بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق به منظور بررسی عوامل موثر بر فرسایش پذیری ذاتی خاک در برابر باد در دشت تبریز صورت پذیرفت. بدین منظور 17 نمونه خاک - از 0 -10 سانتیمتری سطح خاک - بر اساس نوع خانواده خاکهای منطقه دشت تبریز جمع آوری شد. سپس برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آنها از قبیل pH، EC ، بافت ، توزیع اندازه ذرات ثانویه، نسبت سدیم جذبی، میزان آهک و غیره اندازهگیری گردید.
همچنین فرسایشپذیری ذاتی خاک نیز با استفاده از دستگاه تونل بادی دانشگاه تبریز اندازهگیری شد و در نهایت نتایج با استفاده از نرم افزارهای SPSS - ver.16 - و STATISTICA تجزیه و تحلیل آماری شد. آنالیز همبستگی وجود رابطه معنی دار بین ذرات فرسایشپذیر خاک - درصد ذرات کوچکتر از 0/84 میلی متر - به عنوان مهمترین شاخص فرسایش پذیری ذاتی خاک و درصد رس، شوری، ماده آلی و شاخصهای ساختمان خاک نشان داد. بیشترین همبستگی بین فرسایشپذیری ذاتی و شاخصهای ساختمان خاک مشاهده شد.
مقدمه
دشت تبریز از جمله مناطق تحت تأثیر فرسایش بادی میباشد. وجود تپههای شنی قوم تپه و شندآباد نشان دهنده فعال بودن پدیده فرسایش بادی در منطقه میباشد، و احتمال میرود با خشک شدن دریاچه ارومیه و افزایش رسوبات فرسایش پذیر، شدت فرسایش در منطقه افزایش یابد. مهار فرسایش بادی زمانی مؤثرتر خواهد بود که اطلاعات کافی در خصوص عوامل موثر بر آن در دسترس باشد
از سوی دیگر، امروزه با توسعه مدلهای فرآیندی، سهم فرآیندها و مکانیسمها در وقوع پدیده فرسایش بادی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. شدت فرسایش بادی تابع دو دسته عوامل فرسایندگی و فرسایش پذیری است. از جمله عوامل مهم تعیین کننده میزان فرسایش خاک، فرسایش پذیری ذاتی است که جز عوامل مربوط به فرسایش پذیری میباشد. فرسایش پذیری ذاتی خاک در حقیقت مقاومت ذرات خاک در مقابل جدا شدن توسط باد و انتقال آنها میباشد به شرطی که در این مقاومت خاک عواملی مانند پوشش بقایای گیاهی، زبری سطح خاک و رطوبت سطح خاک دخیل نباشند.
خصوصیاتی از خاک که در فرسایش پذیری ذاتی آن موثر است عبارتند از: خصوصیات فیزیکی خاک شامل بافت و ساختمان، توزیع اندازه خاکدانهها، پایداری خاکدانهها، چگالی ذرات خاک و خاکدانهها و شکل ذرات Zobeck - ، . - 1991 از خصوصیات شیمیایی میتوان به میزان ماده آلی و کربنات کلسیم اشاره کرد، ماده آلی در پایداری ساختمان خاک نقش موثر دارد.
اندازهگیری فرسایش پذیری ذاتی خاک، کاری مشکل، پرهزینه و بسیار وقت گیر میباشد. بنابراین، محققان به دنبال روشها و روابطی هستند که بتوان این قبیل خصوصیات خاک - خواص دیر یافت - را از روی ویژگیهای که به طور ساده به دست میآیند - خواص زود یافت - ، تخمین بزنند. این تحقیق نیز به منظور مطالعه و ارائه توابع انتقالی برای برآورد فرسایش پذیری ذاتی خاک منطقه مطالعاتی - دشت تبریز - انجام شد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه: دشت تبریز، با مساحت صد هزار هکتاری و با مختصات 45 30 - 46 15 طول شرقی و - 38 17 37 56 عرض شمالی در استان آذربایجان شرقی بزرگترین دشت موجود در این استان میباشد . متوسط میزان بارندگی سالیانه آن 249 میلیمتر و میانگین درجه حرارت ایستگاه تبریز در زمستان -1/9 درجه سانتیگراد و حداکثر آن در تابستان و در ماههای تیر و مرداد 25/1 درجه سانتیگراد میباشد. آب و هوا بر اساس سیستمهای تقسیم بندی دومارتن و آمبرژه به ترتیب نیمه خشک و خشک سرد قرار دارد یکی از مناطق مستعد فرسایش بادی میباشد.
با توجه به هدف تحقیق، ابتدا سریهای مختلف خاک در دشت تبریز با استفاده از نقشههای موجود شناسایی و بر اساس کلید ردهبندی 2014 تا خانواده رده بندی و در نهایت 17 نمونه خاک - از 0-10 سانتیمتری سطح خاک - بر اساس نوع خانواده خاکهای منطقه دشت تبریز جمع آوری و پس از انتقال به آزمایشگاه هوا خشک شد سپس بخشی از نمونهها برای تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی از الک 2 میلی متری و بخشی نیز برای تعیین فرسایش پذیری ذاتی خاک در مقابل باد از الک 8 میلیمتری عبور داده شد.
سپس برخی خصوصیات خاک شامل توزیع ذرات اولیه به روش هیدرومتری - Gee & Or, 2002 - ، توزیع اندازه ذرات ثانویه و توزیع اندازه ذرات ثانویه درصد ذرات کوچکتر از 0/84 میلیمتر با روش الک خشک و رطوبت وزنی خاک به روش آون خشک تعیین گردید. همچنین مواد آلی نمونهها به روش اکسیداسیون مرطوب - Nelson & Sommers, 1982 - ، هدایت الکتریکی عصاره گل اشباع توسط ECمتر و واکنش گل اشباع خاک توسط pHمتر - Richards, 1954 - ، نسبت سدیم جذبی - غلظت سدیم با استفاده از دستگاه فلیم فتومتر و غلظت کلسیم و منیزیم با استفاده از دستگاه جذب اتمی - و کربنات کلسیم معادل به روش خنثی سازی با اسید و تیتراسیون با باز - Allison & Moodie, 1965 - اندازهگیری شد.
نمونههای خاک رد شده از الک 8 میلیمتری به صورت جداگانه در سینی تونل باد با ابعاد - 30×40×3 - سانتیمتر مکعب ریخته شد و سپس سطح آن تسطیح شد و با ترازو وزن اولیه سینی به همراه خاک اندازه گرفته شد. سپس بادی با سرعت 18 متر بر ثانیه در ارتفاع 20 سانتیمتری از کف تونل ایجاد و نمونهها در تونل باد به مدت 10 دقیقه در معرض باد قرار گرفت پس از آزمایش، سینی به همراه خاک داخل آن دوباره وزن شد. اختلاف وزن سینی خاک اولیه و ثانویه آزمایش میزان هدر رفت خاک - به صورت جهشی، خزشی و مواد معلق - را نشان میدهد. فرسایشپذیری بادی ذاتی از معادله فرسایش بادی - WEQ - معادله - 1 - محاسبه شد :
که در آن :Qe مقدار هدر رفت خاک - از تونل باد - از سطح خاک لخت و دستخورده - kg/m - است که تابعی از :We انرژی باد در طی آزمایش - g/S2 - ؛ :SC میزان پوشش گیاهی سطح خاک - % - ؛ :K زبری سطح خاک - cm - ؛ :WC شاخص بدون بعد سله و رطوبت خاک سطحی است. با توجه به این که خاکهای مورد مطالعه بعد از جمع آوری هواخشک شده و از الک عبور داده شدند بنابراین مقادیر شاخصهای SC، K و WC برابر 1 میباشد. :
SIWE فرسایشپذیری بادی ذاتی خاک - kg/m - - s2/g - ؛ استعداد ذاتی خاک شخم خورده به فرسایش توسط بادی که توسط پوشش باقیمانده سطح، زبری، سله و رطوبت خاک محافظت نشده باشد را گویند، که از رابطه زیر محاسبه شد:
که در این رابطه SIWE فرسایشپذیری ذاتی خاک - kg/m - - s2/g - میباشد.
در نهایت همبستگی بین هر یک از پارامترهای اندازهگیری شده با یکدیگر و همچنین با فرسایش پذیری ذاتی خاک مشخص شده و در ادامه با استفاده از محاسبات رگرسیون گام به گام پیشرونده1 نقش هر یک از عوامل خاکی اندازهگیری شده و میزان تأثیر آنها مشخص گردیده و در نهایت یک رابطه رگرسیونی مشخص ارائه گردید.
شکل-1 مختصات نقاط نمونه برداری شده
نتایج و بحث
برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکهای نمونه برداری شده از منطقه دشت تبریز در جدول - 1 - آورده شده است. دامنه درصد شن خاکها از 85ا1/ تا 48/58، سیلت از 31/77 تا 64/07 درصد، و رس از 15/41 تا 50/10 درصد متغیر میباشد. این مبین آن است که اکثر بافتهای منطقه دارای بافت لوم تا لوم رسی به سمت سیلت میباشند.کاملاً اثبات شده است که ذرات سیلت در مقابل فرسایش بادی مستعدتر هستند چرا که هم اندازه آنها کمتر از 0/84 میلی متر میباشد - چپیل - 1950، و هم از نظر تشکیل ذرات ثانویه - خاکدانهها - نسبت به رسها قابلیت کمتری دارند . - Six et al., 2000 - درصد ماده آلی که مهمترین نقش را در تشکیل ساختمان خاک و مقابله با فرسایش خاک دارد در این دشت اکثر زیر یک درصد - ده مورد از 17 مورد - و این باعث افزایش فرسایش پذیری می¬گردد.
جرم مخصوص ظاهری خاک نیز از 1/23 تا 1/58 گرم بر سانتی متر مکعب متغیر است. شاخصهای ساختمان خاک شامل میانگین هندسی قطر ذرات، 0/89 تا 1/35، میانگین وزنی قطر ذرات 1/03 تا 3/01 ، بعد فرکتال خردشوندگی 2/61 تا 3/86 ، بعد فرکتال جرمی 2/66 تا 2/05، نشان از وجود ساختمان نسبتاً ریز در خاک دارد. مقادیر GMD کوچکتر از مقادیر MWD است. چرا که اثر وزنی ذرات بزرگتر را حذف کرده و به واقعیت نزدیکتر است.
این نشان دهنده این است دامنه اندازه خاک دانه اکثر ریز و کوچکتر از یک میلیمتر است و این ذرات در برابر فرسایش بادی مقاومت چندانی ندارند. همچنین با توجه به بعد فرکتالی خاکدانهها نیز می¬توان این موضوع را تائید کرد. چرا که بعد فرکتالی خرد شوندگی در اکثر موارد بالای سه است و بزرگ بودن این بعد نشان از خرد شدن بیشتر ذرات خاک دارد . - Perfect & Kay, 1991 - درصد رطوبت اشباع که نشان دهنده تخلخل واقعی میباشد در دامنه0/33 تا 0/59 میباشد که میتواند بیانگر تنوع در سیستم منفذی خاک است.
خصوصیات فرسایشی خاکهای منطقه دشت تبریز در جدول 2 آورده شده است. محدوده فرسایشپذیری ذاتی اندازهگیری شده به وسیله دستگاه تونل باد دانشگاه تبریز در سرعت 18 متر بر ثانیه و ارتفاع سه متری برای منطقه دشت تبریز بین 8/63×10-10 تا - kg.m-1 - - g.s -2 - -1 9/57× 10-10 میباشد.
فرسایش پذیری خاک با استفاده از رابطه 1و 2 محاسبه شده است با این تفاوت که چون هدف ما در این تحقیق بدست آوردن فرسایش پذیری ذاتی خاک بود شاخصهای مربوط به پوشش گیاهی، زبری سطح خاک و شاخص مربوط به رطوبت و سله یک در نظر گرفته شد. اندازهگیری فرسایشپذیری ذاتی خاک در شمال غربی اقیانوس آرام توسط Saxton و همکاران - 2000 - نشان داد میزان فرسایشپذیری خاکهای این مناطق در محدوده 0 - 9×10- 10 میباشد که با یافته های این تحقیق هم خوانی دارد.
