بخشی از مقاله
مقدمه
خاک به دلیل برهمکنش عوامل مختلف و فرآیندهای موثر بر تشکیل آن، یک سیستم پویا و ناهمگون بوده و تغییرپذیری مکانی در خاک ناشی از فرآیندهایی است که به صورت پیوسته و با وابسته بودن به مقیاس مورد مطالعه در مقیاسهای زمانی و مکانی رخ میدهد. تغییرات مکانی به دو دسته تغییرات ساختاری - سیستماتیک - و غیرساختاری - تصادفی - گروهبندی شده و تغییرات ساختاری به دلیل تغییرات تدریجی و قابل توجه در ویژگیهای خاک بوده که میتواند تابعی از لندفرمها، عوامل ژئومرفیک، خاکسازی و مدیریت خاک باشد.
تغییرپذیری ویژگیهای خاک را میتوان با استفاده از روشهای زمینآماری مانند نیمتغییرنما کمی نمود در مطالعه نجفیان و همکاران ، شن، سیلت، رس و ماده آلی وابستگی مکانی قوی با پیروی از مدل کروی داشتند و کربنات کلسیم معادل دارای وابستگی مکانی متوسط و پیروی از مدل کروی بود. درک پدیده نفوذپذیری، آگاهی از تغییرات مکانی آن در امتداد زمیننما و ویژگیهای خاک به منظور مدیریت منابع آب و خاک و تولید محصول در مناطق خشک و نیمه خشک امری ضروری میباشد. لذا هدف از پژوهش حاضر با فرض ساختار مکانی ویژگیهای مورد مطالعه، مدلسازی روند تغییرات مکانی نفوذپذیری و برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک در طول یک زمیننما در اراضی زراعی دیم در منطقه کوهین استان قزوین بوده است.
مواد و روشها
پژوهش حاضر در ایستگاه تحقیقات حفاظت خاک و آب دانشگاه تهران واقع در منطقه کوهین استان قزوین که دارای کاربری کشت دیم در امتداد خطوط تراز میباشد، انجام شد. میانگین بلند مدت نزولات آسمانی سالانه 330 میلیمتر بوده که بیشترین بارشها در اواخر اردیبهشت ماه رخ میدهد. بیشینه دما در تیرماه با 40 درجه سلسیوس و کمینه دما در دی ماه حدود 10 درجه سلسیوس میباشد. به منظور بررسی تغییرپذیری مکانی سرعت نفوذپذیری و برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک در منطقه مورد نظر، 33 نقطه با فواصل 50 متری در طول یک زمیننما انتخاب و اندازهگیری سرعت نفوذپذیری با استفاده از استوانههای مضاعف انجام شد.
نمونهبرداری خاک به صورت مرکب از دو عمق 0-15 سانتیمتری و 15-30 سانتیمتری انجام شد. نمونههای خاک بعد از هوا خشک شدن جهت انجام آزمایش پایداری خاکدانه از الک 4/75 میلیمتری و برای بقیه آزمایشها از الک دو میلیمتری عبور داده شد. اندازهگیری ماده آلی، کربنات کلسیم معادل و اسیدیته با استفاده از روشهای مرسوم انجام شدند.
نتایج و بحث
در تجزیه و تحلیل دادهها به منظور بررسی برخی از آمارههای توصیفی از نرمافزار SPSS19 استفاده شد. بررسی نرمال بودن توزیع دادهها با آزمون معنیداری چولگی انجام شد بررسی روند ویژگیها با استفاده از نرمافزار Excel2007 و برازش مدل خطی انجام و در صورت وجود روند، فرآیند حذف روند انجام شد بررسی همبستگی مکانی با محاسبه و برازش مدل به نیمتغییرنما و با نرمافزار GS+5.1.1 انجام شد. معیارهای برازش بهترین مدل بر نیمتغییرنما، بالاترین ضریب تبیین - R2 - و کمترین مجموع مربعات باقیمانده - RSS - بودند.
آمارههای توصیفی ویژگیهای مورد مطالعه در جدول 1 آمده است. بررسی آمار کلاسیک ویژگیهای مورد مطالعه نشان میدهد که از بین تمامی ویژگیهای مورد مطالعه تنها سرعت نفوذپذیری از توزیع غیر نرمال برخوردار بود که با تبدیل لگاریتم طبیعی نرمال شد. نتایج جدول 1 نشان میدهد که ضریب تغییرات از کمترین مقدار 1/33 برای اسیدیته در عمق دوم تا بیشترین مقدار 50/95 برای سرعت نفوذ نهایی اندازهگیری شده میباشد. کمبودن ضریب تغییرات اسیدیته را میتوان ناشی از یکنواخت بودن موقعیت مورد مطالعه مانند تغییرات کوچک در شیب و جهت شیب دانست.
محمدزمانی و همکاران نیز کمترین ضریب تغییرات را برای اسیدیته گزارش کردند. همچنین اقبال و همکاران نیز افزایش هدایت هیدرولیکی اشباع را ناشی از حضور سیستم ریشهای و منافذ بزرگ دانستند.ویژگی خاک:سرعت نفوذ نهایی اندازهگیری - قبل از تبدیل - ،سرعت نفوذ نهایی اندازهگیری - تبدیل لگاریتم طبیعی - ،میانگین وزنی قطر خاکدانه - 0- 15 cm - میانگین وزنی قطر خاکدانه - 15- 30 cm - جرم مخصوص توده خاک - 0-15 cm - جرم مخصوص توده خاک - 15-30 cm - ماده آلی - 0-15 cm - ،ماده آلی - 15-30 cm - کربنات کلسیم معادل - 0- 15 cm - کربنات کلسیم معادل - 15-30 cm - اسیدیته - 0-15 cm - اسیدیته - 15-30 cm - از آنجایی که اندازهگیریها در طول یک زمیننما و در موقعیتهای مختلف توپوگرافی انجام شد.
از اینرو ضریب تغییرات بالا کم و بیش مورد انتظار است. تغییرات کربنات کلسیم در طول یک دامنه به فرآیندهای نفوذ آب و آبشویی آن به لایههای پایین و نیز شدت فرسایش خاک که موجب از بین رفتن لایه سطحی و بالا آمدن لایه زیرین غنی از آهک میشود، وابسته است.
بررسی روند ویژگیهای مورد مطالعه نیز نشان داد که ویژگیهای میانگین وزنی قطر خاکدانه در هر دو عمق، جرم مخصوص توده خاک در عمق اول و اسیدیته در هر دو عمق دارای روند بودند. آمارههای مربوط به وابستگی مکانی و مدلهای برازش داده شده به نیمتغییرنمای ویژگیهای مورد مطالعه در جدول 2 آمده است. بررسی آمار مکانی نشاندهنده این موضوع میباشد که با توجه به طبقهبندی کامبردلا و همکاران - 1994 - که بر اساس نسبت اثر قطعهای به سقف است، سرعت نفوذ نهایی اندازهگیری، ماده آلی در عمق اول و کربنات کلسیم معادل در هر دو عمق دارای قویترین وابستگی مکانی میباشند.
وابستگی مکانی قوی میتواند ناشی از تغییرات ذاتی خاک مانند بافت و مینرالوژی خاک باشد. وابستگی مکانی متوسط برای میانگین وزنی قطر خاکدانه در عمق اول و ماده آلی در عمق دوم حاکی از موثر بودن عوامل مدیریتی نسبت به عوامل ذاتی خاک میباشد. کربنات کلسیم معادل در عمق اول دارای بیشترین دامنه تاثیر و کمترین درصد اثر قطعهای میباشد. در مطالعه نجفیان و همکاران کربنات کلسیم با دامنه تاثیر 151 متر و ماده آلی با دامنه تاثیر 153 متر گزارش شده که هر دو ویژگی از مدل کروی پیروی نمودند. میانگین وزنی قطر خاکدانه در عمق دوم، و جرم مخصوص توده خاک و اسیدیته در هر دو عمق با اثر قطعهای تام بدون وابستگی مکانی بودند.
عدم وابستگی مکانی در مقیاس مورد مطالعه نشان میدهد که نمونهبرداری میبایست در فواصل کمتر از فواصل مورد مطالعه صورت گیرد تا ویژگی ساختار مکانی را از خود نشان دهد. تفاوت در دامنه تاثیر ویژگیهای مورد نظر در پژوهش حاضر و سایر پژوهشگران میتوان دریافت که اختلاف در دامنههای تاثیر میتواند ناشی از تفاوت در فواصل نقاط اندازهگیری و وسعت منطقه مورد مطالعه باشد. دامنه تاثیر حاکی از وسعت منطقهای دارد که نشاندهنده پیوستگی مکانی ویژگیها بوده و میتوان از روشهای آمار مکانی برای تخمین استفاده نمود. در نیم تغییرنمای برخی از ویژگیهای مورد مطالعه آمده است. مطالعه فروغیفر و همکاران نشان داد که جرم مخصوص توده خاک و پایداری خاکدانه از مدل کروی و دارای وابستگی متوسط میباشند.
