بخشی از مقاله
مقدمه
پایداری خاکدانهها و ساختمان خاک از ضروریات حفظ و ارتقای توان تولید، کاهش فرسایش، تخریب خاک و کاهش آلودگیهای زیست محیطی محسوب میشود . - Bronik and Lal, 2005 - به این ترتیب دستیابی به وضعیت بهینهی ساختمانی و ارتقای پایداری واحدهای تشکیل دهندهی ساختمانی خاک - خاکدانهها - ، یکی از مهمترین اهداف کشاورزی پایدار و حفاظت محیط زیست به شمار میرود. هندسهی فرکتالی در مقابل هندسهی اقلیدسی در سال 1982 توسط Mandelbrotبه منظور کمّی نمودن و تشریح اشکال نامنظم طبیعت پایهریزی شد.
در سلسله مراتب تشکیل خاکدانهها، واحدهای درشتتر ساختمانی میتوانند از تکرار واحدهای کوچکتر مشابه خود به وجود آیند و به همین ترتیب در فرآیند معکوس، واحدهای مشابهی در نتیجهی خردشدن واحد بزرگتر تولید میشوند. طی فرآیند سلسله مراتب تشکیل خاکدانهها شکل و اندازهی خاکدانههای کوچکتر، تابعی از تعداد واحدهای بزرگتر میباشد و این نحوهی خرد شدن به وسیلهیبُعد کسری یابُعد فرکتالی بیان میشود. به این ترتیب ساختمان خاک را میتوان با توابع مبتنی بر هندسهی فرکتالی کمّی نمود - . - Blevins, 1997
سه ویژگی ساختمان خاک که امکان مدل کردن آن را با هندسهی فرکتالی فراهم مینمایند عبارتند از: - 1 تشکیل از طریق تکرار - 2 1 خود متشابهی 3 2 بُ - عد غیر صحیح - اعشاری - در سالهای اخیر، امکان توصیف توزیع اندازهی ذرات، توزیع اندازهی منافذ و توزیع اندازهی خاکدانهها، با استفاده از تئوری فرکتالها، توسط پژوهشگران متعددی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج نشان داد که تئوری فرکتالها ابزاری مناسب در کمّی کردن ساختمان خاک، فرسایش خاک و نفوذپذیری میباشد. - Filgueira
Liu . - et al., 2006; Miao et al., 2007; Montero, 2005; Rieu and Sposito, 1991a,b; و همکاران در سال 2009 با استفاده از مدلهای فرکتالی - 1982 - Mandelbrot و Tyler و - 1992 - Wheatcraft توزیع اندازه-ی ذرات را تخمین زدند. آنان همبستگی معنیداری میان مقدار رس، سیلت و شن خاک بُباعد فرکتالی یافتند. بدینصورت کهبُعد فرکتالی با افزایش شن خاک افزایش و با کاهش میزان سیلت و رس کاهش داشته است. بین مواد آلی و خاکدانههای با اندازهی بیشتر از 250 میکرون رابطه منطقی گزارش شده است - Holeplas et al., . - 2004 مطالعات محدودی که با استفاده از هندسهی فرکتالی در علوم خاک انجام شده، حاکی از اهمیت این روش در کمّیسازی پارامترهای خاک است. بنابراین اهداف این پژوهش شامل: محاسبه و تعیین پارامترهای فرکتالی پایداری خاکدانهها و رابطهی آنها با پارامترهای مهم فیزیکی و شیمیای خاک بود.
مواد و روشها
پژوهش حاضر در مساحت تقریبی 5000 هکتار از اراضی دشت ارسنجان استان فارس انجام شد. منطقه مطالعاتی به فواصل 500*500 متر شبکهبندی و از 182 نقطه در گرههای شبکه به صورت چند ریزنمونهی مرکب از عمق 0- 30 سانتیمتری نمونه خاک تهیه شد. ویژگیهای pH، EC، سدیم و پتاسیم تبادلی، درصد کربن آلی، جرم مخصوص ظاهری خاکدانهها، توزیع اندازهی ذرات و خاکدانهها در حالت خشک و مرطوب اندازهگیری شد.
نتایج و بحث
افزایش میزان رس به علت سهولت در تشکیل دمینها، و از طریق تأثیر بر پدیدههای پراکنش و آماس، بر خاکدانهسازی مؤثر است. پایداری خاکدانهها و ساختمان خاک به ذرات ریز خاک - رس و تا حدودی سیلت خاک - وابسته میباشد و با افزایش اندازهی ذرات - در اندازهی شن یا بزرگتر - به علت افزایش ضخامت لایهی دوگانهی پخشیده و کاهش سهولت تشکیل دمین - کاهش میزان رس - پایداری خاکدانهها کاهش مییابد.
- Bronik and Lal, 2005 - از طرفیبُ، عد فرکتالی جهت تخمین توزیع اندازهی خاکدانهها نمایندهی پایداری خاکدانهها میباشد. بنابراین کمترین مقداربُعد فرکتالی نمایندهی بیشترین پایداری در خاکدانهها خواهد بود و این امر همگام با افزایش میزان درصد رس و در درجات پایینتر سیلت خاک میباشد، بنابراین با افزایش میزان رس و سیلت در خاک و به تبع آن افزایش پایداری خاکدانهها میزانبُعد فرکتالی کمتر خواهد شد و با افزایش شن در بافت خاک مقدار بُعد فرکتالی نیز افزایش مییابد. - Liu et al ., 2009 - در پژوهش حاضر نیز رس و سیلت خاک با داشتن همبستگی منفی بابُعد فرکتالی مدلهای ذکر شده سبب کاهشبُعد فرکتالی شدند و شن خاک عکس این وضعیت را نشان داد که با نتایج پژوهشهای Liu و همکاران - 2009 - ، پیرمرادیان و همکاران - 2005 - مطابقت داشت.
بنابراین با افزایش میزان رس خاک، کربن آلی به میزان بسیار مؤثری در خاکدانهسازی مشارکت داشت، پس به دلایل بیان شده در این قسمت با افزایش کربن آلی خاک میزانبُ عد فرکتالی مشابه نتایج تحقیقات Wang و همکاران - 2008 - ، Liu و همکاران - 2009 - ، پیرمرادیان و همکاران - 2005 - ، Holeplas و همکاران - 2004 - کاهش داشت. با توجه به پژوهشهای پیشین - Armestrong and Tanton, 1992 - و ثابت شدن اثر تخریبی سدیم بر ویژگیهای فیزیکی خاک به ویژه ساختمان، با افزایش میزان این کاتیون در محلول خاک پایداری خاکدانهها کاهش خواهد یافت زیرا با وجود سدیم به دلیل انبساط رسها و پراکنده شدن ذرات رس، نفوذپذیری کاهش یافته و ساختمان خاک تخریب میشود . - Liu et al ., 2005 -
