بخشی از مقاله
چکیده
در کنترل و کاهش ریزگردها میتوان از روشهای مختلفی استفاده نمود. از جمله این روشها استفاده از مالچ نفتی میباشد که دارای مضرات و معایب بسیاری میباشد. یکی دیگر از راهکارهای کنترلی که به تازگی مورد استفاده قرار گرفته، کاربرد پلیمرها و جایگزین نمودن آنها به جای مالچ نفتی میباشد. لیکن به دلایل متنوعی از جمله تاثیر ورود این مواد بر محیط زیست و توانایی آن در کاهش فرسایش ابتدا لازم است، بررسیهایی در این راستا بر روی آن انجام شود
بدین منظور، تحقیقی در دو بخش آزمایشگاهی و صحرایی تعریف و مقداری امولیسیون پلیمر در آب با غلظت مشخص تهیه و برای بررسی اثر آن بر کاهش فرسایش، حجمی از امولسیون با مقدار پلیمر 80، 100 و 120 کیلوگرم در کرتهای 75 مترمربعی با سه تکرار مالچپاشی شد. نتایج نشان دادکه سرعت آستانه فرسایش بادی از 4/56 متر بر ثانیه تا بیش از دو برابر افزایش یافت. تاثیر این مالچ بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک نیز حاکی از عدم تاثیر منفی آن بر این خصوصیات میباشد.
مقدمه
ایران بر روی کمربند 30 درجه قرار دارد و به این دلیل جزء مناطق خشک و بیابانی محسوب میشود. یکی از مشکلات این مناطق وجود بادهای فرساینده و تپههای ماسهای متحرک میباشد. فراوانی بادهای دارای سرعت آستانه و بالاتر در ایجاد توفان های ماسه اهمیت دارد.
اهمیت سرعت باد بیش از فراوانی آن است و قدرت فرسایندگی باد از توان سوم سرعت باد پیروی میکند. شرایط دینامیک باد و فراوانی منابع ماسه، عامل اصلی گرد و غبار ماسهای است با وجود اینکه فعالیت باد در مناطق خشک و نیمهخشک به عنوان یک عامل فرساینده سطح زمین دارای قدمتی طولانی است، در بیشتر مطالعات ژئومورفولوژیکی، تاثیر باد به عنوان عامل تغییر شکل دهنده سطح زمین مورد توجه نبوده و فرآیندهای هوازدگی به عنوان عامل اصلی مطالعه میشد. اما از این دهه به بعد مطالعات زیادی در رابطه با نقش باد در فرسایش و همچنین فاکتورهای کنترل کننده آن انجام و مورد توجه دانشمندان علوم مختلف قرار گرفت اختصاصی و همکاران - 1385 - در حوزه دشت یزد اردکان با بررسی نمودارهای گل ماسه ایستگاه یزد، بادهای جنوب غربی با سرعت 5 متر بر ثانیه را موثرترین باد در حمل مواد معرفی کردهاند.
در منطقه زابل و زهک به بررسی مورفودینامیک جهت باد با استفاده از نمودار گلماسه پرداختند. نتایج نشان داد که در جهت جنوب جنوبشرقی توان حمل ماسهکاملاً منطبق بر جهت بادهای صد و بیست روزه سیستان است، تفسیر عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای تایید کننده نتایج گلماسهها میباشد
کراوی و همکاران - - 2010 از فعالیت پهنههای ماسهای و شکل گیری لسهای بیابانی برای منشاءیابی رسوبات بادی در افریقا و شرق عربستان با استفاده از روشهای سنسنجی و کانیشناسی استفاده نمودند. نتایج نشان داد که منشاء بیشتر رسوبات بادی پهنههای ماسهای بوده و ذرات تحت تاثیر فرسایش بادی ماسه در اثر ویژگیهای آب و هوایی گذشته با بادهای قدرتمند تولید شدهاند. در پروژههای کنترل فرسایش بادی، سرعت آستانه فرسایش بسیار در خور توجه است. حداقل سرعت لازم در ارتفاع مشخص که موجب جابجایی ذرات خاک میشود را سرعت آستانه فرسایش مینامند. بررسی منابع مختلف نشان میدهد، عوامل متعددی در سرعت آستانه حرکت ذرات دخالت دارد که مهمترین آن اندازه ذرات، وزن مخصوص آن، شکل ذرات و سیمان بین آن است
عظیمزاده و همکاران - 1383 - کنترل فرسایش بادی خاکها به ویژه در مناطق خشک و نیمهخشک، به دلایل مختلف نظیر جلوگیری از تخریب منابع طبیعی، کاهش آلودگی هوا، کاهش انتقال ذرات معلق و مزاحمتهای ناشی از آن در شبکههای آبیاری و زهکشی، در تاسیسات و ماشین آلات، در عملیات اجرایی و در حمل و نقل و ایجاد بیماریهای پوستی و تنفسی مورد توجه جدی قرار گرفته است. استفاده از پوشش گیاهی به منظور تثبیت شنهای روان علیرغم مزایای مختلف، میتواند مشکلات ثانویه ایجاد نماید. برای جلوگیری از بیابانی شدن خاک از انواع روشها استفاده میشود که یکی از آنها مالچپاشی است
به طور کلی، مالچ در لغت به معنی پوشش است، اما در بیابانزدایی و کشاورزی از آن به عنوان خاکپوش یاد میشود. مالچ به عنوان لایهای محافظ روی زمین پخش میشود و سطح خاک را میپوشاند. مالچها به دو نوع نفتی و غیرنفتی دسته بندی میشوند. ربیعی و همکاران - 1390 - یکی از انواع مالچهای غیرنفتی، پلیمرهای شیمیایی است. استفاده از مالچهای نفتی در کنترل فرسایش بادی و تثبیت خاک مورد توجه بوده، ولی به دلیل مشکلات زیاد در سالهای اخیر استفاده از مواد پلیمری مصنوعی به منظور افزایش پایداری و قطر خاکدانهها و تثبیت خاک مورد توجه جدی قرار گرفته است.
یکی از ویژگیهای بارز پلیمرها این است که باعث اتصال ذرات به یکدیگر شده و خاکدانههای درشتتری را ایجاد مینمایند، در واقع باعث افزایش پایداری خاکدانهها میگردند. با این حال انتخاب یک ماده پلیمری به عنوان تثبیت کننده خاک در برابر فرسایش بادی یا آبی امر سادهای نبوده و مسائل مهمی در این خصوص میبایستی مورد توجه و بررسی قرار گیرد که از جمله آن میتوان به تعیین مؤثرترین نوع پلیمر در کنترل فرسایش بادی، بررسی اثر آن بر کنترل فرسایش آبی، میزان غلظت پاشش، چگونگی افزودن به خاک، اثر بر کیفیت خاک، دوام در برابر عوامل محیطی - تغییرات دما، اشعه ماوراء بنفش خورشید، مواد شیمیایی محلول در آب و... - و نیز اثرات زیست محیطی آن اشاره نمود.
موحدان و همکاران - 1390 - برای اجرای هر طرحی باید با توجه به شرایط محیط، مالچی که خاصیت مورد نظر را دارد انتخاب نمود به طور کلی تاثیر مالچ در تثبیت شن بایستی در شرایط مختلف - مانند سرعتهای مختلف باد، آب و هوای مختلف، انواع ماسه - مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور به آزمایش تونل باد نیز نیاز میباشد - رفاهی، . - 1388 هدف اصلی از این مقاله بررسی خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی نوعی مالچ پلیمری تولیدی شرکت ایمن پلیمر سازه برای تثبیت ماسههای روان و فرسایش بادی میباشد
مواد و روشها
در این تحقیق مراحل کار به دو بخش میدانی و آزمایشگاهی تقسیم گردید. عرصه مالچ پاشی شده در منطقه جرقویه سفلی بخشی از تالاب گاوخونی است که یکی از کانونهای بحران فرسایش بادی در منطقه سگزی، رودشت و جرقویه سفلی در استان اصفهان تشخیص دادهشدهاست. این منطقه در محدوده'11و 52 تا'43 و 52 طول شرقی و'9 و 32 تا 27' و 32 عرض شمالی در جنوبشرقی شهرستان اصفهان قرار دارد.
عرصه در نظر گرفته شده برای تحقیق بخشی از محدودهی بیابانی است که از شمال به اراضی کشاورزی حاشیه زایندهرود، از جنوب به جاده نیکآباد جرقویه، از غرب به جاده آسفالته نیکآباد جرقویه اژیه و از شرق به حد تپههای ماسهای مشرف به تالاب گاوخونی میباشد. تپههای ماسهای در حاشیه مرداب گاوخونی دارای اشکال مختلفی است که تحت تاثیر بادها و طوفانها بهوجود آمده، این اشکال شامل فرم بارخان متقارن، بارخان نامتقارن، تپههای عرضی و طولی و فرمهای عصایی شکل میباشند.
در بخش میدانی در این محل، سه تیمار به ابعاد 20* 18 متر انتخاب و در هر تیمار سه کرت به ابعاد 15 * 5 متر ایجاد گردید. با توجه به تجربه تولیدکننده، ابتدا مقداری امولیسیون پلیمر در آب با غلظت مشخص تهیه و برای بررسی اثر آن بر کاهش فرسایش، حجمی از امولسیون که حاوی80، 100 و 120 کیلوگرم پلیمر بود، در سه کرتچه 75 مترمربعی هر تیمار توسط دستگاه سمپاش پشت تراکتوری مالچپاشی شد
شکل -1 موقعیت کرتهای انتخاب شده بر روی تپه ماسهای در منطقه مورد بررسی
طی دو سال پایش از زمان مالچپاشی، آزمایشهای فیزیکی و شیمیایی به روش استاندارهای آزمایشگاهی و همچنین آزمایشات شبیهسازی تونل باد قابل حمل و آزمایشات فرسایش بارانی توسط آزمایشگاه مدلینگ مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان انجام شد آزمایشات فیزیکی شامل اندازهگیری نفوذپذیری، دانهبندی، تراکمپذیری ، درصد رطوبت، حد روانی - حدود آتربرگ - ، تنش برشی و ماندگاری صورت پذیرفت.
آستانه فرسایش بادی توسط دستگاه تونل باد قبل و بعد از مالچپاشی بر روی تپههای شنی منطقه و همچنین در آزمایشگاه اندازهگیری شد. آزمایشات شیمیایی شامل اندازه گیری تغییرات میزان عناصر سمی و فلزات سنگین شامل کادمیوم، سرب، جیوه، نیکل، کرم، کبالت و منگنز خاک، pH و هدایت الکتریکی در عصاره اشباع، کربنات کلسیم، سدیم محلول و کربن آلی بر روی خاک عرصه قبل و بعد از مالچ پاشی صورت گرفت.
بحث و نتایج
نتایج حاصل از مطالعات مدلینگ تونل باد نشان داد که سرعت آستانه فرسایش بادی قبل از مالچپاشی4/56 متر بر ثانیه و در عرصه تحقیق، سرعت آستانه فرسایش بادی بر روی تپههای ماسهای قبل و بعد از مالچپاشی تعیین گردید. بدین ترتیب که ابتدا دستگاه تونل باد بر روی ماسهها مستقر و دادهبرداری انجام و مشاهده گردید با افزایش سرعت باد تا سرعت 3/5 متر بر ثانیه ابتدا پوستههای نمکی حرکت نموده و با ادامه این روند در سرعت حدود 5 متر بر ثانیه ذرات ریز ماسه و شن بهطور واضح به حرکت در آمدند.
لذا سرعت آستانه فرسایش در عرصه تحقیق معادل این مقدار تعیین گردید که با مقدار محاسبه شده در آزمایشگاه مدلینگ مطابقت دارد علت این اختلاف میتواند ناشی از دستخورده بودن نمونهها جهت انتقال به آزمایشگاه باشد. سپس دستگاه بر روی کرت مالچپاشی شده مستقر و سرعت آستانه فرسایش با استقرار تونل باد بر روی محدوده مالچپاشی شده با افزایش سرعت تا بیش از 11 متر بر ثانیه نیز هیچگونه علایمی از حرکت ذرات یا پوسته شدن لایه مالچپاشی شده مشاهده نشد، تکرار این بررسی در آزمایشگاه مدلینگ نیز نتیجهای مشابه به همراه داشت.
به منظور تعیین اثر مالچ پلیمری بر شدت رواناب و هدر رفتن خاک، ابتدا در آزمایشگاه مدلینگ، تپههایی مشابه با تپههای منطقه با همان مشخصات شیب و ارتفاع، با شنهای منتقل شده از عرصه، در زیر بارانساز مصنوعی ایجاد و پس از مالچپاشی، بارشی مشابه بارش حداکثر منطقه به مدت 2 ساعت بر روی آن اعمال گردید. این آزمایش دوباره با فاصله زمانی 48 ساعت تکرار گردید، ولی اثری از شیارهای فرسایشی مشاهده نشد و در پایداری و مقاومت مالچ مذکورهیچ تغییری مشاهده نگردید.
نفوذپذیری مالچ توسط بارانساز سیار در عرصه مالچپاشی شده بررسی شد و عدم ایجاد رواناب تاییدی بر نفوذپذیری مناسب آن میباشد. برای تعیین اثر پلیمر بر سختی خاک، از دستگاه سختیسنج استفاده شد. نتایج نشان داد سختی لایه مالچپاشی در کرتها با شیب شمالی مقاومت برشی کمتری نسبت به سایر کرتها در دیگر شیبها نشان میدهند، به نظر میرسد، جهت شیب تپهها نقش مهمی در تفاوت مقاومت لایه مالچپاشی شده دارند، بهطوری که کرت دارای شیب شمالی دیرتر از سایر کرتها خشک شده و از مقاومت کمتری برخوردار میباشد. برای نشان دادن تاثیر پلیمر بر تغییرات بافت خاک، دانهبندی ماسههای بادی بررسی و در جدول 1 ارایه شدهاست.
