علوم آب و خاک

---

افزایش فرسایش و تراکم خاک به واسطه کشت مداوم محصولات ردیفی و خاک‌ورزی فشرده از دلایلی است که سبب نگرانی و توجه بیشتر به روش‌های ‌خاک‌ورزی حفاظتی شده است. هدف از این تحقیق، ‌بررسی آثار کوتاه‌مدت (یک‌ساله) مدیریت‌های متفاوت بر ویژگی‌های فیزیکی یک خاک لوم شنی تحت کشت ذرت بود. تیمارها شامل سه سیستم خاک‌ورزی (بی‌خاک‌ورزی، NT؛ خاک‌ورزی با گاو آهن قلمی،CP و خاک‌ورزی با گاوآهن برگردان‌دار، MP) و سه سطح کود گاوی کاملاً پوسیده (صفر،30 و60 تن در هکتار) بودند. آزمایش در قالب طرح کرت‌های خرد شده انجام گرفت. سه تکرار از تیمارها به صورت بلوک‌های کامل تصادفی به کار رفت. هنگامی که 100 درصد پرچم‌های ذرت ظاهر شدند، ضریب آبگذری اشباع (K_s)، تخلخل کل (TP)، تخلخل درشت (Macro–P)، تخلخل ریز (Micro–P) خاک و میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها (MWD) در لایه‌های مختلف خاک تا عمق 5/22 سانتی‌متر اندازه‌‌گیری شد. خاک‌ورزی و کود دامی دارای اثرات معنی دار بر Log[K_s]، TP، Macro-P و Micro-P بودند. سست و مخلوط شدن کامل خاک سطحی در روش MP، حجم و پیوستگی منافذ را افزایش داد و در نتیجه سبب افزایش K_s، TP، Macro-P و Micro-P نسبت به روش NT شد. افزایش Macro–P در سیستم CP احتمالاً سبب افزایش K_s نسبت به MP گردید. سیستم‌های کم‌خاک‌ورزی MWD را افزایش داده و افزایش کود آلی باعث افزایش MWD در تمامی تیمارهای خاک‌ورزی گردید. نتایج این تحقیق نشان دهنده اثرات مثبت کاربرد کود آلی (در دوره کوتاه‌مدت) بر ویژگی‌های منافذ و پایداری ساختمان خاک تحت خاک‌ورزی با گاوآهن برگردن‌دار و گاو‌آهن قلمی در این منطقه بود.

---

حرکت باکتری اشریشیا کولی مقاوم به نالیدیکسیک اسید (E. coli NAR) تحت شرایط جریان اشباع و غیراشباع در دو دمای ºC 5 و ºC 20 در دو خاک لوم‌رسی و لوم‌شنی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌های آبشویی در ستون‌های بزرگ بازسازی‌شده با هوادیدگی فیزیکی انجام شد. از دستگاه نفوذسنج مکشی برای برقراری شرایط جریان اشباع و غیراشباع ماندگار استفاده گردید. نمونه‌برداری از زه‌آب خروجی از سه عمق 10، 30 و 45 سانتی‌متر در زمان‌های مشخص انجام شد. شرایط رطوبتی اشباع، دمای ºC 20 و خاک لوم-رسی سبب افزایش غلظت باکتری در زه‌آب خروجی شدند. ضریب پالایش و شاخص نسبی جذب در خاک لوم‌شنی (میانگین شرایط جریان، دما و عمق خاک) به ترتیب 32% و 23% بیشتر از خاک لوم‌رسی به دست آمد، که بیانگر توانایی بیشتر خاک لوم‌شنی در پالایش باکتری به دلیل ساختمان ضعیف‌تر و منافذ ریزتر است. به عبارت دیگر باکتری‌ها در منافذ ریز خاک لوم‌شنی به صورت فیزیکی حبس شده و گیر می‌افتند. با افزایش عمق خاک غلظت آلاینده نیز کمتر شد که نشان‌دهنده اثر خاک در پالایش آلاینده‌های میکروبی به عنوان یک فیلتر طبیعی است. کاهش دمای محیط شستشو سبب کاهش شدت جریان و در نتیجه افزایش پالایش باکتری (میانگین شرایط جریان، دما و عمق خاک) به میزان 100% در خاک لوم‌رسی و 68% در خاک لوم‌شنی شد

---

اثر ویژگی‌های ذاتی خاک بر پایداری ساختمان خاک مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه‌های خاک (33 سری) از استان همدان به گونه‌ای انتخاب شد که دامنه گسترده‌ای از ویژگی‌های ذاتی و پایداری ساختمان خاک را دربرگیرند. دو شاخص پایداری ساختمان خاک شامل میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها (MWD) با استفاده از روش یودر و شاخص دبوت- دلینهیر (DDI) مورد استفاده قرار گرفت. پیش از آزمایش الک تر خاکدانه‌ها دو پیش- تیمار رطوبتی به صورت (مرطوب شدن سریع تا اشباع و مرطوب شدن آهسته تا مکش ماتریک kPa 30) اعمال گردید. روابط رگرسیون خطی و چندگانه بین MWD و DDI با ویژگی‌های ذاتی خاک (مقدار ماده آلی، رس، رس ریز، سیلت، شن، کربنات کلسیم، رسانایی الکتریکی و واکنش خاک) تعیین گردید. نتایج نشان داد که مقدار ماده آلی خاک بیشترین تأثیر را بر شاخص‌های ذکر شده داشت. پس از ماده آلی، رس، رس ریز و کربنات کلسیم به ترتیب تأثیرگذار بودند. مرطوب کردن سریع باعث خرد شدن بیشتر خاکدانه‌ها به علت انرژی تخریبی آن، محبوس شدن هوا و آماس غیریکنواخت خاک شد. در حالی که مرطوب شدن آهسته تفاوت خاک‌های با پایداری ساختمان کم را بهتر نشان داد. این پژوهش نشان داد پس از تأثیر ماده آلی، رس ریز عامل مؤثرتری نسبت به کل رس بر شاخص‌های پایداری ساختمان خاک است و هم‌چنین ضریب تبیین بالایی (75%< 2R) بین MWD و DDI وجود دارد و این دو شاخص برای ارزیابی پایداری خاکدانه‌ها در استان همدان پیشنهاد می‌شود.

---

در کشاورزی برای بهبود حاصل‌خیزی خاک از کودهای گاوی بهره‌گیری می‌شود. اشرشیا کولی معمول‌ترین کلیفرم روده‌ای کود گاوی است، که به عنوان شاخص آلودگی آب‌های زیرزمینی مورد بررسی قرار می‌گیرد. هدف این پژوهش بررسی چگونگی حرکت باکتری اشرشیا کولی آزادشده از کود گاوی در شرایط جریان غیراشباع خاک، در مزرعه است. لایسیمترهایی (به قطر درونی 5/20 و ارتفاع cm‌50) در مزرعه‌ای با بافت خاک لوم رسی کار گذاشته شدند. کنترل جریان غیراشباع در پتانسیل ماتریک cm 5- با دستگاه نفوذسنج مکشی انجام گرفت. پس از برقراری جریان ماندگار، کود گاوی تازه هوا-خشک به میزان Mg ha-1 10 (براساس وزن خشک) روی لایسیمترها ریخته شد. نمونه‌گیری با نمونه‌گیرهای پلاستیکی کارگذاشته شده در عمق‌های 20 و cm 40 لایسیمتر و در زمان‌های 1، 2، 4، 6، 12 و 24 ساعت پس از آغاز آبشویی کود انجام گرفت. فراوانی اشرشیا کولی در واحد حجم محلول خروجی از نمونه‌گیرها (C) و آب ورودی (C0) به روش زنده (شمارش پلیت) شمارش گردید. اثر عمق خاک، زمان نمونه‌برداری و اثر متقابل آنها بر C و C0/ Cمعنی‌دار شد (در سطح آماری 1%). در همه زمان‌ها شاخص نسبی جذب باکتری (SR) در مجموع دو لایه کمتر بود و با افزایش عمق خاک میزان پالایش هم بیشتر شد. با تصحیح غلظت ورودی برای لایه دوم دیده شد که SR در این لایه (cm 40-20) قابل توجه بوده و در زمان‌های 4 و 6 ساعت بیشتر از لایه اول به دست آمد. نقش لایه رویین خاک در پالایش باکتری برجسته بود ولی وجود جریان‌های ترجیحی به ویژه در زمان‌های آغازین باعث انتقال باکتری‌ها تا لایه دوم شد. کاهش دما در کاهش آزادشدن باکتری از کود و افزایش گران‌روی آب تأثیرگذار بوده و سبب کاهش شدید غلظت باکتری محلول خاک در زمان h 24 شد. در کل نتایج این پژوهش نشان داد که افزون بر لایه رویین، لایه زیرین خاک با توجه به درصد بیشتر رس و آهک می‌تواند در پالایش باکتری‌ها کارایی ویژه‌ای داشته باشد.

---

در این پژوهش تأثیر شوری و سدیمی‌بودن آب بر توزیع اندازه منافذ و مقدار آب قابل استفاده برای گیاه در دو خاک آهکی رسی و لوم رسی شنی بررسی شد. خاک‌ها با تیمار‌های ترکیبی شامل 16 آب با کیفیت متفاوت (مقادیر EC برابر 5/0، 2، 4 و 1-dS m 8 و مقادیر SAR برابر 1، 5، 13 و 18) اشباع شده و پنج بار تر و خشک شدند. سپس مقدار رطوبت در مکش‌های ماتریک 0 (θs)، 10 (10θ)، 100 و cm 300 (θFC) و cm 15000 (θPWP) اندازه‌گیری شد. تفاوت‌های 100θ یا 300θ با 15000θ برابر آب قابل استفاده، θs با 10θ برابر تخلخل درشت، 10θ با 100θ برابر تخلخل میانه، و 100θ برابر تخلخل ریز در نظر گرفته شد. تخلخل اولیه دو خاک یکسان بود ولی مقدار بیشتر شاخص‌های توزیع اندازه منافذ و θFC، θPWP و AWC را خاک رسی به علت ایجاد تخلخل بیش‌تر ناشی از آماس به خود اختصاص داد. با افزایش EC، منافذ میانه کاهش یافته و به منافذ درشت و ریز تبدیل شدند. هم‌چنین EC به دلیل کاهش ضخامت لایه پخشیده دوگانه و هم‌آوری ذرات خاک، باعث تبدیل منافذ میانه به منافذ درشت و در نتیجه کاهش θFC و از طرفی باعث ایجاد منافذ ریز جدیدی شد که θPWP را افزایش داد، و در کل منجر به کاهش AWC گردید. افزایش SAR منجر به تخریب و کاهش حجم منافذ میانه و تبدیل آنها به منافذ ریز شد ولی اثر معنی‌داری بر منافذ درشت نداشت. با افزایش SAR، θFC و θPWP به علت تخریب منافذ ساختمانی، آماس و پراکندگی رس‌ها و افزایش سطوح برای جذب آب، افزایش یافت که این افزایش برای θPWP شدیدتر و مشخص‌تر بود و در نتیجه AWC کاهش یافت. بنابراین گذشته از اثر ویژه (سمیت) یون سدیم برای گیاه، با افزایش SAR، آب خاک در دسترس گیاه هم کاهش یافت. با افزایش شوری آب آبیاری، اثر تخریبی SAR کاهش یافت و اثر کیفیت آب بر نگهداشت آب خاک رسی بیشتر بود.

---

پدیده سخت‌شوندگی یکی از نشانه‌های کیفیت فیزیکی ضعیف خاک است. خاک‌های سخت‌شونده، خاک‌هایی هستند که تغییر مقاومت مکانیکی آنها با خشک‌شدن شدید بوده، در هنگام خشک‌شدن، سخت و متراکم شده و خاک‌ورزی آنها دشوار است. خاک‌های سخت‌شونده دارای دشواری‌هایی مانند تهویه ضعیف در شرایط مرطوب، مقاومت مکانیکی زیاد در دامنه رطوبتی خشک، نفوذپذیری اندک و رواناب و فرسایش زیاد می‌باشند. با توجه به این‌که اکثر خاک‌های ایران از نظر ماده آلی فقیرند، انتظار می‌رود که پدیده سخت‌شوندگی در برخی از آنها رخ دهد. این پژوهش بر روی 9 سری خاک از استان همدان با هدف بررسی پدیده سخت‌شوندگی از راه اندازه‌گیری سه نوع مقاومت کششی (ITS)، فشاری غیرمحصور (UCS) و فروروی (PR) در نمونه‌های باز‌ساخته‌شده خاک انجام شد. آزمون‌های ITS، UCS و PR بر روی نمونه‌های ساخته‌شده با چگالی ظاهری (BD) که ضریبی از BD بحرانی برای رشد گیاه (BDcritical9/0) بود، انجام شدند. هم‌چنین ویژگی‌های ذاتی مؤثر بر این پدیده بررسی شد. براساس تعریف پیشنهادی در سمپوزیوم جهانی خاک‌های سخت‌شونده و سله‌دار به اتحادیه بین‌المللی خاک‌شناسی، که مقاومت کششی خاک سخت‌شونده در حالت هوا-خشک باید بزرگ‌تر یا برابر kPa 90 باشد، می‌توان گفت که در BDcritical9/0، تنها یکی از خاک‌های مورد بررسی (با بافت متوسط) سخت‌شونده شد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که خاک‌های با بافت متوسط بیش‌تر مستعد سخت‌شوندگی هستند. در تمامی خاک‌های مورد بررسی، با افزایش درصد رس، مقدار ITS افزایش یافت. هم‌چنین اثر افزایشی مقدار رس بر UCS و اثر افزایشی مقدار کربنات کلسیم بر PR دیده شد. کربنات کلسیم مانند سیمانی بین ذرات خاک قرار گرفته و باعث گردیده خاک بیش‌تر مستعد سخت‌شوندگی شود. هم‌چنین در تمامی خاک‌های مورد بررسی، روند کاهشی مقادیر مقاومت مکانیکی با افزایش مقدار رطوبت خاک مشاهده گردید. شیب مدل نمایی (b) برازش‌یافته بر منحنی مشخصه مقاومت مکانیکی به‌عنوان شاخص سخت‌شوندگی خاک، رابطه‌ای مثبت با مقدار شن و رابطه‌ای منفی با مقدار سیلت برقرار کرد. درکل می‌توان گفت بافت و مقدار کربنات کلسیم از عوامل مهم و مؤثر بر پدیده سخت‌شوندگی در خاک‌های همدان می‌باشند.