علوم آب و خاک

تکنیک‏های محاسباتی نرم در سه دهه اخیر به‌طور وسیعی در تحقیقات علمی و مسائل مهندسی مطالعه و به‌کار برده شده‏اند. هدف از این پژوهش، بررسی توانایی شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) و عصبی- فازی (NF) در برآورد پارامتریک منحنی نگهداشت رطوبتی خاک (SWRC) با استفاده از داده‏های کشت و صنعت‏های استان خوزستان بود. آنالیز حساسیت نیز جهت انتخاب ترکیب بهینه ورودی‏ها به‌کار برده شد. در تحقیق حاضر معادله‏های ون‏گنوختن و فردلند و زینگ جهت برآورد پارامتریک SWRC استفاده شد. ویژگی‏های اندازه‏گیری شده شامل توزیع اندازه ذرات خاک، ماده آلی، چگالی ظاهری، کربنات کلسیم معادل، نسبت جذب سدیم، هدایت الکتریکی عصاره اشباع، اسیدیته خاک، میانگین وزنی قطر خاکدانه‏ها، حدود خمیری و روانی، مقاومت نفوذی، درصد رطوبت اشباع و محتوی رطوبتی در مکش‏های 33،100، 500 و 1500 کیلوپاسکال بودند. نتایج این پژوهش بر پایه شاخص‏های ارزیابی عملکرد نشان داد که هر دو مدل MLP و NF برآوردهای مناسبی از SWRC ارائه دادند در حالی‏که شبکه عصبی برآوردهای بهتری از مدل عصبی- فازی فراهم کرد. به‌عنوان مثال مقادیر آماره NMSE در برآورد Sθ، rθ، α، n و m در معادله فردلند و زینگ با استفاده از مدل‏های MLP و NF به‌ترتیب برابر (059/0، 061/0)، (154/0، 162/0)، (109/0، 117/0)، (125/0، 135/0) و (129/0، 145/0) بودند. به‌علاوه پارامترهای α و n در عمق اول و rθ و α در عمق دوم در معادله فردلند و زینگ با دقت بیشتری نسبت به معادله ون‏گنوختن برآورد شدند.

ارزیابی رفتار هیدرولوژی و بررسی فرسایش‌خاک به‌عنوان یک بحران زیست‌محیطی، به منظور حفظ امنیت اکولوژیکی حوزه آبخیز در سطح مطلوب، ضرورت دارد. در این تحقیق سعی بر این است که با استفاده از مدل هیدرولوژیکی توزیعی- مکانی WetSpa، رسوب-گراف آبخیز طالقان را شبیه‌سازی نموده و از این طریق میزان کارایی مدل جهت پیش‌بینی فرسایش و رسوب مشخص گردد. نقشه‌های رقومی پایه و سری‌های زمانی پیوسته در گام زمانی روزانه ورودی‌های اصلی مدل می‌باشند. واسنجی پارامترهای مدل برای 5 سال ابتدای دوره آماری و اعتبارسنجی مدل برای دوره 4 ساله بعدی و با لحاظ کردن دوره سه ماهه آماده‌سازی (گرم شدن) مدل در آغاز هر دوره انجام شد. نتایج ارزیابی مدل، صحت شبیه‌سازی‌ دبی جریان را بر‌اساس معیار نش- ساتکلیف 7/82 درصد در دوره واسنجی و 79 درصد در دوره اعتبارسنجی نشان می‌دهد. در ادامه به‌منظور شبیه‌سازی فرسایش و انتقال رسوب، واسنجی بخش (ماژول) فرسایش و رسوب صورت گرفت. نتایج، معیار نش- ساتکلیف 60 و 64 درصد را به‌ترتیب برای غلظت و انتقال رسوب معلق نشان داد. نتایج ارزیابی مدلWetSpa در آبخیز طالقان، نشان می‌دهد مدل مؤلفه‌های هیدرولوژیک از جمله رواناب و هم‌چنین کنش خاک توسط قطرات باران و جریان‌سطحی، هدررفت خاک و غیره را در مکان و زمان با دقت قابل‌قبول برآورد می‌کند.

هدف از تحقیق حاضر اولویت‌بندی عوامل مؤثر بر وقوع زمین‌لغزش و پهنه‌بندی حساسیت آن در شمال شهر تهران با استفاده از شاخص انتروپی شانون است. به این‌منظور با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای GeoEye سال‌های 2012-2011 و SPOT-5 سال 2010 و بازدیدهای صحرایی، 528 نقطه لغزش شناسایی و نقشه پراکنش زمین‌لغزش‌های منطقه مورد مطالعه در محیط نرم‌افزار ArcGIS تهیه گردید. لایه‌های اطلاعاتی درجه شیب، جهت شیب، شکل شیب، طبقه ارتفاعی، لیتولوژی، کاربری اراضی، فاصله از جاده، فاصله از گسل، فاصله از آبراهه، تراکم زهکشی، تراکم جاده، شاخص حمل رسوب، شاخص توان آبراهه، شاخص رطوبت، شاخص گیاهی نرمال‌شده (NDVI)، نسبت مساحت سطح (SAR) و شاخص وضعیت توپوگرافی (TPI) به‌عنوان عوامل مؤثر بر وقوع زمین‌لغزش شناسایی و نقشه‌های مذکور در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه و رقومی گردید. اولویت‌بندی عوامل مؤثر با استفاده از شاخص انتروپی شانون نشان داد که لایه‌های کاربری اراضی، لیتولوژی، درجه شیب، شاخص توان آبراهه، و NDVI بیشترین تأثیر را بر وقوع زمین‌لغزش منطقه و عوامل وضعیت توپوگرافی ) شکل اراضی) و شکل شیب کمترین تأثیر را داشته‌اند. هم‌چنین پهنه‌بندی حساسیت زمین‌لغزش با مدل مذکور و ارزیابی دقت آن با استفاده از منحنی ROC و 30 درصد نقاط لغزشی بیانگر دقت خیلی خوب مدل (83/82 درصد) با انحراف استاندارد 0233/0 برای منطقه مورد مطالعه است.

پادگانه‌ها سطوح ژئومورفولوژیکی قدیمی هستند که با جریان های فعلی ارتباطی ندارند و بهترین مکان جهت مطالعه تأثیر زمان بر تشکیل خاک (ردیف زمانی) هستند. این تحقیق جهت بررسی برخی شاخص‌های فیزیکی و شیمیایی، مخصوصاً اشکال مختلف آهن در تعیین تکامل خاک در پادگانه‌های رودخانه کرج در منطقه حسن‌آباد در جنوب تهران انجام شده‌است. برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و اشکال مختلف آهن شامل اکسیدهای آهن آزاد (Fed)، اکسیدهای آهن آمورف (Feo) و آهن کمپلکس شده با مواد آلی (Fep) و هم‌چنین آلومینیم، سیلیس و منگنز در 4 پروفیل خاک روی چهار پادگانه رودخانه کرج به‌منظور بررسی شاخص‌های تکامل خاک مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مقدار رس، نسبت رس ریز به کل رس، گنجایش تبادل کاتیونی (CEC)، درجه قرمزی رنگ و میزان شستشو و تجمع آهک در افق B از پادگانه اول به‌سمت پادگانه بالایی افزایش‌یافته و در افق‌های تجمع رس (آرجلیک) به حداکثر رسید. مقدار (Fed) از پادگانه اول به‌سمت پادگانه بالا افزایش یافته و مقدار آلومینیم و سیلیس نیز از چنین روندی برخوردار است. افزایش تفاضل آهن آمورف (فعال) از آهن آزاد (Fed-Feo) و کاهش نسبت Feo/Fed ، به‌عنوان پارامترهای مهم بررسی تکامل خاک، از پادگانه پایینی به‌سمت پادگانه بالایی، نشان‌دهنده افزایش درجه تبلور اکسیدهای آهن و تکامل بیشتر خاک است. مقدار Fed-Feo در افق‌های B از پادگانه اول تا پادگانه چهارم به‌ترتیب 600، 800، 1000 و 1400 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک است. محاسبه مقدار اکسی- هیدروکسیدهای آهن از قبیل گئوتیت و هماتیت و فری هیدرات نشان داد که این ترکیبات نیز از پادگانه اول به‌طرف پادگانه چهارم در حال افزایش بوده و تأیید کننده شاخص‌های (Fed-Feo)، (Feo/Fed)، (Feo-Fep) می‌باشند.

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.

با توجه به کمبود آب و جهت جلوگیری از آلودگی‌های زیست محیطی، مجتمع فولاد مبارکه از پساب حاصل از تصفیه فاضلاب صنعتی به‌منظور آبیاری فضای سبز استفاده می‌نماید. این مطالعه برای آگاهی از تأثیر پساب صنعتی بر کیفیت خاک اراضی فضای سبز این مجتمع انجام گرفت. تیمارها شامل اراضی آبیاری شده به‌مدت 2، 6 و 18 سال با پساب صنعتی، اراضی آبیاری شده با آب چاه و خاک بدون آبیاری بودند. سیستم آبیاری در تمام اراضی تحت آبیاری قطره‌ای بود. نمونه‌های خاک از سه عمق مختلف ناحیه پیاز رطوبتی حاصل از قطره چکان‌ها تهیه و به آزمایشگاه منتقل شد. سپس ویژگی‌های شیمیایی خاک‌ها شامل pH، هدایت الکتریکی، درصد ماده آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی، نیتروژن کل، فسفر قابل جذب، پتاسیم قابل جذب و ویژگی‌های بیولوژیکی خاک‌ها شامل تنفس پایه میکروبی و شدت آمونیفیکاسیون آرجنین در آنها اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد pH خاک در اراضی آبیاری شده با پساب نسبت به تیمار شاهد کمتر است. درصد ماده آلی و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک‌های تحت آبیاری به‌دلیل تشکیل جنگل مصنوعی افزایش معنی‌داری نشان داد. شوری خاک نیز در تیمارهای آبیاری شده با پساب با افزایش زمان آبیاری نسبت به تیمار بدون آبیاری دارای روند افزایشی بود. تنفس پایه میکروبی و آمونیفیکاسیون آرجنین به‌دلیل استقرار پوشش گیاهی افزایش معنی‌داری را در مقایسه با تیمار شاهد نشان داد. به‌طورکلی مدیریت آبیاری و جنگل‌کاری در اراضی فضای سبز مجتمع فولاد مبارکه موجب بهبود کیفیت خاک این اراضی شده ولی در مورد برخی از ویژگی‌های خاک از جمله شوری پایش و بهبود شرایط خاک ضروری است.

با توجه به اهمیت حفاظت خاک و جلوگیری از فرسایش بادی در اراضی ماسه‌ای و تأثیر جنگل‌کاری به‌عنوان یک عامل مؤثر و دائمی در امر تثبیت ماسه‌های روان، یکی از کانون‌های بحرانی فرسایش بادی در نزدیکی شهرستان شوش که تقریباً ۲۰ سال پیش مالچ‌ پاشی و نهال‌کاری شده است، را انتخاب و تأثیر سطوح مختلف تاج ‌پوشش را بر خصوصیات فیزیکو شیمیایی خاک بررسی نمودیم. از اینرو، دو منطقه جنگل‌کاری با تاج ‌پوشش ۱۰۰-7۵ درصد و ۵۰-2۵ درصد و منطقه شاهد به مساحت هرکدام ۱۰ هکتار انتخاب شد. سپس در هر منطقه ۱۵ پلات پیاده و خواص فیزیکو شیمیایی خاک مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. نتایج نشان داد جنگل‌کاری باعث تغییر بافت خاک از شنی به شن‌لومی و افزایش میزان فسفر، پتاسیم، کربن آلی و نیتروژن خاک در عمق ۵-0 سانتی‌متر شده بود که به‌دلیل جذب املاح از عمق خاک توسط ریشه و تجمع آن در برگ و اندام‌های گیاهی و درنهایت ریزش و تجزیه لاشبرگ بیشتر در این منطقه نسبت به منطقه شاهد بود. همچنین در این مطالعه تاج ‌پوشش ۵۰-2۵ درصد بهترین حالت را برای بهبود خواص فیزیکو شیمیایی خاک داشته است. بنابراین می‌توان گفت جنگل‌کاری نه‌تنها باعث حفاظت خاک و تثبیت ماسه‌های روان می‌شود؛ بلکه منجر به حاصلخیزی خاک و پایداری دائمی آن شده است.

گز درختچه‌ای است که در بسیاری از نقاط کشور پراکنش دارد ولی اطلاعات زیادی در رابطه با همزیستی این‌گونه با قارچ‌های میکوریز وجود ندارد. بنابراین هدف اصلی این تحقیق بررسی همزیستی قارچ‌های میکوریز اربوسکولار با درختچه گز و تأثیر پذیری آنها در اثر فاصله از رودخانه و همچنین خصوصیات فیزیکی و شیمایی خاک است. برای این منظور جنگل‌های حاشیه رودخانه مارون به منطقه کنار رودخانه، میانی و منطقه دور از رودخانه با فواصل 200 متری تقسیم شد. در هرکدام از این مناطق 10 درختچه گز به‌طور تصادفی انتخاب و نمونه‌های خاک و ریشه از ریزوسفر آنها جمع‌آوری شد. نتایج نشان داد که آغشتگی ریشه و تراکم اسپور در منطقه میانی به ترتیب کمترین و بیشترین مقدار را دارا بود و دارای اختلاف معنی‌داری با دیگر مناطق بود. متوسط میزان آغشتگی ریشه در منطقه کنار رودخانه، میانی و دور از رودخانه به ترتیب 37/82، 77/73 و 17/80 درصد بود درحالی‌که متوسط تراکم اسپور برای این مناطق به ترتیب 189، 5/245 و 8/188 اسپور در پنج گرم خاک بود. آغشتگی ریشه با میزان پتاسیم خاک همبستگی مثبت معنی‌داری نشان می‌دهد ولی تراکم اسپور با هیچ‌یک از متغیرهای مورد بررسی همبستگی نشان نداد. همچنین میزان نیتروژن 6/52، کربن آلی 19/51، پتاسیم 50 و رس 4/23 درصد در منطقه دور از رودخانه نسبت به کنار رودخانه کاهش نشان دادند. با توجه به نتایج این تحقیق درختچه گز دارای همزیستی بالایی با قارچ‌های میکوریز بوده که فاصله از رودخانه می‌تواند این همزیستی را تحت تأثیر قرار دهد.

در طی یکصد سال گذشته رها سازی زه‌آب‌های خروجی معدن طلا سبب تجمع فلزات سنگین مانند روی، سرب و کادمیم در خاک‌های منطقه زرشوران و افزایش چشمگیر بیماری‌های اپیدمیک در این منطقه شده است. هدف از این پژوهش بررسی کاهش تحرک و دسترسی زیستی روی، سرب و کادمیم در ریزوسفر خاک‌های اطراف معدن زرشوران به‌وسیله جاذب‌های معدنی بود. این آزمایش به‌صورت گلدانی (کشت آفتابگردان) با سه سطح زئولیت (1 و6 و12 درصد وزنی)، سه سطح بنتونیت (1 و6 و12 درصد وزنی) و تیمار شاهد (بدون جاذب) در سه تکرار و در قالب طرح کاملاً تصادفی اجرا گردید. پس از پایان کشت، از خاک و گیاه نمونه‌برداری و غلظت سرب، کادمیم و روی در آنها اندازه‌گیری شد. بنتونیت و سطوح مختلف آن، غلظت قابل جذب سرب و روی و همچنین غلظت این عناصر در بافت‌های گیاهی را کاهش داد ولی تأثیر معنی‌داری در کاهش غلظت قابل جذب کادمیم نداشت. فاکتور انتقال هر سه فلز سنگین در ریشه بیش از شاخساره بود و کاهش غلظت فلزات سنگین در گیاه تأثیری بر رشد آن نداشت. براساس این مطالعه، بنتونیت خام در سطح 12 درصد وزنی مناسب‌ترین جاذب برای تثبیت سرب و روی و زئولیت خام در سطح 12 درصد وزنی بهترین جاذب برای تثبیت کادمیم بود.
 

ایران در کمربند خشک کره زمین واقع شده است و پیش‌بینی می‌شود طی نیم قرن آینده با تنش آبی مواجه شود. سطح زیرکشت نیشکر در خوزستان هم‌اکنون بالغ بر 85 هزار هکتار است و با توجه به نیاز آبی بالای نیشکر و شرایط خشکسالی، بهینه‌سازی مصرف آب و مدیریت آبیاری به‌منظور استمرار تولید در این بخش ضروری است. لذا در این پژوهش مقادیر رطوبت خاک، پوشش سبز، عملکرد زیست‌توده در پنج تیمار و سطوح آبیاری (شروع آبیاری در زمان¬های40، 50، 60، 70 و 80 درصد تخلیه رطوبتی خاک) طی 2 تاریخ کشت در رقم CP69-1062 در سال زراعی 95-1394 درکشت و صنعت نیشکر امیرکبیر واقع در جنوب خوزستان توسط مدل آکواکراپ شبیه‌سازی شد. داده¬های اندازه‌گیری شده در تاریخ کشت اول (D1) برای واسنجی مدل و تاریخ کشت دوم (D2) برای صحت¬سنجی استفاده شد. نتایج آماره NRMSE در شبیه‌سازی پوشش سبز در مراحل واسنجی و صحت‌سنجی به‌ترتیب با مقادیر 2/1 تا 15/6 و 3/8 تا 18/3 درصد و در شبیه‌سازی زیست‌توده به‌ترتیب با مقادیر 6/2 تا 15/2 و 9/5 تا 12/6 درصد و ضریب تعیین (R2)، محدوده 0/98 تا 0/99 مبین توانایی بالای مدل آکواکراپ در شبیه‌سازی پوشش سبز و عملکرد زیست‌توده است. درحالی‌ که مقادیر آماره NRMSE رطوبت عمق خاک در مراحل واسنجی و صحت‌سنجی به‌ترتیب در محدوده 11/6 تا 23/8 و 12/2 تا 22/7 با ضریب تعیین (R2)، 0/73 تا 0/96 (در مرحله واسنجی) 0/8 تا 0/93 (در مرحله صحت‌سنجی) دقت کمتر مدل در شبیه‌سازی را نشان داد. بهترین سناریو مربوط به سومین پیشنهاد است که در آن مصرف آب 1710 میلی‌متر و راندمان مصرف آب 1/53 و عملکرد 42/27 تن در هکتار است که کاهش مصرف آب 360 میلی¬متر را نشان می‌دهد.