بخشی از مقاله
چکیده
یکی از انواع مهم فرسایش در اراضی کشاورزی فرسایش بین شیاری است که طی آن ذرات خاک به وسیله قطرات باران جدا شده و توسط جریان رواناب ورقهای منتقل میشوند. در مناطق خشک و نیمهخشک، به دلیل ضعف پوشش گیاهی، سطح خاک توسط سنگریزه سطحی پوشیده شده است. با توجه به اهمیت موضوع، در پژوهش حاضر اثرات پوشش سنگریزه سطحی بر شاخصهای فرسایندگی جریان رواناب ورقه ای طی رخداد فرسایش بین شیاری در دو خاک مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. به این منظور، آزمایشها بصورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی انجام شد. فاکتور اول خاک - دو خاک زراعی و ماسه ای - ، فاکتور دوم درصد پوشش سنگریزه - صفر، 5، 10، 20 و 40 درصد - و فاکتور سوم شیب 0/5 - ، 2، 5 و 10 درصد - بود که هر یک در سه تکرار انجام شد. با استفاده از شبیهساز باران بر روی نمونه های خاک تحت شرایط بدون نفوذ، باران با شدت ثابت 35 میلیمتر در ساعت ایجاد و خصوصیات هیدرولیکی جریان اندازهگیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد پوشش سنگریزه سطحی، عمق جریان و تنش برشی افزایش و سرعت جریان و قدرت جریان واحد کاهش یافت. از طرفی، افزایش شیب فلوم، باعث افزایش سرعت جریان، تنش برشی، قدرت جریان و قدرت جریان واحد و کاهش عمق جریان شد.
واژههای کلیدی: پوشش سنگریزه سطحی، شاخصهای فرسایندگی رواناب، شبیهساز باران، شیب.
مقدمه
انسان برای ادامه حیات خود به مواد غذایی نیاز دارد که در اثر وجود آب و خاک دست میآید. نابودی و تخریب خاک بر اثر بارش و عمل آبهای روان یکی از جدیترین مشکلات زیستمحیطی عصر حاضر است - رحمتی و همکاران، . - 1392 یکی از مشکلاتی که بشر از آغاز زراعت بر روی زمین با آن مواجه بوده، فرسایش سریع خاکها میباشد. از منظر کلی، فرسایش تابع دو عامل مهم یعنی فرسایندگی و فرسایشپذیری است - محمودآبادی و همکاران، . - 2014 فرسایش خاک بهعنوان یک پدیده شناخته میشود که سه فرآیند اصلی آن شامل جدا شدن، انتقال و رسوبگذاری بهوسیله عوامل فرساینده مانند باران و رواناب است - محمودآبادی و همکاران، 2014؛ شی و همکاران، 2012؛ دفرشا و همکاران، . - 2011 در اثر وقوع فرسایش، ذرات تشکیل دهنده خاک تحت تأثیر عامل فرساینده از بستر اصلی خود جدا شده و به مکانی دیگر منتقل میگردند - رفاهی، . - 1385 رواناب نقش قابل توجهی در فرسایش خاک دارد - زگی، . - 2009 کاهش میزان و شدت رواناب سطحی در حوزه آبخیز یکی از مباحث مهم در مدیریت منابع طبیعی از نظر آبخیزداری و حفاظت خاک است - همتزاده و همکاران، . - 1388 با یکسان فرض نمودن عوامل موثر در فرسایش، قدرت فرسایندگی رواناب به سرعت جریان رواناب، عمق رواناب، درجه تلاطم جریان آب و میزان مواد منتقله موجود در آب بستگی دارد - رفاهی، . - 1385 شیب بستر، سرعت جریان، عمق جریان و زبری هیدرولیکی پارامترهای مهم هیدرولیکی هستند که شدت جدا شدن ذرات و همچنین انتقال ذرات جدا شده را کنترل میکنند - ناپن و همکاران، . - 2007
تندی شیب باعث افزایش سرعت جریان و نیروی برشی آن شده و مطابق با آن فرسایش نیز بیشتر میشود. از این رو شدت رواناب عموماً در نتیجه افزایش شیب افزایش مییابد - نجفینژاد و همکاران، 1390 به نقل از داملیچ و ولکر، . - 2002 با افزایش شیب، نیروی برشی وارد شده بهوسیله سرعت جریان رواناب افزایش، در حالی که عمق رواناب کاهش مییابد - شی و همکاران، . - 2012 با افزایش شیب قدرت جریان رواناب افزایش مییابد - فانگ و همکاران، . - 2008 در برخی موارد با افزایش شیب شدت رواناب کاهش - جانیا و همکاران، - 2003 و در برخی دیگر شدت رواناب افزایش - شی و همکاران، - 2012 و یا اینکه تغییر معنیداری پیدا نمیکند - فانگ و همکاران، 2008 به نقل از پوسن، . - 1984 این گزارشهای متضاد بهدلیل تأثیر مختلف شیب بر روی میزان نفوذپذیری خاک ارتباط داده شده است.
در زمان وقوع رواناب، پوشش سنگریزهای میتواند منجر به افزایش یا کاهش فرسایش خاک گردد - پوسن و همکاران، 1994؛ محمودآبادی و سردا، . - 2013 طی یک پژوهش پوسن و لاوی - 1994 - گزارش کردند که تأثیر پوشش سنگریزه بر کنترل فرسایش خاک از سه بعد شامل حفاظت سطح خاک از برخورد قطرات باران و جدا شدن ذرات خاک، کاهش تخریب فیزیکی و کند کردن سرعت جریان سطحی قابل بررسی است. وجود سنگ و سنگریزه در سطح خاک میتواند از برخورد مستقیم قطرات باران بر روی خاک جلوگیری نموده و از این طریق موجب کاهش فرسایش گردد. از طرف دیگر اگر میزان تراکم پوشش سنگی از حد معینی کمتر شود فشار برشی ناشی از رواناب در اطراف سنگها بهطور موضعی افزایش یافته و فرسایش را تشدید مینماید. تأثیرات چندجانبه این پدیده میتواند به میزان منافذ موجود در خاک، موقعیت قرار گرفتن سنگ در لایه سطحی - آزاد یا فرورفته - ، اندازه سنگها و همچنین شیب زمین بستگی داشته باشد - جوادی و همکاران، . - 1384 با توجه به آنچه گفته شد، این پژوهش با هدف بررسی تأثیر پوشش سنگریزه سطحی و شیب بر شاخصهای فرسایندگی جریان رواناب ورقهای در دو خاک زراعی و ماسهای با استفاده از شبیهساز باران انجام شد.
مواد و روشها
در پژوهش حاضر دو خاک با توزیع اندازه ذرات متفاوت با اسامی خاک زراعی و خاک ماسهای متعلق به مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهید باهنر کرمان جمعآوری شد. نمونهبرداری از عمق صفر تا 20 سانتیمتری انجام گردید. معیار انتخاب نمونه خاک، تفاوت در توزیع اندازه ذرات اولیه و ثانویه بود که این عامل به عنوان یکی از مهمترین ویژگیهای موثر بر شدت فرسایش خاک مطرح است - محمودآبادی و احمدبیگی، . - 1392 در این پژوهش 4 سطح شیب شامل 0/5، 2، 5 و 10 درصد و 5 سطح سنگریزه شامل 0، 5، 10، 20 و 40 درصد به کار رفت و آزمایشها در 3 تکرار انجام شد. در مجموع 120 آزمایش انجام شد. لازم به ذکر است در طول آزمایش جهت حذف اثر تغییر شدت بارش در نتایج، شدت بارش ثابت نگه داشته شد. در طی هر آزمایش در 5 زمان متفاوت با استفاده از روش رنگسنجی سرعت جریان اندازهگیری شد. برای این کار پرمنگنات پتاسیم در فاصله مشخصی از انتهای فلوم که 20 سانتیمتر بود ریخته شد و مدت زمانی که طول کشید تا رنگ به انتهای فلوم برسد ثبت گردید.
شبیهساز مورد استفاده که متعلق به آزمایشگاه فرسایش و حفاظت خاک دانشگاه شهید باهنر کرمان بود، از نوع قطره ساز بوده که در آن از قطرهچکانهای قابل تنظیم استفاده شده بود که در آبیاری قطرهای به کار میروند - محمودآبادی و سردا، . - 2013 قطرات تولید شده، بدون سرعت اولیه بر سطح پلات ریزش داشتند. در این سیستم، مخزن آب از یک ظرف پلاستیکی مدرج شده با آبنما با گنجایش 100 لیتر تشکیل شده که به منظور حفظ فشار آب و شدت بارش، با اضافه کردن آب به آن، سطح آب ثابت نگه داشته میشد. مخزن آب در یک متری بالای صفحه ریزش قرار داشت. صفحه ریزش از لولههای موازی تشکیل و در مجموع 348 قطرهچکان به فواصل 4 سانتیمتر از یکدیگر روی آن نصب شده و این لولهها به صورت دوطرفه نصب شده بودند که با لولههای رابط به نحوی متصل شده بودند که یک شبکه ایجاد کرده و به صورت چرخه بسته عمل میکردند. کل سیستم بارش در یک قالب فلزی و روی پایههایی با ارتفاع قابل تنظیم بین 2 متر قرار گرفت. پایههای دستگاه، کشویی ساخته شده تا در شیبهای مختلف بتوان صفحه ریزش را به طور افقی ثابت نگه داشت. به منظور محصور کردن قسمت مورد آزمایش و جمع آوری رواناب، از پلاتی در ابعاد صفحه بارش استفاده شد. رواناب و رسوب تولید شده در اثر بارش از انتهای آن به داخل ظروف جمعآوری نمونه منتقل شدند. در هر پلات آزمایشی، با استفاده از آب شهر کرمان بارشی با شدت ثابت 35 میلیمتر در ساعت، به مدت 35 دقیقه روی پلات ایجاد شد.
در این پژوهش آزمایشها بصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد و به منظور تجزیه واریانس، دادههای بهدست آمده با استفاده از نرمافزار SAS و SPSS مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. همچنین مقایسه میانگین از طریق آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد انجام شد. ترسیم شکلها با استفاده از نرمافزار Excel انجام شد. شکل 1 نمایی از فلوم مورد استفاده در آزمایشهای شبیهسازی فرسایش بینشیاری را نشان میدهد.
شکل - : - 1 نمایی از فلوم مورد استفاده در آزمایشهای شبیهسازی فرسایش بینشیاری
نتایج و بحث
در این پژوهش برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه مورد بررسی قرار گرفت که در جدول 1 نشان داده شده است - سیرجانی، . - 1391 با توجه به درصد شن، سیلت و رس و طبق مثلث بافت خاک، خاک زراعی دارای بافت لوم رسی و بافت خاک ماسهای لوم رسی شنی میباشد. همانطور که در جدول مشاهده میشود، pH در هر دو خاک در محدوده خنثی قرار دارد. هدایت الکتریکی خاک ماسهای بیشتر از خاک زراعی و البته در هر دو بیش از 4 می باشدمیزان. کربن آلی خاک زراعی تقریباً سه برابر خاک ماسهای و در هر دو خاک کمتر از یک درصد میباشد.
