بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق با هدف بررسی میزان ذخیرهسازی آب باران در خاکهای با بافت مختلف در استان زنجان انجام گرفت . آزمایش در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در 10 تیمار بافت خاک در سه تکرار انجام شد. خاکها به داخل فلومهای با ابعاد 80×60 سانتیمتر و عمق 20 سانتیمتر در زمینی با شیب 8 درصد منتقل شدند. کرتها در معرض 10 رخداد باران شبیهسازی شده با شدت ثابت 55 میلیمتر بر ساعت و مدت 30 دقیقه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بافت خاک اثری معنیدار بر ذخیره آب در خاک - p<0/001 - داشت. بافت های شن و شن لومی بیشترین ذخیره آب در خاک 27/5 - میلیمتر - و بافتهای لوم و لوم رسی کمترین مقدار - به ترتیب 9/17 و 9/27 میلیمتر - را در رخدادهای باران نشان دادند. ذخیره آب در خاک با سنگریزه، شن، جرم مخصوص ظاهری و هدایت هیدرولیکی اشباع همبستگی مثبت معنیدار داشت. ویژگیهای خاک شامل سیلت، رس، درصد سدیم تبادلی با کاهش هدایت هیدرولیکی اشباع منجر به کاهش ذخیره آب در خاکها شدند.
واژههای کلیدی: ذخیره آب در خاک، ویژگیهای خاک، هدایت هیدرولیکی اشباع، رخداد باران
مقدمه
کشور ایران در یکی از خشکترین مناطق جهان قرار دارد. متوسط بارندگی کشور 250 میلیمتر بوده که برابر یک سوم متوسط جهانی است. متوسط نزولات سالانه 413 میلیارد متر مکعب بوده که بیش از %70 نزولات تبخیر و به اتمسفر باز میگردد. میزان کل آب کشور پس از تبخیر - و با احتساب 8 میلیارد متر مکعب ورودی - 130 میلیارد متر مکعب است. با توجه به محدودیتها و شرایط جغرافیایی، حداکثر %80 از پتانسیل فوق، قابل استفاده می باشد .[2] کشور ایران به دلیل نقصان ریزشهای جوی و نامناسب بودن پراکنش زمانی و مکانی بارندگی، همواره با مشکل کمبود آب روبروست . از سویی بخش کشاورزی عمدهترین مصرف کننده - حدود 90 درصد آب مصرفی - منابع آب کشور می باشد .[5]
جریانهای سطحی حاصل از بارندگی که ناشی از ذخیره نشدن آب در خاک و کاهش نفوذ پذیری خاک هستند، سالانه میلیونها تن رسوب را وارد رودخانهها، دریاچهها، مخازن و سدها انباشته میکنند و هزینه سنگینی را صرف لایروبی دریاچهها، مخازن و سدها موجب میشوند. همچنین سیلابهای مکرر و از بین رفتن و شستن جادهها و زمینهای کشاورزی و آلوده شدن آب شرب ضررهای جبران ناپذیری به انسان و اکوسیستم وارد مینماید .[6]محدودیت منابع آب کشور ضرورت صرفهجویی در مصرف آب را روشن میسازد. اعمال مدیریت صحیح و بهکارگیری تکنیکهای پیشرفته به منظور حفظ ذخیره رطوبتی خاک از جمله اقدامات مؤثر برای افزایش راندمان آبیاری و در نتیجه بهبود بهرهبرداری از منابع محدود آب میباشد .[5] عوامل زیادی بر ذخیرهسازی و مدیریت مقدار آب موجود در خاک تاثیر گذارند که از جمله آنها میتوان به خصوصیات خاک، توپوگرافی، پوشش گیاهی و ویژگیهای باران اشاره کرد.
یکی از دلایل اصلی ایجاد روانابهای سطحی و مشکلات ناشی از آن، عدم توانایی نگهداری آب در خاک است. از جمله ارزانترین و موثرترین راهها برای جلوگیری از این مشکلات، مدیریت خاک و احیای پوشش گیاهی است .[16]یکی از مهمترین خصوصیات موثر در نگهداری و مدیریت آب خاک، بافت خاک است. بافت خاک یک ویژگی ایستا از خصوصیات خاک است که ایجاد تغییرات در آن به سختی صورت می گیرد و نیاز به زمان زیادی دارد .[14] بدیهی است که ساختمان خاک در کنار بافت خاک از عوامل مؤثر بر نگهداری آب در خاک میباشد .[8] ساختمان خاک بر روی حرکت و نگهداری آب در خاک، فرسایش، سله، چرخه عناصر غذایی، مقاومت ریشه و عملکرد محصولات تأثیر بسزایی دارد .[9] بنابراین هدف از مدیریت صحیح یک خاک، اصلاح ویژگیهای آن به ویژه بهبود ساختمان و در نتیجه نفوذپذیری آن میباشد .[17] پیش شرط اصلاح ویژگیهای خاک شناخت تاثیر ویژگیهای خاک بر ذخیره آب و تولید رواناب در منطقه است.
در موردتاثیر ویژگیهای خاک بر ذخیره آب مطالعات مختلفی صورت گرفته است. بررسیها نشان داده است که ماده آلی تأثیری مثبت بر تخلخل خاک، ظرفیت آب قابل استفاده گیاه و نفوذپذیری دارد و در نتیجه فرسایشپذیری خاک را کاهش میدهد .[11] در مطالعهای زبردست و همکاران [4] نشان دادند که هرچه خاک به لحاظ رطوبتی خشکتر باشد مقدار بیشتری از بارندگی را در خود جذب میکند و در نتیجه رواناب کمتری رخ میدهد. نتایج آدکالو و همکاران [7] در خاکهای مناطق گرمسیری نیجریه نشان داد که رواناب سطحی و نفوذپذیری همبستگی بالایی - R - به ترتیب 0/9 و 0/89 با شیب و پوشش مالچ داشتند و در پوششهای گیاهی بالاتر نفوذپذیری افزایش و هدررفت خاک تا حد زیادی کاهش یافت. یافتههای پیروان و اسدی [1] نشان داد که آهک به عنوان عامل سیمانی کننده باعث بهبود ساختمان خاک، افزایش نگهداری آب در خاک و کاهش رواناب میگردد.
بررسی های شی و همکاران [18] در چین نشان داد که با افزایش درصد رس، پایداری خاکدانه افزایش و در نتیجه مقدار رواناب به طور معنیداری کاهش یافت . - p<0/05 - بررسی تحقیقات پیشین نشان میدهد که پژوهشهای زیادی در داخل و خارج از کشور در مورد تاثیر ویژگیهای خاک بر ذخیره آب در خاک و رواناب انجام شده است. با این حال تاکنون مطالعهای دقیق در مورد تاثیر ویژگیهای خاک به ویژه بافت خاک بر حفظ آب باران در مناطق خشک و نیمهخشک کشور صورت نگرفته است. با شناخت عوامل موثر بر ذخیره آب در خاک میتوان از یک سو آب مورد نیاز برای مصارف مختلف را استحصال و برآورد نمود و از سوی دیگر در صورت ذخیره سازی آب در خاک، از فرسایش خاک، تمرکز جریانهای سطحی و جاری شدن سیلابها جلوگیری نمود. بنابراین تحقیق حاضر به منظور بررسی ذخیره آب باران در بافتهای مختلف خاک تحت باران شبیهسازی شده در منطقهای نیمهخشک انجام گرفت.
مواد و روشها
برای اجرای این تحقیق ابتدا از مناطق مختلف استان زنجان نمونههای خاک از عمق صفر تا 30 سانتیمتری سطح خاک جمعآوری گردید. سپس بافت خاک در نمونهها به روش هیدرومتری در آزمایشگاه تعیین شد. در نهایت 10 نوع خاک با بافت مختلف شامل رسی، رسی سیلتی، لومی، لوم رسی، لوم سیلتی، لوم رسی سیلتی، لوم رسی ش نی، لوم شنی ، شن لومی و شنی شناسایی و نمونهبرداری شد . سایر ویژگیهای مختلف فیزیکی و شیمیایی از جمله جرم مخصوص ظاهری - B.D - ، درصد سنگریزه - Gravel - ، هدایت هیدرولیکی اشباع - Ks - ، ماده آلی - OM - ، آهک - Lime - ، درصد سدیم تبادلی - ESP - ، شوری و اسیدیته خاک با استفاده از روشهای رایج در نمونههای هر خاک اندازهگیری شدند.
آزمایش در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در 10 نوع بافت خاک - تیمار - در سه تکرار طرحریزی شد. نمونههای خاک به زمینی با شیب یکنواخت 8 درصد به ابعاد 30 متر 10× متر واقع در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه زنجان منتقل شدند . برای استقرار تیمارها، تعداد 30 فلوم از جنس صفحات فلزی مستطیلی شکل - گالوانیزه - با ضخامت 0/6 میلیمتر با ابعاد 80×60 سانتیمتر و عمق 20 سانتیمتر ساخته و در راستای شیب برروی زمین مستقر شدند - شکل . - 1 در انتهای هر فلوم، لولهای برای انتقال و ظرفی با حجم 10 لیتر برای جمعآوری رواناب و رسوب قرار داده شد.برای تولید باران شبیهسازی شده، یک دستگاه شبیهساز باران قابل حمل طراحی و ساخته شد.
دستگاه شبیهساز باران دارای سطح بارش 72cm×92cm و ارتفاع 215cm بود. پلاتها تحت 10 رخداد باران با شدت 55 میلی متر بر ساعت به مدت 30 دقیقه و ارتفاع بارندگی 27/5 میلی-متر - حجم بارش 13200 میلیلیتر - با فاصله پنج روز از هم قرار گرفتند. برای تعیین حجم رواناب تولید شده در هر کرت، حجم مخلوط رواناب و رسوب داخل ظرف پایین دست هر کرت در صحرا به صورت مستقیم اندازهگیری شد و در ادامه عمق - ارتفاع - رواناب تولید شده در هر کرت در هر رخداد باران بر حسب میلیمتر حساب شد. در پایان با توجه به ثابت بودن حجم بارش در هر رخداد - 13200 - ، ارتفاع آب ذخیره شده در هر کرت از رابطه زیر بدست آمد:
که در آن: Wstorage ارتفاع آب ذخیره شده - میلیمتر - ، Wrain ارتفاع باران - میلیمتر - و Wrunoff ارتفاع رواناب تولید شده - میلیمتر - در هر رخداد برای هر کرت میباشد.پس از جمعآوری و ثبت دادهها در محیط نرم افزاری Excell برای تجزیه و تحلیل آماری از نرم افزار SPSS نسخه 18 استفاده شد. دادههای به دست آمده از آزمایشات قبل از تجزیه و تحلیل از نظر توزیع نرمال مورد بررسی قرار گرفتند. برای این کار دادهها از نظر توزیع آماری و به روش چولگی و کشیدگی تحلیل شدند . تفاوت تیمارهای مربوط به 10 نوع بافت خاک از نظر ذخیره آب در خاک به روش مقایسه میانگین با استفاده از آزمون دانکن بررسی شد. جهت تجزیه و تحلیل آماری دادهها، همبستگی - r - بین ذخیره آب در خاک و ویژگیهای مختلف خاک به روش پیرسون بررسی شد.
نتایج
نتایج مربوط به ویژگیهای اندازهگیری شده در خاکهای مورد بررسی در جدول 1 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود عمده خاکهای منطقه عمدتا آهکی و دارای مواد آلی پایین - دامنه 0/2 تا 1 درصد - بودند.نتایج نشان داد که بافت خاک اثری معنیدار بر ذخیره آب در خاک - p<0/001 - داشت - جدول . - 2 با توجه به ثابت بودن ویژگیهای بارانها، تغییرات در ذخیره آب در خاک به دلیل تغییر ویژگیهای خاک مخصوصا ویژگیهای فیزیکی خاک و رطوبت اولیه بود.مقایسه میانگین اثر بافت خاک بر میزان ذخیره آب در خاک در جدول 3 آورده شده است . میانگین ذخیره آب در خاک در مجموع 10 رخداد بارندگی در خاک شنی و شن لومی بالاترین مقدار و در خاک لوم و لوم رسی کمترین مقدار بود. این موضوع به دلیل حضور ذرات شن و نقش آنها در نفوذ آب به خاک بود. کاهش ذخیره آب باران در خاکهای سنگینتر به دلیل افزایش درصد رس و کاهش بیشتر نفوذپذیری در آنها بود. در واقع بافت خاک به دلیل نقش بارزی که در ارتباط با برخی از خصوصیات خاک نظیر نفوذپذیری، ظرفیت نگهداری رطوبت، ظرفیت تبادل کاتیونی و مواد آلی دارد، دارای اهمیت زیادی است .[12]
