بخشی از مقاله
چکیده
هدایت آبی اشباع خاک - Ks - یکی از مهمترین پارامترهای فیزیکی است که برآورد آن از طریق ویژگیهای خاک در راستای مدیریت آب و خاک بسیار ضروری است. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر برخی ویژگیهای خاک بر هدایت آبی اشباع در کاربریهای مختلف اراضی است. به این منظور، از 15 کاربری مختلف اراضی در مناطق مختلف شهرستان کرمان هر یک در سه تکرار نمونههای دستخورده و دستنخورده خاک از عمق 15 سانتیمتری سطحی تهیه شد. هدایت آبی به روش بار ثابت با استفاده از نمونههای دستنخورده و توزیع اندازه ذرات اولیه و کربن آلی به روشهای مرسوم با استفاده از نمونههای دستخورده اندازه گیری شد.
نتایج نشان داد که بین درصد ذرات اولیه خاک و هدایت آبی اشباع رابطه معنیدار و غیرخطی برقرار است به نحوی که با افزایش درصد شن و همچنین کاهش رس در خاکهای مورد مطالعه، میزان هدایت آبی اشباع افزایش معنیداری پیدا کرد. همچنین رفتار ذرات سیلت مشابه رس بود و ارتباط منفی و معنیداری با هدایت آبی نشان داد. به علاوه مشخص گردید که در کاربریهای مورد مطالعه، کربن آلی به دلیل بهبود نگهداشت آب و ممانعت از عبور آب، کاهش هدایت آبی را در پی داشت.
مقدمه
هدایت آبی اشباع خاک - Ks - ، از ویژگیهای فیزیکی مهم خاک است که در تعیین نفوذ آب به خاک، طراحی سیستمهای آبیاری و زهکشی و دیگر فرآیندهای هیدرولوژیکی دارای اهمیت است و یکی از مهمترین پارامترهای کاربردی خاک که نشان دهنده توانایی خاک برای انتقال آب است ، و نشان دهنده وضعیت سرعت حرکت آب در خاک میباشد
از طرف دیگر، هدایت آبی اشباع خاک یک پارامتر مهم بحرانی برای همه فعالیتهای مرتبط با جریان آب در خاک، کنترل نفوذ آب و رواناب سطحی، آبشویی سموم از اراضی کشاورزی و انتقال آلایندهها از مکانهای آلوده به سمت آب زیرزمینی است که تغییر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک بر آن تاثیر مستقیم دارند
ویژگیهایی مانند خلل و فرج درشت خاک، شکافها، کرمراههها و اختلالات دیگر موجود در خاک که در اثر فعالیتهای مکانیکی و بیولوژیکی حاصل میشوند، تاثیر زیادی بر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک دارند
هدایت هیدرولیکی خاک بطور مستقیم و غیرمستقیم تحت تاثیر ساختمان خاک، بافت خاک، مواد آلی، درصد آهک، جرم ویژه ظاهری، رطوبت در مکش0/3 بار و تخلخل کل خاک است افزایش اندازه خاکدانه، باعث افزایش حجم منافذ ریز درون خاکدانهای، کاهش جرم ویژه ظاهری خاک و افزایش میزان حجم آب در رطوبتهای بالا و در نتیجه باعث افزایش حرکت آب در خاک میشود، همچنین هدایت هیدرولیکی به توزیع اندازه خلل و فرج هدایت کننده آب بستگی دارد
توزیع اندازه ذرات شامل توزیع اندازه ذرات اولیه و توزیع ذرات ثانویه است که اولی مرتبط با بافت خاک و دومی مرتبط با خاکدانه-ها است
توزیع اندازه ذرات اولیه از جمله ویژگی فیزیکی مهم هر خاک محسوب میشود که Hwang و همکاران - 2002 - از آن بهعنوان ویژگی بنیادی یاد کرده که بهطور گستردهای برای تخمین هدایت آبی، منحنیهای رطوبتی و نفوذ آب در خاک بکار میرود. Lado و همکاران - 2004 - عنوان داشتند که نفوذپذیری خاک با افزایش میزان رس کاهش مییابد. همچنین این پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که افزایش در تورم در اثر عواملی نظیر آماس ناشی از سدیم نیز میتواند موجب کاهش شدت نفوذ آب شود. از سوی دیگر حضور ذرات درشتتر نظیر شن باعث افزایش شدت نفوذ میشود.
محمدی و رفاهی - 1384 - عنوان کردند که توزیع اندازه ذرات اولیه و وارد کردن ذرات بزرگتر از دو میلیمتر میتواند برآورد بهتری از پارامترهای هیدرولیکی و تخمین ضرائب معادلات آنها نسبت به بافت خاک ایجاد میکند.
در پژوهش دیگری Mahmoodabadi و Mazaheri - 2012 - نشان دادند که توزیع اندازه ذرات اولیه تاثیر معنیداری بر شدت نفوذ آب در خاک دارد بهنحوی که با افزایش درصد شن و کاهش ذرات رس و سیلت شدت نفوذ افزایش مییابد.
نفوذ آب و هدایت آبی نه تنها به خلل و فرج بستگی دارد، بلکه به شکل و پیوستگی آن ها نیز وابسته است. Lado و همکاران - 2004 - ابراز داشتند که وجود خاکدانههای درشت و پایدار، باعث افزایش ضریب آبگذری و شدت نفوذ آب در خاک میشود. آنها همچنین بیان کردند که این اثر در شرایطی که ماده آلی و خاکدانهها بهدلیل سدیمی شدن پراکنده گردند، کاهش مییابد.
سدیم اثرات مخربی بر نفوذپذیری خاک داشته بهنحوی که با ایجاد و توسعه سله سطحی و پراکندگی ذرات، سبب کاهش نفوذ آب در خاک می-گردد Mendal - و همکاران، . - 2007 این موضوع از نظر تولید رواناب و فرسایش خاک نیز حائز اهمیت است.
Mahmoodabadi و - 2015 - Arjmand Sajjadi با مقایسه پارامترهای هیدرولیکی بر روی خاکهای با توزیع اندازه ذرات متفاوت دریافتند که جریان رواناب سطحی تحت تاثیر توزیع اندازه ذرات است. همچنین Mahmoodabadi و همکاران - 2014 - عنوان داشتند که با کاهش اندازه ذرات خاکدانه، قدرت جریان رواناب و در نتیجه شدت جدا شدن و جدا شدن مجدد ذرات افزایش مییابد.
ماده آلی باعث هماوری ذرات خاک و افزایش تخلخل میگردد همچنین مصرف این مواد، قابلیت نگهداری رطوبت را بهویژه در خاکهای شنی افزایش داده و همچنین ویژگیهای فیزیکی خاکهای رسی را اصلاح نموده که از این طریق موجب اصلاح ساختمان خاک میگردد از اینرو، ماده آلی در ثبات ساختمان و افزایش نفوذپذیری و در نتیجه کاهش فرسایشپذیری خاک موثر است
در پژوهشی که توسط محمودآبادی و میرزایی - 1393 - صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که افزایش کربن آلی خاک باعث بهبود ویژگیهای فیزیکی خاک از جمله کاهش جرم مخصوص ظاهری، بهبود تخلخل کل و افزایش نفوذپذیری خاک میشود.
همچنین Yazdanpanah و همکاران - 2013 - در روند اصلاح خاکهای آهکی شور و سدیمی به این نتیجه رسیدند که با افزودن منابع آلی به این خاکها، غلظت کربن آلی افزایش معنیداری یافته که در پی آن روند اصلاح خاک از طریق آبشویی تسریع میشود. هدف از این پژوهش، بررسی هدایت آبی اشباع در چند کاربری مختلف اراضی با کلاسهای بافت متفاوت و مطالعه تاثیر برخی ویژگیهای مربوط به توزیع اندازه ذرات اولیه و کربن آلی به این پارامتر هیدرولیکی است.
مواد و روشها
نمونهبرداری و تعیین ویژگیهای خاک
در این پژوهش، تعداد 45 نمونه دستخورده و نمونه دستنخورده که از عمق صفر تا 15 سانتیمتری، از 15 کاربری مختلف در نقاط مختلف شهرستان کرمان در قالب طرح کاملا تصادفی نمونهبرداری شده بود، مورد استفاده قرار گرفت. نمونههای دستخورده بعد از هوا خشک کردن از الک دو میلیمتری عبور داده شد و برای تعیین ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی به آزمایشگاه انتقال داده شد.
ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی شامل؛ بافت به روش هیدرومتری، کربن آلی به روش Walkey و - 1934 - Black، pH در عصاره اشباع توسط دستگاه pH متر و EC در عصاره اشباع توسط هدایت سنج الکتریکی اندازهگیری شد. هدایت آبی اشباع با استفاده از نمونههای دستنخورده به روش بار ثابت اندازهگیری شد. بدین صورت که عمق ثابت چهار سانتیمتر آب روی هر نمونه خاک ایجاد گردید. برای جلوگیری از بهمخوردگی خاک ابتدا یک لایه پلاستیک بر روی نمونه خاک گذاشته و سپس بهآرامی آب اضافه شد. برای اطمینان از رسیدن به شرایط پایدار مدت هر آزمایش دو ساعت تنظیم شد با توجه به ارتفاع - عمق - آب، قطر و ارتفاع نمونه خاک و فواصل زمانی، هدایت آبی اشباع بهدست آمد.
نتایج و بحث
مشخصات خاک مورد مطالعه
جدول 1 و 2 برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه را نشان میدهد . خاکها از نظر توزیع اندازه ذرات متنوع بوده و نشان از کلاسهای مختلف بافت دارد. درصد شن در خاکهای مورد مطالعه نسبت به رس و سیلت بالا بود.
جدول - : - 1 برخی ویژگیهای فیزیکی خاکهای مورد مطالعه.
جدول - : - 2 برخی ویژگیهای شیمیایی خاک مورد مطالعه.
شکلهای 1، 2 و 3 رابطه بین درصد ذرات شن، سیلت و رس را با هدایت آبی اشباع نشان میدهد. نتایج حاکی از آن است که توزیع ذرات اولیه تاثیر معنیداری بر هدایت آبی اشباع دارد. بهگونهای که، با افزایش میزان شن هدایت آبی اشباع نیز افزایش یافته است. زیرا خاکهای شنی باوجود جرم مخصوص ظاهری بالاتر و تخلخل کل کمتر از خاکهای رسی، دارای توزیع اندازه منافذ درشتتری هستند. این در حالی است که با افزایش سیلت و رس هدایت آبی اشباع بهطور معنیداری کاهش یافته است.
کریمزاده و همکاران - 1391 - بیان کردند که بافت بر میزان هدایت آبی اشباع در خاک موثر است، آنها عنوان کردند که با تغییر بافت از درشتدانه به ریزدانه هدایت هیدرولیکی اشباع کاهش مییابد که دلیل آن را ناشی از تفاوت معنیدار متوسط اندازه منافذ خاک در بافتهای مختلف دانستند.
با افزایش رس خاک مقدار منافذ ریز افزایش مییابد، با افزایش منافذ ریز در خاک هدایت آبیاشباع کاهش مییابد Ahuja - و همکاران، . - 1984 نقش منفی ذرات رس و سیلت احتمالا بهدلیل اندازه کوچک آنها است که باعث ایجاد منافذ ریز می شود
ذرات رس به دلیل اندازه ریزتر، باعث کاهش اندازه خلل و فرجها و درنتیجه نفوذ نهایی شده است. ذرات سیلت هرچند از نظر اندازه، حدواسط ذرات شن و رس محسوب میشوند، ولی در این پژوهش رفتاری نزدیکتر به رس را داشتند. بطورکلی خاکهایی با مقدار رس زیاد نسبت به خاکهای شنی، هدایت آبی کمتری دارند زیرا در شرایط یکسان از نظر توزیع اندازه ذرات ثانویه، ذرات شن برخلاف سایر اجزای بافت، بهدلیل اندازه درشتتر باعث ایجاد خلل و فرج بزرگتر شده و در نتیجه افزایش در میزان نفوذ در خاک را بهدنبال دارند
