بخشی از مقاله
مقدمه
استفاده از هندسه فرکتالی و تعیین بُعد فرکتالی اجسام برای شناخت غیریکنواختی - Heterogeneity - موجود در محیطهای طبیعی از اهمیت خاصی برخوردار است . - Kutlu et al., 2008 - از هندسه فرکتالی برای کمّیسازی ساختمان خاک و پایداری خاکدانهها استفاده شده است . - Huang and Zhang, 2005 - Sepaskhah و همکاران 2000 - بُعد - فرکتال تفکیکی - Dn - بُعد، فرکتال جرمی - Dm - و MWD را به عنوان معیارهایی از پایداری خاکدانهها ارزیابی نمودند که Dn و Dm با افزایش مالچ و با افزایش پایداری خاکدانهها کاهش داشته است.
مقادیربالاتر بُعد فرکتالی نشان دهنده درجه تکهتکه شدن بیشتر میباشد یعنی توزیع اندازه خاک غالباً با تعداد بیشتری از خاکدانههای ریز بوده است. مقادیر پایین D، بیان کننده این است که غالب توزیع اندازه خاکدانهها بیشتر از خاکدانههای بزرگتر تشکیل شده است . - Ding and Ding, 2007 - میانگین وزنی قطر خاکدانهها - MWD - بخش کوچکی از پیچیدگی ساختمان خاک را دربر میگیرد، که با یکپارچه کردن، بخشهای اندازه خاکدانه به MWD، اطلاعات از دست رفته، و به نفع اندازه بزرگتر الک تمام میشود.
- Cambardella, 2006; Caruso et al., 2011 - بُعد فرکتالی توزیع اندازه ذرات خاک - DB - به دست آمده از روش Bird و همکاران - 2000 - برای خاکهایی با شن زیاد کوچک بوده، در حالی که DB بزرگتر، از خاکهایی با مقدار رس و سیلت بالا به دست آمده است و نتیجهگیری شده، بُعد فرکتالی قادر به تفکیک بین بافتهای خاک میباشد . - Neyshabouri et al., 2011 - جریان اشباع آب در خاک و نفوذ پایه به طور مبنایی تابع ساختمان خاک است. ساختمان خاک نیز خود به طور مستقیم اندازهگیری نمیشود. بنابراین اهداف این پژوهش بررسی تغییرات نفوذ آب به خاک در مکانهای مختلف، و تعیین شاخصهای کمّی ساختمان خاک MWD - ، GMDو بُعد فرکتالی - و ارزیابی رابطهی آنها با ویژگیهای خاکی و پارامترهای نفوذ آب به خاک بود.
مواد و روشها
چهار هزار هکتار از اراضی دشت کوار در استان فارس بر روی نقشه 1:50000 توپوگرافی منطقه، در محیط Arc GIS رقومیسازی و به فواصل منظم 500×500 متر شبکهبندی شد. در گرههای شبکه، در 161 مکان مختلف نمونهبرداری خاک و آزمایشات نفوذ آب به خاک انجام گردید. مدل فیزیکی نفوذ آب به خاک فیلیپ و مدلهای تجربی کوستیاکوف و کوستیاکوف لوییز بر دادههای نفوذ اندازهگیری شده برازش داده شد. جرم ویژه ظاهری، مقدار رطوبت خاک، فراوانی نسبی ذرات خاک - PSD - ، توزیع اندازه خاکدانهها - ASD - ، دانسیته ظاهری خاکدانهها، میانگین وزنی قطر خاکدانهها - MWD - ، میانگین هندسی قطر خاکدانهها - GMD - ، قابلیت هدایت الکتریکی - EC - و اسیدیته در گل اشباع - pH - ، کربن آلی و درصد اشباع خاک نیز اندازهگیری شد.
دادههای اندازهگیری شده نفوذ آب به خاک در محیط نرمافزارهای Excel، SPSS و Sigmaplot بر مدلهای نفوذ آب به خاک برازش و ضرایب و ویژگیهای آماری مدلها تعیین گردید. بهترین مدل انتخاب و آمارههای توصیفی کمینه، بیشینه، میانگین، میانه، چولگی، کشیدگی، انحراف معیار، ضریب تغییرات و ضریب همبستگی خطی r - بین - متغیّرها با استفاده از نرمافزار SPSS مشخص شدند. برای تعیین توزیع اندازه خاکدانهها از سری الک خشک با قطرهای 0/42 - ، 0/84، 2، 4/75، 6/4، 12/7 و 38 میلیمتر - و سری الک تر 2 - ، 1، 0/5، 0/25، 0/106، و 0/053 میلیمتر - استفاده شد.
نتایج و بحث
دامنه تغییرات ویژگیهای خاک و پارامترهای مدلهای نفوذ آب به خاک در بیشتر موارد بسیار زیاد بود. دلیل این گستردگی، وسعت زیاد منطقه مورد مطالعه و وجود فیزیوگرافیهای مختلف است. جرم ویژه ظاهری دارای کمترین تغییرات و رطوبت وزنی اولیه دارای بیشترین تغییرات بود. در مقایسه با خواص پایه، پارامترهای مدلهای نفوذ غیریکنواختتر بودند. پارامتر انتقالی معادله فیلیپ - A - و رطوبت وزنی اولیه خاک نیز که از عوامل موثر بر A است، غیریکنواختی زیادی داشت.
پارامتر a کوستیاکوف و پارامتر S فیلیپ دارای همبستگی معنیدار با جرم ویژه ظاهری و رطوبت وزنی اولیه بودند - جدول . - 1 از سوی دیگر پارامتر a و S در سطح یک درصد همبستگی معنیدار بسیار قوی - r=0/99 - با یکدیگر داشتند. به نظر میرسد که پارامتر a در مدل تجربی کوستیاکوف معادل پارامتر فیزیکی S در مدل فیلیپ، و شاخصی از توانایی خاک در جذب و نگهداری آب میباشد. پارامتر انتقالی Aدر مدل فیلیپ به عنوان شدّت نفوذ پایه با جرم ویژه ظاهری، رطوبت اولیه خاک و درصد شن همبستگی معنیدار متوسط در سطح احتمال 1درصد، نشان داد.
در کل همبستگی مثبت بین پارامترهای نفوذ منطقی است به دلیل این که پارامترهای نفوذ ضرایب مثبتی هستند و افزایش آنها منجر به افزایش نفوذ آب به خاک میشود. افزایش ماده آلی خاک نیز باعث بهبود ساختمان خاک و افزایش حرکت آب در خاک و بالاخره افزایش نفوذ آب به خاک میشود. همبستگی بین S با مقدار رطوبت اولیه خاک و با درصد رس خاک منفی بود. همبستگی مثبت معنیدار قوی بین شوری خاک و مقدار آب در خاک با مقدار رس بالا و ظرفیت نفوذ آب به خاک پایین گزارش شده است. - Miyamoto and Chacon, 2005 -
همبستگی معنیداری بین ویژگیهای خاک مشاهده گردید که هر کدام از آنها اهمیت ویژهای دارد که بحث آن در این مقاله کوتاه میّسر نیست. همبستگی معنیداری بین ویژگیهای خاک و رطوبت خاک در مقیاس حوضه آبخیز نیز گزارش شده است . - Tomer et al., 2006 - بین پارامترهای فرکتالی و ویژگیهای خاک نیز همبستگی معنیدار مشاهده گردید. پژوهشگران متعددی نیز اینگونه همبستگیها را گزارش کردهاند که در مدلسازی اهمیت ویژهای دارد - Cambardella, . - 2006; Kutlu et al ., 2008 در شکل 1 نمونهای از این نوع همبستگی نشاه داده شده است.
