علوم آب و خاک

---

آگاهی از ساختار وابستگی مکانی ویژ‌گی‌های مختلف خاک که نسبت به سیستم‌های چرا دارای حساسیت‌اند، از نقطه‌نظر تعیین میزان و نوع تغییرات حادث شده در روابط خاک- گیاه و جلوگیری از وقوع تغییرات ناخواسته و مضر در اکوسیستم، حائز اهمیت است. در بررسی حاضر از مجموعه روش‌های آماری ژئواستاتیستیک و نظریه فراکتال به‌منظور بررسی آثار قرق طولانی مدت بر تغییرات مکانی شماری از خصوصیات شیمیایی خاک شامل مواد آلی، ازت کل، فسفر و پتاسیم قابل دسترس در دو ناحیه تحت قرق و غیرقرق واقع در منطقه سبزکوه استان چهارمحال و بختیاری استفاده شده است. بررسی ساختار تغییرات مکانی متغیرهای موردنظر از طریق محاسبه تابع آماری واریوگرام انجام شد. نتایج نشان داد که الگوی تغییرات مکانی متغیرهای خاک به تاریخچه مدیریت مرتع کاملاً وابسته است. واریوگرام مواد آلی در منطقه چرا دارای ساختاری خطی و بدون دسترسی به واریانس آستانه با توجه به مقیاس مطالعاتی بوده است. در حالی‌که الگوی تغییرات مکانی این متغیر در نواحی قرق از ساختاری قوی و دارای واریانس آستانه مشخص تبعیت می‌کند. علاوه بر آن فسفر قابل دسترس در منطقه چرا فاقد هرگونه ساختار مکانی بود. واریوگرام‌های ازت کل و پتاسیم قابل دسترس در هر دو ناحیه قرق و چرای مفرط تابع ساختار کروی است، بنابراین دامنه تغییرات در نواحی قرق تقریباً دو برابر ناحیه تحت چرا بوده است. نتایج حاصل از به‌کارگیری نظریه فراکتال نشان می‌دهد که ویژگی‌های خاک دارای خصیصه‌های فراکتالی بوده، بدین‌ترتیب که آزمون تغییرات مکانی آنها با افزایش مقیاس مطالعاتی اطلاعات با جزئیات بیشتری را آشکار می‌سازد. هم‌چنین نتایج حاصل از محاسبه بعد فراکتالی نشان می‌دهد که مقدار عددی بعد فراکتالی برای تمامی متغیرهای مورد بررسی بزرگ و به عدد 2 نزدیک است. در عین‌حال بعد فراکتالی برای فسفر و پتاسیم قابل دسترس در ناحیه چرا بزرگ‌تر از ابعاد فراکتالی آنها در نواحی قرق است. هم‌چنین بعد فراکتالی، که با استفاده از واریوگرام محاسبه شد، می‌تواند به‌عنوان شاخصی مناسب به‌منظور توصیف الگوی تغییرات مکانی یک متغیر و پیچیدگی‌های موجود در آن، به‌کار گرفته شود.

---

توابع انتقالی خاک عبارت‌اند از مدل‌های تخمین یک خصوصیت مشخص خاک با استفاده از ویژگی‌هایی که اندازه‌گیری آنها آسان، سریع و یا ارزان می‌باشد. روش معمول در برازش توابع انتقالی خاک استفاده از رگرسیون آماری است. این روش بر پایه فرض دقیق بودن متغیرهای مورد مطالعه و مشاهدات مربوط به آنها استوار بوده و در نهایت روابط بین متغیرها نیز به طور دقیق مشخص می‌شود. در مدل سازی سیستم‌های طبیعی مانند خاک، عموماً با مشاهدات نادقیق و یا روابط مبهم رو به رو هستیم، بنابراین استفاده از روش‌های برازش توابع که قادر به تبیین ساختار مبهم سیستم و در اختیار نهادن الگوهای منبطق با واقعیت هستند، ضروری است. در بررسی حـاضر از روش رگـرسیون مبتنی بر نـظریه مجموعه‌های فازی به منظور برازش توابع انتقالی شیمیایی و فیزیکی خاک استفاده شد. مدل‌های بهینه رگرسیون خطی با ضرایب فازی برای توابع فوق به دست آمد. تجزیه و تحلیل حساسیت بر پایه سطح اعتبار و با توجه به مقدار ابهام مدل‌ها و مقدار شاخص اطمینان مدل‌ها انجام شد. نتایج نشان داد که روش رگرسیون فازی در شرایط روابط ابهامی بین متغیرها و به طور کلی در مواردی که با خطاهای ناشی از ابهام در ساختار معادلات رگرسیونی رو به رو هستیم، می‌تواند مکمل و یا جایگزین مناسبی برای روش رگرسیون آماری تلقی شود.

---

در اکوسیستم‌های مرتعی، چرای مفرط باعث تغییراتی در پویایی کربن بقایای گیاهی و ماده آلی خاک می‌شود. هدف این پژوهش بررسی کیفیت شیمیایی بقایای سه گونه غالب مرتعی و ارتباط آن با پویایی کربن لاشبرگ تحت مدیریت‌های مختلف چرا و قرق در مراتع سبزکوه می‌باشد. این بررسی در مراتع مشجر منطقه سبزکوه (استان چهار محال و بختیاری) صورت گرفت. نمونه برداری از گیاهان مرتعی غالب شامل اگروپایرون (Agropyron intermedium)، جو پیازدار (Hordeum bulbosum) و جگن (Juncus stenophylla) از یک منطقه تحت قرق 15 ساله برداشت و مقدار نیتروژن، فسفر و پتاسیم در نمونه‌ها اندازه‌گیری شد. علاوه بر این، سرعت تجزیه لاشبرگ گونه‌ها پس از یک سال خواباندن تحت شرایط طبیعی تعیین گردید. مقدار متوسط نیتروژن در لاشبرگ آگرو پایرون، جگن و جو پیازدار به ترتیب 37/1، 36/1 و 98/0 در صد بود. بنابراین با در نظر گرفتن 50% کربن در ماده خشک، نسبت کربن به نیتروژن (C/N) برای گونه‌های آگروپایرون، جگن و جو پیازدار به ترتیب 2/37،3/37 و 1/51 خواهد بود. لاشبرگ‌های آگروپایرون، جگن و جو پیازدار به ترتیب حاوی 13/0، 12/0 و 21/0 درصد فسفر و 04/1 ،01/1 و 72/1 در صد پتاسیم بودند. نتایج پویایی کربن نشان می‌دهد که اختلاف بین سرعت تجزیه لاشبرگ در منطقه چرا و منطقه قرق معنی دار نیست (05/0< p)، ولی این اختلاف بین گونه‌های مطالعه شده از نظر آماری بسیار معنی‌دار است (01/0 >p). نتایج نشان می‌دهند که ظاهراً روند تجزیه این بقایای گیاهی در ابتدا با نسبت C/N هم‌بستگی دارد ولی در خلال فرآیند تجزیه سایر خصوصیات کیفی لاشبرگ و شرایط محیطی خاک تأثیر گذار خواهند بود. بنابراین می‌توان چنین نتیجه‌گیری کرد که اثر نوع لاشبرگ گیاهی و کیفیت آن به روی تجزیه پذیری به مراتب ملموس‌تر از اثر چرا (قرق) است.

---

به منظور دست‌یابی به مدیریت پایدار اراضی و بهبود کیفیت آنها، ارزیابی کمّی عوامل و شاخص‌های مؤثر در پایداری اراضی ضروری است. در بررسی حاضر آثار عوامل مختلف مانند نواحی جغرافیایی، کاربری و مدیریت اراضی بر تغییر پذیری برخی شاخص‌های کیفیت خاک در زاگرس مرکزی ایران مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور 12 منطقه مطالعاتی در مناطق واقع در استان‌های چهارمحال و بختیاری (سبزکوه و بروجن)، اصفهان (سمیرم) و کهکیلویه و بویراحمد (میمند یاسوج) انتخاب و در هر منطقه با توجه به کاربری و مدیریت های مختلف اراضی شامل مرتع (قرق، چرای کنترلی، چرای بی رویه)، کشاورزی (گندم دیم، گندم آبی، یونجه) و جنگل (قرق و تخریب شده) اقدام به نمونه برداری منظم و به تعداد 50 نمونه در هر منطقه شد. نتایج به دست آمده از تجریه و تحلیل‌های آماری تک متغیره و چند متغیره نشان داد که کلیه عوامل نواحی جغرافیایی، نوع کاربری و مدیریت اراضی به طور معنی داری بر تغییر پذیری مکانی شاخص‌های مورد مطالعه کیفیت خاک شامل فعالیت آنزیم فسفاتاز، تنفس میکروبی، مواد آلی و ازت کل خاک در عرصه های مختلف کشاورزی، مراتع و جنگل تأثیر گذاشته‌اند. از سوی دیگر، نتایج حاصل از روش تجزیه به توابع تفکیک کارایی شاخص‌های مورد مطالعه کیفیت خاک در شناسایی اکوسیستم‌های پایـدار و مدیریت‌های بهینه به ویژه در مناطق کشاورزی و جنگل را نشان می‌دهد.

---

ریشه‌کن شدن درختان و ایجاد میکروتوپوگرافی‌های پیت و ماند باعث ایجاد شرایط ناهمگن و غیریکنواخت در اکوسیستم خاکی می‌شوند. با توجه به این‌که اکوسیستم جنگلی هیرکانی ایران، اکوسیسستمی کوهستانی محسوب شده و دارای درختانی مسن با قطرهای بالا است بنابراین تصور بر آن‌ است که درختان ریشه‌کن شده در چنین اکوسیستمی به تعداد زیاد قابل ملاحظه باشد. لذا هدف از انجام تحقیق حاضر، مطالعه و بررسی میزان تغییرپذیری برخی مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی خاک در محل درختان ریشه‌کن شده و موقعیت میکروسایت‌های پیت و ماند است. به همین منظور، مساحت 20 هکتار از جنگل آموزشی- پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس واقع در استان مازندران پیمایش شده و تعداد 34 درخت ریشه‌کن شده از گونه‌های درختی مختلف شناسایی شد. نمونه‌های خاک از پنج میکروسایت بالای ماند، دیواره ماند، دیواره پیت، ته پیت و زیر تاج پوشش بسته (سطح جنگل) به کمک استوانه‌ای مدور با سطح مقطع 81 سانتی‌متر‌مربع و از سه عمق 15 - 0، 30 - 15 و 45 - 30 سانتی‌متری گرفته شد. رطوبت، اسیدیته، ماده آلی، نیتروژن و نسبت کربن به نیتروژن خاک در محیط آزمایشگاه اندازه‌گیری گردید. نتایج آماری صورت گرفته نشان داد که بیشترین مقادیر رطوبت، ماده آلی و نیتروژن به ته پیت، اسیدیته به دیواره و بالای ماند، نسبت کربن به نیتروژن به دیواره ماند اختصاص داشته است. اسیدیته خاک تفاوت آماری معنی‌داری را در بین عمق‌های مختلف خاک نشان نداده است. نتایج این بررسی می‌تواند در ارزیابی خاک‌های جنگلی و مدیریت جنگل به‌کار گرفته شود.

---

هدایت ‌آبی‌اشباع و طول‌‌درشت ‌مویینگی از ویژگی‌های هیدرولیکی خاک هستند که تعیین آنها برای مدل‌سازی جریان آب و انتقال املاح در خاک بسیار مهم است. با توجه به اهمیت فراوانی که این پارامترها در تعیین نفوذ آب به خاک دارند، اندازه‌گیری آنها در بررسی فرآیند نفوذ آب به خاک ضروری است. از سوی دیگر اندازه‌گیری نفوذ آب به خاک دشوار، وقت‌گیر و پرهزینه است. یکی از راه‌های چیرگی بر این مشکل، استفاده از روش‌های غیرمستقیم از جمله توابع‌انتقالی خاک در تعیین این پارامترها می‌باشد. هدف از این پژوهش، پی‌ریزی توابع‌انتقالی برای برآورد هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی خاک بود. بدین منظور هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول‌درشت‌ مویینگی و هم‌چنین برخی ویژگی‌های زودیافت دو لایه پدوژنیکی سطحی و زیرسطحی خاک در 60 نقطه از دشت آزدگان واقع در شهرستان شهرکرد با استفاده از تک‌استوانه و به روش بار‌ثابت‌ چندگانه اندازه‌گیری شد. با استفاده از ویژگی‌های زودیافت اندازه‌گیری شده، به روش رگرسیون گام به گام توابعی برای برآورد هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی ایجاد شد. اعتبار‌ توابع اشتقاق یافته در تعیین هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی با استفاده از جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME)، خطای نسبی (RE) و ضریب همبستگی پیرسون ارزیابی شد. نتایج نشان داد که هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی به ترتیب با ضرایب همبستگی 92/0 و 72/0 بیشترین همبستگی را با جرم وی‍ژه ظاهری خاک داشتند. همبستگی معنی‌داری (05/0‌P<) بین توزیع اندازه‌ای ذرات خاک و هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی وجود نداشت. این امر را می‌توان در شباهت زیاد خاک‌های انتخابی از نظر کلاس بافتی و هم‌چنین متأثر بودن این دو پارامتر از منافذ درشت خاک دانست. کارآمدترین توابع در برآورد هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی به‌ ترتیب قادر به بیان 85 و 66 درصد از تغییرات این دو پارامتر بودند. تمامی توابع اشتقاق یافته، هدایت‌آبی‌اشباع و عکس طول ‌درشت ‌مویینگی را کمتر از مقدار واقعی برآورد کردند

---

به منظور بررسی تغییرپذیری مکانی خصوصیات خاک در با ارزش‌ترین توده‌های جنگلی شمال کشور به کمک تکنیک زمین‌آمار، 20 هکتار از جنگل آموزشی- پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس واقع در استان مازندران مورد پیمایش قرار گرفت. نمونه‌های خاک از لایه‌های سطحی (15 - 0 سانتی‌متری) و عمقی (30 - 15 و 45 - 30 سانتی‌متری) محل‌های پیت، ماند، حفره تاج پوشش، موقعیت تک درختان جنگلی و سطوح زیر تاج پوشش بسته برداشت گردید. متغیرهای اسیدیته و ماده آلی در محیط آزمایشگاه اندازه‌گیری و مقادیر نسبت کربن به نیتروژن و میزان ترسیب کربن خاک نیز محاسبه گردید. نتایج حاکی از آن است که اکثر مشخصه‌های مورد بررسی در لایه‌های سطحی و عمقی خاک دارای مدل‌های خطی می‌باشند و تنها اسیدیته خاک در سه لایه مورد بررسی و میزان ترسیب کربن در لایه سوم دارای مدل‌های نمایی می‌باشد. نتایج ساختار مکانی مشخصه‌های مورد بررسی نیز بر این امر دلالت دارد که مشخصه اسیدیته خاک در هر سه لایه مورد بررسی دارای ساختار مکانی متوسط، ماده آلی و نسبت کربن به نیتروژن خاک فاقد ساختار مکانی (اثر قطعه‌ای خالص)، ترسیب کربن در دو لایه بالایی دارای ساختار مکانی ضعیف و در لایه سوم دارای ساختار مکانی متوسط می-باشد.

---

کاربرد مدل‌های تغییرپذیری ناپیوسته در روش‌های سنتی (مرسوم) شناسایی خاک، محدودیت‏هایی را برای مرزبندی واحدهای نقشه به‌‌همراه دارد. راه‌کارهای نوین ارایه‌شده برای غلبه بر این محدودیت‌ها (که به‌طور کلی، "نقشه‌برداری رقومی خاک" نامیده می‌شوند)، با بررسی تغییرات پیوسته خاک، تلاش می‌کنند براساس متغیرهای محیطی که به‏سادگی قابل دست‌یابی یا محاسبه هستند، کلاس‏های خاک یا ویژگی‏های آن را پیش‏بینی کنند. پژوهش حاضر می‌کوشد تا با هدف تهیه نقشه خاک منطقه بروجن- استان چهارمحال و بختیاری- توسط مدل SoLIM و به‌کارگیری مدل رقومی ارتفاع و ویژگی‌های آن، گامی جدید در راستای تهیه نقشه‌های خاک بردارد. برای این منظور، 18 ویژگی مختلف از مدل رقومی ارتفاع استخراج گردیدند و پس ‌از پردازش اولیه، هفت ویژگی مهم‌تر انتخاب شدند. این ویژگی‌ها به‌همراه سه زیرگروه و هفت فامیل خاک غالب موجود در منطقه مطالعاتی (شامل 41 خاک‌رخ از 125 خاک‌رخ حفرشده در کل منطقه)، ماتریس داده‌های ورودی به مدل SoLIM را تشکیل دادند. نقشه‌های خاک فازیِ به‌دست آمده از SoLIM در سامانه اطلاعات جغرافیایی (نرم‌افزار آرک- جی‌آی‌اس) به نقشه چندگوشه‌ای پراکنش خاک‌ها تبدیل شدند. نتایج نشان داد که ترکیبات گوناگون ویژگی‌های مدل رقومی ارتفاع در برآورد نوع خاک‌ها دقت متفاوتی دارند، و به‌طورکلی، دقت درون‌یابی‌ها حدود دو برابر دقت برون‌یابی‌ها هستند. هم‌چنین، مدل SoLIM در برآورد نوع واحدهای نقشه و خاک‌های موجود در آن، دقت قابل قبولی داشت؛ لیکن در برآورد مکان دقیق کلاس‌های خاک، از دقت چندانی برخوردار نبود. لزوم استفاده از اطلاعات بیشتر مانند نقشه‌های زمین‌شناسی و غیره، برای افزایش دقت این روش، پیشنهاد می‌شود.

---

این تحقیق با هدف تعیین پراکنش مکانی غلظت‌‌ فلزات سنگین در کلاس‌های اندازه‌ای ذرات خاک با استفاده از انعکاس ثبت شده از ماهواره Landsat ETM+ در جنوب شهر اصفهان در نزدیکی معدن باما صورت گرفت. برای تحقق این هدف، 100 نمونه مرکب خـاک سطحی به‌طور تصادفی از منطقه مورد نظر جمع‌آوری شد. نمونه‌ها‌ هوا خشک شده و کلاس‌های اندازه‌ای ذرات خاک 500-250، 250-125، 125-75، 75-50 و 50> میکرون بعد از پراکنده کردن کل خاک با استفاده از دستگاه التراسونیک و الک‌های مناسب تعیین شدند. غلظت‌های کل روی، سرب و کادمیوم پس از هضم مرطوب نمونه‌ها با اسید نیتریک با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد بین میزان انعکاس‌های طیفی خاک در باندهای مرئی، مادون قرمز نزدیک و پانکروماتیک ماهواره‌‌ی Landsat ETM+ و غلظت‌های فلزات سنگین در کلاس‌های اندازه‌ای ذرات خاک هم‌بستگی معنی‌دار منفی وجود دارد. مدل‌های رگرسیون چند متغیره گام به گام جهت بررسی امکان تخمین غلظت‌های فلزات سنگین در کلاس‌های ذرات خاک به کمک داده‌های باندهای ماهواره‌ای تشکیل شدند و پراکنش مکانی فلزات سنگین به کمک معادلات رگرسیون چندگانه گام به گام پهنه‌بندی گردید. نتایج نشان داد غلظت فلزات سنگین در همه کلاس‌های اندازه‌ای ذرات خاک در نزدیکی معادن حداکثر است و با افزایش فاصله کاهش می‌یابد.

---

ریزوسفر ناحیه‌ای کوچک با خصوصیات شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی متفاوت از توده خاک است. در این تحقیق به بررسی روی قابل استفاده و شکل‌های آن در خاک ریزوسفر گندم و توده خاک با استفاده از ریزوباکس در شرایط گلخانه‌ای پرداخته شد. کربن آلی، کربن آلی محلول، کربن بیوماس میکروبی، روی قابل استفاده (با استفاده از 7 روش عصاره‌گیری شیمیایی) و شکل‌های روی در خاک‌های ریزوسفری و توده تعیین شد. نتایج نشان داد که کربن آلی، کربن آلی محلول و کربن بیوماس میکروبی در خاک‌های ریزوسفری افزایش معنی‌داری (01/0P <) داشتند. مقدار روی عصاره‌گیری شده با استفاده از عصاره‌گیرهای شیمیایی (به جز کلرید کلسیم 01/0 مولار) در خاک‌های ریزوسفری بیشتر از خاک‌های توده بود. هم‌چنین شکل‌های روی (به جز روی پیوندشده با کربنات‌ها) در خاک‌های ریزوسفری با خاک‌های توده تفاوت معنی‌داری (01/0P <) داشتند. نتایج نشان داد که هم‌بستگی بین شاخص جذب و روی عصاره‌گیری شده با روش‌های DTPA-TEA و مهلیچ 3 معنی‌دار (05/0P <) بود. هم‌چنین شاخص جذب با روی تبادلی و روی پیوند شده با اکسیدهای آهن و منگنز در خاک‌های ریزوسفری و توده هم‌بستگی معنی‌داری (05/0P <) داشت. نتایج این تحقیق نشان داد که قابلیت استفاده و شکل‌های روی در خاک‌های ریزوسفری متفاوت از خاک‌های توده است. بنابراین در بررسی این خصوصیات پس از رشد گیاه استفاده از خاک ریزوسفری توصیه می‌شود.