بخشی از مقاله
مقدمه
منحنی نگهداری آب خاک - SWRC - خصوصیت هیدروفیزیکی خاک است، که بیانکننده رابطه بین مقدار آب خاک و پتانسیل خاک میباشد. این منحنی بیان کننده توزیع اندازه منافذ خاک و چگونگی نگهداری آب در مکشهای ماتریک مختلف است - سیلزر و همکاران، . - 2009 مقاومت، شاخص مناسب از وضعیت فیزیکی خاک محسوب می-شود و از راههای گوناگون - مانند انرژی لازم برای انجام عملیات خاکورزی، نفوذ ریشهها، جوانهزنی بذر - بر کاربری زراعی خاک موثر است. مقاومت خاک، متاثر از مقدار و نوع کاتیونهای تبادلی، مقدار رسهای قابل پراکنش، نوع و اندازه رس، خاکدانههای پایدار در آب، غلظت و ترکیب محلول خاک، موادآلی خاک و دورههای خشک و مرطوب شدن است - برزگر و همکاران، . - 1995
مقاومت فروروی - PR - ، یکی از ویژگیهای مهم خاک و از انواع مقاومتهای مکانیکی خاک است و بیانگر مقاومت خاک در برابر فروبردن یک جسم میلهای شکل به درون آن میباشد - سوئن و ون اوورکرک، . - 1994 مقاومت فروروی وابسته به وزن مخصوص ظاهری، مقدار آب و ساختمان خاک است. با افزایش مقدار آب خاک، مقدار آن کاهش و با افزایش وزن مخصوص ظاهری، مقدار آن افزایش مییابد. اثر وزن مخصوص ظاهری بر PR در حالت خشک بیشتر از حالت مرطوب است. مقاومت فروروی وابسته به مقدار آب می-باشد. رابطه بین PR خاک و پتانسیل ماتریک یا مقدار رطوبت خاک، به عنوان منحنی PR شناخته میشود - تو و کی، . - 2005
مقدار آب خاک، وزن مخصوص ظاهری، مقدار مواد آلی و بافت خاک پارامترهایی هستند که بر منحنیهای PR و مشخصه رطوبتی مؤثر هستند. برای پیشبینی SWRC و منحنی PR، مدلهایی ایجاد شدهاند. در این مدلها از پارامترهای زودیافت برای پیشبینی این دو منحنی استفاده شده است - آیمهوف و همکاران، . - 2006 میتوان چنین استنباط کرد که منحنی PR و SWRC دارای همبستگی بوده و میتوان با بدست آوردن منحنی PR ، SWRC را بدست آورد. این نکته تا کنون مورد بررسی قرار نگرفته است. بنابراین هدف این تحقیق استفاده از منحنی PR برای تخمین نگهداری رطوبت در خاک میباشد.
مواد و روشها
تعداد 30 نمونه از خاکهای استان آذربایجان غربی براساس تنوع ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی، انتخاب شد. در هر نقطه هشت نمونه دست نخورده تهیه شد. برای بدست آوردن SWRC در مکش 10 سانتیمتر از جعبه شن1 و درمکشهای 300، 4000 و 15000 سانتیمتر از دستگاه صفحات تحت فشار استفاده شد. در آزمایشگاه، پس از تعادل رطوبتی، PR آنها نیز توسط فروسنج میکرو2 اندازهگیری شد.از ضرایب دو مدل استوکز و داونز - 2008 - - فرمول - 1 بر پایه رطوبت حجمی و مدل تو و کی - 2005 - - فرمول - 2، به عنوان مدلهای PR جهت تخمین SWRC استفاده شد.
QsatSM, QdrySM' SM, nSM, mSM، aT, bT, cT ضرایب مدلها میباشند. برای ایجاد تابع انتقالی اول با روش رگرسیونی جهت تخمین رطوبت در مکشهای مختلف از متغیرهای جرم مخصوص ظاهری، رس و نسبت سیلت به شن استفاده شد. برای ایجاد تابع انتقالی دوم و سوم با روش رگرسیونی بهترتیب ضرایب مدلهای استوکز و داونز - 2008 - و تو و کی - 2005 - علاوه بر متغیرهای ورودی تابع اول بهعنوان تخمین گر استفاده شدند. برای بررسی درستی توابع انتقالی از آمارههای ریشه میانگین مربعات خطا - RMSE - ، معیار اطلاعات اکایک - AIC - - اکایک، - 1974، ضریب تعیین - R2 - ، میانگین خطا - ME - و ضریب بهبود نسبی - RI - بهرهگیری شد.
نتایج و بحث تخمین 10cm
از ویژگیهای پایه خاک - رس، شن/ سیلت و جرم مخصوص ظاهری - به عنوان تخمینگر ، در تخمین رطوبت در مکشهای مختلف در گام نخست استفاده شد. نتایج در جدول 1 نشان داده شده است. میتوان چنین بیان داشت که استفاده از این پارامترها به تنهایی در مقایسه با سایر توابع انتقالی ایجاد شده جهت تخمین ویژگیهای هیدرولیکی مناسب نمیباشد. اسخاپ و لیج - 1998 - از شن، سیلت، رس و BD برای تخمین SWRC استفاده نمودند و RMSE برابر با 9 درصد را گزارش کردند که نسبت به مقادیر بهدست امده در این تحقیق بالاتر بود.
در PTF2، برای تخمین رطوبت در مکش 10 سانتیمتر از QsatSM، QdrySM، SM ، nSM و mSM به همراه Si/SCBD به عنوان تخمینگر استفاده شد. دقت مدل به طور معنیداری افزایش یافت. پاچپسکی و همکاران - 1998 - تاثیر PR بر تخمین رطوبت در مکشهای 5، 10 و 20 کیلوپاسکال را با استفاده از روش مدیریت گروهی دادهها گزارش کردند. آنها اندازهگیری PR را در محدوده ظرفیت زراعی 3 - FC - انجام داده بودند؛ در روش مدیریت گروهی دادهها در حین محاسبات از PR در محاسبه FC استفاده کردند. آنها اظهار داشتند که این FC است که بر تخمین رطوبت در مکشهای 5، 10 و 20 کیلوپاسکال تاثیر داشته است. به نظر میرسد عامل موثرتر، رابطه PR با مکش و رطوبت است که باعث بهبود تخمین رطوبت توسط PR گردیده است، و احتمالا عامل موثر بعدی همبستگی PR با دیگر ویژگیهای خاک مانند BD، بافت، توزیع اندازه منافذ، عوامل سیمانیکننده - گرانولد و همکاران، - 2001b میباشد که بر توزیع اندازه منافذ خاک مؤثر هستند.
در گام سوم از پارامترهای مدل تو و کی - 2005 - به عنوان تخمینگر استفاده شد. در این گام RMSE و AIC در مقایسه با گام دوم افزایش یافت. این تخمینگرها نتوانستند SWRC را به طور معنیداری تخمین زنند. احتمالا دلیل نتایج ضعیف، عدم همبستگی پارامترهای مدل تو کی - 2005 - با رطوبت در مکش 10 سانتیمتر باشد - جدول ارائه نشده است - .تخمین 300cmدر هر دو تابع انتقالی ایجاد شده برای تخمین رطوبت در مکش 300 سانتیمتر، تخمینگرها منجر به بهبود معنیدار دقت تخمین شدند. مقایسه نتایج دو تابع انتقالی نشان دهنده برتری نسبی PTF2 در مقایسه با PTF3 می-باشد. مدل تو و کی - 2005 - ، مدلی سه پارامتری است. شاید تعداد بیشتر پارامترهای مدل استوکز و داونز - 2008 - نسبت به مدل تو و کی - 2005 - باعث توصیف بهتر منحنی PR و درنتیجه بهبود بیشتر تخمین شده است.
تخمین 4000cm
بررسی نتایج تخمین رطوبت در مکشهای 4000 و 15000 سانتیمتر، نشاندهنده برتری PTF3 در مقایسه با PTF2 میباشد. در هر دو تابع تخمینگرها منجر به بهبود معنیدار تخمین رطوبت شدند. پارامترهای مدل تو و کی - 2005 - ، تحتتاثیر بافت، مادهآلی و وزن مخصوص ظاهری میباشند. با توجه به اینکه OC از عوامل بهبود ساختمان خاک و خاکدانهسازی بوده - بیر و همکاران، - 1994، لذا انتظار براین است که استفاده از این مدل به عنوان تخمینگر دقت تخمین رطوبت را افزایش دهد. از طرف دیگر مدل تو و کی - 2005 - بیشترین دقت و قابلیت را در مقایسه با سایر مدلها در برازش منحنی PR داشت - جدول ارائه نشده است - .
