بخشی از مقاله
مقدمه
حفظ و تعادل چرخهی زیستی، در گرو حفاظت و مدیریت پایدار منابع خاک است. ساختمان خاک قادر است محدوده وسیعی از فرآیندهای حاکم بر خاک و ویژگیهای فیزیکی خاک را متاثر سازد . - Kutlu et al., 2008 - اثر کربن معدنی بر خاکدانهسازی به مراتب کمتر از اثر کربن آلی خاک در تشکیل و پایداری ساختمان خاک است . - Bronik and Lal, 2005 - نوع استفاده از زمین و اقدامات مدیریتی و موقعیت مکانی خاک اثرات متقابلی بر خاکدانهسازی و پایداری آن دارند.
بُعد فرکتالی، شاخصی برای تفکیک خاکها و در نتیجه ساختمان آنها بوده و برای تشخیص توزیع اندازه خاکدانهها مفید میباشد - Pirmoradian et al., Sepaskhah . - 2005 و همکاران - 2000 - بُعد فرکتال تفکیکی - Dn - ، بُعد فرکتال جرمی - Dm - ، و MWD را به عنوان معیارهایی از پایداری خاکدانهها ارزیابی نمودند که Dn و Dm با افزایش مالچ و با افزایش پایداری خاکدانهها کاهش داشته است. بنابراین اهداف این تحقیق محاسبه مقادیر شاخصهای پایداریMWD، GMD و پارامترهای فرکتالی و ارزیابی روشها و مدلهای مختلف بود.
مواد و روشها
با مطالعات کتابخانهای و بررسی نقشهها و گزارشهای خاکشناسی پروفیلهای شاهد راستههای انتیسول، اریدیسول، مالیسول، اینسپتیسول، آلفیسول، ورتیسول و هیستوسول شناسایی شده در استان فارس انتخاب و با استفاده از نقشههای مزبور و دستگاه GPS در مکان پروفیلهای شاهد با حفر نیمرخ خاک و تشریح آنها بر اساس افقهای مشخصه خاک نمونههای مرکب دستخورده و نمونه دستنخورده تهیه گردید. ویژگیهای خاک شامل EC - ، pH، توزیع اندازه ذرات و خاکدانهها، درصد اشباع، ماده آلی، درصد گچ و آهک و جرم ویژه ظاهری - تعیین شد.
علاوه بر بررسی آمار توصیفی ویژگیها، MWD، GMD و پارامترهای فرکتالی توزیع اندازه خاکدانهها با مدلهای Riue و - 1991 - Sposito، Tyler و - 1992 - Wheatcraft, 1989 و Bartoli و همکاران - 1991 - محاسبه شد. برای ارزیابی دقت و قابلیت اعتماد مدلها از ضریب همبستگی پیرسون - r - ، ریشه دوم میانگین مربعات خطا - RMSE - ، ضریب تبیین - R2 - ، میانگین خطا - ME - ، مجموع مربعات باقیماندهها - RSS - ، معیار اطلاعات آکائیک - AIC - استفاده شد.
نتایج و بحث
متغیّرهای خاکی دارای تغییرات زیادی بودند که نشان دهنده تنوع خاکهای مورد مطالعه است. ضرایب همبستگی معنیدار بین پارامترهای فرکتالی و ویژگیهای خاک به دست آمد که برای تخمین پارامترهایی که تعیین آنها مشکل، زمانبر و پرهزینه است از روی ویژگیهای آسان در دسترس اهمیت ویژهای دارد. Beare و همکاران - 1994 - ، نیشابوری و همکاران - 1387 - و Bayat و همکاران - 2011 - همبستگی معنیداری بین ویژگیهای خاک و شاخصهای پایداری خاکدانهها گزارش کردهاند.
همبستگی بین DnR و DmT در روش سری الک تر مثبت و معنیدار - R=0/91 - گردید. - 2006 - Gulser نیز مقدار این نوع همبستگی را 0/973 گزارش کرده است. افزایش خاکدانهسازی با شاخصهای GMD و MWD بیان میشود، رابطه منفی بین شاخصهای مزبور با DmT بیانگر این است که با افزایش خاکدانهسازی بُعد فرکتالی کاهش مییابد محققین دیگر نیز نتایج مشابهی را گزارش کردهاند . - Beare et al ., 1994 -
در مقابل در عمده مناطق مورد مطالعه ماده آلی کم بوده و تراکم خاک و افزایش جرم ویژه ظاهری خاک سبب چسبیدن ذرات خاک و افزایش خاکدانهسازی و پایداری آن میشود - شکل . - 1 مشابه این پژوهش درصد شن، کربن آلی و BD خاک از مهمترین عوامل درونی موثر بر پایداری خاکدانهها بودهاند . - Bronik and Lal, 2005 - رابطه بینبُعد فرکتالی مدلهای مختلف فرکتالی با قابلیت هدایت الکتریکی خاک مثبت بود. این نشان میدهد که املاح محلول خاک عامل بسیار ضعیفی برای پیوند ذرات به هم بوده و در سری الک تر با حل شدن نمکها به سرعت ذرات از هم پراکنده شده و پایداری خاکدانهها بسیار کم شد. این مسئله در راسته اریدیسولها پررنگتر بود.
همبستگی منفی معنیدار بینبُعد فرکتالی با MWD و GMD به عنوان شاخصهای پایداری خاکدانهها حاکی از آن است که با افزایش پایداری بعد فرکتالی کاهش مییابد - Millan et al ., 2003; Huang and Zhang, 2oo5در - . مواردی رابطه خطی نتوانسته همبستگی بین متغیّرها را نشان دهد، با رسم غیرخطی رابطه بین متغیّرها بهتر نشان داده شده است. معیارهای Sr2، RSS، R2، RMSE، ME و AIC به دست آمده برای مدلهای فرکتالی در مواردی اختلاف معنیداری دارند. بیشترین R2 از مدل تیلر و ویتکرافت به دست آمد. کمترین مقادیر RMSE، ME و AIC از مدل تیلر و ویتکرافت به دست آمد.
در بیشتر موارد مدلهایTyler و - 1989 - Wheatcraft و Riue و - 1991 - Sposito در مقایسه با مدل Bartoli و همکاران - 1991 - نتایج بهتری را ایجاد کرده است. دامنه DmT برای مدل Tyler و - 1992 - Wheatcraft از 2/79-2/29 تغییرات داشت. ضریب تبیین برای مدل مزبور با میانگین 0/87 از 0/67 تا 0/99تغییرات داشت. بُعد فرکتالی برای مدل ریو و اسپوزیتو از 2/29 تا 4/01 تغییرات داشت که میانگین آن 2/71 بود. ضریب تبیین برای مدل فوق با میانگین 0/985 از 0/955 تا 0/996تغییرات داشت. بُعد فرکتالی برای مدل بارتولی و همکاران از 0/02 تا 1/03 تغییرات داشت. ضریب تبیین برای مدل مذکور با میانگین 0/63 از 0/012 تا 0/90 تغییرات داشت.
مدل بارتولی و همکاران در تعدادی از ایستگاهها برازش مناسبی نداشت. به دلیل ماهیت مدل مزبور که جرمی است و وجود سنگریزه و موادی غیر از خاک باعث کاهش کارآیی این مدل میگردد. در مدل ریو و اسپوزیتو از کل نمونهها تنها 3 نمونه مربوط به راستههیستوسول، دارای بُعد فرکتالی بزرگتر از 3 بود. برای حصول اطمینان از این که آیا اعداد به دست آمده واقعاً از 3 بزرگتر است، در محیط SPSS در سطح %5 آزمون معنیداری انجام شد و ملاحظه گردید که در مدل مذکور هر سه نمونه به طور معنیداری بُعد فرکتالی بزرگتر از 3 دارند. محققینی D 3 را گزارش کردهاند . - Tyler and Wheatcraft, 1989 -
توصیف سیستم پیچیدهای مانند توزیع اندازه خاکدانهها در خاک با یک بُعد فرکتالی کافی نیست. بنابراین استفاده از مدلهای چندفرکتالی یا مدلهایی که دو یا بیش از دو بُعد فرکتالی دارند مانند مدل Millan و همکاران - 2003 - مورد نیاز میباشد. از طرفی بیشتر فرآیندهای طبیعی دارای عوامل تصادفی آماری و قطعی میباشند و ساختار مدل-های تکفرکتالی پتانسیل محدودی برای مدلسازی سیستمهای پیچیده دارد. بنابراین چندفرکتالی بودن توزیع اندازه خاکدانهها باعث بزرگتر از 3 شدن بُعد فرکتالی میشود.
الفیسولها با داشتن افق سطحی حاوی مقدار قابل توجهی ماده آلی و افقهای تحتانی غنی از مواد غذایی و رس و آهک به عنوان عوامل پیوند دهنده ذرات، پارامترهای فرکتالی مناسبی داشتند و با پایداری بیشتر خاکدانهها بُعد فرکتالی کاهش داشت. کاهشبُعد فرکتالی تحت تاثیر عوامل خاکدانهسازی در دیگر پژوهشها نیز گزارش شده است . - Wang et al ., 2008; Liu et al ., 2009 - در اریدیسولها در سری الک خشکدر افق اول به خاطر وجود مقادیر زیاد رس و آهک بُعد فرکتالی در محدوده مناسب قرار داشت. ولی در الک تر با حل شدن املاح پایداری خاکدانهها کاهش یافته و بعد فرکتالی افزایش داشت.
