بخشی از مقاله
چکیده
هرساله، هزاران تن مواد جامد در سطح حوزههای آبریز دچار فرسایش میشود. درک دینامیک و نرخ انواع فرسایش خاک برای مدیریت مناسب چشماندازهای مختلف و طراحی برنامههای پیشگیری و مقابله ضروری و حیاتی است - . - Stoffle et al.2013 تکنیکهای معمول اندازهگیری نرخ فرسایش با محدودیت های مقیاس زمانی، مکانی و ابزار گرانقیمت و کاربر همراهاند.
یکی از جدیدترین و در عین حال کم هزینهترین روشها برای اندازهگیری نرخ فرسایش ئر مقیاسهای زمانی مناسب - حتی تعیین سال و فصل آغاز فرسایش - استفاده از ریشههای بیرون زده درختان است. در این مقاله جدیدترین تغییراتی که در آناتومی ریشه درخت در اثر فرسایش ایجاد میشود تحت عنوان شاخصهای میکروسکوپی تعیین فرسایش معرفی شده است، همچنین در ادامه مهمترین محدودیتهای این روش در استخراج نرخ فرسایش و همچنین چالشهای پیش رو بیان شده است.
-1 مقدمه
هرساله، هزاران تن مواد جامد در سطح حوزه های آبریز دچار فرسایش میشود. درک دینامیک و نرخ انواع فرسایش خاک برای مدیریت مناسب چشماندازهای مختلف و طراحی برنامههای پیشگیری و مقابله ضروری و حیاتی است
برای تخمین نرخ فرسایش روشهای دقیقی مانند پینهای فرسایشی، و بررسیهای LIDAR در مقیاسهای زمانی کوتاهمدت - روز تا سال - و مقیاسهای فضایی کوچک وجود دارد. بااین وجود این تکنیکها ممکن است نیازمند اخلال در تأسیسات - Lawler,1993 - ، ابزار گرانق یمت - Brasington et al,2003 - ، و نیروی کار قابل توجه Lawler,1993 - و - Hupp et al,2009 باشد، بنابراین هرچند این تکنیکها ممکن است نرخ دقیق فرسایش را نشان دهد، ولی این نرخ در طول زمان متغیر است، و انجام این چنین تکنیک هایی برای نظارت بر تغییرات نرخ فرسایش ممکن است عملی و حتی امکانپذیر نباشد .
البته در سالهای اخیر برای غلبه بر مشکل محدودیت مقیاس فضایی و زمانی روشهای فوق، از رادیو ایزوتوپهایی مانند Cs137, Pb210, Be7 برای تخمین فرسایش استفاده میشود - Parsone and Foster.2011 - ، ولی این روش فاقد قدرت تفکیک زمانی برای شناسایی عوامل و محرکهای فرسایش است - . - stoffel et al.2013 همچنین این روش مستلزم هزینه سنگین و تجهیزات پیشرفته است.
آنالیز دندروژئومورفولوژی با استفاده از ریشه های بیرون زده درختان، تکنیک مناسبی برای تخمین نرخ فرسایش کناری در باز ه های زمانی دهه تا سال در مقیاس هایی فضایی کوچک تا بزرگ است. این روش بر ای ن اصل استوار است که فرآیندهای ژئومورفولوژیکی رشد درختان را تحت تأثیر قرار میدهد و این تأثیر در حلقههای رشد درخت و همچنین آناتومی چوب آن منعکس می شود - Bodoque et . - al,2011 تحقیقات دندروژئومورفولوژی شامل آنالیز ناهنجاریهای رشد در سری حلقه درخت به منظور تعیین سن فرآیندهای ژئومورفیک و برای تعیین فراوانی و گسترش فضایی آنها و در نتیجه کمک به ارزیابی مخاطرات طبیعی است
-2 شاخصهای میکروسکوپی فرسایش:
کرونولوژیست ها از ویژگیهای آناتومیک چوب در دندروژئومورفولوژی بهعنوان یک رویکرد نوآورانه بیشترین بهرهبرداری را جسته اند و نتایج قابل توجهی در دهه گذشته با این تکنیک به دست آوردهاند - . - Fonti et al,2010 آنالیز ریشههای برونزدهیافته درخت برای تخمین نرخ فرسایش بر این اصل استوار است که بین چوب ساقه و چوب ریشه از لحاظ ساختاری تفاوت وجود دارد.
هنگامیکه ریشه درخت از خاک خارج میشود، ساختار آناتومیک آن ممکن است از چوب ریشه به چوب ساقه تغییر یابد، و به این طریق میتوان سالی را که ریشه از خاک خارج شده را تعیین نمود. کاربرد اولیه استفاده از ریشههای بیرون زده درختان برای برآورد فرسایش ابتدا فقط در فرسایش ورقهای بود، اما این روش بعدها در مکانیابی نقاط دارای فرسایش کناری در رودخانهها - Malik and matyja,2008; - Stoffel et al,2012; Stotte et al,2014، برآورد نرخ فرسایش در گالیها - - Bodoque et al,2011 و همچنین برآورد نرخ فرسایش در بدلندها - - Lopez Saez et al,2011 نیز استفاده شد.
پتانسیل ریشه به عنوان یک شاخص برای تخمین فرسایش از دهههای اول قرن بیستم به رسمیت شناخته شد - . - Stoffel et al,2013 با توسعه روش ابتدایی که Schulman,1945 ارائه کرده بود، مطالعه فرسایش با استفاده از ریشههای بیرون زده درختان توسط Hueck,1951، Lamarch,1961، Viavant and Eardley,1967 و Lamarch,1968 پیگیری شد. در ابتدا فقط شاخصهای ماکروسکوپی شامل جراحات وارده به ریشه خارج از خاک و عدم تقارن حلقه های رشد برای تخمین فرسایش به کار برده میشد. تلاش برای تنوع بخشیدن به این شاخصها توسط پژوهشگران از 1960 آغاز شد و همچنان ادامه دارد.
-1-2 پیشرفتهای اخیر و شاخصهای میکروسکوپی:
بعد از دهه ها تمرکز روی آنالیز ماکروسکوپی ریشه های بیرون زده درختان در برآورد نرخ فرسایش، تعیین شاخصهای میکروسکوپی جدید در برآورد نرخ فرسایش مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در فرسایش خاک، کاهش قشر خاک به علت تغییراتی که در دما و رطوبت و کاهش فشار وزن خاک ایجاد می کند، سبب ایجاد تغییر در آناتومی ریشه خواهد شد
تعیین سال بیرونزدگی ریشه از خاک با استفاده مطالعه میکروسکوپی تغییرات آناتومیکال در ساختارهای حلقههای رویشی ریشه بعد از خروج از خاک اخیراً به چالشی برای پژوهشگران تبدیل شده اشت .
پژوهشگران مختلف طی مطالعه روی گونههای مختلف درخت - سوزنیبرگ، پهن برگ - در مناطق اقلیمی مختلف شاخص های میکروسکوپی مختلفی جهت تعیین سال برونزدگی ریشه از خاک ارائه نمودهاند. مهمترین این شاخصها به شرح زیر است:
-1 بافت پینهای ایجادشده در رشد بعد از جراحت:در بعضی از ریشهها بعد از ایجاد جراحت در اثر حوادث هیدرولوژیکی که ریشه را عریان کرده اند، لایه های سلولی به صورت عادی به رشد خود ادامه نمیدهند. رشد غیرعادی سلولها در ادامه رشد سبب ایجاد بافت پینهای در سلولها میگردد که شاخص مناسبی برای تشخیص سال بیرونزدگی ریشه است. در بررسیهای میکروسکوپی مقاطع نازک تهیهشده از ریشهها وجود بافت پینهای در حلقه رشد، به راحتی قابل تشخیص است.
-2 مناطق مانع:1 این مناطق که به شکل مرزهای مانعی در چوب هستند، درواقع ردیف هایی از سلول های کامبیومی هستند که بعد از جراحتی که به ریشه واردشده، به رشد خود ادامه داده اند. حلقه های رویشی که داری چنین مناطقی باشند در ملاحظات میکروسکوپی از مقطع عرضی نازک تهیه شده از ریشه قابل تشخیصاند.
-3 ردیف های تانژانتی از مجاری صمغی آسیب دیده: - TRD - 2 گاهی در اثر ایجاد جراحت به وسیله سایش رسوب به ریشه، مجاری عبور صمغ - گاهاً در اطراف بافت پینهای - بهصورت ردیفهای تانژانتی دیده میشوند.
-4 تغییرات قابل توجه در اندازه لومن و دیواره آوندها: یکی از مهمترین و درعین حال پرکاربردترین شاخص های میکروسکوپیک برای تشخیص بیرونزدگی ریشه از خاک، تغییر در اندازه لومن و دیواره سلولهای آوندی است.
Corona et al - 2011a,b - ثابت کردند که در نتیجه کاهش قشر خاک و در نتیجه آن تقویت نوسانات دما و رطوبت لومن ریشه به شدت کاهش می یابد. در بسیاری از موارد قبل از بیرون زدگی ریشه دیواره سلول های آوندی نازک و در مقابل لومن سلولهای آوندی بزرگ است. Lopez Seaz et al - 2011 - بیان کردند که اندازه لومن سلولهای آوندی بعد از بیرونزدگی تا 50 درصد کاهش مییابد.
-5 تغییر قابل توجه در اندازه دیواره و لومن سلول های فیبر: برخلاف سلول های آوندی، دیواره سلول های فیبر بعد از بیرونزدگی ضخیمتر شده و لومن آنها کوچکتر خواهد شد اندازهگیری شد. Hitz et al - 2008 - نشان دادند که ناحیه لومن سلولی در فیبرها در سال بیرونزدگی ریشه از خاک یک کاهش کاملاً واح و متمایز دارد.
-6 تغییر در تراکم و جهت گیری آوندها: بسته به شرایط بعد از بیرون زدگی ریشه، تعداد و جهت گیری آوندها تغییر می کند. در اکثر موارد حلقه رویشی ریشه های مدفون در خاک متخلخل است، یعنی تعداد آوندها زیاد و نزدیک به هم است. بعد از بیرونزدگی، تعداد آوندها در حلقه رویشی کاهش مییابد و آوندها بهصورت پراکنده درمیآیند.
-7 پره های چوبی خمیده:3 سلولهای پره چوبی الیافی را تشکیل میدهند که به صورت عرضی در درخت قرار میگیرند. یکی دیگر از شاخصهای بیرونزدگی ریشه از خاک، خمیدگی پرههای چوبی است.
-3 بحث و نتیجهگیری:
استفاده از ریشه های بیرون زده درختان در تخمین میزان انواع فرسایش دارای مزیت هایی است که آن را از سایر روش های برآورد میزان فرسایش مجزا کرده است. مهمترین مزیت استفاده از این روش، برآورد نرخ فرسایش های بسیار کند و فرسایش های جدید است که در سایر روش ها امکان آن وجود ندارد. حتی با دقت بیشتر در مطالعات میکروسکوپی می توان با تعیین اینکه جراحات و صدمات در چوب بهاره یا تابستانه اتفاق افتاده فصل شروع فرسایش را نیز تعیین نمود.
-1-3 محدودیتها و چالشهای آینده:
Stoffel et al - 2013 - مهمترین محدویت این روش توزیع فضایی غیرهمگن رختان در محدوه مورد مطالعه و سن ریشههای بیرونزده بیان می کند. از دیگر محدودیت های این روش برای برآورد فرسایش گالی و فرسایش کرانه رودخانه است.
