علوم آب و خاک

---

از آن‌جا که بازیابی ظاهری روی در خاک‌های معدنی (غرقابی و غیر غرقابی) ناچیز می‌باشد، بررسی دقیق فرایندهایی که باعث ابقای روی در خاک می‌شود اهمیت ویژه‌ای دارد. لذا در یک مطالعه آزمایشگاهی، ویژگی‌های جذب سطحی روی در هشت خاک آهکی زیر کشت برنج، با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متفاوت مورد بررسی قرار گرفت و برازش داده‌های جذب توسط هم دماهای فروندلیچ و لانگ مویر ارزیابی شد. در این آزمایش دو گرم خاک برای 24 ساعت با 40 میلی‌لیتر محلول 01/0 مولار کلسیم کلرید محتوی 5-500 میلی‌گرم روی در لیتر، به حالت تعادل رسانده شد. تفاوت میان غلظت‌های اولیه و نهایی روی در محلول تعادل، به عنوان روی جذب شده منظور گردید. جذب سطحی روی با شکل خطی معادله فروندلیچ قابل توجیه بود. علاوه بر آن، از برازش داده‌های جذب این عنصر با هم دماهای لانگ مویر، دو قسمت خطی متقاطع به دست آمد، که احتمالاً بیانگر دو محل جذبی با میل ترکیبی متفاوت برای روی می‌باشد. ضریب متناسب با انرژی پیوندی بخش اول (K₁)، یعنی در غلظت‌های کم محلول تعادل، بیشتر و حداکثر جذب (b₁) کمتر از بخش دوم (غلظت‌های زیاد محلول تعادل) بود. بنابراین، به نظر می‌رسد که در بخش اول، محل‌های جذبی به علت انرژی پیوندی بیشتر و در بخش دوم، به واسطه ظرفیت جذبی زیادتر، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار باشد. حداکثر ظرفیت جذب سطحی روی در بخش دوم حاصل از هم دماهای لانگ‌مویر (b₂)، با مقدار رس، کربنات کلسیم معادل و غلظت فسفر بومی قابل استفاده هم‌بستگی مثبت و با ظرفیت تبادل کاتیونی هم‌بستگی منفی نشان داد.

---

سیستم کشت تک محصولی نیشکر(.Saccharum officinarum L) و گیاهان زراعی دیگر بدون کاربرد کود پتاسیمی سالیان زیادی است که در جنوب غربی ایران ادامه دارد. با وجود تخلیه مقدار زیادی از پتاسیم خاک توسط گیاهان زراعی، تاکنون پاسخی به مصرف کودهای پتاسیمی در این اراضی گزارش نشده است. آزمایشی با هدف بررسی اثر تر و خشک شدن خاک بر پتاسیم قابل جذب گیاه و نیز افزایش پتاسیم قابل جذب خاک پس از افزودن پتاسیم به خاک و رس‌های آن طراحی شد. نتایج نشان داد که برخلاف خاک‌ها بایر، کانی‌های رسی قابل انبساط در خاک‌های کشت شده تشکیل شده است. عدم وجود این نوع کانی‌ها در اراضی کشت نشده بیانگر نوتشکیلی این رس‌ها در خاک‌های کشت شده در اثر کشت و آبیاری بود. 30 بار تر و خشک کردن خاک نمونه‌های سطحی اراضی تحت کشت نیشکر، تناوبی و بایر در مجاورت پتاسیم، پتاسیم قابل جذب خاک را از 133، 226 و 172 میلی‌گرم در کیلوگرم به ترتیب به 266، 447 و 628 افزایش داد. این نتایج نشان داد که با وجود تثبیت زیاد پتاسیم در لایه سطحی خاک تحت کشت به‌ویژه نیشکر، مقدار پتاسیم قابل جذب این خاک‌ها زیاد شده است. تثبیت پتاسیم توسط لایه‌های عمقی خاک کمتر از لایه سطحی‌ بود. هم‌چنین پس از افزودن پتاسیم به خاک، میزان تثبیت آن با افزایش دفعات تر و خشک کردن، روند نزولی داشت. تثبیت پتاسیم در خاک‌ها در راستای میزان تغییرات مینرالوژی خاک‌های مذکور و افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی بود. برای رس‌های جداسازی شده از این خاک‌ها نیز تثبیت پتاسیم به بیشترین میزان در لایه سطحی رخ داد. اختلاف معنی‌داری از لحاظ مقدار تثبیت پتاسیم توسط رس‌های خاک‌های مذکور برای نوع کشت و عمق در سطح 1% ملاحظه گردید. مقدار زیاد تثبیت پتاسیم به کانی‌های رسی ایلیت تخلیه شده از پتاسیم توسط کشت و کار نسبت داده شد به‌طوری که پس از قرار دادن این رس‌ها در مجاورت پتاسیم تثبیت آن، کانی‌های شبه میکایی در این رس‌ها تشکیل شده بود.

---

منظور نمودن شاخص‌های حاصل‌خیزی خاک از جمله ظرفیت تبادل کاتیونی(CEC) می‌تواند در ارتقا و افزایش کیفیت نقشه‌های خاک مفید باشد. برای اندازه‌گیری CEC که زمان‌بر و پرهزینه است می‌توان از برآورد آن از طریق توابع انتقالی استفاده کرد. در این تحقیق، ابتدا چند محدوده (Delineation)‌ از دو واحد نقشه همگون (Consociation)، شامل دو فامیل خاک واقع در دشت شهرکرد، یک واحد نقشه شامل سری شهرک و دیگری شامل سری چهارمحال، مشخص شد. سپس، از اعماق صفر تا20 و30 تا50 سانتی‌متری محدوده‌ها نمونه‌گیری و چند ویژگی فیزیکی- شیمیایی هر نمونه در آزمایشگاه اندازه‌گیری شد. سه ویژگی درصد رس، درصد ماده آلی و رطوبت در پتانسیل 1500- کیلو پاسکال بیشترین هم‌بستگی را با CEC نشان دادند. توابع انتقالی با استفاده از رگرسیون خطی و شبکه عصبی استخراج شد. در این مطالعه، برای تمام مدل‌های شبکه عصبی یک لایه میانی به همراه یک گره کافی به نظر رسید. در هر دو روش، مدلی که شامل پارامتر‌های زود یافت ماده آلی و رس بود به وسیله روش رگرسیون با 81/0=R2 و 2/7= RMSE و از طریق شبکه عصبی با ضریب یادگیری 3/0 و تعدادتکرار(Epoch) 40 و 88/0=R2 و34/0= RMSE بهترین و دقیق‌ترین تخمین را در بین مدل‌ها جهت تخمین CEC نشان داد. تفکیک داده برحسب لایه و فامیل باعث افزایش دقت و صحت توابع گردید. تکنیک شبکه عصبی در مقایسه با رگرسیون، مدل‌هایی باR2 بیشتر و RMSE کمتر تولید کرد.

---

ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) از ویژگی‌های مهم خاک است. اندازه‌گیری مستقیم CEC، به‌ویژه در خاک‌های اریدی‌سول بدلیل مقادیر بالای کربنات و گچ، دشوار، زمان‌بر و پرهزینه‌ است. از دیگر سوی، CEC خاک را می‌توان با روش‌های غیرمستقیم مانند توابع انتقالی خاک (PTFs) برآورد نمود. هدف از این مطالعه برآورد CEC با استفاده از توابع انتقالی کلاسی و پیوسته بود. یک مجموعه‌ داده (977n =) پس از گروه‌بندی بر اساس کلاس بافت خاک برای ایجاد توابع استفاده شد. مجموعه‌ مستقل دیگری (173n =) برای ارزیابی اعتبار توابع به‌کار رفت. برای ارزیابی توابع از مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME) و شاخص همخوانی (d) استفاده گردید. در هر کلاس بافتی، برتری (RI) توابع پیوسته نسبت به توابع کلاسی متناظر ارزیابی شد. توابع پیوسته در کلاس‌های بافتی ریزتر دقیق‌تر از توابع کلاسی بودند. با این حال، در کلاس‌های بافتی درشت‌تر، توابع کلاسی کارآمدتر بودند. با افزایش اندازه نسبی ذرات خاک، خطای برآورد توسط توابع کلاسی کاهش یافت، به‌طوری که مقدار RMSE در بافت رسی و لوم شنی به ترتیب 55/8 و 88/3 بود. لذا، بر پایه نتایج این مطالعه، برای برآورد CEC خاک، توابع پیوسته در کلاس‌های بافتی لوم سیلتی و ریزتر و توابع کلاسی در کلاس‌های بافتی لوم و درشت‌تر پیشنهاد می‌شوند

---

گنجایش تبادل کاتیونی در خاک مجموع نقاط تبادلی کلوئیدهای آلی و معدنی خاک است. مدل‌سازی و تخمین گنجایش تبادل کاتیونی یک شاخص مفید برای حاصلخیزی خاک می‌باشد. از رویکردهای جدید جایگزین‌شده برای تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی، روش‌های غیرمستقیم و مبتنی بر مدل‌های هوشمند است. در‌این مطالعه، به‌منظور تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی ، تعداد 485 نمونه خاک از دو منطقه چپرسر(مازندران در شمال ایران) و بستان‌آباد(آذربایجان‌شرقی در شمال‌غرب ایران) تهیه گردید. در‌این تحقیق ضمن معرفی برنامه‌ریزی ژنتیک، پارامترهای ورودی که شامل درصد رس، کربن آلی و سیلت می‌باشد با‌استفاده از مدل‌های برنامه‌ریزی ژنتیک، شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج عصبی- فازی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از توانایی مطلوب مدل‌های هوشمند در تخمین مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی خاک می‌باشد. با‌توجه به شاخص‌های آماری به‌کار گرفته‌شده در تحقیق حاضر، مدل برنامه‌ریزی ژنتیک با جذر میانگین مربعات خطا 78/1 و ضریب تبیین 95/0 نسبت به مدل‌های دیگر دارای کارایی بالاتری‌بوده و قادر است نتایج قابل قبولی را ارائه نماید. هم‌چنین راه حل‌های صریحی که نشانگر ارتباط بین متغیر‌های ورودی و خروجی باشد، بر مبنای برنامه‌ریزی ژنتیک ارائه گردیدند که این امر بر ارجحیت مدل برنامه‌ریزی ژنتیک بر مدل‌های دیگر می افزاید. تجزیه رگرسیون گام به گام جهت تعیین سهم هر یک از پارامترهای ورودی در مقدار گنجایش تبادل کاتیونی نشان داد که مواد آلی با داشتن ضریب تبیین 84 درصد بیشترین میزان تغییرات گنجایش تبادل کاتیونی را توجیه نموده‌است و رس و سیلت به‌ترتیب دارای ضریب تبیین 10 و 6 درصد بوده‌اند.

---

مطالعه و ارزیابی تغییرات شاخص‌های کیفیت خاک در انواع کاربری اراضی می‌تواند در برنامه ریزی مدیریت پایدار و پیشگیری از روند نزولی کیفیت خاک مؤثر باشد. در همین رابطه مطالعه‌ای در سال 1389 در منطقه فریدن در استان اصفهان با هدف بررسی برخی از شاخص‌های شیمیایی و بیولوژیک خاک در سه کاربری اراضی(مرتع، دیم‌زار رها شده و دیم)، در دو فصل رویش (اردیبهشت و شهریور) و در سه شیب (10-0، 20-10 و 30-20 درصد) انجام شد. شاخص‌های مورد ارزیابی شامل ازت، فسفر، پتاس، مواد آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی و تنفس میکروبی بود. نتایج نشان داد که با افزایش شدت شیب تمامی صفات به‌جز میزان پتاس روند نزولی داشت. از سوی دیگر تأثیر نوع کاربری بر تمامی پارامترهای مورد بررسی به‌جز ازت معنی‌دار بود به‌نحوی که بیشترین مقادیر شامل mg/kg 4/28 فسفر، 62/0% مواد آلی، cmol/kg 38 /20 ظرفیت تبادل کاتیونی و mgC/day 2/33 تنفس میکروبی، همگی در کاربری مرتع دیده شد و در مورد پتاس به مقدار mg/kg 8/406 در دیم مشاهده شد. تأثیر فصل برروی تمامی پارامترهای اندازه‏گیری شده به‌جز ازت معنی‌دار بود به‌گونه‌ای که بیشترین مقادیر شامل mg/kg7/28 فسفر، mg/kg 3/377 پتاس،cmol/kg 6/19 ظرفیت تبادل کاتیونی، mgC/day 9/25 تنفس میکروبی همگی در اردیبهشت و تنها مواد آلی با بیشترین مقدار (68/0%) در شهریورماه دیده شد. نتایج به‌دست آمده از این پژوهش نشان داد افزایش شدت شیب وتغییرکاربری غیراصولی اراضی همزمان با نزدیک شدن به آخر فصل رویش همگی سبب کاهش شاخص‌های کیفی و توانایی بهره‌دهی خاک می‌گردد.

---