علوم آب و خاک

---

منظور نمودن شاخص‌های حاصل‌خیزی خاک از جمله ظرفیت تبادل کاتیونی(CEC) می‌تواند در ارتقا و افزایش کیفیت نقشه‌های خاک مفید باشد. برای اندازه‌گیری CEC که زمان‌بر و پرهزینه است می‌توان از برآورد آن از طریق توابع انتقالی استفاده کرد. در این تحقیق، ابتدا چند محدوده (Delineation)‌ از دو واحد نقشه همگون (Consociation)، شامل دو فامیل خاک واقع در دشت شهرکرد، یک واحد نقشه شامل سری شهرک و دیگری شامل سری چهارمحال، مشخص شد. سپس، از اعماق صفر تا20 و30 تا50 سانتی‌متری محدوده‌ها نمونه‌گیری و چند ویژگی فیزیکی- شیمیایی هر نمونه در آزمایشگاه اندازه‌گیری شد. سه ویژگی درصد رس، درصد ماده آلی و رطوبت در پتانسیل 1500- کیلو پاسکال بیشترین هم‌بستگی را با CEC نشان دادند. توابع انتقالی با استفاده از رگرسیون خطی و شبکه عصبی استخراج شد. در این مطالعه، برای تمام مدل‌های شبکه عصبی یک لایه میانی به همراه یک گره کافی به نظر رسید. در هر دو روش، مدلی که شامل پارامتر‌های زود یافت ماده آلی و رس بود به وسیله روش رگرسیون با 81/0=R2 و 2/7= RMSE و از طریق شبکه عصبی با ضریب یادگیری 3/0 و تعدادتکرار(Epoch) 40 و 88/0=R2 و34/0= RMSE بهترین و دقیق‌ترین تخمین را در بین مدل‌ها جهت تخمین CEC نشان داد. تفکیک داده برحسب لایه و فامیل باعث افزایش دقت و صحت توابع گردید. تکنیک شبکه عصبی در مقایسه با رگرسیون، مدل‌هایی باR2 بیشتر و RMSE کمتر تولید کرد.

---

اگر چه ماده آلی بخش کمی از وزن خاک را تشکیل می‌دهد ولی تأثیر زیادی بر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک دارد و از شاخص‌های مهم کیفیت و توان تولید خاک به‌شمار می‌رود. تعیین مقدار ماده آلی خاک در مطالعات حاصل‌خیزی خاک‌‌ و آلودگی محیط خاک، ضروری است. روش اکسایش تر واکلی- بلک یکی از روش‌های متداول تعیین ماده‌ آلی است. این روش علی‌رغم دقت و تبعیت از استانداردها، پرهزینه و با مصرف ترکیب کرومیوم‌دار انجام می‌شود. سوزاندن در کوره (Loss On Ignition, LOI) روش دیگری است که به دلیل عدم تمایل به استفاده از اسید کرومیک، هزینه کم و آسانی بیشتر مورد توجه قرارگرفته است. اهداف این پژوهش، تعیین روابط بین روش‌‌های اکسایش ‌تر و LOI در خاک‌های چهار دشت‌ مهم استان چهار محال و بختیاری و تعیین مناسب‌ترین دمای سوزاندن در کوره برای برآورد ماده آلی خاک است. بدین منظور، نمونه‌برداری خاک از لایه سطحی صفر تا 25 سانتی‌متری چهار دشت‌ شهرکرد، فارسان، کوهرنگ و لردگان به طور تصادفی ‌انجام گردید و در مجموع 205 نمونه خاک برداشت شد. ماده آلی خاک به روش‌های اکسایش تر و LOI در پنج دمای 300، 360، 400، 500 و 550 درجه سیلسیوس به مدت دو ساعت تعیین گردید. به منظور تعیین بهترین دمای سوزاندن خاک، 40 نمونه‌‌ خاک، انتخاب و ماده‌ آلی و کربنات کلسیم معادل آنها، قبل و بعد از سوزاندن در دماهای مذکور اندازه‌گیری گردید. نتایج نشان داد در هر دشت بین روش‌های اکسایش تر و LOI در دما‌های مختلف یک رابطه خطی، مثبت و معنی‌دار وجود دارد. تفاوت در دشت‌ها موجب گردید معادله‌ به دست آمده برای هر دشت از معادله‌ کلی متفاوت باشد و تفکیک داده‌ها بر اساس دشت، موجب افزایش R2 معادلات شد. با افزایش دمای سوزاندن، R2 و شیب معادلات کاهش و مجذور میانگین مربعات خطای باقی‌مانده (RMSE) افزایش یافت. در مقادیر بالاتر کربنات کلسیم معادل، کاهش شیب خطوط رگرسیون با افزایش دما قابل توجه بود که می‌تواند ناشی از تخریب بیشتر کربنات‌ها در دمای بالاتر باشد. در این پژوهش، دمایی حدود 360 درجه سیلسیوس بهترین دمای سوزاندن خاک در کوره تشخیص داده شد زیرا در این دما تمام کربن آلی سوزانده شده، حداقل تخریب کربن معدنی و از دست دادن آب ساختمانی از کانی‌های رسی صورت گرفته و هزینه انرژی مصرفی کمتر است.

---

انتخاب مناسب‌ترین مدل توزیع اندازه‌ ذرات خاک PSD)) به منظور تخمین دقیق‌تر خواص رطوبتی و هیدرولیکی خاک حائز اهمیت است. در این ارتباط تاکنون، انواع مختلفی از مدل‌های ریاضی PSD ارائه شده است. هدف از این پژوهش مقایسه‌ برازش هشت مدل PSD (فردلاند، گمپرتز، ون‌گنوختن، جیکی، لگاریتمی، نمایی، لگاریتمی- نمایی و فراکتال) به توزیع اندازه‌ ذرات در 71 نمونه‌ خاک از دو شهرستان لردگان و سامان استان چهارمحال و بختیاری است. ضریب تعیین ( ) و معیار آکائیکه ( ) برای مقایسه‌ دقت و کیفیت برازش مدل‌های PSD به داده‌های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که مدل فردلاند، بهترین مدل برای توصیف PSD در کلاس‌های بافت لوم سیلتی، لوم رس سیلتی، رس سیلتی و لوم شنی است. سه مدل فراکتال، نمایی و لگاریتمی- نمایی که در کلاس‌های بافت لوم سیلتی، لوم رس سیلتی و رس سیلتی ضعیف‌ترین برازش را داشتند، ولی بهترین برازش را برای بافت لوم شنی نشان دادند. برازش دو مدل فردلاند و گمپرتز در توصیف PSD با بالا رفتن درصد رس و سیلت نمونه‌های خاک (به ترتیب از 25 و 40 درصد) بهبود یافت، برازش سه مدل‌ فراکتال، نمایی و لگاریتمی- نمایی با افزایش مقدار شن افزایش یافت. رابطه معکوسی بین برازش مدل فراکتالی با مقدار سیلت نمونه‌های خاک دیده شد.

---

روند آلودگی نیتراتی و فسفاتی آب زیرزمینی می‌تواند حاکی از نحوه مدیریت آب این منابع باشد. هدف از این پژوهش بررسی تغییرات در غلظت نیترات و فسفات و الگوهای مکانی توزیع نیترات و فسفات آبخوان شهرکرد در طی یک دوره پنج ساله است. به این منظور از 100 حلقه چاه کشاورزی در طی سال‏های 1385، 1389 و 1390 نمونه‌برداری و غلظت نیترات و فسفات اندازه‌گیری شد. از سال 1385 تا 1390 میانگین غلظت نیترات آبخوان از 18 به 27 میلی‌گرم بر لیتر و غلظت فسفات از 05/0 به 15/0میلی‌گرم بر لیتر افزایش پیدا کرده است. از بین مدل‌های مختلف واریوگرام گوسی، نمایی، کروی و خطی، مدل کروی تغییرات مکانی نیترات و فسفات در طی دوره مورد مطالعه را بهترتوجیه کرد. بررسی نقشه‌ها نشان داد که غلظت نیترات و فسفات در بخش‌های جنوبی دشت حداکثر و در بخش‌های شمالی حداقل است. به نظر می‌رسد دلیل اصلی بالا بودن غلظت نیترات و فسفات در بخش جنوبی وجود تصفیه‌خانه شهرکرد، دامداری‌های فشرده، کم عمق بودن سطح ایستابی و جهت گرادیان هیدرولیکی به این سمت از دشت باشد. مقایسه نقشه‌ها نشان داد که از سال 1385 تا 1390 از مساحت کلاس‌های با آلودگی کمتر کاسته شده و به مساحت کلاس‌های با غلظت بیشتر نیترات و فسفات افزوده شده است.

---

آبزیرزمینی شهرکرد تنها منبع آب بر ای شرب و فعالیتهای کشاورزی و صنع تی ساکنان این دشت است . توان رسوب گذاری و خورندگ ی آب م یتواند مشکلا تی را در مجار ی و مخازن فلز ی سامانه های آب رسانی در بخش شرب، صنعت و آ بیاری ایجاد کند . هدف اصل ی ای ن پژوهش بررس ی الگوهای تغییرات مکا نی و پهنه بندی توان خورندگ ی و رسوب گذاری آب زیرزمینی شهر کرد با استفاده از شاخص های لانژ لیه قلیائی ت کل ) بود . به ای ن ) TA سختی کل ) و ) TH ،( کل جامدات حل شده ) TDS ،pH و نیز مؤلفه های آنها یعنی (RI) و ر ایزنر (LI) محاسبه شدند . RI و LI اندازه گیری و شاخص های TA و TH،TDS و pH ، منظور، از ۹۷ حلقه چاه نمونه برداری و در نمونه های آب، دما و وار یوگرام کرو ی بر ای توص یف تغ ییرات مکا نی سا یر شاخص ها مناسب بود . آبخوان شهرکرد با توجه به TDS مدل وار یوگرام گوس ی بر ای مقدار تمام شاخص ها در ،RI ۹ دارای پتانس یل خورندگ ی کم ومتعادل بود . به غ یر از / ۰- و ۷ / به تر تیب با مقاد یر ۱۳ RI و LI میانگینهای بود . در شمال غرب LI تقر یبًا قر ینه معکوس توز یع مکا نی RI شمال غرب آبخوان کمتر ین و در جنوب آبخوان بیشترین بود . توزیع مکا نی ب ین LI ۵- بود که تما یل به اندک ی رسوب گذاری را نشان م یدهد. در بخش اعظم و م یانی دشت مقدار / ۰- تا ۰ / بین ۶ LI آبخوان مقدار ۵- تا صفر و حاک ی ازرسوب گذاری ناچ یز است . در مجموع حدود ۷۸ درصد از آب زیرزمینی شهرکرد از نظر خورندگ ی و رسوب گذاری /۰ با تمام مؤلفه هایش همبستگی قوی مثبت معن ی دار (ب ین LI متعادل و حدود ۲۲ درصد در جنوب دشت مقدار ی رسوب گذاراست. شاخص به تر تی ب RI و LI ۹۰ -)دارد. بیشترین هم بستگ ی / ۶۶ - تا ۰ / با تمام مؤلفهها همبستگی معنیدار قوی منفی (بین ۰ RI ۹۰ ) و / ۶۱ تا ۰ /۰ بود. (r=-۹۰/ و قلیائیت کل ( ۰ (r=۹۰/۰) pH با

---

یکی از راه‌های کاهش فلزات سنگین از محلول‌های آبی، استفاده از زئولیت است. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر کاربرد زئولیت در حذف چند فلز از محلول با غلظت‌های مختلف است. این پژوهش در قالب یک طرح آزمایشی کرت‌های خردشده با 45 تیمار و 3 تکرار در محل دانشگاه شیراز در تابستان 1390 انجام شد. تیمارهای پژوهش شامل 5 غلظت آلاینده و 3 اندازه مختلف زئولیت (075/0 ، 2/0 و 425/0 میلی‌متر) بوده‌اند. برای سرب غلظت‌های40، 250، 500، 1000 و 1250 میلی‌گرم بر لیتر و برای نیکل و کادمیم غلظت-های 4، 6، 15، 20 و 40 میلی‌گرم بر لیتر در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که اثر غلظت‌های مختلف، معنی‌دار بوده است و با افزایش غلظت آلاینده، فرآیند جذب عناصر سنگین توسط زئولیت به‎صورت خطی افزایش یافته است. بیشترین مقدار جذب سرب در غلظت 1250 میلی‌گرم بر لیتر و برابر با 97/59 میلی‌گرم به‌ازای مصرف یک گرم زئولیت بوده است و کمترین میزان جذب سرب مربوط به غلظت 40 میلی‌گرم بر لیتر و برابر 82/1 میلی‌گرم به‌ازای مصرف یک گرم زئولیت بوده است. بیشترین مقدار جذب نیکل مربوط به غلظت 40 میلی‌گرم بر لیتر و برابر با 92/1 میلی‌گرم و کمترین میزان جذب نیکل مربوط به غلظت 4 میلی‌گرم بر لیتر و برابر 16/0 میلی-گرم به‌ازای مصرف یک گرم زئولیت بوده است. بیشترین مقدار جذب کادمیم نیز مربوط به غلظت 40 میلی‌گرم بر لیتر و برابر با 87/1 میلی‌گرم و کمترین میزان جذب کادمیوم در غلظت 4 میلی‌گرم بر لیتر و برابر 18/0 میلی‌گرم به‌ازای مصرف یک گرم زئولیت رخ داده است. هم‌چنین، اثر اندازه‌های مختلف زئولیت نیز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که برای هر سه فلز سنگین سرب، نیکل و کادمیم، اثر اندازه زئولیت معنی‌دار نبوده است.

---

بعد فرکتال ذرات بافت خاک شاخص فیزیکی مناسبی برای توصیف توزیع اندازه‌ی ذرات خاک بوده و کاربردهای گوناگونی دارد. محاسبه‌ی بعد فرکتال می‌تواند به چند روش و با دو گزینه‌ی برازش خطی و غیر خطی صورت گیرد. هدف از مطالعه‌ی حاضر مقایسه و انتخاب روش مناسب برای تعیین بعد فرکتال با استفاده از داده‌های هیدرومتری با روابط جرم- زمان، جرم- قطر و روش تعدیل شده‌ی جرم- قطر (کرچنکو-ژانگ) است. به‌همین منظور ۶۰ نمونه خاک از چهار مزرعه واقع در طاقانک،شهرکرد، جمع‏آوری و پس از تیمار نمونه‏ها با آب اکسیژنه، قرائت هیدرومتر در دقایق ۶۷/۰، ۱، ۲، ۵، ۱۵، ۳۰، ۶۰، ۱۲۰، ۱۸۰، ۱۴۴۰ و ۲۸۸۰ انجام شده، سپس به داده‏های جرم-زمان، و جرم-قطر تبدیل و بعد فرکتال ذرات جامد بافت خاک با برازش خطی و غیرخطی سه رابطه‏ی فوق‏الذکر تعیین شد. برازش غیرخطی روش کرچنکو و ژانگ به‌دلیل ضریب تبیین بالاتر و میانگین مربعات خطا کمتر و معیار اطلاعاتی آکائیکه کوچک‌تر به‌عنوان مناسب‌ترین روش محاسبه‌ی بعد فرکتال ذرات بافت انتخاب شد. تجزیه‏وتحلیل خطا نیز موید این روش است. بین بعد فرکتال حاصل از برازش خطی و غیرخطی در دو روش جرم-قطر و جرم-قطر کراچنکو-ژانگ رابطه‌ی معنی‌دار ولی نه‌چندان قوی مشاهده شد. از این روابط می‌توان برای تصحیح بعد فرکتال تعیین شده در مطالعات قبلی استفاده نمود.