بخشی از مقاله
چکیده
اهداف این پژوهش کمّیسازی تغییرپذیری مکانی برخی از ویژگیهای بیولوژیکی خاک بود. بنابراین 60 مکان آزمایشی با شبکهبندی منظم و به فواصل 500*500 متر ایجاد گردید. ویژگیهای کربن آلی - OC - ، تنفس میکروبی - BR - ، کربن توده زنده میکروبی - MBC - ، نسبت کربن توده زنده میکروبی به کربن آلی - MBC/OC - ، کسر متابولیکی یا تنفس ویژه - qCO2 - و فعالیت آنزیمهای فسفاتاز قلیایی و اورهآز - urease - خاک اندازهگیری شدند. نتایج نشان داد OC کمترین و qCO2 بیشترین تغییرات را داشت.
همبستگی خطی معنیداری بین برخی از ویژگیها وجود داشت. بهترین مدل برای نیمتغییرنمای منفرد OC، BR، MBC، urease، qCO2، MBC/OC کروی و برای آنزیم فسفاتاز قلیایی مدل گوسی بود. بهترین میانیاب برای OC، MBC، qCO2، و MBC/OC و آنزیم اورهآز کریجینگ و برای آنزیم فسفاتاز قلیایی وزندادن عکس فاصله و برای تنفس پایه خاک با فاکتور کمکی آنزیم فسفاتاز قلیایی، کوکرجینگ بود. نقشههای توزیع مکانی پارامترها اطلاعات ارزشمندی برای مدیریت بهتر اراضی ارائه نمود.
مقدمه
مدیریت اراضی بر کیفیت خاک تاثیرگذار بوده و تأثیر فعالیتهای مدیریتی بر کیفیت خاک را میتوان با کنترل شاخصهای کیفیت خاک ارزیابی نمود. بدیهی است با کنترل کیفیت خاک میتوان تأثیر شیوه مدیریت خاک را مورد ارزیابی قرار داد. کیفیت خاک شاخص مناسبی برای ارزیابی وضعیت خاک میباشد. ارزیابی کیفیت خاک به عنوان یک ابزار در گزینش شیوههای مدیریتی ویژه نقش بسیار مهمی داشته و معیاری برای سنجش کشاورزی پایدار میباشد
بهدلیل واکنش سریع بخش بیولوژیک خاک در برابر مدیریت اراضی و تغییرات محیطی، بررسی وضعیت زیستی خاک در تخمین کیفیت خاک اراضی کشاورزی از اهمیت زیادی برخوردار است
مطالعات نشان میدهد که شاخصهای بیولوژیک میتوانند بهعنوان اولین شاخصهایی باشند که برای تغییراتی که در اثر روشهای مدیریتی و همچنین تغییرات اقلیمی در ویژگیهای خاک روی میدهد محسوب شوند
جامعه میکروبی خاک به عنوان قسمت فعال کربن آلی خاک بسیار بهتر از کل مواد آلی به تغییر مدیریت واکنش نشان می دهد
در شرایط طبیعی کربن توده زنده میکروبی خاک 1-5 درصد از کربن آلی خاک را شامل میشود
خرمالی و همکاران - 2009 - دریافتند که عملیات زراعی، باعث کاهش مادهی آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی، پایداری خاکدانهها، میزان تنفس میکروبی خاک و در نتیجه کاهش شدید کیفیت خاک میشود. به منظور برآورد کیفیت خاک مزرعه گندم نمایههای کیفیت شامل کربن آلی، pH، EC، تنفس میکربی، کربن توده میکروبی، کسر متابولیک یا تنفس ویژه و فعالیت آنزیمهای فسفاتاز و دهیدروژناز در جنوبشرقی ایالت واشنگتن آمریکا از روش زمینآماری کریجینگ استفاده و بیان شده است که این روش دارای دقت قابل ملاحظهای میباشد.
در این پژوهش نهاتاًی نسبت به پهنهبندی ویژگی های کیفیت خاک در محیط GIS اقدام گردیده و نشان داده شده که بهمنظور سنجش دقیق کیفیت خاک توزیع مکانی، شرایط خاک و فاکتورهای کنترلی دیگر باید مورد توجه قرار گیرد
مارچتی و همکاران - 2012 - در تحقیق خود تغییر مکانی مواد آلی خاک را به وسیله روشهای زمین آماری بهعنوان شاخصی جهت بیان کاهش پایداری خاک در شرایط اقلیم مدیترانهای واقع در مرکز ایتالیا مطالعه نمودند. با بررسی روشهای زمینآماری جهت تعیین ساختار مکانی خواص بیوشیمیایی خاک، عدم قطعیت و تغییرپذیری مکانی آنها مشخص شده و ایجاد مدل جامع با روشهای زمینمکانی برای مدیریت بهینه اکوسیستم ضروری شناخته شده است
تغییرپذیری خاک در نتیجه مدیریتهای مختلف محصولات کشاورزی افزوده شده - گودوین و میلر، - 2003 بهطوریکه تغییرات روابط بین ویژگیهای خاک در اراضی نیشکرسازی با مدیریت یکنواخت با هدف کشاورزی دقیق نیز گزارش شده است
سو و همکاران - - 2004 با بررسی تغییرات مکانی خصوصیات خاک به روش کریجینگ نشان دادند که همبستگی مکانی ضعیفی بین درصد ماده آلی وجود دارد. آنها همچنین بیان کردند که متغیرهای زیادی نظیر ناهمگن بودن منطقه، وسعت، تعداد و نحوه پراکنش نقاط نمونهبرداری در انتخاب روش درونیابی تأثیر دارند.
شاخصهای بیولوژیکی خاک در مطالعه تغییرات کیفیت خاک اهمیت زیادی دارد بنابراین این پژوهش در دشت پاسارگاد با اهداف: ارزیابی و تحلیل تغییرپذیری مکانی ویژگیهای بیولوژیکی خاک در اراضی تحت کشت گندم دشت پاسارگاد به عنوان عاملی از جنبههای مهم شناخت تخریب و یا بهبود شرایط خاک، مقایسه روشهای مختلف زمینآماری در برآورد ویژگی های بیولوژیکی خاک، تهیه نقشه پراکنش مکانی ویژگیهای بیولوژیکی خاک و بررسی محدودیتها، پتانسیلها و ارائه راه کارهای مناسب بهمنظور استفاده پایدار از اراضی مورد مطالعه انجام شد.
مواد و روشها
این پژوهش بهمنظور تخمین و تعیین پراکندگی مکانی و ارزیابی ویژگیهای بیولوژیکی خاک برای مدیریت و بهرهبرداری بهینه از اراضی کشاورزی گندم در دشت پاسارگاد انجام شد. وسعت منطقه موررد مطالعه در این دشت حدود 1500 هکتار بود. منطقه پاسارگاد از نظر آب هوایی دارای اقلیم نیمهخشک است. متوسط بارندگی نوزده ساله منطقه 348/1 میلیمتر است.
میانگین دمای آن 12/5 درجه، میانگین تبخیر، طی دوره هفده ساله 1830 میلیمتر است. از روش شبکهای منظم - محمدی، - 1385 با ابعاد 500 در 500 متر در 60 نقطهی مختلف نمونهبرداری انجام آمد. با استفاده از GPS نقاط مطالعاتی شناسایی و از عمق صفر تا 30 سانتیمتری نمونه خاک تهیه شد. برای اندازهگیری شدت تنفس میکروبی خاک با استفاده از ظروف سربسته و به روش تیتراسیون برگشتی با سود باقیمانده - آندرسون، 1982 - ، کربن توده زنده میکروبی - MBC - به روش انکوباسیون نمونه تدخین شده با کلروفرم - وانس و همکاران، - 1987، فعالیت آنزیمهای فسفاتاز قلیایی و اورهآز با استفاده از واکنش آنزیم/سوبسترا و بدست آوردن محصول - طباطبائی، - 1994 اندازهگیری و نسبت کربن توده زنده میکروبی به کربن آلی - MBC/OC - - آندرسون و دومش، - 1989 و کسر متابولیکی یا تنفس ویژه - qCO2 - - آندرسون، - 1982 محاسبه شدند.
پارامترهای آماری - شامل بیشینه، کمینه، میانگین، چولگی، کشیدگی، واریانس و ضریب تغییرات دادهها - با استفاده از نرمافزار SPSS محاسبه و ارزیابی شدند. همچنین، توزیع دادهها به دو روش هیستوگرام و بررسی چولگی و کشیدگی مورد بررسی قرار گرفت و در صورت نرمال نبودن توزیع دادهها، از تبدیل لگاریتمی و یا ریشهی دوم استفاده شد. برای تشریح پیوستگی مکانی متغیرها، نیمتغییرنمای تجربی دادهها با استفاده از نرمافزار زمینآماری GS+ محاسبه شد. در روش زمینآمار، نخست تغییرات مکانی ویژگی مورد مطالعه در قالب یک متغیر ناحیهای بررسی و تغییرات ساختاری و تصادفی دادهها ارزیابی شدند.
مقدار نیم تغییرنما با استفاده از دادههای حاصل محاسبه و پارامترهای اثر قطعهای - C0 - آستانه - C+C0 - و محدوده وابستگی مکانی - A0 - محاسبه شد. از کریجینگ که بر اساس منطق میانگین متحرک وزندار استوار است، استفاده شد. علاوه بر کریجینگ از روشهای وزن دادن عکس فاصله - IDW - ، و کوکرجینگ برای تخمین در نقاط فاقد داده و میانیابی استفاده شد. برای انتخاب بهترین مدل زمینآماری علاوه بر پارامترهای C0، C+C0، A0 از ضریب تبیین - R2 - ، مجموع مربعات باقیماندهها - RSS - نیز استفاده شد.
برای انتخاب بهترین میانیاب از آمارههای میانگین مطلق خطاها - MAE - ، میانگین اریبی خطاها - MBE - ، ریشه دوم میانگین مربعات خطا - RMSE - استفاده شد. با استفاده از بهترین مدل زمینآماری و بهترین روش میانیابی، پراکنش مکانی ویژگیها تعیین و با سطوح مناسب، نقشه پهنهبندی ویژگیهای بیولوژیکی ترسیم شد.
نتایج و بحث
اطلاعات توصیفی ویژگیهای اندازهگیری شده با آمار کلاسیک نشان داد که ویژگیها در بیشتر موارد ضریب تغییرات زیادی دارند . به غیر از دادههای تنفس ویژه که با تبدیل لوگ نرمال، دادهها توزیع نرمال پیدا کردند دادههای سایر ویژگیها توزیع نرمال داشتند. کربن آلی همبستگی مثبت و معنیدار - P<0.01 - با تنفس خاک و فعالیت آنزیمهای فسفاتاز قلیایی و اوره آز داشت. همچنین تنفس خاک با فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی - P<0.05 - و با تنفس ویژه - P<0.01 - همبستگی مثبت و معنی داری را نشان داد.
افزایش مواد آلی نه تنها از طریق افزایش فعالیت میکروبی بلکه از طریق پایداری آنزیم در خاک باعث افزایش فعالیت آنزیم گردیده که بهدنبال آن تنفس میکروبی افزایش مییابد. در نتیجه این عوامل رهاسازی عناصر غذایی و بهویژه نیتروژن افزایش مییابد
نتایج این پژوهش و تحقیقات گذشته - زنگ و همکاران، 2009؛ اکوستا-مارتینز و همکاران، - 2003 نشان میدهد که فعالیتهای آنزیمی با مقدار کربن آلی خاک همبستگی دارند. نقش کلیدی کربن آلی خاک در حفظ فعالیت آنزیمی خاک تأیید شده تا آنجا که آنزیمها در خاک بهعنوان شاخصهای سنجش کیفیت خاک پیشنهاد شدهاند
بیشترین دامنه تاثیر مربوط به کربن آلی و برابر 8109 متر و کمترین دامنه مربوط به فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی و برابر 436 متر بود. در مجموع دامنه تأثیر برای ویژگیهای بیولوژیک کم بود که این میتواند به دلیل پویایی این ویژگیها در محیط خاک و حساسیت بالا نسبت به عوامل مدیریتی باشد. بهترین مدل برای نیمتغییرنمای منفرد درصد کربن آلی، تنفس میکروبی، آنزیم اورهآز، کربن توده زنده میکروبی، تنفس ویژه و نسبت کربن توده زنده میکروبی به کربن آلی مدل کروی و برای آنزیم فسفاتاز قلیایی مدل گوسی بود. کرمی و بصیرت - 1394 - نیز بهترین مدل برازش داده شده به کربن آلی را کروی گزارش نمودند.
نائل و همکاران - 2004 - نیز بهترین مدل برازش داده شده بر تنفس پایه خاک و کربن آلی را مدل کروی بیان نموده است. بهترین میانیاب برای ویژگیهای درصد کربن آلی، کربن توده زنده میکروبی، آنزیم اورهآز، تنفس ویژه و نسبت کربن توده میکروبی به کربن آلی کریجینگ، برای آنزیم فسفاتاز قلیایی وزندادن عکس فاصله و برای تنفس پایه خاک با فاکتور کمکی آنزیم فسفاتاز قلیایی روش کوکریجینگ بود.
جدول -1 مدلهای برازش داده شده بر نیمتغییرنمای تجربی و خلاصهای از اطلاعات زمینآماری آنها
:C0 واریانس قطعهای، :C0+ C آستانه، : C0/ C 0+ C نسبت همبستگی مکانی، :A0 دامنه تأثیر - متر - ، :R2 ضریب تبیین و :RSS مجموع مربعات خطا.
برای برآورد ویژگیهای خاک مزرعه گندم شامل کربن آلی، تنفس میکربی، کربن توده میکروبی، کسر متابولیک یا تنفس ویژه و فعالیت آنزیمهای فسفاتاز و دهیدروژناز در جنوبشرقی ایالت واشنگتن آمریکا از روش زمینآماری کریجینگ استفاده و بیان شده است که این روش دارای دقت قابل ملاحظهای نسبت به دیگر روشها میباشد - جفری و جناتان، . - 2011 توزیع مکانی ویژگیهای اندازهگیری شده در خاک با بهترین مدل و بهترین میانیاب از بین روشهای میانیابی کریجینگ و روش وزندادن عکس فاصله در شکل1 ارائه شده است.
