عنوان

انتقال توأم گرما و رطوبت در ستون خاک و شرایط مزرعه‌ای همراه با مالچ پاشی

‭۱۶۴۰۰پ‬

per

انتقال توأم گرما و رطوبت در ستون خاک و شرایط مزرعه‌ای همراه با مالچ پاشی

/سید محمد مهدوی

: کشاورزی

، ‮‭۱۳۹۵‬

چاپی

فاقد کلیدواژه

دکتری

علوم خاک

‮‭۱۳۹۵/۱۰/۱۵‬

تبریز

در مناطق خشک و نیمه خشک به علت کمبود رطوبت لایههای سطحی خاک و دریافت بالای انرژی خورشیدی در سطح خاک، حرکت رطوبت و گرما بصورت توأم و متأثر از یکدیگر صورت میگیرد .این پژوهش با سه هدف ‮‭۱)‬ :ارزیابی حرکت بخار آب تحت تاثیر شیبهای حرارتی، رطوبتی و اسمزی در خاک ‮‭۲)‬ بررسی اثر پوشش مالچ کاه و کلش به عنوان یک لایه محافظتی در حرکت توام رطوبت و انرژی در لایههای خاک سطحی و ‮‭۳)‬ بررسی وجود جریان روان) کانوکتیو (بخار آب در خاک ناشی از انبساط و انقباض دمایی هوای خاک انجام یافت .اجرای آزمایشهای مزرعهای و آزمایشگاهی با توجه به امکانات و تجهیزات) حسگرها، ثبات های الکترونیکی و لایسیمتر وزنی (در موسسه تحقیقات مناطق بیابانی شهر توتوری کشور ژاپن صورت گرفت .بررسی جریان انرژی و رطوبت) مایع و بخار (در سه عمق‮‭(۱‬، ‮‭۵‬ و ‮‭۱۰‬ سانتی‌صمتر (در ستونهای خاک شنی شور شده با محلول ‮‭۵۰‬ گرم بر لیتر ‮‭NaCl‬ و در قطعات کنترل شده) لایسیمتر و کرت (همراه با خاک پوش کاه و کلش و بدون آن دو آزمایش اساس این تحقیق بودند .در آزمایش سوم روشی برای اندازهگیری هدایت حرارتی خاک در شرایط ماندگار و مقایسه نتایج بدست آمده با مقادیر اندازهگیری شده به روش تک سوزن به اجرا درآمد .نتایج نشان داد در حدود ‮‭۹۸‬ از انتقال بخار آب در ستون خاک تحت تأثیر شیب حرارتی صورت گرفت و سهم شیب اسمزی در جریان بخار آب در مقایسه با آن بسیار کمتر ولی بالاتر از تأثیر شیب رطوبتی بود .در حدود ‮‭۳۰‬ از جریان گرما یا انرژی صورت گرفته در ستون خاک ناشی از انتقال در قالب فرایند گرمای نهان وبقیه با مکانیزم هدایت حرارتی بود .پوشش مالچ باعث کاهش تبخیر در حدود ‮‭۴۰‬ نسبت به خاک لخت گردید .جریان بخار آب و گرما در کرت خاک لخت به علت دریافت مقادیر بیشتر انرژی رسیده به سطح، بزرگتراز کرت تحت پوشش مالچ بود .تبخیر تجمعی شش روزه محاسبه شده با روش حذفی مطابقت خوبی) حداکثر ‮‭۹‬ خطای مثبت (با مقادیر اندازهگیری شده از لایسیمتر وزنی نشان داد .مشاهده شد که هدایت حرارتی اندازهگیری شده از روش تک سوزن بیشتر از مقادیر اندازهگیری شده به روش ماندگار است .این پدیده میتواند به علت وجود جریان روان ناشی از انبساط سریع هوا در منافذ خاک در اثر افزایش سریع دما باشد .فاکتور شکل ذرات با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده هدایت حرارتی خاک بدست آمد و جایگزین فاکتور شکل در مدل هدایت حرارتی نوبر و تامسون شد این اصلاح توانست درستی برآورد مدل را حدود ‮‭۱۱‬ افزایش دهد و نشان داد که بکارگیری فاکتور شکل مشابه برای تمام بافت معتبر نیست.

.‮‭In arid and semi-arid regions, because of low moisture range in subsurface soil layers and high solar radiation flux received at the soil surface, the movement of moisture and heat are highly coupled and thus one flux alters the other. Therefore, there is still need for detailed investigation of moisture and energy fluxes under the various set of prevailed conditions. The current work followed three main objectives: ۱) to evaluate water vapor movement under the effect of thermal, moisture and osmotic gradients, ۲) to investigate straw mulch cover effect on coupled heat and moisture transfer in the subsurface soil layers and ۳) to investigate the occurrence of convective vapor flux due to rapid thermal expansion of air in the soil pores under rapid near surface soil temperature changes. Due to the availability of the necessary electronic equipments (sensors, loggers, weighing lysimeter, .) this research was carried out at the Arid Land Research Institute in Tottori, Japan. Studying simultaneous energy and moisture (liquid and vapor) fluxes at the three depths (۱, ۵ and ۱۰ cm) in artificially salinized (with ۵۰ g/lit NaCl solution) sand columns and in the field plots including a weighing lysimeter left bare or covered with straw mulch were the two basic experiments of this study. In the third experiment a soil heat conductivity method was tested and compared to the single probe as a reference method. The results showed that nearly ۹۸ of water vapor flux in the sand column occurred due to the temperature gradient. The contribution of osmotic gradient was small compared to the temperature gradient but greater in comparison to the moisture gradient. About ۳۰ of the energy flux occurred as the latent heat, the rest was almost directly by heat conduction mechanism. The straw mulch reduced soil evaporation significantly (about ۴۰ ) as compared to the bare soil. The grater heat and vapor fluxes in un-mulched plots were due to the high received solar radiation by the bare soil surface. The computed ۶-days cumulative soil evaporation by the elimination method showed good agreement with weighing lysimeter data with only ۹ deviation as overestimation. It was observed that the heat conductivity measured by the single probe method exceeded that the measured by the steady state method implying the possibility of convective heat flux occurrence due to the rapid air expansion in the soil pores induced by fast temperature rise during the earlier measurement method. The particle shape factor computed from the measured soil thermal conductivity and substituted in the Nober and Thompson model lead to increase in the model estimation accuracy as much as ۱۱ indicating the pre-assumed niddle shape for soil particles may not be valid for all textural groups‬

مهدوی، سید محمد

نیشابوری، محمدرضا، استاد راهنما

مجنونی، ابوالفضل، استاد مشاور

فوجیماکی، هارایوکی، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی