بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تاثیر سنگ مادر و فرایندهای خاکسازی بر توزیع و فراوانی عناصر کمیاب، یک توالی شامل خاکرخهای تشکیل شده بر روی شش نوع ماده مادری در ناودیس شیخ - حوضه رسوبی کپهداغ - مورد مطالعه قرار گرفتند. مطالعه نتایج ژئوشیمیایی با استفاده از تحلیل مولفههای اساسی نشان داد که این شیوه با کاهش تعداد متغیرها و ارائه آنها در قالب مولفههای اساسی میتواند مطالعه تاثیر مواد مادری و فرایندهای خاکسازی را بر ویژگیهای ژئوشیمیایی خاک تسهیل نماید. همچنین با این شیوه امکان طبقهبندی ژئوشیمیایی خاکها فراهم میشود. تفاوت فراوانی کانیهای اصلی تشکیل دهنده خاک مانند کانی-های رسی، کلسیت، گچ و اکسیدهای آهن از مهمترین عوامل موثر بر تفکیک ژئوشیمیایی خاک به وسیله دو شیوه تحلیل مولفههای اساسی و تحلیل خوشهای میباشند. همچنین تغییر غلظت دو عنصر کلسیم و استرانسیوم ناشی از بازتوزیع آهک و گچ در نیمرخ خاک عوامل کنترل کننده تفاوت ژئوشیمی عناصر کمیاب بین افقهای یک خاکرخ میباشند.
واژه های کلیدی: ژئوشیمی عناصر کمیاب، مواد مادری، تحلیل مولفههای اساسی، کپهداغ.
مقدمه
شناسایی و تحلیل ویژگیهای ژئوشیمیایی خاک نه تنها جزئی از مطالعات هوادیدگی و تشکیل خاک میباشد، بلکه در مطالعات فرسایش خاک و مسائل زیست محیطی و مدیریتی به ویژه در مناطق کشاورزی و شهری نیز اهمیت زیادی دارند - چندراسکران و همکاران، 2015؛ لو و همکاران، . - 2012 ترکیب ژئوشیمیایی خاک تابعی از ترکیب مواد مادری و شدت فرایندهای هوادیدگی است که در خاک روی داده است . در مراحل اولیه تشکیل خاک، ترکیب شیمیایی خاکها شباهت زیادی به مواد مادری دارد اما با گذشت زمان و با تاثیر سایر عوامل خاکسازی - شامل پستی و بلندی، موجودات زنده و اقلیم - ترکیب شیمیایی خاک تغییر مییابد - اوزایتکین و همکاران، . - 2012 تحلیل نتایج ژئوشیمیایی با شیوههای آماری امکان مطالعه رابطه بین فرایندهای خاکسازی و ویژگیهای ژئوشیمیایی خاکها را فراهم نموده و با این شیوهها میتوان خاکها را بر اساس شدت فرایندهای هوادیدگی طبقهبندی کرد - بینی و همکاران، . - 2011
روشهای آماری تحلیل چند متغیره1مانند تحلیل عاملی - FA - 2، تحلیل خوشهای - CA - 3 و تحلیل مولفههای اساسی - PCA - 4 از جمله شیوههایی هستند که برای این منظور استفاده میشوند - بلمور و همکاران، . - 1994 در PCA متغیرهای موجود در یک فضای چندحالته همبسته به مجموعه از مولفههای غیرهمبسته خلاصه میشوند که هر یک از آنها ترکیب خطی از متغیرهای اصلی میباشند. مولفههای غیرهمبسته به دست آمده مولفههای اساسی - PCs - نامیده میشوند. در حقیقت مفهوم "درجه هوادیدگی شیمیایی" و همچنین "عوامل خاکسازی" میتواند به مولفههای اساسی ربط داده شده و میتوان از آن در جهت تفسیر فرایندهای خاکسازی استفاده نمود - کریبک و همکاران، 2010؛ بینی و همکاران، . - 2011 تجزیه و تحلیل خوشهای روشی برای گروهبندی دادهها یا مشاهدات با توجه به شباهت یا درجه نزدیکی آنهاست. در مطالعات متعددی از این شیوه در مطالعه ژئوشیمی خاکها استفاده شده است به عنوان نمونه ژانگ و همکاران - 2008 - با مطالعه دادههای ژئوشیمیایی خاکهای ایرلند با استفاده از تحلیل خوشهای دریافتند که عامل نوع کاربری نسبت به دو عامل نوع سنگ مادر و نوع خاک تاثیر کمتری بر متغیرهای ژئوشیمیایی دارد.
مواد و روشها
ناودیس شیخ، در حوضه رسوبی کپهداغ، در شمال شرق شهر بجنورد واقع شده است. رژیم رطوبتی و حرارتی منطقه بر اساس داده های هواشناسی موجود در منطقه به ترتیب اریدیک و مزیک می باشد. در این مطالعه شش خاکرخ به عنوان خاکهای درجای تشکیل شده بر روی مواد مادری منتخب حفر شد. موقعیت خاکرخها در جدول 1 آمده است. برای به حداقل رسانیدن تاثیر توپوگرافی بر فرایندهای تشکیل خاک و ظهور تاثیر بارز مواد مادری بر ویژگیهای خاک، مکان خاکرخها بر روی پایدارترین لندفرم - قله شیب - انتخاب گردیدند. پس از حفر خاکرخ و توصیف ویژگیهای مورفولوژیکی، متغیرهای فیزیکی و شیمیایی شامل توزیع اندازه ذرات به روش هیدرومتری - دی، 1965 - ، کربنات کلسیم معادل به شیوه تیتراسیون با اسید و گچ به روش رسوب با استون - نلسون، - 1982 انجام گردید. همچنین آهن آزاد خاک با سیترات- دیتیونات- بیکربنات - مهرا و جکسون، - 1960 عصاره-گیری و غلظت آن با دستگاه جذب اتمی اندازهگیری شدند. خاکها بر اساس مطالعات مورفولوژیکی و نتایج تجزیههای فیزیکی و شیمیایی با استفاده از کلید تاکسونومی خاک آمریکایی - 2014 - طبقهبندی شدند.
آنالیزهای ژئوشیمیایی: غلظت عناصر با استفاده از روش ذوب لیتیوم بورات اندازه گیری شد. در این شیوه مقدار مشخصی از نمونه با کمک ذوب لیتیوم بورات مخلوط و در دمای بالا ذوب میشود. سپس شیشه حاصل بلافاصله در اسید نیتریک ضعیف حل شده و رقیقسازی شده و سپس غلظت عناصر اصلی و کمیاب با دستگاههای 1ICP - MS/ OES اندازهگیری شدند. در این پژوهش برای مطالعه ژئوشیمی عناصر کمیاب خاکها از تحلیل مولفههای اساسی استفاده شده است. در این شیوه، مولفههای اساسی استخراج شده تغییرات غلظت کلیه عناصر را توضیح میدهند. در این آنالیز سعی شده است تا با استخراج دو مولفه اساسی، که توجیه کننده بیش از 70 درصد واریانس متغیرها میباشند، تاثیر مواد مادری و فرایندهای خاکسازی بر غلظت عناصر بررسی شود. برای مطالعه ویژگیهای ژئوشیمیایی خاکها، نمونههای خاک و مواد مادری آنها با استفاده از تحلیل مولفههای اساسی و تحلیل خوشهای طبقهبندی شدند. در طبقهبندی ژئوشیمیایی خاکها با استفاده از تحلیل مولفههای اساسی، به ازای تعداد مولفههای اساسی استخراج شده برای هر نمونه خاک امتیازهایی2 به آن داده میشود. میزان شباهت این امتیازها بین نمونهها بازگو کننده شباهت ترکیب شیمیایی نمونهها بوده و همچنین تغییرات آن بین نمونهها میتواند مبین تاثیر فرایند-های خاکسازی و مواد مادری بر ترکیب شیمیایی نمونهها میباشد. شکل 1 نشان دهنده امتیاز مولفههای اساسی برای نمونههای مورد مطالعه بر اساس غلظت عناصر کمیاب میباشد. این عناصر شامل عناصری است که در جدول 2 غلظت آنها بر حسب ppm آمده است. در طبقهبندی ژئوشیمیایی خاکها با استفاده از تحلیل خوشهای، از شیوه خوشهبندی سلسله مراتبی استفاده شد. مبنای سنجش شباهت بین خوشهها ضریب همبستگی پیرسون میباشد. همه آنالیزهای آماری با استفاده از نرمافزار SPSS - V.16 - انجام گرفته است.
نتایج و بحث
طبقهبندی خاکهای تشکیل شده بر روی مواد مادری منتخب تا حد گروه بزرگ در جدول 2 آمده است. بازتوزیع آهک و گچ در نیمرخ خاک فرایندهای پدوژنیک غالب در کلسیدزهای تشکیل شده از شیل و نیز توررتهای حاصل از سنگرس میباشند. در حالیکه این فرایندها در کلسیدزهای حاصل از سنگ آهک منحصر به بازتوزیع آهک و در جیپسیدزهای تشکیل شده از مارن به صورت بازتوزیع گچ میباشد. در مقایسه با این خاکها، اورتنتهای تشکیل شده بر روی ماسهسنگ و لایسنگ دارای کمترین تحول و فاقد افق شناسایی زیرسطحی میباشند. تفکیک خاکها بر مبنای تحلیل مولفههای اساسی عناصر کمیاب
