علوم آب و خاک

---

مشکلات مربوط به آلودگی خاک و منابع آب زیرزمینی به وسیله فلزات سنگین در دهه اخیر افزایش یافته است. یکی از مسایلی که اخیراً جلب توجه کرده است، امکان آبشویی فلزات سنگین از طریق مسیرهای جریان ترجیحی و اسیدهای آلی محلول در خاک می باشد. به همین دلیل نقش پوشش گیاهی از طریق تأثیر فیزیکی و شیمیایی ریشه (به خاطرایجاد خلل و فرج در خاک و ترشح اسیدهای آلی) و در نتیجه ایجاد جریان ترجیحی می‌تواند مهم باشد. مطالعه حاضر به منظور بررسی امکان حرکت برخی فلزات سنگین در یک خاک آهکی و در حضور گیاه (گلرنگ) انجام شد. آزمایش با استفاده از 12 ستون (با قطر 5/22 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی‌متر) دست نخورده خاک (Typic haplocalcids) و در گلخانه صورت گرفت. به ده سانتی‌متری بالایی خاک نیمی از ستون‌ها، به عنوان تیمارآلوده، 5/19کیلوگرم در هکتار کادمیم،750 کیلوگرم در هکتار مس،150 کیلوگرم در هکتار سرب و1400 کیلوگرم در هکتار روی اضافه گشته و به خوبی مخلوط گشت. پس از دو هفته، در نیمی از ستون‌های تیمار‌های آلوده و غیرآلوده، گلرنگ (رقم کوسه) با تراکم 20 بذر در متر مربع کشت شد. پس از برداشت گیا‌هان، میزان محلول و قابل عصاره‌گیری با DTPA فلزات در مقطع‌های 10سانتی‌متری ستون‌های خاک تعیین گردید. میزان غلظت فلزات در زهکش خروجی از ستون‌ها در طول فصل کشت نیز اندازه‌گیری گردید. نتایج نشان داد در عمق‌های بیشتر از عمق اختلاط، میانگین غلظت کادمیم، مس و روی قابل عصاره‌گیری با DTPA در تیمار آلوده کشت شده به ترتیب 3/3،  5/1 و 5/1 برابر تیمار آلوده آیش افزایش (معنی‌دار در سطح 5 درصد) یافت. غلظت محلول کادمیم، مس و روی نیز در تیمار کشت شده در مقایسه با آیش به ترتیب 4/2، 2/1 و 1/1 برابر افزایش داشت. غلظت سرب تفاوت معنی‌داری در دو تیمارآلوده کشت شده و آیش نداشت. میزان جذب فلزات به وسیله گلرنگ نیز افزایش یافت که بیشترین افزایش مربوط به کادمیم و روی و کمترین مربوط به سرب بود. میزان غلظت کادمیم، مس، سرب و روی در زهکش خروجی ستون‌های آلوده کشت شده در مقایسه با ستون‌های غیرآلوده کشت شده به ترتیب 32، 5/2، 6 و 7/2 برابر افزایش داشت. به عنوان نتیجه‌گیری کلی می‌توان گفت اگرچه با افزایش غلظت فلزات در سطح خاک، میزان جذب گلرنگ افزایش یافت ولی ‌حضور گلرنگ باعث افزایش غلظت محلول و نیز حرکت فلزات مورد مطالعه در خاک گردید. ترتیب عناصر برحسب سرعت حرکت در خاک به صورت Cd>Zn>Cu>Pb بود.

---

برآورد ویژگی‌های هیدرولیکی و پارامترهای انتقال املاح به روش حل معکوس، عمدتاً به تحلیل‌های یک بعدی در آزمایشگاه و با فرض شرایط ماندگار محدود شده است. علت این امر، هزینه زیاد و دشواری‌های اندازه‌گیری، جمع آوری و توصیف تغییرات زمانی و مکانی داده‌های مزرعه‌ای می‌باشد. در این مقاله، ویژگی‌های هیدرولیکی و پارامترهای انتقال املاح از آزمایش‌های مزرعه‌ای با آبیاری جویچه‌ای در شرایط دو بعدی و غیر ماندگار برآورد شده است. سه آزمایش در جویچه‌های با انتهای بسته و زمان آبیاری مشابه با مقادیر مختلف آب و املاح نفوذ یافته ناشی از عمق آب 6، 10، و 14 سانتی‌متر انجام گردیده است. دو آزمایش دیگر با مقادیر مشابه آب و املاح کاربردی و زمان آبیاری متفاوت در جویچه‌هایی با عمق آب 6 و 10 سانتی‌متر نیز انجام شد. هدایت آبی اشباع (K_s) و پارامترهای انتقال املاح در مدل تعادل فیزیکی جابه‌جایی- انتشار (CDE) و مدل غیر تعادلی روان - ساکن (MIM) به روش معکوس و با استفاده از الگوریتم شبیه سازی لونبرگ – مارکوارت و نرم افزار HYDRUS-2D بر آورد گردید. در حین بهینه سازی، داده‌های رطوبت خاک، نفوذ تجمعی و غلظت املاح در تابع هدف به کار رفت. مقادیر K_s بین 0996/0– 0389/0سانتی‌متر در دقیقه با ضریب تغییرات CV) 48) درصد متغیر بوده است. مقدار رطوبت ساکن برآورد شده (θ_im) کم و بیش در مقدار متوسط cm³cm^-3 0/025 ثابت ماند، در حالی‌که ضریب تبادل مرتبه اول (ω) بین min^-1 0/10 تا 52/19 تغییر نمود. ضریب انتشار پذیری طولی (D_L) بین 6/2 تا 8/32 سانتی‌متر و ضریب انتشار پذیری عرضی (D_T) بین 03/0 تا 20/2 سانتی‌متر متغیر بود. مقادیر D_L تا حدی به عمق آب و زمان کاربرد آب و املاح در جویچه‌ها وابسته بود اما چنین وابستگی برای مقادیر K_s و دیگر پارامترهای انتقال مشاهده نگردید. تطابق میان شدت نفوذ برآورد و اندازه‌گیری شده قابل قبول بوده است، در حالی که مقدار رطوبت خاک بیشتر از مقدار واقعی و غلظت املاح کمتر از مقدار واقعی برآورد گردید. تفاوت میان مقادیر برآورد شده غلظت املاح توسط مدل‌های انتقال CDE و MIM نسبتاً اندک بوده است. این نکته و هم‌چنین مقدار پارامترهای بهینه شده نشانگر آن است که داده‌های مشاهده‌ای به قدر کافی با استفاده از مدل ساده CDE قابل تخمین بوده و رطوبت ساکن نقش مهمی در فرایند انتقال ایفا نمی‌نماید.

---

آگاهی از فرآیند انتقال کودهای شیمیایی، مواد رادیواکتیو و دیگر مواد محلول در خاک و محیط‌های متخلخل برای درک آثار زیست‌محیطی و اقتصادی بسیاری از شیوه-های دفع فاضلاب‌های صنعتی، کشاورزی و شهری از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. در این تحقیق، اثر نیروی اسمزی (حاصل از شوری‌های 5/0، 1 و 5/1 درصد) بر انتقال بخار آب در سه نوع خاک لوم رسی سیلتی، لوم و لوم شنی با استفاده از یک مدل فیزیکی آزمایشگاهی بررسی شد و سپس از نتایج حاصل از آزمایش‌ها برای صحت‌سنجی مدل برآورد انتقال بخار آب ارائه شده توسط کلی و سلکر (9) استفاده گردید. نتایج نشان داد که هر چه بافت خاک سنگین‌تر می‌شود، میزان انتقال بخار آب به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. در شوری 5/0 درصد و روز پنجم آزمایش، میزان بخار انتقال یافته برای خاک‌های لوم شنی، لوم و لوم رسی سیلتی برابر 362/0، 196/0 و 12/0 کیلوگرم بر متر مربع بود. در شوری 5/1 درصد، میزان انتقال بخار در این سه خاک به ترتیب 47/1، 723/0 و 38/0 کیلوگرم بر متر مربع بود. از مقایسه داده‌های به دست آمده از آزمایش‌ها با داده‌های حاصل از حل مدل کلی و سلکر با استفاده از نرم‌افزار Mathcad PLUS 6.0 مشاهده گردید که این مدل همخوانی مناسبی با این داده‌ها دارد. از آنجایی که انتقال بخار آب از خاک-های غیر آلوده به سمت توده‌های آلوده می‌تواند باعث افزایش حجم هاله آلودگی شود، لذا این فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی باید در مدل‌های انتقال آلودگی در مجاورت منابع غلیظ در نظر گرفته شوند.

---

شبیه‌سازی انتقال آب و املاح در خاک، برای مدیریت بهینه مصرف آب و کود در مزرعه بسیار مؤثر است. در این تحقیق از مدل
D1- HYDRUS برای شبیه‌سازی انتقال آب و نیترات در آبیاری جویچه‌ای نیشکر استفاده شد. آزمایش به‌صورت کرت‌های یک بار خرد شده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با 3 تکرار در یک قطعه 25 هکتاری در اراضی کشت و صنعت نیشکر دهخدا از اسفندماه 1391 تا مهرماه 1392 اجرا شد. فاکتور اصلی تقسیط‌های کودی بود که در سه سطح (دو تقسیطی، سه تقسیطی و چهار تقسیطی) اعمال گردید. فاکتور فرعی سطوح کود مصرفی بود که در سه سطح (100%، 80% و 60% کود مورد نیاز به‌ترتیب معادل 350، 280 و 210 کیلوگرم کود اوره) اعمال شد. تخمین پارامترهای هیدرولیکی خاک از طریق مدل‌سازی معکوس و با استفاده از داده‌های رطوبتی که در طول دوره بیش از 4 ماه از رشد نیشکر به‌دست آمده بود، انجام گرفت. پارامترهای انتقال املاح با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی و داده‌های غلظت نیترات برآورد گردید. براساس نتایج حاصله ضریب همبستگی میزان رطوبت و غلظت نیترات مشاهده و شبیه‌سازی شده در تیمار چهار تقسیطی و 60% سطح کودی (تیمار واسنجی‌شده) به‌ترتیب معادل 7/62 و 2/91 درصد برآورد گردید. عمق نفوذ تجمعی در تیمارهای واسنجی و اعتبارسنجی شده به‌ترتیب 46 و 58 میلی‌متر و میزان تبخیر-تعرق تجمعی در تیمارهای مذکور به‌ترتیب 50 و 60 میلی‌متر به‌دست آمد. دامنه تغییرات میزان رطوبت در لایه سطحی خاک در تیمارهای واسنجی و اعتبارسنجی شده به‌ترتیب معادل 21 تا 45 و 21 تا 42 درصد بود. این در حالی‌است که میزان رطوبت در لایه عمقی در هر دو تیمار از 33 تا 38 درصد متغیر بود.