بخشی از مقاله
مقدمه
افزایش بازده آبیاری، یکی از روشهای صرفهجویی در مصرف آب است. بنابراین اعمال مدیریت صحیح و به کارگیری شیوههای کارآمد به منظور نگهداشت آب کافی در خاک برای بهرهبرداری بهینه از منابع محدود آب کشور ضروری است. دستیابی به اهداف بالا، با اقداماتی همچون استفاده از کودهای سبز و آلی، مالچ گیاهی و مصنوعی، ایجاد پوشش گیاهی، استفاده از مواد اصلاح کننده مانند تورب، پرلیت، هیدروپلاس، واترس، ایگیتا و انواع پلیمرهای مصنوعی امکانپذیر استدر کشاورزی مدرن پلیمرهای آبدوست برای تقویت وضعیت تغذیهای و رطوبتی گیاهان مورد استفاده زیادی قرار گرفتهاند - ابراهیمی، . - 1380نانوتکنولوژی کاربردهای زیادی در حوزههای مختلف از جمله غذا، دارو، بهداشت، انرژی، محیطزیست، بیوتکنولوژی و کشاورزی دارد.
منظور از یک ماده نانوساختار، جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستالهای تشکیلدهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشد. نانورسها، پودر های رسی هستند که به مقدار زیادی تصفیه شده و به عنوان یک ماده افزودنی برای افزایش مقاومت، مقابله در برابر اشعه فرابنفش، افزایش مقاومت حرارتی، بازدارنده شعله و جذب آلایندههای موجود در محیطزیست استفاده میشوند - اوحدی و امیری، . - 1391 خصوصیات هیدرولیکی خاک و کاربرد آنها در مدل های مربوطه به حرکت آب در خاک نقشی بنیادین در حل تعداد زیادی از مشکلات مدیریتی آب دارد.
رابطه بین نیروی مکش - نیروی ماتریک - و رطوبت خاک به منحنی رطوبتی خاک موسوم است. این منحنی در آبیاری و زهکشی بسیار مهم است، زیرا تاثیر ساختمان خاک، تخلخل، توزیع اندازه خلل و فرج و جذب سطحی را بر حالت آب در خاک بیان میکند - عالمی،. - 1360 نمایش منحنی رطوبتی به وسیله توابع ریاضی از فوایدی برخوردار است. در این صورت می توان از تابع مذکور برای تخمین رطوبت و حرکت املاح در خاکرخ با استفاده از مدل های حرکت املاح - سیمونک و همکاران، - 2005 استفاده کرد.
از مهمترین مدلهای توصیفگر پارامتریک منحنی رطوبتی در خاک، مدلهای وان گنوختن، بروکس و کوری و کمپل میباشد. به نظر میرسد در زمینه کمی سازی اثرات نانوذرات رسی در نگهداشت آب در خاک تاکنون پژوهش چندانی صورت نگرفته است. لذا، در این راستا، اثر کاربرد نانوذرات رس مونتموریلونیت در پنج سطح - 1، 3،2، 4، - 5 درصد وزنی بر میزان آب قابلدسترس و همچنین بر ضرایب منحنی رطوبتی حاصل از برازش مدل ونگنوختن، بروکس-کوری و کمپل مورد ارزیابی قرار گرفت.
مواد و روشها
نمونه خاک مورد نظر پس از هوا خشک شدن از الک دو میلی متری عبور داده شد. برخی از ویژگی های اولیه خاک و نانوذره رس در جدول 1 داده شده است. نانوذرات رسی در پنج سطح 1 - ، 2، 3، 4، - 5 درصد وزنی به صورت دستی و همگن به خاک اضافه و کاملا مخلوط، سپس مقدار آب مورد نیاز افزوده گردید و به ظروف پلاستیکی با زهکشهای ریز ریخته شد. بدلیل مطالعات اندک در مورد اثر نانوذرات رسی در خاک، سطوح مورد استفاده به منظور تعیین بهترین سطح استفاده انتخاب گردید. آبیاری ظروف بطور متوالی با اسپری کردن آب به منظور جلوگیری از خشک شدن سطح خاک و حفظ رطوبت در حد ظرفیت مزرعهای انجام شد.
بعد از گذشت مدت زمان 8 هفته به منظور تعیین رطوبت نمونه برداری از ظروف انجام شد. مکشهای 0، 300، 500، 1000، 3000، 5000، 15000 سانتیمتر به کمک دستگاه محفظه فشاری اندازهگیری شد. برای آمادهکردن نمونهها به ترتیب زیر عمل شد، ابتدا صفحات سرامیکی دستگاه مذکور به مدت 24 ساعت اشباع شد سپس خاک مخلوط شده با نانوذرات رسی در استوانه هایی از جنس pvc به قطر 3 و ارتفاع 2 سانتیمتر، که بر روی صفحات سرامیکی قرار داده شدند، ریخته شد.
نمونه ها به مدت 24 ساعت با آب شهری اشباع شد و به مدت 48 تا 72 ساعت برای تعیین منحنی رطوبتی تحت فشار معادل مکش موردنظر در دستگاه محفظه فشاری قرار داده شدند. بعد از رسیدن به تعادل، نمونه ها از دستگاه خارج و بلافاصله وزن شدند. سپس نمونهها به مدت 24 ساعت در دمای 105 درجه سانتی گراد در آون کاملا خشک و رطوبت وزنی آنها اندازه گیری شد. سپس، سنجش منحنی رطوبتی خاک با ترسیم منحنی رطوبتی خاک-نانو رس و در نهایت برازش مدلهای بروکس-کوری، کمپل و ون گنوختن توسط نرمافزار RETC انجام گردید.
نتایج و بحث
نتایج منحنی رطوبتی خاک-نانورس بکار برده شده در شکل 1 نشان داده شده است. اثر نانورس بر نگهداشت آب در مکش پایین - - 1000-0 سانتی متر، نسبت به شاهد بهطور معنیداری افزایش یافت اما بیشترین سطح استفاده، تیمار 3 درصد وزنی مشاهده شد - شکل الف-. - 1 بیشترین افزایش در نقطه اشباع رخ داد و با افزایش مکش میزان افزایش رطوبت کاهش یافت. سطوح مورد استفاده، نسبت به سطح شاهد معنیدار شدند اما بهترین سطح استفاده در مکشهای بالا، تیمار 5 درصد وزنی بود.
مقدار آب قابل ذخیره در خاک که بتواند مورد استفاده گیاه قرار گیرد آب قابل استفاده نام دارد که بین دو حد پتانسیلی Fc و PWP قرار دارد. کاربرد نانو ذراترسی در خاک سبک بافت سبب افزایش دامنه آب قابل استفاده گردید. به نطر میرسد که نانو ذرات رسی در این خاک Fc را بیشتر از PWP افزایش میدهد. با استفاده از نرم افزار RETC برازش داده ها با مدل ونگنوختن، کمپل و بروکس-کوری بدست آمد. آماره های کیفیت برازش مدلهای مذکور در جدول 3 نشان داده شده است.
همانطور که مشاهده میشود در بین مدلهای مذکور، مدل ونگنوختن با حداکثر R2 بهترین برازش را با منحنیهای رطوبتی خاک-نانورس نشان داد. در بهترین برازش، کاربرد نانوذرات رسی بر ضرایب مدل ونگنوختن نشان داد نانو ذرات رسی باعث افزایش نگهداشت آب در خاکهای سبک بافت می گردد. جدول 3، نتایج ضرایب مدل ونگنوختن - - 1980 را در سطوح مختلف نانو رس نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود مقدار V با کاربرد نانورس در خاک با افزایش میزان نانورس تا سطح استفاده 3 درصد بهطور معنیداری افزایش یافت که نشاندهنده افزایش ظرفیت نگهداشت آب با وجود نانورس در خاک است. مقدار r نیز با کاربرد نانورس افزایش یافت اما این افزایش روند یکنواختی نداشت و بیشترین میزان افزایش در سطح 5 درصد مشاهده شد.
