علوم آب و خاک

---

ارزیابی عملیات مدیریت زراعی ، شناخت تغییرات مکانی خصوصیات خاک و محصول و درک روابط متقابل آنها ضروری است. این تحقیق، در یک مزرعه گندم تحت مدیریت زارعین محلی، در شهر سرخنکلاته واقع در 25 کیلومتری شهرستان گرگان، در شمال شرقی ایران انجام شد. نمونه برداری خاک جمعا˝در 101 نقطه از روی یک شبکه سیستماتیک- آشیانه‌ای در پلاتی به ابعاد 100 در 180 متر و از عمق 0- 30 سانتی‌متری خاک اندکی پس از کاشت گندم در اواخر پاییز انجام گرفت. اندازه گیری عملکرد گندم به وسیله نمونه‌برداری در پلات‌هائی به ابعاد یک متر مربع با مرکزیت 101 نقطه نمونه برداری در اواخر خرداد ماه صورت پذیرفت. نتایج آماری نشان داد تمامی متغیرها از توزیع نرمال برخوردار هستند. pH کمترین (59/0%) و عملکرد دانه (4/20%) بیشترین ضریب تغییرات را از خود نشان دادند. آنالیز تغییرنماها نشان داد که متغیرهای بررسی شده در این مطالعه همگی دارای ساختار مکانی بوده و دامنه تأثیر خصوصیات مختلف دارای تغییرپذیری است. دامنه تأثیر تغییر نماها از 99/23 متر برای ازت کل تا 93 متر برای پتاسیم قابل استفاده در نوسان بود. در بین کلیه پارامترهای مورد بررسی، ازت کل و درصد سدیم قابل تبادل وابستگی مکانی قوی‌تر و فسفر قابل دسترس نسبت به سایر متغیرها وابستگی مکانی ضعیف‌تری نشان دادند. نقشه‌های حاصل از میانیابی توسط کریجینگ نشان داد که خصوصیات خاک و محصول در مزرعه مورد مطالعه الگوی تصادفی نداشته و دارای پراکنش مکانی می‌باشند. هم‌چنین توزیع مکانی ازت کل دارای الگوی مشابه پراکنش مکانی مواد آلی بوده و توزیع مکانی ضریب برداشت نیز با پراکنش مکانی فسفر قابل دسترس مشابهت داشت. نتایج حاکی از آن است که الگو و وابستگی مکانی متغیرهای خاک و محصول حتی در یک مزرعه که تحت مدیریت یک زارع قرار دارد می‌تواند بین این متغیرها و در مقیاس‌های مختلف تفاوت داشته باشد. هم‌چنین تغییرنما و تخمینگر کریجینگ می‌تواند به عنوان وسیله‌ای کارا برای طراحی شبکه‌های نمونه‌برداری، شناسایی نواحی مدیریتی و کاربرد نهاده‌ها با نرخ متغیر در کشاورزی دقیق به کار رود.

---

اهمیت و وجود تغییرات مکانی در خصوصیات خاک امری بدیهی به‌شمار می‌رود، با این حال درک فعلی از علل و منابع تغییرات کامل نیست. بررسی تغییرپذیری خاک در سطح مزرعه توسط آمار کلاسیک و زمین آمار قابل بررسی می‌باشد. این تحقیق به‌منظور تعیین عوامل کنترل کننده تغییرات مکانی عناصر غذایی پرمصرف و کم‌مصرف به‌وسیله تلفیق آنالیز مؤلفه‌های اصلی به‌عنوان یک روش کلاسیک و روش زمین آمار در مزارع روستای آپایپولی ایالت آندراپرادش هند صورت گرفته است. در مطالعات صحرایی در 110 نقطه از عمق 30-0 سانتی‌متری نمونه‌برداری شده و نیتروژن کل، فسفر، پتاسیم،کلسیم، سدیم، منیزیوم، سولفات، بور، منگنز، روی و آهن قابل استفاده اندازه‌گیری شد. تجزیه و تحلیل‌های آمار کلاسیک و زمین آمار روی داده‌ها صورت گرفت. نتایج آنالیز مؤلفه‌های اصلی نشان داد که چهار مؤلفه اول دارای ارزش ویژه بیش از یک بوده‌اند و جمعاً 64/71 درصد کل تغییرات را توجیه کرده‌اند. نتایج آنالیزهای زمین آماری روی سه مؤلفه اول نشان داد که هر سه مؤلفه بر اساس تغییرنمای سطحی ، همسانگرد بوده‌اند. مدل‌های برازش داده شده به هر سه مؤلفه از نوع کروی می‌باشند. مقدار دامنه تأثیر برای مؤلفه‌های اول و سوم نزدیک به هم بوده و به ترتیب معادل 288 و 393 متر می‌باشد. به‌نظر می‌رسدکه مهم‌ترین عناصر غذایی در این مؤلفه‌ها دارای دامنه تأثیر 400-300 متر هستند. در مقابل مؤلفه دوم که دارای دامنه تأثیر حدود 877 متر می‌باشد، احتمالاً عناصر غذایی مهم در آن مانند آهن، منگنز و روی دارای دامنه تأثیر مشابهی در حدود 900-700 متر در مقیاس مطالعه هستند. مقایسه الگوی مکانی مؤلفه‌ها نشان می‌دهد که الگوی پراکنش مؤلفه اول و سوم که در آن مهم‌ترین عناصر غذایی نیتروژن کل، منیزیوم ،پتاسیم، مس، کلسیم و فسفر قابل استفاده هستند با الگوی کشت و ابعاد مزارع مطابقت دارد. این امر نشان دهنده آن است که تغییرپذیری عناصر مزبور عمدتاً تحت مدیریت زارعین قرار گرفته است. جهت رعایت بهینه مصرف عناصر غذایی بایستی میزان کوددهی توسط زارعین مورد بازنگری قرار گیرد. الگوی مؤلفه دوم با شکل قطعه‌بندی مزارع هم‌خوانی ندارد ولی با الگوی مکانی اسیدیته خاک در منطقه تطابق بسیار زیادی نشان می‌دهد. با توجه به این‌که مؤلفه دوم ترکیب خطی از عناصر مهم روی، آهن و منگنز می‌باشد لذا می‌توان نتیجه گرفت که توزیع مکانی عناصر مزبور عمدتاً توسط اسیدیته خاک کنترل شده است و مدیریت موضعی زارعین کم‌رنگ‌تر بوده است. در عین حال توزیع این عناصر نیز باید در نقاط بحرانی و کمتر از حد قابل قبول، مورد توجه قرار گیرد.

---

گچ غالب‌ترین کانی سولفات‌دار در مناطق خشک و نیمه خشک به شمار می‌آید. حدود 200 میلیون هکتار از اراضی دنیا و 28 میلیون هکتار از اراضی ایران به وسیله خاک‌های گچی پوشیده شده است. خاک‌های مورد مطالعه، دشت‌های رسوبی آبرفتی شمال و دامنه‌ای غرب استان گلستان را که متأاثر از گچ بوده‌اند در قالب گروه‌های بزرگ Aquisalids، Haplocambids و Endoaquepts شامل شده است. در این تحقیق منشاء و فرآیند تشکیل و تحول گچ مطالعه شده است. منطقه، سطوح ژئومورفیک مختلفی را از ارتفاعات حوزه آبریز اترک تا دشت‌های آبرفتی، در بر گرفته است. کریستال‌های گچ جدای از اندازه، شکل و آرایش یافتگی همگی از نوع پدوژنیک بوده‌اند. در خاک‌های کمتر توسعه یافته با رژیم رطوبتی اریدیک، کریستال‌های گچ پدوژنیک عدسی شکل گوشه دار و پرشدگی ناقص حفرات به وسیله گچ، از فرم‌های غالب است. در خاک‌های توسعه یافته‌تر که متعلق به رژیم رطوبتی زریک بوده‌اند، کریستال‌های گچ عدسی شکل گوشه‌دار، آرایش یافته‌اند و فرم عمود بر دیواره حفرات غالب بوده است. اشکال عدسی، ستونی و آرایش‌های رز شکل و بادبزنی نیز در خاک‌های توسعه یافته دیده شده است. منشاء گچ در خاک‌هایی با توسعه یافتگی کمتر، هوازدگی تشکیلات مارن و شیل و در خاک‌های توسعه یافته‌تر، آب زیرزمینی سولفات‌دار است. شکل ستونی و گوشه‌دار کریستال‌های گچ در خاک‌های تحت تأثیر نوسانات آب زیرزمینی سولفاته فراوان یافت شده است. از دیدگاه مورفولوژی اسنوبال در خاک‌هایی با توسعه یافتگی بیشتر، گچ نیز در مرحله توسعه یافته "ندول" قرار داشته است و نیز بین تشکیل مورفولوژی اسنوبال با بی فابریک خاک و افق‌های مشخصه (A، B و C) که گچ در آن شکل گرفته است، ارتباطی وجود ندارد.

---

به‌منظور مطالعه تأثیر کاربری‌های مختلف بر تحول و تکامل خاک، اراضی لسی شرق استان گلستان منطقه آق‌سو انتخاب شد. تعداد 6 پروفیل در کاربری‌های مرتع، جنگل طبیعی بلوط، جنگل مصنوعی سرو و زراعی حفر شد و مورد مطالعه قرار گرفت و از افق‌های مختلف تعدادی نمونه جهت مطالعات فیزیکوشیمیایی و تعدادی جهت مطالعات میکروسکوپی برداشته شد. پارامترهای فیزیکی و شیمیایی مهم همچون وزن مخصوص ظاهری ((BD، میانگین وزنی قطر خاکدانه (MWD)، کربن آلی (OC)، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)، کربنات کلسیم معادل (CCE) و فسفر قابل دسترس (P) در کاربری‌ها مقایسه شد. OC، CECو MWD در کاربری زراعی خیلی پایین‌تر بودند. میزان مواد آلی در منطقه جنگلی و مرتعی به‌طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از اراضی زراعی بود. مطالعه تکامل پروفیل خاک نشان داد که خاک‌های جنگلی تکامل یافته‌ترند، به‌طوری که خاک‌های مناطق جنگل طبیعی تحت عنوان کلسیک آرجی زرالز طبقه‌بندی شدند و پایداری اراضی بیشتر سبب به‌وجود آمدن افق آرجیلیک با بی فابریک لکه‌ای و کریستالی در افق کلسیک زیرین شده است. ولی خاک‌های زراعی دارای تکامل کمتری بودند و تحت عنوان تیپیک کلسی زرپتز طبقه‌بندی شدند. بی فابریک خاک‌های زراعی در تمام افق‌ها کریستالیتیک بوده و نشان‌دهنده عدم آبشویی کافی کربنات و متعاقب آن عدم انتقال رس است و به دلیل فرسایش شدید افق‌های سطحی، افق غنی از آهک زیرین رخنمون نموده و مانع تکامل پروفیل شده است. خاک‌های جنگل مصنوعی و مرتع نیز دارای افق مالیک و طبقه‌بندی تیپیک کلسی زرالز بودند و از تکامل متوسطی برخوردار بودند.

---

پوشش‌های بیولوژیکی سطح خاک مانند گلسنگ‌ها نقش‌های بسیار بحرانی در پایداری خاک و ممانعت از فرسایش بر عهده دارند. لذا به منظور مطالعه تأثیر پوشش بیولوژیک گلسنگ بر پایداری خاکدانه‌ها و حفاظت خاک، تپه‌های لسی پوشیده از گلسنگ و بدون پوشش در شمال استان گلستان انتخاب گردید. پنج نمونه از عمق صفر تا 5 سانتی‌متری خاک هر دو ناحیه برای آنالیزهای فیزیکوشیمیایی برداشته شد. تعدادی خاک دست نخورده نیز به منظور مطالعات میکرومورفولوژیکی نمونه‌برداری گردید. تجزیه خاک منطقه نشان داد میزان کربن آلی خاک در اراضی تحت پوشش گلسنگ به میزان قابل توجهی در مقایسه با خاک بدون پوشش افزایش یافته است. میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها نیز نزدیک به سه برابر افزایش پیدا کرده است. رشته‌های هیف قارچی و پلی‌ساکاریدهای ترشح شده از گلسنگ با پیوند ذرات خاک به یکدیگر سبب افزایش اندازه خاکدانه‌ها می‌شوند. مطالعه میکرومورفولوژیکی مقاطع نازک نشان داد خاک‌های بدون پوشش دارای ساختمان ضعیف و متراکم بوده ولی خاک‌های تحت پوشش گلسنگ ساختمان دانه‌ای متخلخل و هم‌چنین بلوکی زاویه‌دار با جداشدگی خوب همراه با سهم بالایی از حفرات را دارا هستند. به دلیل تأثیر گلسنگ در حرکت رو به بالای کربنات کلسیم، بی- فابریک کریستالیتیک در لایه سطحی خاک و بی- فابریک لکه‌ای در بخش زیرین آن به وجود آمده است. بقایا و فضولات موجودات خاکزی از رایج‌ترین پدوفیچرها در خاک‌های پوشیده از گلسنگ می‌باشند

---

آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی از جنبه قدرت تأمین پتاسیم برای گیاهان در خاک‌های مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است. مطالعات کمی بر روی آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی از خاک و به ویژه اجزای انجام شده است. هدف از این تحقیق بررسی سرعت آزاد شدن پتاسیم غیرتبادلی از خاک و بخش‌های رس و سیلت چهار سری خاک غالب استان گلستان به وسیله عصاره‌گیری متوالی با اسید اگزالیک 01/0 مولار در مدت 1844 ساعت بود. مقدار پتاسیم غیرتبادلی آزاد شده پس از 1844 ساعت از کل خاک، بخش رس و سیلت خاک-های مورد مطالعه به ترتیب 242 تا 450، 380 تا 550 و 105 تا 199 میلی‌گرم در کیلوگرم بود. مقدار پتاسیم غیرتبادلی آزاد شده در زمان‌های مختلف با استفاده از معادلات الوویچ ساده شده، پخشیدگی و تابع نمایی بخوبی توصیف شدند. در تمام خاک‌ها و بخش رس و سیلت خاک‌ها، سرعت رهاسازی پتاسیم در ابتدا زیاد بود و سپس تدریجاً کاهش یافت. مقدار پتاسیم آزاد شده با سرعت زیاد در مراحل اولیه درصد کمی از پتاسیم غیرتبادلی کل را تشکیل داد، ولی این شکل از پتاسیم، به رغم مقدار کم، نقش مهمی در پویایی پتاسیم و حاصل‌خیزی خاک بازی می‌کند

---

مطالعات صورت گرفته در برخی خاک‌های غرب استان گلستان نشان دادند که علی‌رغم افزایش بارندگی و حضور کانی‌های با ظرفیت تبادلی کاتیونی بالا، مقدار پتاسیم قابل عصاره‌گیری با استات آمونیوم افزایش نیافت. برای دست‌یابی به عوامل مؤثر در کاهش این مقدار، به بررسی دقیق کانی‌شناسی و میکرومورفولوژی حفرات خاک‌های مورد مطالعه پرداخته شد. از هر افق خاک این مناطق، 20 نمونه دست‌خورده و دست‌نخورده، جهت بررسی ویژگی‌های فیزیکوشیمیائی، کانی‌شناسی و مطالعات میکرومورفولوژی جمع‌آوری شد. 4 خاکرخ منتخب به‌ترتیب عبارت بودند از Gypsic Aquisalids، Haploxerepts Typic، Typic Calcixerolls و Typic Hapludalfs. بررسی‌ها نشان دادند علاوه بر مقدار و نوع کانی رسی، حفرات از لحاظ تأثیرشان بر توسعه ریشه و انتقال آب و یون‌های محلول، می‌توانند بر میزان در دسترس قرار دادن پتاسیم قابل جذب گیاهان موثر باشند. مقدار مناسب رس و غالب بودن کانی اسمکتیت در خاک مالی‌سولز و نیز فراوانی حفرات بیشتر و غالب بودن حفرات نوع کانال، سبب افزایش مقدار پتاسیم قابل استفاده در این خاک شده ‌است. حال آن‌که مقدار رس کمتر، وجود کانی هیدروکسی بین لایه‌ای اسمکتیت، زه‌کشی ضعیف خاک و احیای آهن (III) کانی اسمکتیت در خاک اینسپتی‌سولز و هم‌چنین فراوانی نسبتاً کمتر حفرات، سبب شده کمترین میزان پتاسیم قابل استفاده در این خاک دیده شود.

---

به منظور بررسی تخریب اراضی از دیدگاه ژنز خاک و میکرومورفولوژی ده خاکرخ در دو کاربری جنگل و زراعی (جنگل‌تراشی شده) در موقعیت‌های پنج‌گانه شیب حفر و تشریح گردید. از کلیه افق‌ها برای تجزیه‌های فیزیکی و شیمیایی و نیز مطالعات میکرومورفولوژیکی نمونه‌برداری شد. خاک‌های جنگلی اغلب افق‌های آرجیلیک و کلسیک تکامل یافته‌ای داشته و نیز اپی پدون مالیک در خاکرخ آنها قابل شناسایی بود. این خاک‌ها در دو رده آلفی سول و مالی سول طبقه‌بندی می‌شوند. شستشوی آهک به عمق خاک، مهاجرت و انتقال رس به افق‌های زیرین و تشکیل خاک‌های تکامل یافته را می‌توان بیش از هر عامل دیگری به پایداری اراضی و آبشویی در این ناحیه که به واسطه پوشش متراکم جنگلی حاصل شده نسبت داد. در نواحی جنگل‌تراشی شده رده غالب خاک اینسپتی سول و سپس مالی سول می‌باشد و به‌جز در ناحیه پای شیب، اثری از افق آرجیلیک مشاهده نمی‌شود. این عدم حضور افق آرجیلیک یا به عبارتی حذف آن پس از جنگل‌تراشی یکی از مهم‌ترین و بارزترین شواهد پدوژنیک تخریب اراضی پس از تغییر کاربری به حساب می‌آید. برون‌زد لایه‌های سرشار از آهک (افق کلسیک) به سطح زمین، ناپدید شدن اپی پدون مالیک و تشکیل اپی پدون اکریک، ظهور شواهد اکسیداسیون و احیا، به دلیل تجمع رواناب در مناطق پست، کاهش ضخامت سولوم و تغییر رنگ خاک از دیگر نشانه‌های پدوژنیک تخریب اراضی در منطقه جنگل‌تراشی شده می‌باشد. مشاهدات میکروسکوپی حاکی از تبدیل ریزساختمان‌های دانه‌ای و اسفنجی بسیار متخلخل به انواعی از ریزساختمان‌های توده‌ای و متراکم با درصد تخلخل پایین در نواحی جنگل‌تراشی شده است. از بین رفتن پوشش‌های رسی در این خاک‌ها همگام با عدم مشاهده پدوفیچرهای جانوری از دیگر مهم‌ترین شواهد میکرومورفولوژیکی فرسایش و تخریب اراضی منطقه به‌حساب می‌آید.