علوم آب و خاک

آلاینده (Polychlorinated biphenyl) PCBs که ساخته بشر و جزء مواد آلی آلاینده پایدار است، با توجه به خطرات زیاد ‌زیست‌محیطی باید در محیط زیست ردیابی، تعیین مقدار و تجزیه ‌شود تا از خطرات آن کاسته ‌شود. جهت ردیابی این ماده در خاک باید روش استخراج و شرایط مناسب اندازه‌گیری آن بررسی شود. دو نمونه خاک دو کیلو گرمی با دو بافت خاک مختلف انتخاب و محلول‌های خاک با اختلاط آروکلر 1254 به میزان ml  1000/gµ  جهت استفاده در دستگاه GC ساخته شد. برای اندازه‌گیری آروکلر 1254 ساخته شده در نمونه خاک، از دستگاهGC-MS   با فاز ساکن CP 7477 شرکت اجیلنت استفاده ‌شد. آنالیز واریانس و تست میانگین استخراج آروکلر 1254 (در دو سطح پنج درصد و یک درصد) در دو بافت خاک با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که میانگین استخراج آروکلر 1254 در بافت خاک سبک‌تر (لوم‌شنی) بیشتر از بافت خاک ریز‌تر (لوم‌سیلتی) بوده و این اختلاف در سطح یک درصد (P≤0/01) معنی‌دار بود. این امر تأثیرگذاری بافت خاک را بر میزان استخراج نشان می‌دهد. با توجه به گران‌تر بودن قیمت حلال‌ها نسبت به آب، در این تحقیق برای استخراج بهینه، اقدام به افزایش رطوبت اولیه خاک در سطوح 5‌ درصد‌، 10‌ درصد‌، 15‌ درصد‌‌، 20‌ درصد‌ ‌شد تا میزان استخراج در رطوبت‌های متفاوت مشخص ‌شود. نتایج نشان داد که در رطوبت اولیه 20‌ درصد‌ بیشترین میانگین استخراج رخ داد که نسبت به سایر رطوبت‌ها در سطح یک درصد ( (P>0/01معنی‌دار بود. البته تفاوت رطوبت از 10‌ درصد‌ به 15‌ درصد‌ اختلاف معنی‌داری نشان نداد ((P>0/05، ولی رطوبت 10 درصد نسبت به رطوبت 5‌ درصد‌ ( (P>0/05دارای اختلاف معنی‌دار بود. 

منابع آبی در بسیاری از مناطق جهان محدود است و گاهی همین منابع محدود نیز با سهل‌انگاری روبه آلودگی و زوال می‌رود. یکی از عوامل آلوده ‌کننده آب، نفت و مشتقات آن است. جذب نفت با استفاده از منسوجات یکی از راه‌های رایج برای جداسازی نفت از آب است. در این پژوهش یک فیلتر جداکننده، به‌وسیله سه نوع از انواع منسوجات فنی با خواص گوناگون برای آزمایش‌ها ساخته شد. آزمایش‌ها با استفاده از سه غلظت متفاوت 10، 20 و 30 درصد وزنی نفت انجام شد. سه نوع منسوج BC (Bicomponent)، PET (Polyethylene Terephthalate) و PP (Polypropylene) در حضور زهکش‌های افقی و عمودی مورد بررسی قرار گرفت. منسوج PET و PP به‌ترتیب از الیافی از جنس پلی‌استر و پلی‌پروپیلن تهیه شده‌اند و منسوج BC یک منسوج دوجزئی از هر دو لیف پلی‌استر و پلی‌پروپیلن است، که برای اولین بار استفاده شد. جریان از میان منسوجات یک جریان آشفته بود. که با استفاده از روابط جریان غیردارسی و روش بهینه‌سازی، ضرایب مربوط به جریان محاسبه شد. در این پژوهش ارتباط میان این ضرایب و درصد جذب نفت توسط منسوج بررسی شد. نتایج نشان داد که در غلظت‌های کم نفت، جذب نفت با مقدار تخلخل منسوجات و ضرایب جریان آشفته نسبت معکوس داشت، اما در غلظت‌های بیشتر اثر این عوامل کمتر شده و به‌جای آن، اثر میزان غلظت نفت و توانایی ذاتی الیاف منسوج در جذب بیشتر است. منسوج PP و PET با حضور زهکش افقی با مقدار جذب به‌ترتیب 95 و 91 درصدی بهترین عملکرد را داشتند.

کشت کلزا به‌عنوان کشت دوم در غالب اراضی شالیزاری استان گیلان، نیازمند احداث سامانه‌های زهکشی است. زهکشی لانه‌موشی به‌عنوان یک روش زهکشی کم‌هزینه، کم‌عمق، متناسب با شرایط کشت برنج و با قابلیت اجرای آسان‌تر نسبت به زهکش‌های لوله‌ای، می‌تواند یک راهکار در توسعه کشت دوم گیاهان باشد. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی زهکش لانه‌موشی و مدیریت کود نیتروژن بر کمیت و کیفیت زه‌آب در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه گیلان انجام شد. در این راستا آزمایشی تحت دو تیمار زهکشی و کود نیتروژن انجام شد. در تیمار زهکشی سطوح شامل 1- زهکشی لانه‌موشی سنتی و 2- زهکشی لانه‌موشی پرشده با شن و در تیمار کود دو سطح شامل 180 و 240 کیلوگرم کود نیتروژن در هکتار در سه تکرار مدنظر قرار گرفت. پس از هر بارش در طول دوره رشد گیاه، از زه‌آب زهکش‌ها نمونه‌برداری شد و پارامترهای هدایت الکتریکی، اسیدیته، کل جامدات معلق، فسفر کل، کدورت، غلظت‌های آمونیوم، کلراید، نیتریت، نیترات، فسفات و سولفات اندازه‌گیری شدند. همچنین در هنگام بارندگی و پس از آن دبی خروجی از زهکش‌ها و سطح ایستابی توسط پیزومترها اندازه‌گیری شدند. مقایسه میانگین اسیدیته و کل جامدات معلق نشان داد که بیشترین آن‌ها به ترتیب با 7/49 و 281/25 میلی‌گرم بر لیتر به ترتیب در زهکش لانه‌موشی پرشده با شن و زهکش لانه‌موشی سنتی و تیمار کودی 180 به دست آمد. بیشترین میانگین هدایت الکتریکی و کدورت به ترتیب به میزان 651 میکروموس بر سانتی‌متر در زهکش لانه‌موشی سنتی و تیمار کودی 240 و با 67/76 ان تی یو در زهکش لانه‌موشی سنتی و تیمار کودی 180 مشاهده شد. نتایج آنالیز آماری نشان داد که اثر تیمار زهکشی بر مقادیر آمونیوم، نیتریت، نیترات، فسفات و فسفر کل معنی‌دار نبود. دبی خروجی از زهکش لانه موشی سنتی 49 درصد کمتر از زهکش لانه‌موشی پرشده با شن بود. زهکش لانه‌موشی سنتی و پرشده با شن توانستند به ترتیب با ضریب عکس‌العمل میانگین در طول دوره رشد 0/8 و 0/83 بر روز باران را تخلیه نمایند. باتوجه‌به سرعت تخلیه آب، دبی زه‌آب و عدم معنی‌داری غالب پارامترهای کیفی میان تیمارهای زهکشی، زهکشی لانه‌موشی پر شده با شن برای توسعه کشت کلزا در اراضی شالیزاری توصیه می‌شود.

خاک‌ها به طور مداوم در معرض نانوذرات به ویژه نانوذرات نقره قرار دارند که می‌تواند بر جمعیت میکروبی و چرخه نیتروژن خاک اثرگذار باشد. فرضیات این مطالعه عبارت‌اند از: 1) نوع گیاه موجب تغییر در پاسخ گیاه به نوع و غلظت نانوذرات می‌شود، 2) این پاسخ ممکن است منجر به تغییر در غلظت آمینواسیدها و پروتئین خاک شود و 3) ترکیب اثرهای سیستم ریشه، نوع و غلظت نقره ممکن است اثرهای تعدیل‌کننده‌ای بر غلظت آمینواسیدها و پروتئین خاک در طول ستون خاک داشته باشد. این فرضیات در آزمایش گلخانه‌ای به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های تصادفی آزمون شد. نمونه برداری خاک از دو منطقه بادرود (33⁰ '44 "50 N, 51⁰ 57' 55" E) و فمی (33⁰ '42 17" N, 51⁰ 59' 58" E) در استان اصفهان با دو بافت متفاوت (شن و لوم) در عمق 0 تا 40 سانتی‌متری انجام شد. تیمارها شامل: 1) نوع خاک (شن لومی و لوم شنی)، 2) سیستم ریشه‌ای (خاک بدون کشت، گندم و گلرنگ)، 3) نوع نقره (تیمار بدون نقره، نانوذرات نقره و نیترات نقره) و 4) غلظت نقره (50 و 100ppm) است. گیاهان 110 روز پس از کاشت برداشت و نمونه‌های خاک از ناحیه ریزوسفر و خاک بدون کشت جمع‌آوری و غلظت پروتئین وآمینواسیدهای خاک اندازه‌گیری شد. در خاک بادرود با افزایش عمق غلظت پروتئین خاک به طور معنی‌داری (0/05>p) کاهش یافت. اگرچه تغییرات عمق تفاوت معنی‌داری بر غلظت پروتئین در خاک زیر کشت گندم نشان نداد، اما افزایش عمق باعث کاهش معنی‌دار (0/05>p) غلظت پروتئین در خاک تحت کشت گلرنگ شد. در خاک فمی، افزودن نیترات نقره منجر به افزایش معنی‌دار (0/05>p) غلظت پروتئین شد. این در حالی است که افزودن نانوذرات نقره تأثیر معنی‌داری (0/05>p) بر غلظت پروتئین خاک نداشت. در خاک بادرود بیشترین غلظت آمینواسیدهای خاک در تیمار نیترات نقره دیده شد. تیمار نانوذرات نقره اثر معنی‌داری (0/05>p) در غلظت آمینواسیدهای خاک نشان نداد، با این حال اعمال تیمار نقره در هر دو غلظت، افزایش معنی‌دار (0/05>p) آمینواسیدهای خاک را به دنبال داشت. به طور کلی، اثر نانوذرات و یون‌های نقره بر غلظت پروتئین‌ها و آمینواسیدهای خاک برحسب بافت خاک و پوشش گیاهی متفاوت بود؛ بنابراین مطالعات بیشتری به منظور تعیین مکانیسم‌هایی که طی آن نانوذرات و نیترات نقره بر ذخایر و چرخه نیتروژن خاک در حضور گیاه در اعماق مختلف خاک تأثیر می‌گذارند، لازم است.

اصلاح ویژگی های خاک از مسائل دارای اهمیت در علوم کشاورزی ‌و مهندسی است. به منظور بررسی تأثیر نانوذرات سیلیس بر ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی خاک، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل نانوذرات سیلیس در سه سطح (0، 0/5 و 1 درصد وزنی) و دو نوع خاک با بافت لوم و لوم رسی بودند. نتایج آزمایش مقاومت برشی نشان داد افزودن نانوذرات سیلیس، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی ذرات را در هر دو خاک لومی و لوم رسی افزایش داده؛ اما حد مایع و شاخص خمیری در هر دو خاک کاهش یافت. در آزمایش تحکیم نیز ضریب تراکم‌پذیری در خاک لوم از 0/38 به 0/21 و در خاک لوم رسی از 0/42 به 0/23 و ضریب تورم در خاک لوم از 0/13 به 0/07 و در خاک لوم رسی از 0/18 به 0/08 کاهش یافت. به‌طور کلی، نتایج بیانگر تأثیر معنی‌دار نانوذرات سیلیس بر اصلاح مقاومت مکانیکی خاک‌، به‌ویژه در خاک لوم رسی با مقدار رس و سطح ویژه بیشتر بود؛ بنابراین می¬توان گفت که استفاده از نانوذرات سیلیس یک روش مؤثر در تثبیت خاک‌های مسئله‌دار است.

فرسایش پاشمانی، مرحله آغازین فرسایش خاک توسط آب است که می‌تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر ویژگی‌های خاک قرار گیرد. شدت این نوع فرسایش خاک در کشتزارهای دیم مناطق نیمه‌خشک به دلیل پوشش گیاهی پراکنده، به‌ویژه در مراحل اولیه رشد گیاه بالا است. این مطالعه با هدف بررسی نقش ویژگی‌های خاک در فرسایش پاشمانی در کشتزارهای منطقه نیمه‌خشک انجام شد. نمونه‌هافرسایش پاشمانی، مرحله آغازین فرسایش خاک توسط آب است که می‌تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر ویژگی‌های خاک قرار گیرد. شدت این نوع فرسایش خاک در کشتزارهای دیم مناطق نیمه‌خشک به دلیل پوشش گیاهی پراکنده، به‌ویژه در مراحل اولیه رشد گیاه زیاد است. این مطالعه با هدف بررسی نقش ویژگی‌های خاک در فرسایش پاشمانی در کشتزارهای منطقه نیمه‌خشک انجام شد. نمونه‌های خاکدانه‌ها با قطر 6 تا 8 میلی‌متر از سطح خاک (عمق 30-0 سانتی‌متر) از 30 کشتزار دیم با سه تکرار برداشت شدند. خاکدانه‌ها در کاسه های پاشمانی ریخته شده و به مدت 30 دقیقه در معرض بارندگی شبیه‌سازی‌شده با شدت 60 میلی‌متر در ساعت قرار گرفتند. ویژگی‌های مختلف خاک در 90 نمونه خاک تعیین شدند. بر اساس نتایج، بیشترین شدت فرسایش پاشمانی در خاک‌های با بافت لوم‌رسی (g.m⁻².s⁻¹ 0021/ 0) و کمترین مقدار آن در خاک‌های با بافت شن‌لومی (g.m⁻².s⁻¹ 0/0008) دیده شد. فرسایش پاشمانی به طور معنی‌داری تحت تأثیر توزیع اندازه ذرات قرار گرفت؛ به‌طوری که همبستگی‌های مثبتی با سیلت (0/43=r)، رس (0/44=r) و رس قابل پراکنش (0/47=r) یافت شد؛ درحالی‌که همبستگی‌های منفی با شن (0/46- =r) و سنگ‌ریزه (0/53- =r) داشت. علاوه بر این، فرسایش پاشمانی به طور قابل توجهی تحت تأثیر ماده آلی (0/23- =r)، کربنات کلسیم (0/22- =r)، چگالی ظاهری (0/60- =r)، پایداری خاکدانه (0/44- =r) و هدایت هیدرولیکی (0/44- =r) قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که کشتزارهای دیم دارای خاک با بافت خاک‌ریز و مقدار اندک ماده آلی و آهک، حساسیت بیشتری به فرسایش پاشمانی در مناطق نیمه‌خشک دارند.ی خاکدانه‌ها با قطر 6 تا 8 میلی‌متر از سطح خاک (عمق 0-30 سانتی‌متر) از 30 کشتزار دیم با سه تکرار برداشت شدند. خاکدانه‌ها در کاسه­های پاشمانی ریخته شده و به مدت 30 دقیقه در معرض بارندگی شبیه‌سازی‌شده با شدت 60 میلی‌متر در ساعت قرار گرفتند. ویژگی‌های مختلف خاک در 90 نمونه خاک تعیین شدند. براساس نتایج، بالاترین شدت فرسایش پاشمانی در خاک‌های با بافت لوم‌رسی (g.m⁻².s⁻¹0/0021) و کمترین مقدار آن در خاک‌های با بافت شن‌لومی (g.m⁻².s⁻¹ 0/0008) مشاهده شد. فرسایش پاشمانی به طور معنی‌داری تحت تأثیر توزیع اندازه ذرات قرار گرفت؛ به طوری که همبستگی‌های مثبتی با سیلت (0/43=r)، رس (0/44=r) و رس قابل پراکنش (0/47=r) یافت شد، در حالی که همبستگی‌های منفی با شن (0/46- =r) و سنگریزه (0/53- =r) داشت. علاوه بر این، فرسایش پاشمانی به طور قابل توجهی تحت تأثیر ماده آلی (0/23- =r)، کربنات کلسیم (022- =r)، چگالی ظاهری (0/60- =r)، پایداری خاکدانه (0/44- =r) و هدایت هیدرولیکی (0/44- =r) قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که کشتزارهای دیم دارای خاک با بافت خاک‌ریز و مقدار اندک ماده آلی و آهک، حساسیت بیشتری به فرسایش پاشمانی در مناطق نیمه‌خشک دارند.