بخشی از مقاله
چکیده
اهداف این پژوهش کمّیسازی تغییرپذیری مکانی برخی از ویژگیهای شیمیایی خاک بود. بنابراین 60 مکان آزمایشی با شبکهبندی منظم و به فواصل 500*500 متر ایجاد گردید. ویژگیهای pH، EC، CEC، و نیتروژن خاک اندازهگیری شدند. نتایج نشان داد که pH کمترین و EC بیشترین تغییرات را داشت. همبستگی خطی معنیداری بین برخی از ویژگیها وجود داشت.
بهترین مدل برای نیمتغییرنمای منفرد pH، مدل نمایی، برای EC مدل گوسی و برای CEC و نیتروژن مدل کروی بود. بهترین میانیاب برای pH، EC، CEC، و نیتروژن خاک کریجینگ بود. مقادیر pH خاک در جنوب منطقه بیشترین مقدار بود و به سمت شمال و شمال غربی از میزان آن کاسته میشد. مقادیر قابلیت هدایت الکتریکی و نیتروژن خاک از جنوب شرقی به شمال غربی منطقه افزایش داشت. مقادیر CEC از شرق به غرب افزایش داست و بیشترین مقدار آن در جنوب غربی بود.
مقدمه
تولید محصول همراه با حفاظت از خاک نیاز به شناخت دقیق از وضعیت خاک دارد. بدیهی است با کنترل کیفیت خاک میتوان تأثیر شیوه مدیریت خاک را مورد ارزیابی قرار داد. کیفیت خاک شاخص مناسبی برای ارزیابی وضعیت این سامانه میباشد و این امر به علت ظرفیت این عامل برای فراهمآوری اطلاعات مهم مربوط به تغییرات ویژگیهای مختلف خاک است. ارزیابی کیفیت خاک به عنوان یک ابزار در گزینش شیوههای مدیریتی ویژه نقش بسیار مهمی داشته و معیاری برای سنجش کشاورزی پایدار میباشد
یکی از وظایف اصلی خاک در بخش کیفیت شیمیایی خاک برای تولیدات گیاهی، تأمین عناصر غذایی ضروری برای رشد گیاه میباشد
تاکنون شاخصها و پارامترهای بسیار متنوعی برای بررسی کیفیت شیمیایی خاکها ارائه شده است. به عنوان مثال کارلن و همکاران - 2001 - برای ویژگیهای شیمیایی، واکنش خاک، کربن آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی، عناصر قابل استخراج، غلظت عناصر کم مصرف را ارائه نمودند. همچنان که از مطالب بالا مشخص است، کیفیت خاک در عرصه کشاورزی و به خصوص اراضی گندم با خطرات متفاوتی به دلیل مدیریت نادرست روبرو است که میتواند عامل محدود کننده کشاورزی کشور بخصوص در مناطق خشک و نیمهخشک که برای تشکیل خاک زمان فوقالعاده زیادی نیاز است به حساب آید.
پیشبینی دو برابر شدن جمعیت کنونی دنیا در 50 سال آینده سبب شده تا بسیاری از کشورها سوالات مهمی برای آینده خاکهای کره زمین مطرح نمایند - ویلدینگ و لین، . - 2006 چگونگی افزایش تولید غذا به دو برابر میزان کنونی در طی چند دهه، تأثیر انسان بر روی خاک و برهمکنش خاک با پیرامونش از جمله این پرسشهاست
به اعتقاد تاگل و همکاران - 2005 - یکی از بحرانیترین نیازهای کنونی در مدیریت منابع طبیعی دسترسی به اطلاعات در مورد پویایی سرشت خاک و یا به بیان ساده تغییرات خاک میباشد. ناهمگونی و تغییرات ویژگیهای خاک بایستی بررسی شده تا درک بهتر از اثرات عواملی همانند مدیریت کشاورزی منجر به عملیات کارآمدتر گردد
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.
تشخیص پراکنش مکانی از این لحاظ مهم است که میتواند به طور فزایندهای برای مدیریت منابع طبیعی ، پیشبینی ویژگیهای خاک در نقاط نمونهبرداری نشده و برای بهبود طراحی شبکه نمونهبرداری مطالعات اکولوژیکی-کشاورزی آینده استفاده شود. با تهیه نقشه تغییرات مکانی برخی از خصوصیات خاک برای مزارع سودان بیان شده که تهیه نقشههای مکانی عناصر خاک ابزاری برای مدیریت و پایش تغییرات خاک بوده و با این نقشهها میتوان نگرانیهای منابع اکولوژیکی و فعالیتهای محیطی را تحت نظارت درآورد
به منظور برآورد کیفیت خاک مزرعه گندم نمایههای کیفیت شامل pH و EC 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 ویژگیهای 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
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
لیو و همکاران - 2008 - با مطالعه تغییرات مکانی عناصر کممصرف مس و روی در اراضی کشاورزی چین نشان دادند که این دو متغیر دارای وابستگی مکانی متوسط بوده و به عواملی مانند نوع خاکها و فعالیتهای بشری مربوط میشوند. وابستگی مکانی عناصر غذایی کممصرف - Fe, Mn, Zn and Cu - در مزارع برنج استان ژیانگ واقع در جنوب غربی چین با استفاده از زمینآمار و سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - بررسی شده است. توزیع مکانی هر چهار عنصر قابلدسترس به صورت معنیداری با فاکتورهای تشکیل خاک همبستگی داشتهاند. فعالیتهای بشر مانند استفاده از کودها و آفتکشها، انتشار گازهای فاضلابها و آلودگی صنعتی اثر معنیداری روی توزیع مکانی این عناصر داشته 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. یثربی و همکاران - 2008 - با استفاده از روش کریجینگ به بررسی تغییرات مکانی خصوصیات خاک 13 - مشخصه - در منطقه باجگاه شیراز پرداختند. نتایج آنها نشان داد که دامنهی همبستگی مکانی برای پارامترهای خاک متفاوت است. فسفر دارای کمترین وابستگی مکانی 49/5 - متر - و کربنات کلسیم با 181/94 متر بیشترین دامنه وابستگی مکانی را داشته است.
با توجه به اهمیت و نقش ویژگیهای شیمیایی خاک در مطالعه تغییرات کیفیت خاک، این تحقیق در دشت پاسارگاد با اهداف: ارزیابی و تحلیل تغییرپذیری مکانی ویژگیهای شیمیایی 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 ویژگیهای شیمیایی خاک، تهیه نقشه پراکنش مکانی ویژگیهای شیمیایی خاک و بررسی محدودیتها، پتانسیلها و ارائه راهکارهای مناسب بهمنظور استفاده پایدار از اراضی مورد مطالعه انجام شد.
مواد و روشها
این پژوهش بهمنظور تخمین و تعیین پراکندگی مکانی و ارزیابی ویژگیهای شیمیایی 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 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 و از دو متر مربع نمونه گندم تهیه شد. برای اندازهگیری pH خاک در گل اشباع با دستگاه پیاچمتر - توماس، - 1996، قابلیت هدایت الکتریکی عصارهی اشباع خاک با استفاده از دستگاه هدایتسنج - آزمایشگاه شوری ایالات متحده، - 1954 و نیتروژن خاک با استفاده از دستگاه کجلدال - چاپمن و پرات، - 1961 و ظرفیت تبادل کاتیونی به روش باور - 1952 - اندازهگیری شدند.
پارامترهای آماری - شامل بیشینه، کمینه، میانگین، چولگی، کشیدگی، واریانس و ضریب تغییرات دادهها - با استفاده از نرمافزار SPSS محاسبه و ارزیابی شدند. برای تشریح پیوستگی مکانی متغیرها، نیم تغییرنمای 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 - ایونارت و ماتئوس، . - 2002 علاوه بر کریجینگ از روشهای وزن دادن عکس فاصله - IDW - ، و کوکرجینگ برای تخمین در نقاط فاقد داده و میان یابی 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 - - واکرناگل، - 2002 استفاده شد. با استفاده از بهترین مدل زمینآماری و بهترین روش میانیابی، پراکنش مکانی ویژگیها تعیین و با سطوح مناسب، نقشه پهنهبندی ویژگیهای شیمیایی ترسیم شد.
نتایج و بحث
اطلاعات توصیفی ویژگیهای اندازهگیری شده با آمار کلاسیک نشان داد که شوری منطقه کمتر از 2 دسیزیمنس بر متر خاکها غیرشور بودند. کلاس تغییرپذیری ضریب تغییرات بر اساس معیار ارائه شده توسط ویلدینگ - 1985 - بدین صورت است که اگر ضریب تغییرات کمتر از 15 درصد باشد در کلاس تغییرپذیری کم و اگر بین 15 تا 35 درصد باشد تغییرپذیری متوسط و اگر ضریب تغییرات بیشتر از 35 درصد باشد در کلاس تغییرپذیری زیاد قرار میگیرد. pH کمترین درصد ضریب تغییرات - 3/99 - را داشت که به علت پایداری بیشتر این ویژگی و بافری بودن خاک باشد. یثربی و همکاران - 2008 - نیز ضریب تغییرات واکنش خاک را بهعنوان کمترین ضریب تغییرات در بین ویژگیهای خاک در جنوب ایران گزارش کرده اند.
به غیر از دادههای قابلیت هدایت الکتریکی که با تبدیل لوگ نرمال، دادهها توزیع نرمال پیدا کردند دادههای سایر ویژگیها توزیع نرمال داشتند. با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون ضرایب همبستگی ساده بین ویژگیهای خاکی و عملکردی تعیین شد. بین pH و EC همبستگی منفی و معنیداری در سطح یک درصد وجود داشت. همبستگی بین pH و نیتروژن منفی و در سطح 5 درصد معنیدار بود.
همبستگی بین CEC با درصد رس مثبت ولی با درصد سیلت و شن منفی و در سطح یک درصد معنیدار بود. رس به دلیل دارا بودن بار منفی در سطح خود نسبت به شن و سیلت میتواند سهم قابل توجهی در ظرفیت تبادل کاتیونی و در نتیجه حاصلخیزی خاک داشته باشد. با وجود مقدار بالاتر CEC رهاسازی عناصر غذایی افزایش مییابد - ویوم و همکاران، . - 2013 وجود همبستگی بین ویژگیها بیانگر ارتباط بین آنهاست. هر چه عدد همبستگیها بیشتر باشد، ارتباط مزبور قویتر است.
بیشترین دامنه، برای درصد شن و برابر 9110 متر و کمترین دامنه برای درصد سیلت 2972 متر محاسبه شد بنابراین انتخاب فواصل 500 متر برای پارامترهای خاکی از دقت کافی برخوردار بوده است - جدول . - 1 بیشترین دامنه، برای CEC و برابر 8110 متر بود. این در حالی است که کمترین دامنه تاثیر برای pH، 6685 متر بود. فاصلهی نمونهبرداری که برای این پژوهش تعیین شد، 500 متر بوده است، اما با توجه به دامنه محاسبه شده برای ویژگیها، میتوان به منظور تعیین فاصلهی بهینهی نمونهبرداری در منطقهی مطالعاتی این فاصله را افزایش داد، بدون آن که در دقت مطالعه خللی ایجاد شود و با این کار در زمان و هزینهها صرفهجویی میشود. بهترین مدل برای نیمتغییرنمای منفرد برای pH مدل نمایی برای EC مدل گوسی و برای نیتروژن و CEC مدل کروی بود. در دشت سانگنین چین بهترین مدل برای پهاش کروی بوده است
بهترین مدل برای نیم تغییر نمای منفرد برای pH مدل نمایی برای EC مدل گوسی و برای نیتروژن و CEC مدل کروی بود. در دشت سانگنین چین بهترین مدل برای پهاش کروی بوده است . محمد زمانی و همکاران - 1386 - مدل کروی را بهترین مدل برای درصد شن، سیلت و رس گزارش کردند.
