علوم آب و خاک

بیوچار به‌عنوان یک ماده کربنی پایدار، اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست به دلیل برخورداری از گروه‌های عاملی اکسیژن دار، ساختار آروماتیک، تخلخل قابل‌توجه، سطح ویژه زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی مناسب، به‌طور گسترده در توسعه جاذب‌های پیشرفته در تثبیت و حذف آلاینده‌های محیطی از آب و خاک مورد توجه قرار گرفته است. با وجود این، محدودیت‌های عملکردی بیوچار خالص در حذف آلاینده‌ها، ضرورت اصلاح و مهندسی آن را آشکار ساخته است. در این راستا، تولید کامپوزیت‌های بیوچار از طریق ترکیب با مواد معدنی و ترکیبات حاوی آهن به‌عنوان راهکاری مؤثر برای بهبود ویژگی‌های ساختاری، شیمیایی و واکنش‌پذیری سطحی مطرح شده است. در این مقاله مروری، روش‌های اصلی ساخت کامپوزیت‌های بیوچار شامل اصلاح پس از فرایند گرماکافت و نیز اختلاط مستقیم با فازهای معدنی بررسی و روش هم افزایی و بارگذاری مستقیم به عنوان روش های نوین معرفی شده‌اند. همچنین تأثیر نوع زیست‌توده، شرایط گرماکافت، نوع ماده اصلاح‌کننده و مسیر سنتز بر ویژگی‌های فیزیک و شیمیایی نهایی کامپوزیت‌ها تحلیل شده است. افزون بر این، سازوکارهای حاکم بر عملکرد این مواد در تثبیت و حذف فلزات سنگین، شامل جذب سطحی، رسوب، کمپلکس، تبادل لیگاند، واکنش‌های اکسایش کاهش، انتقال الکترون، برهم کنش های الکترواستاتیکی و تبادل یونی مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که هم‌افزایی میان بیوچار و فازهای معدنی و آهن‌دار می‌تواند به‌طور چشمگیری کارایی تثبیت آلاینده ها از جمله فلزات سنگین آنیونی و کاتیونی را افزایش دهد. این بررسی بر اهمیت طراحی هدفمند کامپوزیت‌های بیوچار بر پایه شناخت دقیق رابطه میان روش ساخت و ویژگی‌های عملکردی تأکید دارد. همچنین چالش‌های آینده و چشم‌اندازهای مربوط به استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار - مواد معدنی در پالایش محیطی و تجاری‌سازی این فناوری امیدوارکننده نیز مورد توجه قرار گرفته است.

برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران است که پیامدهای گسترده‌ای بر معیشت جوامع روستایی، پایداری کشاورزی و تعادل اکولوژیک حوضه‌های آبخیز دارد. پژوهش حاضر با هدف بررسی نگرش کشاورزان درباره وقوع اضافه‌برداشت از منابع آب زیرزمینی و ارزیابی پیامدهای اقتصادی - اجتماعی ادراک‌شده آن در حوضه آبخیز سیمینه‌رود انجام شد. داده‌ها از طریق تکمیل ۳۷۳ پرسش‌نامه گردآوری و با آمار توصیفی، آزمون من – ویتنی و آزمون کای‌دو تحلیل شدند؛ اندازه اثر نیز محاسبه و مقادیر احتمال با روش بنجامینی – هوچبرگ تصحیح شد. در مجموع، 48/1 درصد پاسخ‌گویان معتقد بودند برداشت بی‌رویه در محدوده زندگی آنان در حال انجام است. پاسخ‌گویان دارای این ادراک جوان‌تر بودند (میانه 48/5 در برابر ۵۳ سال؛ 0/001p <) و فراوانی پاسخ مثبت در میان استفاده‌کنندگان از لوله‌کشی برای انتقال آب کمتر از استفاده‌کنندگان از کانال سنتی بود (24/2 در برابر 45/6 درصد؛ 0/001p =). این دو ارتباط پس از تصحیح نرخ کشف کاذب نیز پایدار ماندند. کاهش درآمد کشاورزان، کاهش سطح اراضی آبی، تغییر الگوی کشت و افزایش مهاجرت مهم‌ترین پیامدهای ادراک‌شده افت سطح ایستابی بودند. یافته‌ها نشان می‌دهد که مدیریت بحران آب زیرزمینی در سیمینه‌رود به ترکیبی از پایش آبخوان، بهبود انتقال آب و مداخلات اجتماعی متناسب با ویژگی‌های بهره‌برداران نیاز دارد.
 

در این پژوهش به ارزیابی تغییرات سطح آب زیرزمینی در آبخوان اصفهان - برخوار و بررسی رابطه آن با فرونشست زمین پرداخته شد. بدین منظور هیدروگراف معرف آبخوان، نقشه‌های پهنه‌بندی تراز و عمق آب زیرزمینی در مرطوب‌ترین و خشک‌ترین ماه در طول دوره آماری و نقشه تغییرات 20 ساله سطح آب زیرزمینی تهیه و با نقشه فرونشست زمین در محدوده آبخوان مقایسه شد. نتایج نشان داد پهنه‌های فرونشستی آبخوان بیشتر در مناطقی ایجاد شده‌اند که در آنها افت قابل توجه سطح آب زیرزمینی وجود داشته است. قرارگیری پهنه‌های بحرانی فرونشست در مناطقی با تمرکز زیاد چاه‌های بهره‌برداری و اراضی کشاورزی نیز مؤید این مسئله است. علاوه بر این، به منظور بررسی ارتباط موقعیت پهنه‌های فرونشستی با ضخامت آبرفت، نقشه ضخامت آبرفت منطقه تهیه و با نقشه فرونشست زمین مقایسه شد. نتایج نشان داد که فرونشست زمین علاوه بر افت آب زیرزمینی به عوامل دیگری از جمله ضخامت آبرفت و بافت خاک نیز مرتبط است. بدین معنا که در صورتی که ضخامت آبرفت و درصد رسوبات ریزدانه قابل تراکم آبخوان کم باشد، حتی در صورت وجود افت زیاد سطح آب زیرزمینی، فرونشست زمین قابل توجه نخواهد بود.

نیکل یکی از فلزات ضروری برای موجودات زنده است که در گیاهان نقش زیستی دارد و انباشت آن در غلظت‌های زیاد سبب سمیت و بیماری می‌شود. این پژوهش با هدف ارزیابی نیکل با استفاده از شاخص زیستی برگ برهان (Albizia lebbeck)، کهور (Prosopis cineraria) و اوکالیپتوس (Eucalyptus globulus) شهر اهواز انجام شد. نمونه‌های برگ (126 نمونه) و نمونه‌های خاک (63 نمونه) از هفت ایستگاه در سطح شهر اهواز در فصل تابستان 1404  تهیه شدند. هضم شیمیایی نمونه‌های برگ و خاک به ترتیب به روش‌های جانسون و EPA3050 انجام شد. برای اندازه گیری فلز نیکل از روش جذب اتمی استفاده شد. غلظت نیکل در برگ‌های گونه اوکالیپتوس، برهان و کهور اختلاف معنی داری وجود داشت (p<0/05)؛ اما غلظت نیکل در نمونه های خاک اختلاف معنی داری نداشت (p<0/05). بیشترین و کمترین میانگین غلظت نیکل در برگ شسته‌نشده و برگ شسته‌شده درخت برهان به ترتیب 36/2 و 10/3 میلی گرم بر کیلوگرم به دست آمد. همچنین بیشترین و کمترین مقادیر نیکل در نمونه‌های خاک پای درختان 57/36 و 44/1 میلی گرم بر کیلوگرم بود. بیشترین میزان فاکتور انتقال فلز نیکل مربوط به برگ درخت برهان (0/446) و کمترین فاکتور انتقال فلز نیکل نیز در برگ درخت اوکالیپتوس (0/203) به دست آمد. مقادیر فاکتور انتقال فلز نیکل در برگ درختان برهان، کهور و اوکالیپتوس و رگرسیون خطی فلز نیکل در برگ شسته‌شده و برگ شسته‌نشده درختان مورد مطالعه نشان دهنده جذب این فلز از آلاینده های موجود در هوا بوده و به نظر می رسد احتمالا انباشت نیکل از خاک پای درختان به برگ بسیار کم است.

این پژوهش با هدف مکان‌یابی و ارزیابی توان اراضی برای توسعه کشت پسته در استان سیستان و بلوچستان با تلفیق سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) و داده‌های سنجش از دور (تصاویر ماهواره‌ای Landsat 8 در بستر Google Earth Engine) انجام شد. هشت معیار شامل فاصله از کانال آب، جاده و مراکز جمعیتی، کاربری اراضی، شیب، ارتفاع، جهت شیب و ویژگی‌های خاک (شوری، بافت، اسیدیته) بر اساس نظر ۱۵ کارشناس وزن‌دهی شدند (شاخص ناسازگاری: 0/03). بیشترین وزن به فاصله از کانال آب (0/32)، خاک (0/25) و فاصله از جاده (0/14) اختصاص یافت. لایه‌های اطلاعاتی با قدرت تفکیک ۳۰ متر در محیط GIS تهیه و با روش همپوشانی وزنی تلفیق شدند. نقشه نهایی نشان داد که 13/8 درصد از مساحت استان در کلاس مستعد، 23/0 درصد در کلاس نسبتاً مستعد، 33/5 درصد در کلاس کمی مستعد، 27/5 درصد در کلاس نامستعد و 2/2 درصد دارای محدودیت مطلق قرار دارند. یافته‌ها نشان می‌دهد که 36/8 درصد مساحت استان پتانسیل قابل‌توجهی برای توسعه کشت پسته دارند؛ اما محدودیت اصلی دسترسی به منابع آبی است؛ به‌طوری که 65/5 درصد از مساحت استان از نظر فاصله از کانال‌های آبی در دسته نامستعد قرار دارند. بنابراین، توسعه پایدار کشت پسته در استان نیازمند برنامه‌ریزی دقیق با تمرکز بر مناطق مستعد و مدیریت پایدار منابع آبی است. نوآوری این پژوهش در اعمال ماسک‌های محدودکننده قطعی (Boolean Mask) برای حذف خطاهای اکولوژیکی و استفاده از پردازش ابری (GEE) برای هم‌زمانی زمانی داده‌هاست. همچنین، تحلیل تطبیقی نشان داد که توسعه کشت در برخی نواحی (مانند زاهدان) بیش از آنکه متکی بر پتانسیل ذاتی اراضی باشد، ناشی از برداشت از آب‌های زیرزمینی است که مدل با طبقه‌بندی این نواحی به‌عنوان "نامستعد"، هشداری پیشگیرانه درباره پایداری بلندمدت ارائه می‌دهد. 

رودخانه هیرمند، منبع تأمین آب دشت سیستان و پایه استمرار خدمات اکوسیستمی، از جمله تأمین آب، تولید محصولات کشاورزی، فراهم‌سازی علوفه، حفاظت خاک و پشتیبانی از زیستگاه‌های حیات‌وحش است. بهره‌برداری از بند کمال‌خان و هدایت جریان رودخانه به گود‌زره، باعث کاهش آب ورودی و تشدید تخریب سرزمین در سیستان شده است. هدف این پژوهش، بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی وابسته به آب هیرمند در دوره پیش‌وپس از بهره‌برداری بند می‌باشد. نقشه‌های کاربری و پوشش اراضی برای سال‌های 1398، 1399، 1403، 1404 و 1405 با استفاده از تصاویر لندست، طبقه‌بندی نظارت‌شده و الگوریتم جنگل تصادفی تهیه و صحت آنها با نمونه‌های میدانی ارزیابی شد. نتایج نشان داد درحالی‌که پس از بهره‌برداری بند، پهنه آبی هامون هیرمند به‌طور کامل خشک شده، سطح آب در محدوده بند کمال‌خان و گود‌زره از 3039 هکتار در سال 1398 به 62794 هکتار در سال 1405 رسیده است. در دشت سیستان، بیشترین سطح اراضی کشاورزی 69025 هکتار در سال 1399 بوده و در سال 1404 به 5776 هکتار کاهش یافته است. همچنین، مجموع اراضی شور در دشت سیستان و هامون از کمترین مقدار 110414 هکتار در سال 1399 به بیشترین مقدار 274708 هکتار در سال 1405 افزایش یافته. این تغییرات با کاهش مراتع، گسترش اراضی بایر، افزایش شوری خاک و تشدید آسیب‌پذیری خاک در برابر فرسایش بادی همراه بود. یافته‌ها نشان می‌دهد هدایت آب به گود‌زره، با کاهش سطح کشاورزی، مراتع و مقدار رطوبت خاک و از طرفی توسعه اراضی شور و بایر، خدمات اکوسیستمی رودخانه هیرمند را تضعیف کرده است.

 

تغذیه مدیریت‌شده آبخوان (MAR) با فاضلاب تصفیه‌شده، راهکاری برای پایداری منابع آب در مناطق خشک است؛ اما ارزیابی هم‌زمان جنبه‌های هیدروژئولوژیکی و اقتصادی آن چالش‌برانگیز است. هدف این پژوهش، ارزیابی هیدرو - اقتصادی اجرای طرح MAR در دشت قطب‌آباد با تلفیق مدل‌سازی عددی و تحلیل هزینه – فایده بود. بدین منظور، رفتار کمی و کیفی آبخوان با مدل‌های MODFLOW و MT3DMS شبیه‌سازی و تغییرات تراز آب، غلظت نیترات و TDS برآورد شد. منافع اقتصادی شامل صرفه‌جویی در انرژی پمپاژ، ارزش آب ذخیره‌شده و بهبود کیفیت آب، در قالب دو سناریوی کران پایین و بالا در کنار هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری ارزیابی شد. سپس شاخص‌های NPV، BCR، IRR و دوره بازگشت سرمایه محاسبه شدند. نتایج نشان داد اجرای MAR با پساب سالانه 1/898 میلیون مترمکعب، موجب افزایش 4/5 متری سطح آب و کاهش غلظت TDS از 1859 به 1752 و نیترات از 22/2 به 15/4 میلی‌گرم بر لیتر در پایان دوره پنج‌ساله شد. در سناریوی کران بالا، مقدار NPV، BCR و دوره بازگشت سرمایه به‌ترتیب 43/7 میلیارد ریال، 1/36 و 3/23 سال به‌دست آمد، اما سناریوی کران پایین به دلیل BCR کمتر از ۱ فاقد توجیه اقتصادی بود. در مجموع، تلفیق مدل‌سازی عددی و تحلیل هزینه – فایده چارچوبی منسجم برای تصمیم‌گیری‌های مدیریتی فراهم می‌کند.