بخشی از مقاله
چکیده
نفوذ آب به خاک نتیجهی وضعیتهای توپوگرافی، موضعی خاک و نیز مقدار بارندگی میباشد. اندازهگیری مقدار نفوذ آب از منطقه غیر اشباع، بهمنظور ارزیابی میزان تغذیه آب زیرزمینی و برآورد میزان انتقال آلودگی از سطح زمین به آبهای زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی مقدار نفوذ عمقی در اراضی شالیزاری دارای سیستم زهکشی زیرزمینی میباشد.
بر این اساس، در اراضی شالیزاری دارای سیستم زهکشی به ترتیب: تیمار به فاصله خطوط زهکشی 30 متر و عمق 0/9 متر - D0.90L30 - ، تیمار دو عمقی به فاصله 15 متر و عمقهای 0/65 و 0/90 متر - Bi_Level - و یک تیمار به فاصله خطوط 30 متر و عمق 0/65 متر - D0.65L30 - برای تعیین مقدار نفوذ عمقی استفاده شدند. نتایج نشان داد بیشترین مقدار نفوذ عمقی به ترتیب در تیمارهای D0.90L30، Bi_Level و D0.65L30 به ترتیب، برابر 2173500، 362250 و 251099/9 سانتیمتر مکعب در روز و نیز کمترین مقدار نفوذ عمقی به ترتیب 51749/9، 38812/5 و 0 سانتیمتر مکعب در روز برآورد شد. در نتیجه بین دو تیمار با فاصله برابر، نفوذ عمقی در تیمار عمیقتر افزایش یافته است.
مقدمه
در سالهای اخیر برای تامین نیاز غذایی جمعیت رو به رشد، باید عملکرد محصولات کشاورزی در واحد سطح افزایش یابد. از طرفی، آب به عنوان یکی از عوامل محدود کننده رشد گیاه و توسعه کشاورزی شناخته شده است. با توجه به اینکه بیشتر اراضی شالیزاری در نواحی پست شمال کشور قرار دارند، و نیز بیشتر بارندگیها - حدود 70 درصد - در فصول مرطوب سال اتفاق میافتد. در این نواحی به طور طبیعی سفره آب زیرزمینی کم عمق نزدیک به سطح زمین قرار دارد. ترکیب این عوامل در این دوره از سال سبب بروز مشکل زهکشی و ماندابی خواهد شد. یکی از راهکارهای مناسب جهت رفع این مشکل، اجرای سیستم زهکشی زیرزمینی میباشد.
بررسی حرکت آب از داخل خاکهای مرطوب در اراضی شالیزاری دارای سیستمهای زهکشی زیرزمینی، جهت پی بردن به روابط آب، خاک و گیاه و محاسبه مقدار خروج آب از ناحیه ریشه گیاه ضروری میباشد. نفوذ آب به خاک در نتیجه وضعیتهای توپوگرافی، موضعی خاک و مقدار بارندگی میباشد، و به مقدار آب آبیاری و رطوبت اولیه خاک بستگی دارد بنابراین، زمانی که مقدار آب باران یا آب آبیاری بیش از ظرفیت نگهداری آب در خاک، وارد خاک میشود، مقداری از آن بهصورت ثقل - به دلیل سنگینی یا وزن و فشار هیدرولیکی و یا هردوی آنها - به طرف پایین حرکت کرده و به صورت نفوذ عمقی از دسترس ریشه گیاه خارج میشود.
از طرفی، تحقیقات مزرعهای برای ارزیابی پیامدهای طولانی مدت سیستمهای مختلف زهکشی معمولا با هزینههای بالا محدود میشود. با این حال، برنامهریزی و مراحل بهینه سازی پروژههای زهکشی قبل از اجرای آنها در مقیاس وسیع نیازمند به دانش و اطلاعات کافی دارد تا در تصمیمات آتی مورد استفاده قرار گیرد. برخی از خصوصیات خاک موثر در میزان نفوذ عمقی میتوان به بافت خاک، ساختمان خاک، انقباض و ترک برداشتن - جعفری و همکاران، - 1387، جرم مخصوص ظاهری - Pande, 1975 - ، مینرالوژی و نمک خاک نام برد. بطور کلی، در مناطقی که دارای خاکهای سنگین بوده و سفره آب زیرزمینی در موقعیت نزدیک به سطح خاک قرار داشته باشد، نفوذ عمقی خیلی کم در حدود 1 میلیمتر در روز و یا حتی کمتر میباشد. درحالیکه، مناطق دارای بافت خاک سبک با عمق سفره آب زیرزمینی پایینتر، مقدار نفوذ عمقی زیاد بوده تا حدود 10 میلیمتر در روز و یا بیشتر هم برسد
Bethune et al, 2008 مقدار نفوذ عمقی را، در شرایط ماندگار و غیر ماندگار در دو نوع بافت خاک محاسبه کردند. آنها نتیجه گرفتند که در بافت شنی، نفوذ عمقی بالا بوده و تحت تاثیر مشخصات خاک، زمان آبشویی و عمق سطح ایستابی قرار دارد. درحالیکه، در بافت لومی رسی، نرخ نفوذ پایین بوده و رفتار نفوذ عمقی در این بافت تحت تاثیر خیز کاپیلاری قرار دارد.
همچنین، نفوذ عمقی به منظور ارزیابی میزان تغذیه آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته است . - Slavich et al, 1995 - برخی از فاکتورهای مدیریتی موثر در میزان نفوذ، غرقاب و عمق آب، پادلینگ، حضور و تشکیل لایه شخم، سفره آب زیرزمینی و تیپ خاک سطحی و اثر زهکش و شکافها را میتوان نام برد.
طی پژوهشی Willis et al - 1997 - برای تعیین میزان تغذیه آب زیرزمینی از تکنیک بیلان آبی، مدل سازی جرمی کلرید و محاسبات جریان دارسی استفاده کردند. آنها نتیجه گرفتند که روشهای بیلان جرمی کلرید و بیلان آبی، تخمینهای قابل قبولی از نفوذ عمقی برای هر خاک به دست آورد. همچنین، روش بیلان جرمی کلرید میزان نفوذ عمقی را با دقت بیشتری اندازهگیری کرد.
مقادیر نفوذ عمقی در خاکهای رسی شکافدار و خاک قهوهای به ترتیب: 214 و 104 میلیمتر محاسبه کردند. گزارشات حاکی از آن است که مقدار نفوذ عمقی در یک خاک مشخص، به شدت به شرایط آب و هوایی منطقه بستگی دارد . - King, 2015 - همچنین طی گزارشاتی از کاربرد اندازهگیری نفوذ عمقی برای برآورد میزان انتقال آلودگی از سطح زمین به آبهای زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته است.
طی گزارشی توسط Ochoa et al - 2007 - به منظور تعیین میزان شوری سطح آب زیرزمینی با استفاده مدل کیفیت آبی ریشه - RZWQM - و بیلان آبی، دریافتند روش RZWQM روشی مناسب برای ارزیابی نفوذ عمقی و گسترس مطالعات میدانی در مقیاس مکانی بزرگتر باشد. اهداف اصلی از نصب زهکش های زیرزمینی در این اراضی، برطرف کردن شرایط ماندابی برای برقراری امکان کشت دوم و بررسی عملکرد سیستمهای زهکشی زیرزمینی در اراضی شالیزاری بود. هدف از این پژوهش، تعیین مقدار نفوذ عمقی در بارندگیهای مختلف در اراضی شالیزاری دارای سیستمهای زهکشی زیرزمینی میباشد. بنابراین، میتوان اطلاعات مفیدی از میزان تغییرات نفوذ عمقی در این سیستمها بدست آورد، تا در مطالعات و اجرای سیستمهای زهکشی در سطح وسیعتر، تصمیمگیریهای مناسب و صحیح صورت گیرد.
مواد و روش
مشخصات منطقه مورد مطالعه
این پژوهش در پایلوت زهکشی اراضی شالیزاری تجهیز و نوسازی شده دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری به مساحت 4/5 هکتار - شکل - 1، طی فصل کشت کلزا - کشت دوم - انجام شد. عرض و طول جغرافیایی منطقه به ترتیب: 36/39 درجه شمالی، 53/04 درجه شرقی و ارتفاع آن از سطح دریا -15 متر است. منطقه دارای اقلیم معتدل مرطوب با زمستانهای با بارندگی زیاد بوده و متوسط بارندگی در دوره اندازهگیری 670 میلیمتر و میانگین دمای سالانه 17/3 درجه سانتیگراد است.
شکل-1 موقعیت طرح زهکشی اراضی شالیزاری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
دادههای روزانه بارندگی و درجه حرارت از مهر 1395 تا فروردین 1396 در شکل 2 ارایه شد. بر اساس نتایج آنالیز بافت خاک انجام شده در منطقه مورد مطالعه، تا عمق 200 سانتیمتر، سیلتی رسی و از عمق 200 تا 300 سانتیمتری از نوع رس میباشد. تیمارهای زهکشی به ترتیب شامل عمق 0/9 متر و فاصله 30 متر - D0.90L30 - ، چهار خط زهکش به اعماق 0/65 و 0/9 متر به صورت یک در میان و به فاصله 15 متر - Bi_Level - و عمق 0/65 متر و فاصله 30 متر - D0.65L30 - انتخاب شد. لولههای زهکش زیرزمینی از نوع PVC موجدار و به طول 100 متر و با شیب 0/2 درصد در مزرعه نصب شدند. برای کنترل سطح ایستابی در مزرعه، خروجی زهکشهای زیرزمینی در طول فصل کشت باز بودند. یکی از گیاهان مقاوم به شرایط نامناسب آب و هوایی، کلزا میباشد که به عنوان کشت دوم در مزرعه انتخاب شد.
