مهندسی اکوسیستم بیابان
سال:1400 | دوره:10 | شماره:31 |تعداد مقالات:10

با وجود پژوهش های گسترده در خصوص تأثیر بادشکن ها بر سرعت باد و فرسایش بادی، ویژگی های دینامیکی باد از جمله تغییرات لحظه ای سرعت آن و شدت آشفتگی جریان هوا در خارج و داخل بادشکن ها به طور کامل بررسی نشده است؛ ازاین رو به منظور بررسی این ویژگی ها در خارج و داخل یک بادشکن زندۀ 14 ردیفه با تخلخل 39%، طول حدود 161 متر، عرض 130ـ160 متر و میانگین ارتفاع 4 متر در منطقۀ نیاتک سیستان، سرعت باد در بالادست و پایین دست بادشکن از ارتفاع 20 تا 700 سانتی متری در دو سرعت باد 5/10 و 5/19 متر بر ثانیه اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که الگوی تغییرات لحظه ای سرعت باد در تمامی ارتفاعات، در خارج و داخل بادشکن یکسان بود و سرعت باد در تمامی ارتفاعات به طور همزمان تغییر کرد. سرعت باد داخل بادشکن به طور چشمگیری کاهش یافت اما انحراف معیار و شدت آشفتگی افزایش داشت. بیشترین مقادیر انحراف معیار و شدت آشفتگی در ابتدای بادشکن، جایی که سرعت باد کمترین مقدار بود، مشاهده شد. شدت آشفتگی در بالادست بادشکن تقریباً یکسان بود اما در داخل بادشکن، اختلافی بین شدت آشفتگی در دو سرعت باد مشاهده شد و در پایین دست بادشکن، این اختلاف کاهش یافت. همچنین نتایج نشان داد که بادشکن به طرز خیره کننده ای بر سرعت باد و شدت آشفتگی تأثیر گذاشت و انحراف معیار و شدت آشفتگی جریان هوا در دو سرعت باد مورد بررسی متفاوت بود.

بیابان زایی به عنوان خطر جدی زیست محیطی، بسیاری از مناطق خشک جهان و به خصوص ایران را متأثر ساخته است. امروزه روش ها و مدل های زیادی برای ارزیابی کمّی این فرایند تخریب سرزمین وجود دارد. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی شدت پتانسیل بیابان زایی و ریسک خطر در مناطق خشک شرق ایران، در شهرستان سرخس و با استفاده از مدل ایرانی IMDPA انجام شد. برای محاسبۀ شدت پتانسیل بیابان زایی داده هایی همچون پارامترهای اقلیمی، ویژگی های پوشش گیاهی، زمین شناسی، خاک شناسی، آب های زیرزمینی، کشاورزی و اطلاعات اقتصادی اجتماعی مورد استفاده قرار گرفتند که تجزیه و تحلیل آن ها در محیط GIS انجام شد. کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 8 به دست آمد. ریسک خطر بیابان زایی از ترکیب نقشه های شدت خطر، فراوانی عناصر در معرض خطر و درجۀ آسیب پذیری عناصر و بر اساس معادلۀ جهانی ریسک تهیه شد. نتایج نشان داد حدود 69% منطقۀ مورد مطالعه از نظر شدت خطر بیابان زایی در وضعیت شدید و حدود 11% در وضعیت خیلی شدید قرار داشته و عواملی چون فرسایش بادی، تخریب پوشش گیاهی، توسعه کشاورزی و مسائل اقتصادی اجتماعی، بیشترین تأثیر را در شدت بیابان زایی منطقه داشته اند. نتایج ارزیابی ریسک نیز نشان داد که بیش از 60% منطقۀ سرخس، از نظر ریسک و احتمال بیابانی شدن، امکان تبدیل به شرایط نامناسب محیطی و تخریب سرزمین در آینده را دارا می باشد.

با توجه به رشد جمعیت، کمبود بارندگی در مناطق بیابانی و نظر به اهمیت منابع آب های زیرزمینی، طرح های مختلفی برای تقویت این ذخایر اجرا شده است. یکی از طرح های مذکور، ایجاد و احداث پروژه های پخش سیلاب است. ارزشیابی اثرات پروژه های اینچنینی در قبل از احداث معمولاً میسر نیست و بعد از اجرا نیز کمتر مورد توجه قرار می گیرد. لذا در این پژوهش سعی بر آن است تا با بررسی پروژۀ پخش سیلاب ابراهیم آباد مهریز که در سال 1997 اجرا شده است، اثرات آن در افزایش آبدهی قنوات پایین دست شامل قنات های خیرآباد، بغدادآباد، مزویرآباد و محمدآباد بررسی شود تا بتوان از نتایج آن برای مدیریت منابع آب استفاده کرد. بدین منظور در دو دورۀ ده ساله قبل و بعد از اجرای پروژه، آمار آبدهی قنوات در اطراف پروژه پخش سیلاب مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج پژوهش با استفاده از آزمون مقایسۀ نمونه های جفتی و تحلیل هیدرولوژیک میزان آبدهی منابع پایین دست نشان می دهد تأثیر اجرای طرح بر قنات های بغدادآباد، خیرآباد و مزویرآباد مثبت بوده و در قنات محمدآباد تأثیری نداشته است. نتایج آزمون کای اسکوئر نیز نشان می دهد که اجرای طرح بر کاهش تعداد سیلاب ها و افزایش آبدهی قنوات پایین دست تأثیر مثبت داشته است.

استفاده از تحلیل فراکتال به عنوان روشی متفاوت از روش های معمول در بررسی ویژگی های لس ها به خصوص در یکی از گسترده ترین پهنه های لسی ایران که به عنوان حلقۀ ارتباطی بین لس های آسیای مرکزی و اوراسیا نیز شناخته می شود، ضروری و پراهمیت تلقی می گردد. بنابراین هدف از این مقاله، تحلیل فراکتال توزیع اندازۀ ذرات با ویژگی های بافتی لس های استان گلستان است. در این تحقیق، از 16 ایستگاه نواحی لسی استان گلستان نمونه برداری شد و نمونه ها از طریق دانه بندی و فراکتال مطالعه شدند. سپس کاربرد فراکتال توزیع اندازۀ ذرات و فراکتال شمارش جعبه ای در شناسایی تغییرات پس از رسوب گذاری لس ها و ارتباط مقادیر فراکتال با پارامترهای بافتی نظیر جورشدگی، کج شدگی و کشیدگی بررسی شد. نتایج ابعاد فراکتال توزیع اندازۀ ذرات نشان داد لس های منطقۀ 1 بیشترین پدوژنز را تحمل کرده و دارای DbH بالاتری هستند. با افزایش DbH جورشدگی ذرات کاهش می یابد و شاخص کشیدگی کمتر شده و پهن شدگی منحنی بیشتر می شود. ایستگاه های آلاگل، آلماگل و کمربندی آق قلا با جور شدگی بهتر، میانگین اندازۀ دانۀ بیشتر، دارای ابعاد فراکتال DbH پایین تر از سایر نقاط هستند. همچنین ابعاد فراکتال توزیع اندازۀ ذرات و هندسه فراکتالی ذرات بر اساس روش شمارش جعبه ای نتایج همدیگر را تأیید می کنند.

تغییر پوشش و کاربری سطح زمین بر بسیاری از فرایندهای طبیعی نظیر فرسایش خاک و تولید رسوب، سیلاب و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک اثرگذار است. یکی از اثرات اساسی نوع پوشش زمین بر فرایندهای موجود در حوضه های آبخیز، نقش آن بر میزان فرسایش خاک است، بنابراین پژوهش حاضر با هدف شبیه سازی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر فرسایش خاک در حوضۀ دویرج استان ایلام در سه دورۀ 1995، 2006 و 2015 با استفاده از مدل RUSLE و تکنیک های سامانۀ اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سنجش از دور (RS) انجام شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که تغییرات کاربری اراضی در این سه دوره موجب افزایش چشمگیر متوسط هدررفت خاک شده، به طوری که متوسط فرسایش خاک از 04/77 تن بر هکتار در سال 1995 به 51/108 تن بر هکتار در سال 2015 رسیده است.

پوسته های زیستی خاک عملکرد ویژه ای در چرخۀ جهانی کربن و افزایش مادۀ آلی خاک به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک دارند. کربن آلی خاک که آمیخته ای از بخش های گوناگون از جمله اسیدهای آلی می باشد، از شناسه های مهم برای بررسی کیفیت خاک است. اسیدهای آلی، قابلیت انحلال عناصر غذایی کم محلول از جمله آهن خاک را افزایش می دهند. در این پژوهش، اثر پوسته های زیستی در افزایش اسیدهای آلی خاک و و مشارکت آن ها در واجذب آهن بررسی شده است. بدین منظور پس از تهیۀ نقشۀ پراکنش پوسته های زیستی در دشت سجزی از خاک زیر پوشش پوسته های زیستی با غالبیت گلسنگ نمونه برداری شد. خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاک شامل اسیدیته، هدایت الکتریکی، مقادیر مادۀ آلی، آهن و بافت خاک اندازه گیری شدند. ضریب همبستگی پیرسون بین درصد مادۀ آلی و پوشش پوسته های زیستی 653/0 محاسبه شد که نشان دهندۀ اهمیت پوسته های زیستی در افزایش کربن آلی خاک بود. همچنین نتایج آزمون t-Student نشان داد که مقادیر آهن قابل جذب در خاک زیر پوشش پوسته های زیستی و بدون پوسته های زیستی اختلاف معنی دار دارند. با رسته بندی پارامتر های به روش PCA معلوم شد که در دشت سجزی با اطمینان 51/67%، شوری خاک و در سطح 73/21%، بافت خاک و آهک جزء مهم ترین عوامل محدود کنندۀ استقرار پوسته های زیستی هستند. برای تشخیص وجود عامل اسید آلی در خاک آزمون مادون قرمز فوریه انجام یافت و طیف های FTIR برای نمونه های خاک به دست آمد. اسید سیتریک و اسید اگزالیک به ترتیب در طول موج های 1400 تا 1600 (cm-1) و 1700 تا 1800 (cm-1) قرائت شدند. بنابراین پوسته های زیستی از طریق افزایش اسیدهای آلی که بخشی از کل مادۀ آلی خاک را تشکیل می دهند، در افزایش آهن قابل جذب خاک نقش مؤثری دارند.

بیوچار ماده‏ای غنی از کربن شناخته می شود که شرایط پیرولیز، سطح ویژۀ بالایی در آن ایجاد کرده و عملکردهای ویژه ای در خاک از خود نشان می دهد. در این پژوهش که با هدف بررسی تأثیر بیوچار خرما بر خاک شور انجام شد، بیوچار مورد نیاز از ضایعات هرس خرما در دمای 500 درجۀ سانتی‏گراد با شرایط اکسیژن محدود به دست آمد. این آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. بیوچار خرما با درصد وزنی صفر، 5/0، 1، 5/1 و 2 به صورت یکنواخت با خاک شور مخلوط گردید و به مدت 90 روز با رطوبت ظرفیت مزرعه نگهداری شد. پس از این مدت، نمونه‏ها هوا خشک شده و ویژگی‏های شیمیایی و فیزیکی خاک تعیین گردید و مقایسۀ میانگین‏ داده ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح 5% انجام شد. نتایج نشان داد که افزودن بیوچار شاخ و برگ خرما به خاک به طور معنی‏داری مقدار هدایت الکتریکی خاک، کربن آلی، کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم خاک و تخلخل را افزایش داد. درحالی که SAR و وزن مخصوص ظاهری کاهش معنی دار پیدا کرد و بر پارامترهای pH، فسفر، رطوبت ظرفیت مزرعه و چگالی حقیقی تأثیر معنی‏داری نداشت. کاربرد اصلاح کننده های آلی مانند بیوچار می تواند به دلیل داشتن عناصر مختلف و همچنین سطح ویژۀ بالا تأثیر مثبتی بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک داشته باشد.

در تحقیق حاضر با هدف ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر دما، بارش و خشکسالی های آینده در شهرستان خاتم، از خروجی دو مدل گردش کلی HadGEM2 و BNU-ESM تحت سه سناریو RCP 2.6، RCP4.5 و RCP8.5 برای دو دورۀ آتی 2031 تا 2050 و 2051 تا 2070 استفاده شد. خروجی مدل HadGEM2 توسط مدل LARS-WG و خروجی مدل BNU-ESM توسط روش ریزمقیاس نمایی عامل تغییر ریزمقیاس گردید. همچنین به منظور ارزیابی کارایی روش عامل تغییر و مدل LARS-WG از شاخص های آماری R2، RMSE و NSE استفاده شد. بر طبق نتایج آماره های خطا، مدل LARS-WG برای هر دو پارامتر دما و بارش، دارای عملکرد بالاتری نسبت به روش عامل تغییر بود. برای ارزیابی خشکسالی، از شاخص بارش استاندارد (SPI) طی دورۀ گذشته (1996 تا 2017) و دو دورۀ آتی در مقیاس زمانی 24 ماهه استفاده شد. نتایج تغییرات دما و بارش در هر دو دورۀ آتی حاکی از آن بود که این شهرستان متأثر از گرمایش جهانی هست؛ به گونه ای که در تمامی سناریوها در هر دو مدل، دمای متوسط سالانه افزایش و بارش متوسط سالانه کاهش می یابد. مقادیر SPI سالانه برای هر دو مدل HadGEM2 و BNU-ESM در هر دو دورۀ آتی تحت هر سه سناریو نسبت به دورۀ پایه کاهش یافته و متعاقباً خشکسالی هواشناسی افزایش می یابد. بر طبق نتایج، در بین دو مدل GCM، مدل BNU-ESM کمترین مقدار بارش، بیشترین مقدار دما و بیشترین تعداد سال با خشکسالی شدید را در مقایسه با مدل HadGEM2 پیش بینی می کند.

به منظور بررسی امکان تثبیت ماسه های روان با استفاده از پساب صنعتی و میکروارگانیسم های خاکزی، دو آزمایش در سال 1398 در دانشگاه یزد طراحی و اجرا شد. آزمایش اول با هدف غربال گری باکتری خاکزی مناطق کویری ایران با بیشترین توانایی هیدرولیز اوره انجام شد. نتایج نشان داد باکتری Sporosarcina pasteurii با میانگین 3/3232 میکروزیمنس بر دقیقه بیشترین توانایی هیدرولیز اوره را داشت. آزمایش دوم به منظور بررسی تثبیت بیولوژیک ماسه های روان در شرایط آزمایشگاه به صورت فاکتوریل دوعاملی در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. تجزیۀ واریانس داده ها نشان داد نوع و میزان مصرف مالچ و اثر متقابل این دو، تأثیر معنی داری در سطح احتمال 1% بر صفات مقاومت فشاری، قطر سله و درصد ذرات بزرگ تر از 84/0 داشت. بیشترین مقاومت فشاری و درصد ذرات بزرگ تر از 84/0 به ترتیب به میزان 4/4 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و 5/97% با کاربرد باکتری Sporosarcina pasteurii به میزان یک سوم درصد اشباع خاک حاصل شد. بیشترین قطر سله به میزان 5/5 سانتی متر در کاربرد پساب شورابه کارخانه پتاس به میزان یک سوم اشباع خاک به دست آمد. نتایج آزمایش نشان داد باکتری های Sporosarcina pasteurii و  Pseudomonas fluorescensو پساب شورابۀ کارخانه پتاس، پتانسیل کاربرد به عنوان مالچ را دارند.

کمبود آب های سطحی و برداشت مداوم از آن ها سبب بحران جدی در اغلب نقاط دنیا شده است. به گونه ای که در صورت عدم مدیریت صحیح، حتی در برخی مناطق، مواجهه با بیابان زایی و خشکی دور از ذهن نخواهد بود. لذا مدل سازی تخصیص این منابع به خصوص در بخش کشاورزی، مورد توجه محققان بسیاری و نیز پژوهش حاضر شد. شبیه سازی تخصیص آب های سطحی حوضۀ قروه دهگلان با استفاده از Vensim و نیز شناسایی الگوهای رفتاری و کاربرد نتایج حاصل از آن در منطقۀ حاضر انجام شد. مدل سازی طی سال های 1369 تا 1395در دو مرحله انجام گرفت. صحت نتایج مدل سازی در مقیاس سالانه (1369ـ1390) با توجه به مقادیر RMSE معادل 10/0 و MAE معادل 40/0 و نیز آزمون رفتار آن تأیید شد. نتایج با توجه به بازخوردهای موجود در مدل و طبیعی نمودن تمام دبی ها و آمار کشاورزی، نشان داد حداکثر برداشت در ایستگاه دهگلان (79/27%) و حداقل در ایستگاه گلبلاغ (53/19%) خواهد بود. مدل سازی مقیاس ماهانه قبل از فعالیت سدها (تا سال 1390) با مقادیر RMSE معادل 74/0 و MAE معادل 39/0 قابل تأیید بود. نتایج با شناسایی الگوهای رفتاری در منطقه پس از فعالیت سدها (پس از سال 1390) نشان داد به رغم متوسط کاهش 72 درصدی جریان در منطقه، در بازه هایی که احداث سد در آن ها صورت گرفته همچون سورال، سنگ سیاه و گلبلاغ یا بازه های پایین دست همانند حسن خان، به ترتیب 40/2، 56/3، 93/3 و 5/4 برابر نسبت به متوسط دوره در حداکثر مقدار خود افزایش و به طور متوسط نسبت به کل دوره تا 100% افزایش داشته اند.