بخشی از مقاله
مقدمه
تخریب و شکسته شدن خاکدانهها، تراکم لایهی سطحی خاک و جدا شدن و پاشمان ذرات خاک مهمترین اثرات حاصل از برخورد قطرهی باران بر سطح خاک است
قطرات باران پس از برخورد با خاک خشک قسمتی از خاکدانهها و کلوخههای خاک را خرد کرده - تخریب - و به ذرات ریز تبدیل میکنند و خود جذب خاک میگردند. با ادامه بارندگی، خاک به تدریج مرطوب میشود. در این حالت قطرات باران پس از برخورد با خاک مرطوب از یک طرف باعث فشرده شدن خاک - تراکم - میگردند و از طرف دیگر به صورت ذراتی به طور مایل به هوا پرتاب - پاشمان - میشوند
ذرات پراکنده شده پس از تهنشینی در داخل فضاهای خالی خاک و مسدود کردن آنها ایجاد یک لایه سطحی با نفوذپذیری کم میکنند. این لایهها در هنگامی که خشکاند به عنوان سله و زمانی که مرطوباند به عنوان اندودهی سطحی شناخته شده هستند و معمولا بیشتر از چند میلیمتر ضخامت ندارند
تشکیل سله از یکسو منجربه کاهش نفوذ، سبب تشدید رواناب و فرسایش خاک و از سوی دیگر مانع جوانه زنی بذور میگردد و بدین ترتیب شرایط را برای بیابان زایی مساعد میکند - Touma et al., - 2011، جلوگیری از این مشکلات نیاز به درک و پیش بینی چگونگی توسعه تخریب خاک در این زمینه دارد. متأسفانه در داخل کشور تحقیقات جامعی دربارهی تغییرات زمانی ویژگیهای خاک سطحی طی بارندگی وجود ندارد. در این تحقیق به بررسی تغییرات زمانی برخی ویژگیهای خاک سطحی به خصوص تشکیل سله پرداخته شده است.
مواد و روشها
برای انجام این پژوهش نمونههای خاک ازدو زمین که دارایبافت متفاوتیبودند، از عمق صفر تا 30 سانتیمتر از محدودهی دانشگاه زنجان در سال 1391 برداشت شد. مقدار شن ، سیلت و رس از روش هیدرومتر و جرم مخصوص ظاهری خاک به روش سیلندر - استوانه فلزی - تعیین شد. متوسط قطر وزنی خاکدانهها به روش الک خشک و پایداری خاکدانهها به روش الک تر اندازهگیری شد. ماده آلی به روش سوزاندن تر و کربنات کلسیم معادل به روش تیتراسیون اندازهگیری شد. آزمایش برای دو نوع بافت - رسی و لومی - و در چهار تداوم بارندگی 15 - ، 30، 45 و 60 دقیقه - در دو تکرار مجموعا در 16 واحد آزمایشی انجام گرفت. نمونههای خاک برداشت شده پس از غربال شدن از الک 12 میلیمتر به داخل جعبههای فلزی به ابعاد 50 × 100 سانتیمتر و عمق 15 سانتیمتر منتقل شدند. ابتدا یک لایه فیلتر ماسهای در کف جعبهها ریخته و سپس خاک مورد نظر تا 10 سانتیمتری به جعبهها اضافه شد. سطح خاکهای درون جعبه تسطیح گردید.
برای انجام این آزمایش از باران شبیهسازی شده با شدت 67 میلیمتر بر ساعت استفاده شد. تعداد دو تکرار برای هر تداوم بارندگی - دو جعبه محتوی خاک - به طور همزمان در محل تعبیه شده در چهارچوب شبیهساز باران - تحت شیب - %10 قرار گرفت. پس از اتمام هر رخداد بارندگی و خشک شدن خاک درون جعبهها، ضخامت سله به وسیله کولیس و مقاومت فروروی خاک به وسیلهی نفوذسنج جیبی - - Pocket penentrometer مدل S068 تعیین گردید. چگالی سلهها از روش کلوخه بدست آمد.
برای نشان دادن رابطهی بین مدت زمان بارندگی با ویژگیهای خاک از توابع مختلف رگرسیونی استفاده شد. به منظور ترسیم نمودارها و برازش خطوط رگرسیونی از نرمافزار Excel نسخه 2010 و نرم افزار Sigmaplot نسخه 11 استفاده شد.
نتایج و بحث
هر دو خاک به لحاظ داشتن مادهی آلی کم از نظر وضعیت خاکدانه - شاخص میانگین قطر و پایداری خاکدانه - از وضعیت مناسبی برخوردار نبودند، اما خاک رسی به لحاظ وجود مقدار رس بیشتر برای تشکیل سله حساستر
بود
جدول -1 ویژگیهایی فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه
شکل 1 تغییرات ضخامت سله را طی بارندگی نشان میدهد. در خاک رسی سله تشکیل شده ضخامت بیشتری داشت، علت این امر را میتوان به مقدار بالاتر رس این خاک نسبت داد.
شکل -1 تغییرات زمانی ضخامت سله
با توجه به مقدار رس بالا در خاک رسی باید انتظار داشت که پایداری افزایش و تشکیل سله کاهش یابد اما نتایج بدست آمده این موضوع را تایید نکردند. Lado و همکاران - 2004 - دربارهی اثر رس بر تشکیل اندوده دو اثر متضاد را شناسایی کردند:
- 1 افزایش در پایداری کل و کاهش تشکیل اندوده و - 2 افزایش در فرونشینی کل - - slaking کل، در حین مرطوب شدن و افزایش حساسیت خاک به تشکیل اندوده. این امر میتواند به دلیل حضور رسهای تورمپذیر باشد
با گذشت زمان ابتدا ضخامت سله افزایش پس از رسیدن به میزان حداکثر - در فاصلهی بین 30 و 45 دقیقه - روند کاهشی پیدا کرد. روند کاهشی را میتوان به تخریب اندوده در اثر برخورد قطرات و کاهش ضخامت اندوده از طریق فرسایش لایهی سطحی - Assouline, 2004 - نسبت داد.
قطرات باران، ساختمان خاک سطحی را از بین میبرند. مواد ریز آزاد شده تا حدودی به خاک زیرین شسته شده و تخلخل را کاهش و تراکم و چگالی این لایه را افزایش میدهند. این لایه مانع انتقال ذرات ریز به سطوح پایینتر میشود مگر اینکه سطح خاک با تلاطم آب حذف گردد
طبق نتایج در هر دو خاک، چگالی سله با زمان دارای همبستگی قابل توجهی بود - خاک رسی R2= 0/51 و خاک لومی - R2= 0/84، با افزایش تدوام بارندگی چگالی افزایش یافت
شکل -2 تغییرات زمانی چگالی سله
بررسی تغییرات مقاومت فروری در خاکهای مورد بررسی طی بارندگی - شکل - 3 نشان داد مقاومت فروروی در خاک لومی بیشتر از خاک رسی بود چرا که سلهی تشکیل شده در این خاک از استحکام بالاتری برخوردار بود. مقاومت فروروی با زمان افزایش یافت است. ذرات پراکنده شده به همراه نفوذ آب به داخل لایهی سطحی خاک، منافذ خاک دست نخوردهی زیر سطحی را پر میکنند. همچنین، در حین بارش باران مداوم ، فشردگی بیشتر توسط قطرات باران ایجاد میشود و در خاکدانههای عمقیتر، که یکباره مرطوب میشوند، باعث ایجاد تغییر میشود - تورم و فروپاشی - . این فرآیندها دارای دو نتیجه اند:
- 1 - افزایش بیشتر در چگالی ظاهری خاک و - 2 - ضخیم شدن منطقه تحت تاثیر - تخریب شده - ، در نتیجه باعث ایجاد یک لایه تخریب شده در مجاورت سطح خاک میشود - Assouline, 2004 - ، که در مجموع باعث افزایش مقاومت فروروی شد.
در هر دو خاک ضخامت سلهی تشکیل شده با افزایش تداوم بارندگی افزایش یافت، که به علت پایداری کم خاکدانهها بود همچنین در خاک رسی به دلیل حضور بیشتر ذرات ریزه مثل رس و جای گرفتن این ذرات در منافذ چگالی سله با افزایش زمان تداوم بارندگی افزایش یافت اما سلههای تشکیل شده دارای استحکام پایینتری نسبت به سله-های تشکیل شده در سطح خاک لومی بودند که میتواند به علت پایین بودن آهک در این خاک باشد.
