرهای نمونهبرداری به ارتفاع 5 و قطر 5 سانتیمتر اندازه گیری شد. به منظور تعیین منحنی مشخصه رطوبتی خاک بعد از اشباع کردن نمونهها، مقادیر رطوبت تیمارهای مختلف در مکشهای ماتریک صفر، 5، 10، 30، 50، 100، 300، 500، 1000 و 1500 کیلوپاسکال با استفاده از دستگاه صفحه فشاری اندازهگیری شد و نگهداشت آب در مکشهای - FC - 33 و 1500 کیلوپاسکال - PWP - تعیین گردید. آب قابل دسترس - AWC - نیز از تفاوت FC و PWP بهدست آمد. جهت تجزیه و تحلیل دادهها، آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب بلوکهای کامل تصادفی در سه تکرار طراحی شد و تحلیل آماری دادههای چگالی ظاهری، تخلخل، FC، PWP، و AWC بر اساس تجزیه واریانس یک طرفه و آزمون دانکن با استفاده از نرمافزار SPSS 23 انجام گردید.
جدول -1 برخی از ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک×مورد بررسی
جدول-2 مشخصات پلیاکریل آمید مورد استفاده
نتایج و بحث
نتایج حاصل از تجزیه واریانس یک طرفه، تأثیر تیمارهای مختلف آزمایشی بر پارامترهای فیزیکی مورد بررسی نشان می-دهد که وتیور و PAM اثر معنیداری بر چگالی ظاهری، تخلخل، نگهداشت آب در مکشهای 33 و 1500 کیلوپاسکال، و آب قابل دسترس گیاه نسبت به شاهد در سطح پنج درصد داشتند.
تأثیر وتیور و پلی اکریل آمید بر چگالی ظاهری و تخلخل خاک
نتایج مقایسه میانگین مربوط به چگالی ظاهری - BD - و تخلخل خاک نشان داد که تیمارهای وتیور و PAM تأثیر معنیداری بر کاهش BD و افزایش تخلخل خاک داشتند - شکل . - 1 با اعمال PAM و افزایش غلظت آن، BD کاهش و تخلخل افزایش یافت. دلیل این امر را میتوان به ساختار زنجیرهای PAM و توانایی آن در ایجاد پلهایی بین ذارت خاک و اتصال آنها نسبت داد؛ که باعث ایجاد خاکدانههای درشت و پایدار و در نتیجه افزایش تخلخل خاک و کاهش BD خاک میگردد. هم-چنین، تیمارهای وتیور VP0 - ، VP2، و - VP4 تأثیر قابل ملاحظهای بر کاهش - %19 - BD و افزایش تخلخل خاک - %28 - نسبت به تیمار شاهد داشتند. وتیور با افزایش خاکدانهسازی و پایداری آنها، و بهبود ویژگیهای ساختمانی خاک - امیری و همکاران، - 1395 موجب افزایش تخلخل و کاهش BD خاک میشود. این نتایج با یافتههای اوکیو و همکاران - 2011 - مطابقت دارد. این پژوهشگران خصوصیات فیزیکی خاک را در دو تیمار کشت وتیور و کوددهی شده بررسی کردند و نشان دادند که BD خاک بایر %4 بیشتر از خاک تحت کشت وتیور بود، تخلخل در دو خاک تیمار یافته مشابه و %8 بیشتر از خاک بایر بود.
