علوم آب و خاک

---

حالت فیزیکی خاک نقش مهمی در سبز شدن بذر، رشد و توسعه ریشه گیاه و تولید محصول دارد. از عوامل تغییردهنده ویژگی‌های فیزیکی خاک، نیروهای داخلی حاصل از مکش ماتریک است. در این بررسی، تأثیر این نیروها در افق سطحی یک خاک لوم‌رسی‌سیلتی و با ساختمان ناپایدار (سری خمینی شهر یا فاین‌لومی، میکسد، ترمیک تیپیک هاپل‌آرجید) بررسی شد. آزمایش به صورت گلدانی انجام گرفت. در این پژوهش، تغییرات سطح خاک با زمان، چگالی ظاهری، شاخص مخروطی و مقاومت کششی در رطوبت‌های مختلف پس از نخستین آبیاری غرقابی اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که بستر بذر (20 سانتی‌متر) با آرایش سست (با چگالی ظاهری 2/1 مگاگرم بر متر مکعب) حدود 5/1 سانتی‌متر نشست کرد. با توجه به این که هیچ گونه بار خارجی، پس از نخستین آّبیاری، بر خاک وارد نشده بود، حالت فیزیکی آن به قبل از خاک‌ورزی نزدیک شد. چگالی ‌ظاهری، شاخص مخروطی و مقاومت کششی خاک پس از اّبیاری و در طول خشک شدن افزایش چشم‌گیری یافت. تغییرات مقاومت خاک (شاخص مخروطی و مقاومت کششی) با رطوبت شدید بود. ارتباط شاخص مخروطی و مقاومت کششی با تنش مؤثر نشان داد که احتمالاً کنترل کننده اصلی مقاومت در حالت تر، تنش مؤثر است.

---

  خاک‌ورزی از جمله عوامل مدیریتی مهمی است که می‌تواند موجب تخریب یا بهبود ساختمان خاک شود. نوع ادوات خاک­ورزی و شکل چرخ ‌ها ی ماشین‌های کشاورزی موجب تغییر ساختمان خاک می‌ شود، لذا یک آزمایش مزرعه‌ای درمرکز تحقیقات کشاورزی همدان روی یک خاک Coarse Loamy Mixed Mesic Calcixerolic Xerocrepts جهت اندازه‌ گیری و بررسی اثرات خاک‌ورزی و تراکم ناشی از تردد چرخ ‌ها بر برخی از خصوصیات فیزیکی خاک انجام شد. تیمارها شامل دو روش خاک‌ورزی با گاوآهن برگردان‌دار و خاک‌ورزی حفاظتی (CP, MP) بود که با استفاده از سه تراکتور رایج در ایران [John Deer (J), Romany (R) and Massey Ferguson(MF)] اجرا شدند. محل تردد و بدون تردد از دیگر تیمارهای مورد بررسی در این تحقیق بودند. آزمایش به‌صورت کرت ‌ها ی خرد شده در قالب طرح بلوک ‌ها ی کامل تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. نمونه ‌ها ی خاک در آخر فصل رشد گندم از محل تردد چرخ و محل بدون تردد از چهار لایه برداشت شد و از نظر چگالی ظاهری (BD) ، شاخص مخروطی (CI) و میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها (MWD) مقایسه شدند. اثر هر دو روش خاک‌ورزی در روی BD در هیچ‌کدام از لایه‌ها معنی‌دار نبود، در حالی‌که، با افزایش عمق BD افزایش پیدا کرد. تردد چرخ‌ها موجب افزایش معنی‌دار BD نگردید، ولی با افزایش عمق اثر تراکم کاهش پیدا کرد. خاک‌ورزی حفاظتی به‌طور معمول، پایداری خاکدانه‌ها را افزایش داد که توسط MWD مورد ارزیابی قرار گرفت. شاخص مخروطی روندی مشابه BD داشت، با این تفاوت که به دلیل حساسیت بیشتر CI در محل تردد در تیمار CP بیشتر از MP بود. ولی چنین تفاوتی در محل بدون تردد مشاهده نگردید. هم‌چنین CI در محل تردد نسبت به بدون تردد به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. تراکتور جان دیر در دو لایه اول و دوم موجب افزایش معنی‌دار CI نسبت به MF گردید، ولی بین تراکتور R و J تفاوتی مشاهده نگردید. شخم با گاوآهن قلمی MWD را در محل بدون تردد افزایش داد که در لایه چهارم معنی‌دار شد. تردد چرخ ‌ها موجب افزایش معنی‌ دار MWD در لایه دوم گردید و در دیگر لایه‌ها تفاوت معنی‌داری مشاهده نشد. در لایه سوم تراکتور رومانی موجب بهبود ساختمان خاک گردیده و MWD را به‌طور معنی‌داری افزایش داد. به‌طور کلی تراکتور رومانی موجب تخریب کمتر ساختمان خاک شده و روش‌های خاک‌ورزی بعضی از ویژگی‌های فیزیکی خاک را تغییر دادند.

---

وجود هیدروکربن‌های نفتی در خاک، می‌تواند سبب بروز سمیت برای انسان‌ها و سایر موجودات زنده شده و موجبات آلودگی آب‌های زیرزمینی را نیز فراهم آورد. در روش گیاه‌پالایی جهت دست‌یابی به حداکثر کاهش غلظت این آلاینده‌ها در خاک، انجام مطالعات اولیه به منظور انتخاب گیاه مناسب الزامی است. در این پژوهش، قابلیت جوانه‌زنی و رشد هفت گونه گیاهی مختلف در دو خاک آلوده به هیدروکربن‌های نفتی ناشی از رهاسازی پسماندها و ضایعات نفتی پالایشگاه تهران (به ترتیب تیمار C₁ و C₂) در مقایسه با خاک غیر آلوده (تیمار C_o)، جهت شناسایی گیاهان با درصد جوانه‌زنی بالا، رشد و عملکرد مناسب‌تر، مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور درصد و سرعت جوانه‌زنی بذر هر گیاه طی یک دوره 14 روزه، چگونگی رشد با ثبت تغییرات ارتفاعی هر یک از گیاهان طی دوره 8 هفته و نهایتاً عملکرد ماده خشک گیاهی در انتهای این دوره تعیین گردید. تجزیه آماری داده‌ها با استفاده از طرح آماری کرت‌های خرد شده در قالب طرح پایه‌ای کاملاً تصادفی انجام شد. نتایج نشان داد که وجود هیدروکربن‌های نفتی در خاک بر جوانه‌زنی بذر گیاهان آفتابگردان، گلرنگ، اگروپایرون و شبدر بی‌اثر بود اما موجب تأخیر2 و3 روزه به ترتیب در تیمارهای C₁ و C₂ نسبت به تیمار C_o در شروع جوانه‌زنی بذر گیاه کلزا و هم‌چنین تأخیر 4 روزه و کاهش 52 درصدی جوانه‌زنی بذر گیاه فسکیو و کاهش 32 و 56 درصدی جوانه‌زنی بذر گیاه پوکسنلیا به ترتیب برای تیمارهای C₁ و C₂ نسبت به تیمار C_o گردید. گیاهان شبدر و کلزا، نسبت به وجود این آلاینده‌ها در خاک پایداری کمتری داشته، خشک گردیده و در نتیجه فاقد عملکرد ماده خشک گیاهی در انتهای دوره آزمایشی بودند. میزان کاهش رشد و عملکرد ماده خشک گیاهی برای گیاهان گلرنگ و آفتابگردان در تیمار C₂ بیشتر از تیمار C₁ بود ولی این کاهش رشد برای فسکیو و اگروپایرون، فقط در تیمار C₂ نسبت به تیمار C_o مشاهده شد و برای تیمار C₁ نسبتاً ناچیز بود. برای گیاه پوکسنلیا نیز اختلاف معنی‌داری مبنی بر کاهش رشد و عملکرد ماده خشک گیاهی در هیچ یک از سطوح آلودگی C₁ و C₂ دیده نشد. بنابراین به‌نظر می‌رسد که اگرچه وجود هیدروکربن‌های نفتی در خاک نتوانسته بر جوانه‌زنی بذر گیاهان آفتابگردان، گلرنگ، شبدر و کلزا اثر گذار باشد ولی این گیاهان فاقد رشد و عملکرد مناسب بوده و لذا جهت استفاده در مطالعات بعدی گیاه‌پالایی خاک‌های آلوده به نفت منطقه مورد مطالعه قابل توجه نیستند. این درحالی‌است که گیاهان فسکیو، اگروپایرون و پوکسنلیا به‌سبب دوام و عملکرد ماده خشک گیاهی نسبتاً مناسب، جهت مطالعات بعدی گیاه‌پالایی خاک‌های آلوده منطقه پیشنهاد می‌گردند.

---

حضور ترکیبات نفتی در خاک می تواند سبب بروز سمیت برای انسان و سایر موجودات زنده و نیز آلودگی آب های زیرزمینی شود، بنابراین حذف این ترکیبات از محیط زیست، امری الزامی است. در این پژوهش ابتدا امکان پالایش دو خاک آلوده به ترکیبات نفتی مناطق اطراف پالایشگاه تهران (لندفیل پالایشگاه و اراضی کشاورزی) به روش زمین پالایی طی یک دوره 4 ماهه بررسی شد. سپس میزان کاهش غلظت کل هیدروکربن های نفتی (TPHs) در خاک هایی که پیش از آن تحت فرآیند زمین پالایی قرار گرفته بودند در ریزوسفر دو گیاه آگروپایرون و فسکیو بررسی شد (مطالعه گیاه پالایی). نتایج نشان داد که اعمال تیمار زمین پالایی موجب افزایش فعالیت و تنفس ریزجانداران هر دو خاک شد. فعالیت آنزیم اوره آز در تیمار زمین پالایی در خاک کشاورزی به ترتیب در انتهای ماه های اول تا چهارم حدود 21، 45، 26 و 23 درصد بیشتر از تیمار شاهد بود و برای خاک لندفیل نیز تنها در ماه چهارم تفاوت معنی داری بین تیمار زمین پالایی و تیمار شاهد دیده نشد. هم‌چنین حدود 50 و 57 درصد کاهش در غلظت TPHs در انتهای دوره پژوهش به ترتیب در دو خاک لندفیل و کشاورزی در تیمار زمین پالایی نسبت به تیمار شاهد حاصل شد. در مطالعه گیاه پالایی، حضور آلاینده‌های نفتی در هر دو تیمار زمین پالایی و شاهد موجب کاهش رشد و عملکرد ماده خشک گیاهان مورد مطالعه شد. تنفس میکروبی در ریزوسفر آگروپایرون و فسکیو در خاک لندفیل در هر دو تیمار زمین پالایی و شاهد بیشتر از خاک آلوده بدون گیاه بود. هم‌چنین فعالیت آنزیم اوره آز در ریزوسفر فسکیو و آگروپایرون، بیشتر از خاک آلوده بدون گیاه بود. در تیمار زمین پالایی در خاک لندفیل و در حضور فسکیو و آگروپایرون به ترتیب بیش از حدود 20 و 40 درصد از غلظت کل هیدروکربن های نفتی نسبت به خاک بدون گیاه کاسته شد و در خاک کشاورزی نیز آگروپایرون نسبت به فسکیو نقش مؤثرتری بر کاهش غلظت TPHs در این تیمار داشت.

---

زمین‌های شور در قسمت‌های خشک مرکزی ایران با ویژگی‌هایی مانند رطوبت و حاصل‌خیزی کم، شوری، تبخیر و تعرق زیاد شناخته می‌شوند. زیر کشت‌بردن این زمین‌ها ممکن است بر برخی از شاخص‌های کیفیت خاک تأثیر داشته باشد. هدف از این پژوهش تعیین میزان تغییرات شاخص‌های کیفیت خاک در طی احیا و زیر کشت‌بردن زمین‌های شور دشت ابرکوه واقع در مرکز ایران بوده است. شاخص‌های کیفی خاک در سه کاربری شامل زمین‌های شور، زمین‌های زیر کشت گندم‌ و یونجه اندازه‌گیری شده‌اند. نمونه‌های ترکیبی خاک از چهار لایه‌ 10-0، 20-10، 30-20 و 40-30 سانتی‌متری برداشته شده و کربن آلی، نیتروژن کل، کربوهیدرات قابل عصاره‌گیری با اسید رقیق، کربن آلی ذره‌ای موجود در خاک‌دانه‌های درشت (POCmac) و ریز (POCmic)، معدنی‌شدن کربن آلی و پایداری خاک‌دانه‌ها در آنها تعیین شد. زیر کشت‌بردن زمین‌های شور باعث کاهش معنی‌دار شوری خاک در تمام لایه‌ها گردیده ولی مقادیر کربن آلی، نیتروژن کل، کربوهیدرات، POCmac ،POCmic و معدنی‌شدن کربن آلی خاک در زمین‌های کشاورزی افزایش یافته است. در تمام لایه‌ها نسبت POCmac/POCmic در زمین‌های زیر کشت یونجه بیشتر از زمین‌های زیر کشت گندم بوده است. هم‌چنین زیر کشت‌بردن زمین‌های شور موجب افزایش معنی‌دار شاخص پایداری خاک‌دانه‌ها (MWD) شده است. در بیشتر لایه‌ها، میزان مواد آلی و پایداری ساختمان خاک در زمین‌های زیر کشت یونجه بیشتر از زمین‌های زیر کشت گندم بوده که این نشان‌دهنده بهتر‌بودن کیفیت خاک و زیادتر‌بودن پتانسیل ترسیب کربن در زمین‌های زیر کشت یونجه نسبت به زمین‌های زیر کشت گندم می‌باشد.

---

کاربرد مرسوم کودهای نیتروژنه از طریق آب آبیاری، یکی از مهم‌ترین عوامل افزایش غلظت نیترات آب‌های زیرزمینی نواحی فاریاب می‌باشد. این مسئله، مدیریت آب و عناصر غذایی را برای کاهش آلودگی آب‌های زیرزمینی و افزایش بازده عناصر غذایی ضروری می‌نماید. برای برآورده‌نمودن این نیاز، کودآبیاری قطره‌ای یک جایگزین مناسب می‌باشد. طراحی و اجرای کود آبیاری قطره‌ای نیازمند به دانستن آب‌شویی نیترات از محصولات با ریشه‌ی سطحی نظیر سیب‌زمینی که نمی‌توانند از لایه‌های پایینی خاک عناصر غذایی را جذب کنند، دارد. در این پژوهش، آب‌شویی نیترات از مزرعه‌ی سیب‌زمینی تحت آبیاری و کوددهی قطره‌ای با استفاده از سیستم استنتاج تطبیقی فازی-عصبی (Adaptive Network-based Fuzzy Inference System:ANFIS) در ترکیب با الگوریتم ژنتیک مدل‌سازی و پیش‌بینی گردید. در قسمت اول این مطالعه با استفاده از HYDRUS-2D، آب‌شویی نیترات از خاک شنی تحت کشت سیب‌زمینی درشرایط شدت جریان‌های مختلف قطره‌چکان و مقادیر مختلف کود نیتروژن مدل‌سازی و شبیه‌سازی گردید. نتایج حاصل از شبیه‌سازی HYDRUS-2D برای آموزش و اعتبارسنجی ANFIS جهت پیش‌بینی آب‌شویی نیترات استفاده شد. یافتن شعاع دسته‌ها در ANFIS، با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام گرفت. ضریب همبستگی و درصد خطای مطلق میانگین نسبی بین داده‌های حاصل از مدل ANFIS و مشاهده‌ای برای داده‌های امتحانی به‌ترتیب 99/0 و64/0 بود. با‌توجه به معیارهای ارزیابی مشخص شد که ANFIS با دقت بالایی می‌تواند آب‌شویی نیترات را در شرایط مطالعه‌ی حاضر شبیه‌سازی نماید. هم‌چنین ANFIS می‌تواند عدم قطعیت ناشی از داده‌های مزرعه‌ای را پوشش دهد.

---

در این مطالعه، اثر رس‌های خام و اصلاح شده با آهن سه ظرفیتی بر تثبیت آرسنیک محلول و جذب شده در یک خاک آهکی بررسی شد. تیمارهای زئولیت خام و اصلاح شده و همچنین بنتونیت خام و اصلاح شده در درصد وزنی‌های مختلف در قالب طرح آزمایشی کاملاً تصادفی و در سه تکرار به خاک اضافه و به‌مدت 8 هفته در شرایط 80 درصد رطوبت ظرفیت زراعی و در محیط آزمایشگاهی نگهداری شدند. سپس غلظت آرسنیک محلول و قابل تبادل با ارتوفسفات سدیم، فسفر محلول و قابل استخراج با بیکربنات سدیم در خاک و pH خاک اندازه‌گیری شدند. تیمارهای استفاده شده تأثیر معنی‌داری بر تحرک آرسنیک و فسفر در خاک داشتند. بنتونیت و زئولیت خام نه‌تنها تحرک آرسنیک را در خاک کاهش ندادند، بلکه بسته به سطوح مختلف کاربرد به‌ترتیب سبب افزایش 107 تا 325 درصد و 259 تا350 درصد تحرک آرسنیک شدند. با وجود تغییر خصوصیات سطحی زئولیت اصلاح شده با آهن، کاربرد این تیمار در سطوح مختلف سبب افزایش 124 تا 246 درصد تحرک آرسنیک در خاک شد. بنتونیت اصلاح شده با آهن نسبت به سایر تیمارها بالاترین کارایی را داشت و توانست حدود91 درصد تحرک آرسنیک را کاهش دهد. تحرک فسفر تحت تأثیر تیمارهای مختلف در خاک همانند آرسنیک بود. نهایتاً سطح 1 درصد وزنی بنتونیت اصلاح شده با آهن به‌عنوان جاذب مناسب جهت تثبیت آرسنیک انتخاب شد.

---

آلودگی نفتی یکی از بحران‌های مهم زیست محیطی است که کشورهای دارای صنعت نفت با آن مواجه می‌باشند. به‌منظور بررسی اثر آلودگی نفتی بر آب‌گریزی خاک و ارتباط آن با پایداری ساختمان خاک، این پژوهش در منطقه بختیاردشت اصفهان و در قطعه زمینی آلوده به ترکیبات نفتی در فضای سبز اطراف پالایشگاه نفت اصفهان انجام شد. پس از تعیین مکان‌های آلوده و شاهد، آزمایش آب‌گریزی خاک به‌روش زمان نفوذ قطره آب (WDPT) در مکان‌های آلوده انجام شد و نمونه‌های خاک با حداقل به‌هم‌خوردگی برداشت شده و برخی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک‌ها اندازه‌گیری شد. برای ارزیابی پایداری ساختمان خاک، از روش‌های الک تر و رس قابل پراکنش مکانیکی (MDC) استفاده شد و شاخص‌های میانگین وزنی قطر (MWD) و میانگین هندسی قطر (GMD) خاکدانه‌ها و MDC محاسبه شدند. نتایج نشان داد اثر افزایشی آلودگی نفتی بر MWD و GMD و اثر کاهشی آن بر MDC از دیدگاه آماری معنی‌دار شد. با افزایش غلظت کل پلی‌هیدروکربن‌ها (TPHs)، آب‌گریزی خاک افزایش یافت. هم‌بستگی مثبت معنی‌داری بین آب‌گریزی و GMD در خاک‌ها به‌دست آمد. ولی غلظت‌های TPHs بیش‌تر از 4/6 درصد در خاک، سبب کاهش MWD و GMD شد که می‌تواند به‌دلیل افزایش دافعه آنیونی بین ذرات رس و گروه‌های عاملی هیدروکربن‌ها باشد. اگرچه آب‌گریزی سبب افزایش پایداری ساختمان خاک در مکان‌های آلوده به نفت نسبت به مکان‌های شاهد شد ولی کاهش شدید نگه‌داشت آب خاک در اثر آلودگی نفتی شرایط نامساعدی را برای فضای سبز منطقه ایجاد نموده است.