اندازه­گیری مستقیم میانگین وزنی قطر (MWD) خاکدانه­های تر به­عنوان یکی از شاخص­های مهم برای ارزیابی پایداری ساختمان خاک، کاری وقت­گیر و پرهزینه است. هدف پژوهش حاضر مقایسه دقت مدل رگرسیون خطی چندگانه (MLR) و دو مدل هوشمند شامل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و برنامه­ریزی بیان ژن (GEP) در برآورد MWD از روی متغیرهای زودیافت و سهل­الوصول خاک بود. برای این منظور، 80 نمونه خاک سطحی دست­خورده و دست­نخورده از عمق صفر تا cm 10 اراضی جنگلی، مرتعی و زراعی منطقه فندقلوی استان اردبیل جمع­آوری شد. سپس برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی زودیافت آن­ها و میانگین وزنی قطر (MWD) خاکدانه­های تر مطابق روش­های معمول و استاندارد تعیین گردید. داده­ها به­طور تصادفی به دو مجموعه آموزشی (60 داده) و آزمونی (20 داده) تقسیم گردید. مدل­های MLR، ANN و GEP به­ترتیب با به­کارگیری نرم­افزارهای SPSS، MATLAB و Gene Xpro Tools ایجاد شدند. نتایج نشان­دهنده همبستگی مثبت و معنی­دار (**59/0 r=) بین شن و کربن آلی خاک بود. شن، کربن آلی و میانگین هندسی قطر (GMD) خاکدانه­های خشک از مهمترین متغیرهای ورودی مدل­ها در برآورد MWD خاکدانه­های تر بودند. براساس داده­های آزمونی، مقادیر ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME) و ضریب نش-ساتکلیف (NS) برابر 52/0، mm 48/0، mm 13/0 و 48/0، 85/0، mm 30/0 ، mm 03/0 و 78/0، 79/0، mm 35/0، mm 10/0 - و 95/0 به­ترتیب در بهترین مدل MLR، ANN و GEP به­دست آمد. بنابراین مدل MLR در مقایسه با مدل­های هوشمند از دقت کمتری و خطای بیشتری در برآورد MWD برخوردار بود؛ مدل ANN به علت داشتن R2 و NS بالا و RMSE پایین توانست در مقایسه با دو مدل دیگر، MWD خاکدانه­های تر را با دقت زیاد و خطای کم در منطقه مورد مطالعه تخمین بزند.

سابقه و هدف: پایداری خاکدانه ها از مهم ترین ویژگی های فیزیکی خاک است که برآورد آن با استفاده از ویژگی های زودیافت از اهمیت شایانی برخوردار است. همچنین پایداری خاکدانه ها به عنوان شاخصی از فرسایش پذیری خاک ها محسوب می شود که آگاهی از آن می تواند ابزاری کارآمد جهت مدیریت خاک در برابر عوامل تخریب خاک باشد. باتوجه به اهمیت شناسایی ویژگی های فیزیکی خاک و ارزیابی تأثیرات کاربری اراضی بر روی وضعیت پوشش گیاهی و نیز مدل سازی آن در نتیجه این پژوهش پایه ریزی و عملیاتی شد. مواد و روش ها: این پژوهش در دو کاربری مرتعی و جنگلی واقع در حوضة آبریز دهدز در شمال شرق استان خوزستان انجام شد. برای استخراج شاخص های پوشش گیاهی، ابتدا تصاویر لندست 8 دریافت و سپس تصحیحات رادیومتریک به کمک نرم افزار ENVI 5. 1 بر روی تصویر اعمال شد. شاخص های پوشش گیاهی مورد بررسی شامل شاخص نسبت پوشش گیاهی (RVI)، شماره شاخص پوشش گیاهی (VIN)، شاخص پوشش گیاهی تغییریافته (TVI)، شاخص زردی پوشش گیاهی (YVI)، خط پس زمینة خاک (SBL)، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی (DVI)، شاخص نرمال شدة تفاضلی سبزی (NDGI)، شاخص سرخی (RI)، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی نرمال شده (NDVI)، شاخص پوشش گیاهی عمودی (PVI)، شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده با خاک (SAVI) و شاخص مقاومت اتمسفری پوشش گیاهی (ARVI) می باشند. خصوصیات 50 نمونة خاک شامل درصد کربن آلی، درصد شن، سیلت، رس و میانگین وزنی قطر خاکدانهها (MWD) طبق روش های استاندارد آزمایشگاهی تعیین شد. برای بررسی ارتباط شاخص های پوشش گیاهی با شاخص MWD از آنالیزهای همبستگی پیرسون و اسپلاین رگرسیون تطبیقی چندمتغیرة (MARS) استفاده گردید. یافته ها: نتایج نشان می دهد که در کاربری مرتع، بین شاخص های VIN، TVI، MSAVI، RVI، SAVI، TSAVI، NDVI و PVI با شاخص MWD همبستگی معنی داری در سطح یک درصد وجود دارد. حال آنکه در کاربری جنگل بین شاخص های مورد بررسی هیچ گونه ارتباط معنی داری برقرار نبود. همچنین مدل سازی MARS نشان داد که مدل برازش یافته بر اساس شاخص های پوشش گیاهی در کاربری مرتع (Adjusted R-Sq. = 0. 55, RMSE = 0. 16) دارای قدرت و دقت پیش بینی بسیار بالاتری نسبت به مدل برازش یافته برای کاربری جنگلی (Adjusted R-Sq. = 0. 35, RMSE = 0. 36) است. نتیجه گیری: در مجموع یافته های این پژوهش نشان می دهد که عوامل کنترل کنندة پایداری خاکدانه ها در کاربری مرتع و جنگل متفاوت می باشد. همین امر سبب تفاوت همبستگی بین شاخص های پوشش گیاهی و MWD و به تبع آن نتایج مدل سازی شده است. سنجش ازدور، می تواند زمینه ای را جهت بهره گیری از فناوری های نوین به منظور مدیریت پایدار منابع خاک و آب فراهم سازد. بدین ترتیب استفاده از فناوری های نوین می تواند بسترساز عملیاتی شدن سناریوهای مدیریتی پایدار محور باشد که ماحصل آن صیانت از منابع طبیعی است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

یکی از مهمترین آلاینده ها ی آلی، هیدروکربن های نفتی هستند که غالباً از طریق صنایع نفت وارد محیط زیست پیرامونی می شوند. در این پژوهش تأثیرات زئوپلانت و زغال زیستی باگاس به عنوان اصلاح کننده های آلی-معدنی و آلی بر برخی از ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک های آلوده، در محدوده ی میدان نفتی اهواز-منطقه ی بهره برداری نفت و گاز کارون ارزیابی شد. پس از بازدید های میدانی و نمونه-برداری به روش سیستماتیک کاملاً تصادفی درون بلوک، نمونه های خاک مناطق آلوده به هیدروکربن های نفتی، به گلدان منتقل و سپس تیمارهای آزمایشی در سطوح 2، 4 و 6 درصد وزنی به خاک افزوده شدند. نمونه خاک های آلوده، برای مدت زمان 100 روز انکوباسیون شدند و در طول دوره ی انکوباسیون رطوبت خاک در سطح 25 و 50 درصد ظرفیت زراعی (FC) تنظیم گردید. پس از اتمام دوره ی انکوباسیون پارامتر های پایداری خاکدانه، شاخص تردی خاکدانه، حدود آتربرگ و کلاس آبگریزی خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد در اثر افزودن زئوپلانت با سطح 6 درصد و رطوبت 50 درصد FC، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) از 3/1 میلی متر در تیمار شاهد به حدود 6/0 میلی متر کاهش یافته است. برای هر دو تیمار، با افزایش سطح تیمار، شاخص تردی افزایش یافت که این افزایش در سطح رطوبتی 50 درصد FC بیشتر بوده است؛ ولیکن در سطح 6 درصد، کاهش در شاخص تردی خاکدانه مشاهده شده است. افزودن زغال-زیستی در سطوح 2 و 4 درصد، MWD را کاهش داده است؛ درحالی که افزودن 6 درصد زغال زیستی منجر به افزایش MWD، به عنوان شاخص پایداری خاکدانه ای شده است. نتایج نشان داد که افزودن تیمارهای زئوپلانت و زغال زیستی باگاس سبب افزایش رطوبت حدروانی و حدخمیری خاک و در نتیجه کاهش شاخص خمیرایی (Plastic index, PI) شده اند. در مجموع، تیمارهای آلی-معدنی بر روی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک تأثیرگذار بوده است. بدین ترتیب نیاز است مقدار و چگونگی افزودن تیمارها به خاک لحاظ شده و به عنوان راهکاری مدیریتی در هرم تصمیم گیری دیده شود.

فرسایش بادی و آبی از عوامل اصلی در آسیب به خاک و منابع طبیعی هستند. در تحقیقات پیشین تاکید زیادی بر نقش پایداری خاکدانه ها در کنترل فرسایش خاک و جلوگیری از حرکت و جابجایی آنها توسط عوامل فرسایشی شده است. بدین منظور، استفاده از مواد پلیمری به منظور کنترل فرسایش بادی مورد توجه قرار گرفته است اما مساله موجود میزان تاثیر و مدت زمان دوام این محصولات در خاک های مختلف است که می بایستی مشخص گردد. این پژوهش در راستای ارزیابی تاثیر امولسیون پلیمری بر پایه پلی وینیل استات (PVA) بر شاخص پایداری خشک خاک ها، تغییرات آن در طول زمان و انتخاب میزان بهینه در خاک های مختلف انجام شده است. بدین منظور پس از تهیه سه نمونه خاک با بافت سبک، متوسط و سنگین از نقاط مختلف و انجام آزمایش های تعیین رطوبت طبیعی نمونه ها، دانه بندی به طریق هیدرومتری و الک و تعیین حدود آتربرگ خاک بر روی آنها، با استفاده از سه نوع خاک با چهار سطح 0، 25، 40 و 50 گرم از ماده پلیمری در هر متر مربع خاک به ترتیب با غلظت های 0، 25، 40 و 25 گرم در لیتر، 12 تیمار آزمایشی تهیه گردید. سپس میانگین وزنی قطر خاکدانه خشک (MWD) هر تیمار در سه تکرار و در بازه های زمانی 1 روز، 1، 3 و 6 ماه پس از تهیه، اندازه گیری شد. نتایج تحلیل آماری نشان داد که در بیشتر بازه های زمانی مورد نظر، افزودن ماده پلیمری به صورت معنی داری میزان MWD خاک ها را نسبت به نمونه های تیمار شده با آب (شاهد) افزایش داده اند. همچنین، میزان ماده پلیمری و حجم امولسیون پلیمری اضافه شده تواما بر میزان پایداری خاکدانه تاثیر می گذارد. تاثیر تمام تیمارهای پلیمری بر میزان شاخص پایداری خاکدانه های ایجاد شده در ماسه بادی نسبت به تیمار شاهد حتی پس از 6 ماه هم کاملا چشمگیر است. مقادیر MWD خاک متوسط تمام تیمارها تا 3 ماه بالاتر از شاهد بوده و پس از 6 ماه، تنها تیمار 50 گرم بر متر مربع ماده پلیمری همچنان دارای مقادیر بزرگتری نسبت به تیمار شاهد است. در خاک سنگین تیمار شده با پلیمر نیز، تنها MWD تیمار 50 گرم بر متر مربع است که پس از 6 ماه با خاک شاهد در سطح 1 درصد تفاوت معنی دار داشته و همچنان دارای ابعاد بزرگتری نسبت به تیمار شاهد است. سرانجام تیمار با میزان 25 گرم پلیمر بر مترمربع خاک (با غلظت 25 گرم در لیتر) به دلیل آنکه کمترین میزان پلیمر و کمترین میزان حجم امولسیون اضافه شده به خاک را داراست به عنوان گزینه موثر انتخاب گردید.

با توجه به تاثیر ساختمان خاک و پایداری خاکدانه ها بر فرسایش پذیری خاک و لزوم افزایش پایداری و مقاومت خاکدانه ها در برابر عوامل فرساینده ای مانند باد و آب، این تحقیق روی نمونه خاک سطحی (عمق20-0 سانتی متر) جمع آوری شده از اراضی زراعی حساس به فرسایش آبی واقع در جنوب استان فارس انجام شد. آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با 10 تیمار شاهد (بدون افزودن ماده اصلاحکننده)، گچ خالص، کاه و کلش خرد شده گندم، کود دامی، کاه و کلش همراه با گچ، کود دامی همراه با گچ هر کدام به میزان یک درصد وزنی، سیمان به میزان 0.3، 0.6 و 0.9 درصد وزنی و گچ همراه با سیمان به میزان 0.9 درصد وزنی و در 3 تکرار اجرا گردید. یک، چهار و هفت ماه پس از اعمال تیمارها، میزان خاکدانه های با اندازه های 53 تا 4000 میکرومتر به روش الکتر اندازه گیری و میانگین وزن- قطر آنها محاسبه گردید. هفت ماه بعد از اعمال تیمارها، تیمارهای کاه و کلش، کاه و کلش همراه با گچ و کود دامی همراه با گچ، به ترتیب 2.7، 3.5 و 1.4 برابر باعث افزایش میانگین وزن- قطر خاکدانه ها در مقایسه با شاهد شدند. در مجموع، بر اساس نتایج این تحقیق می توان کاربرد کاه و کلش همراه با گچ، کاه و کلش تنها و کود دامی همراه با گچ را برای افزایش مقاومت در برابر فرسایش در خاک های مشابه با خاک مورد مطالعه پیشنهاد نمود.

خاک ورزی یکی از عملیات مهم برای تولید محصولات کشاورزی است. زیر کشت بردن و انجام خاک ورزی موازی در اراضی شیب دار سبب افزایش هدررفت، کاهش پایداری خاکدانه ها و کاهش ماده آلی خاک می شود. در این پژوهش اثر جهت خاک ورزی، جهت و موقعیت شیب بر برخی از ویژگی های فیزیکی، شیمیایی خاک و نمایه های پایداری خاکدانه بررسی شد. به این منظور از منطقه ای واقع در ایستگاه تحقیقات حفاظت خاک و آب کوهین که تحت خاک ورزی عمود بر جهت شیب بود و همچنین از منطقه هم جوار خارج از ایستگاه که تحت خاک ورزی موازی با جهت شیب بود، نمونه برداری صورت گرفت. منطقه به صورت یک دره کم عمق با دونمای شمالی و جنوبی بود. نمونه برداری برای هر جهت از سه موقعیت بالا، میانه و پایین شیب در دو عمق و با سه تکرار انجام گرفت (72 نمونه). تجزیه وتحلیل اطلاعات بر پایه ی طرح آشیانه ای انجام شد. نتایج نشان داد که بیش تر ویژگی های اندازه گیری شده تأثیرپذیری بالایی از جهت خاک ورزی داشته اند و خاک ورزی موازی سبب کاهش کیفیت خاک شده است. همچنین نتایج نشان داد که جهت و موقعیت شیب تنها بر شاخص پایداری خاکدانه اثر گذاشته است، درحالی که خاک ورزی روی هر چهار نمایه پایداری خاکدانه مورد بررسی اثر معنی داری گذاشته است. در خاک ورزی عمود بر شیب میزان ماده آلی دلیل عمده بیش تر شدن پایداری خاکدانه ها است. جهت و موقعیت شیب و مدیریت زراعی اثرات بسیار پیچیده ای بر ویژگی های خاک در عمق های مختلف دارند. نتایج نشان داد که کلیه منابع تغییرات شامل جهت، موقعیت شیب و عمق خاک بر روی شاخص پایداری خاکدانه تأثیر معنی داری دارند.

ساختمان خاک هم از نظر مدیریت منابع آب و خاک و هم ارتقای توان تولید پایدار، از اهمیتی فراوان برخوردار است. از آنجا که ساختمان خاک اغلب به صورتی کیفی بیان می شود، یکی از روش های نسبتا نوین برای توصیف کمی ساختمان خاک، کاربرد مفهوم هندسه فرکتالی است. با به کار بردن هندسه فرکتالی در تعیین پایداری ساختمان خاک و مقایسه آن با روش های کلاسیک، می توان به درکی بهتر از ساختمان خاک دست یافت. هدف از این پژوهش، کمی سازی ساختمان خاک با استفاده از مدل های فرکتالی و مقایسه آن ها با روش های کلاسیک بود. بدین منظور، تعداد 30 نمونه از خاک سطحی یک منطقه زراعی تهیه شد. سپس با استفاده از روش الک های تر و خشک، میانگین وزنی و میانگین هندسی قطر خاکدانه ها محاسبه گردید. آنگاه با استفاده از چهار مدل فرکتالی تعداد-اندازه و جرم-اندازه Rieu و Sposito، تعداد-اندازه Mandelbrot و جرم-اندازه Tyler و Wheatcraft بعد فرکتالی نمونه ها بدست آمد. نتایج نشان داد که دامنه بعد فرکتالی مدل جرم-اندازه Rieu و Sposito در حالت خشک از 2.86 تا 2.92 در حالت تر از 2.90 تا 2.99 متغیر است. حال آنکه این تغییرات برای مدل Tyler و Wheatcraft در حالت خشک از 2.53 تا 2.78 و در حالت تر از 2.24 تا 2.55 بدست آمد. دامنه تغییرات در مدل تعداد-اندازه Rieu و Sposito از 2.77 تا 3.59 در حالت خشک و از 2.35 تا 3.22 در حالت تر در نوسان بود. نتایج همچنین نشان داد که دامنه تغییرات در مدل Mandelbrot در حالت خشک از 2.89 تا 3.72 و در حالت تر از 2.21 تا 3.22 می باشد. بیشترین انحراف معیار بدست آمده مربوط به میانگین وزنی قطر خاکدانه ها و کمترین انحراف معیار مربوط به بعد جرم-اندازه مدل Rieu و Sposito بود. نتایج همچنین نشان داد که با افزایش بعد فرکتالی، پایداری خاکدانه ها کاهش و ناپایداری آن ها افزایش می یابد. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که استفاده از مدل های فرکتالی در مقایسه با روش های کلاسیک برای ارزیابی ساختمان خاک از دقتی بیشتر برخوردار است.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک و شرایط آزمایش بر پایداری ساختمان خاک موثرند. در این پژوهش اثر شرایط آزمایش در کنار ویژگی های ذاتی بر پایداری خاکدانه های شماری از خاک های استان همدان به کمک روش الک تر و اندازه گیری مقاومت کششی خاکدانه ها بررسی شد. از دو شاخص میانگین وزنی قطر (MWD) و مقاومت کششی (Y) خاکدانه ها برای بیان پایداری ساختمان خاک استفاده شد. در روش الک تر و با استفاده از پیش - تیمار مرطوب کردن آهسته، سه زمان متفاوت (5، 10 و 15 دقیقه) الک کردن خاکدانه ها در آب به منظور اعمال تنش های مکانیکی - آبی در نظر گرفته شد. مقاومت کششی خاکدانه ها نیز در دو شرایط رطوبتی هوا - خشک و مکش ماتریک 500kPa به روش غیرمستقیم برزیلی اندازه گیری شد. با توجه به پایداری ساختمانی نسبتا ضعیف خاک های همدان که از ویژگی های مناطق خشک و نیمه خشک است، زمان های کوتاه الک کردن خاکدانه ها برای تشخیص تغییرات پایداری ساختمان ناشی از ویژگی های ذاتی مناسب تر بود. در بین ویژگی های موثر بر MWD، بیشترین نقش مربوط به ماده آلی بود. از سه ویژگی ذاتی ماده آلی، رس و کربنات کلسیم که اثر آنها بر Y خاکدانه ها بررسی شد، تاثیر ماده آلی به مراتب بیشتر از دو ویژگی دیگر بود. بالاترین ضریب تبیین (R2) برای رابطه Y خاکدانه ها با ویژگی های ذاتی خاک های مورد بررسی در مکش ماتریک 500kPa حاصل شد. نقش ماده آلی در این خاک ها در ایجاد خاکدانه های پایدار نسبت به سایر ویژگی های خاک بیشتر قابل توجه است. نتایج این پژوهش، زمان های کوتاه الک کردن (5 دقیقه در الک تر) و مکش ماتریک 500kPa را برای اندازه گیری مقاومت کششی برای ارزیابی پایداری ساختمان خاک های استان همدان توصیه می کند.

پایداری خاکدانه ها یکی از مهم ترین ویژگی های فیزیکی خاک است که بر میزان پراکنش ذرات خاک به وسیله قطرات باران اثر می گذارد. این پژوهش به منظور بررسی تخریب خاکدانه ها تحت تاثیر ضربه قطرات باران و رابطه آن با پایداری خاکدانه در برخی خاک های ناحیه نیمه خشک درزنجان انجام گرفت. آزمایش در 30 نمونه خاک دیم زار و سه تکرار در سال 1390 انجام شد. برای این منظور، خاکدانه های با قطر 6 تا 8 میلی متر در جعبه هایی مسطح به ابعاد 24 سانتی متر × 30 سانتی متر و ضخامت 6 سانتی متر ریخته شدند. جعبه ها در معرض چهار رخداد باران شبیه سازی شده با شدت 60 میلی متر بر ساعت و به مدت 30 دقیقه قرار گرفتند. در هر رخداد بارندگی میزان تخریب خاکدانه ها در هر جعبه با مقایسه میانگین وزنی قطر آن ها (MWD) پیش و پس از بارندگی به دست آمد. پایداری خاکدانه ها با استفاده از دو روش الک تر و آزمون قطره آب، در هر خاک محاسبه گردید. نتایج نشان داد که تفاوتی معنی دار بین خاک های مختلف ازنظر میزان تخریب خاکدانه ها در اثر باران وجود داشت (P≤0.001). تخریب خاکدانه ها تحت تاثیر پایداری خاکدانه ها درروش الک تر قرار نگرفت با این وجود، تخریب خاکدانه ها همبستگی منفی معنی داری با پایداری خاکدانه ها در آزمون قطره داشت (P≤0.05 و R2=0.29). تخریب خاکدانه ها در خاک های مورد بررسی رابطه معنی دار با میانگین هندسی قطر ذرات معدنی، سنگریزه و ماده آلی داشت (P≤0.001 و R2=0.65).