عنوان

تعیین دامنه بهینه آبگریزی بر مبنای ویژگی‌های کیفیت فیزیکی و فراهمی آب در دو خاک لوم شنی و لوم رسی

Number

پ۲۹۲۳۹

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تعیین دامنه بهینه آبگریزی بر مبنای ویژگی‌های کیفیت فیزیکی و فراهمی آب در دو خاک لوم شنی و لوم رسی

First Statement of Responsibility

معصومه نیک‌پور

Name of Publisher, Distributor, etc.

كشاورزي

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۱

Specific Material Designation and Extent of Item

۲۰۹ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

علوم و مهندسی خاک

Date of degree

۱۴۰۱/۱۲/۲۲

Text of Note

آبگريزي خـاک پديده‌ی مهم فيزيکـي است که بر اثر پوشانده شدن سطح ذرات معدنی خاك با ترکیب‌هاي آلی آبگریز که غالباً منشاء زیستی دارند ایجاد می‌شود و درجات مختلف دارد.‌ بسته به شدت و ضعف آن، آبگریزی هم می‌تواند یک پدیده و عامل در تخریب خاک شود و هم منجر به پیامدهای مثبت در خاک باشد. انتظار می‌رود که آبگریزی خاک در یک مقدار یا دامنه مشخص (که اینجا آبگریزی بهینه نامیده میشود و هدف شناسائی آن است) نه تنها عامل ایجاد پیامدهای مخرب در خاک نیست بلکه عاملی مثبت در بهبود کیفیت فیزیکی خاک نیز ‌باشد. در این مطالعه نمونه‌های خاک (عمق 30- 0) از دو بافت خاک، لوم رسی با موقعیت جغرافیایی´ 34 29 عرض شمالی و ´ 42 56 طول شرقی (گروه بزرگ Calcixerepts) و خاک لوم شنی با موقعیت جغرافیایی´ 41 29 عرض شمالی و ´ 31 56 طول شرقی (گروه بزرگ Haploxerepts) انتخاب و به منظور دست یافتن به دامنه بهينه آبگريزي، با شش نوع ماده آلی ایجاد کننده آبگریزی شامل کود حیوانی، اسید هیومیک، اسيد استئاريک، بقاياي فسکیوی بلند بدون و دارای قارچ اندوفيت، لجن فاضلاب و نفت سفید تیمار شدند. پس از غربال نمونهها با استفاده از الک 76/4 میلی‌متر، مواد آلی مذکور با نسبت‌های وزنی مشخص به آنها افزوده شد. نمونههای تیمار شده به گلدان‌ها (با قطر 18 و ارتفاع 12 سانتي‌متر) منتقل و در گلخانه با شرايط ثابت (در دماي 22-20 درجه سلسیوس و رطوبت نسبي 36-33 درصد) به مدت سه ماه تحت تناوب‌هاي تر و خشک شدن قرار گرفتند. پس از اتمام انکوباسیون، ضمن اندازه‌گیری آبگريزي در نمونه‌ها با دو روش مدت زمان نفوذ قطره آب به خاک (WDPT) و شاخص آبگریزی (RI)، منحني مشخصه رطوبتي و منحني مقاومت فروروي در نمونه‌های دست نخورده گرفته شده از گلدان‌ها نیز بدست آمد. از روی دو منحنی مذکور ویژگی‌ فراهمي آب خاک، شامل آب قابل دسترس گياه (PAW)، دامنه رطوبتي با حداقل محدوديت (LLWR)، گنجايش آب انتگرالي (IWC) و انرژي انتگرالي (EI) محاسبه گردید. همچنین ویژگی‌های ساختمان خاک شامل میانگین وزنی قطر خاکدانه در شرایط خیس شدن سریع، خیس شدن آهسته و خشک (به ترتیب MWDfw، MWDsw و MWDd)، مقاومت کششی خاکدانه (TS)، منحني مشخصه رطوبتي پر انرژي (HEMC)، نسبت پایداری (SR) خاکدانه، نسبت حجم منافذ قابل زهکشی (VDPR)، شاخص دکستر(S) و هدايت هيدروليکي خاک اشباع (Ks) همگی مطابق روش‌های توصیه شده در منابع اندازه‌گیری یا محاسبه شدند. از بین 21 ویژگی‌ مذکور نشانگرهای کیفیت فیزیکی با استفاده از حداقل مجموعه داده‌های (MDS) حاصله از تجزیه به مؤلفه‌های اصلی(PCA)، مشخص شدند. با رسم نمودار داده‌هاي نشانگرهای کیفیت در مقابل شاخص آبگریزی و تعیین معادله برازش، دامنه آبگریزی بهینه برای هر نشانگر محاسبه گردید. این پژوهش به‌صورت آزمایش فاکتوریل دو عاملي (نوع تیمار آبگریزی در سطوح مختلف و بافت خاک) در قالب طرح کاملاً تصـادفي با سه تكرار اجرا شد. در نمونه‌های تیمارشده با نفت سفید بعلت تبخیر سریع نفت از نمونه‌ها در طول انکوباسیون افزایش چندانی در آبگریزی نمونه‌ها رخ نداد و لذا تعیین آبگریزی بهینه در این تیمار محقق نگردید. شاخص RI در تمامی تیمارهای ماده آلی در خاک لوم رسی بیش از لوم شنی بود و غالباً این افزایش معنی‌دار بود. اما در برخی تیمارهای ماده آلی شاخص WDPT در خاک لوم شنی بیشتر از لوم رسی بود به‌عبارت دیگر دو شاخص غالباً رفتار متفاوت در دو بافت خاک نشان دادند که با توجه به روش اندازه‌گیری این دو شاخص قابل توجیه است. افزوده شدن مواد آلی بر نمونه‌ها از هرمنبعی (کود گاوی، اسید هیومیک، بقایای E+ و لجن فاضلاب)، سبب افزایش معنی‌دار کربن آلی آن‌ها گردید که نشان دهنده نقش بلامنازع ماده آلی در ایجاد آبگریزی است. در تمامی تیمارها، در بین ویژگی‌های فراهمی آب EI و در بین ویژگی‌های ساختمان خاک MWDfw، VDPR و SR بیشترین همبستگی‌ها را با شاخص‌های آبگریزی داشته و بهتر از بقیه ویژگی‌ها توانستند وجود آبگریزی بهینه را نشان‌ دهند. ویژگیهای مذکور به عنوان نشانگرهای کیفیت فیزیکی خاک شناخته شده‌اند. دامنه آبگریزی بهینه (دامنه‌ای از آبگریزی که در آن افت یا کاهش بیش از حدود 5% در هیچ یک از نشانگرهای کیفیت فیزیکی خاک پیش نیاید) برمبنای شاخص RI در تیمار کود گاوی 32/4 – 21/4، در تیمار اسید هیومیک 48/4 – 25/4، در تیمار اسید استئاریک 60/4 – 17/4، در تیمار بقایای E+ 86/4 – 40/4 و در تیمار لجن فاضلاب 04/6 – 58/5 شناسائی گردید. در تیمار نفتی احتمالاً به‌علت ناکافی بودن سطوح اضافه شده نفت آبگریزی بهینه مشاهده نگردید. همانطور که از مقادیر ذکر شده پیدا است در اغلب تبمارهای اعمال شده (به جز تیمار لجن فاضلاب) دامنه بهینه شاخص RI در محدوده باریک 17/4 تا 86/4 است و در این دامنه، آبگریزی منجر به افت یا کاهش کیفیت فیزیکی خاک نمیشود اما در RI خارج از محدوده ذکر شده آبگریزی میتواند اثر نامطلوب بر شرایط و کیفیت فیریکی خاک بگذارد. نهایتاً براساس این یافتهها انتظار می‌رود با اندازه‌گیری تنها شاخص RI و پایش آن به‌توان مجموعه شرایط فیزیکی خاک را پایش و آن‌را مدیریت کرد.

Text of Note

Soil water repellency is an important physical phenomenon. It is caused by coverage of the soil surface mineral particles with hydrophobic compounds which have often biological origin as soil organic matter. Depending on its strength, water repellency may lead to soil degradation and adverse soil physical conditions or improve them. It is thus hypothesized that the occurrence of soil water repellency in a certain range (called optimal water repellency) not only would lead to harmful consequences in soil, but rather would improve its physical quality. In this study, soil samples (depth 0-30) from two soil textures, clay loam with a geographic location of 34 29´ north latitude and 56 42´ east longitude (Calcixerepts great groups) and sandy loam soil with a geographic location of 29 41´ North latitude and 31 56´ east longitudes (Haploxerepts great groups ) were selected. In order to determine the optimal water repellency range, the collected soil samples were treated with organic materials/compounds from various sources including cow manure, humic acid, stearic acid, tall fescue residues with and without endophyte fungi (E+ and E-), sewage sludge and kerosene. After passing the sample through 4.76 mm sieve, those compounds were added with specified weight percentages and then the treated samples were transferred into pots (diameter 18 cm and height 12 cm) and were subjected to alternative wetting and drying cycles in the greenhouse (at a temperature of 20-22 degrees Celsius and a relative humidity of 33-36 percent) for 3 months. After incubation, soil water repellency of the samples was measured by two methods: water droplet penetration time (WDPT) and repellency index (RI). Soil moisture and soil resistance characteristic curves, constructed by using intact samples taken from the pots, were employed to calculate soil water availability criteria including plant available water (PAW), least-limiting water range (LLWR), integral water capacity (IWC) and integral energy (EI). Soil structure criteria including mean weight diameter under fast wetting, slow wetting and dry conditions (MWDfw, MWDsw and MWDd, respectively), aggregate tensile strength (TS), high energy moisture characteristic curve (HEMC), stability ratio (SR), volume of drainable pores ratio (VDPR), Dexter index (S) and saturated soil hydraulic conductivity (Ks) all were measured or calculated according to the recommended methods. From the above 23 soil attributes, soil physical quality indicators were drawn using minimal data set (MDS) obtained via principal component analysis (PCA). By plotting each quality indicator against water repellency index (RI) and specifying the corresponding fitting equation, optimal water repellency range was determined for each indicator. This research was conducted as a two-factor factorial experiment (type of hydrophobic treatment at different levels and soil texture) with completely randomized design and three replications. In the kerosene treated samples, kerosene due to its high volatility, rather quickly evaporated from the samples during incubation and did not have much effect on soil water repellency and thus made it impossible to obtain optimum water repellency in those samples. Repellency index (RI) in all treatments was higher in clay loam than sandy loam samples, and the difference was significant in most cases. WDPT index showed more hydrophobicity in sandy loam than clay loam samples in some treatments. Treatment of the samples with organic materials/compounds, irrespective of their source or amounts added, led to a significant increase in soil organic carbon (OC). Among the water availability criteria, EI, and among the soil structure stability criteria, MWDfw, VDPR and SR (as soil physical quality indicators) showed highest correlations with soil water repellency indices and were able to demonstrate the occurrence of optimal water repellency range more obviously. The optimum water repellency range (a range of water repellency that is not expected to adversely affect the mentioned soil quality indicators) based on the RI, were 4.21-4.32, 4.25-4.48 and 4.17-4.60, respectively in the cow manure, humic acid and stearic acid treated samples. In the E+ residues and sewage sludge treated samples, the ranges were 4.40-40.86 and 5.58-6.04, respectively. As it is seen the minimum range of optimal water repellency corresponds to a rather narrow range of RI 4.17 to 4.86 (except in sewage sludge treatment). Within this range of RI, it is speculated that water repellency would beneficially influence soil physical conditions and quality while outside of that range water repellency would be harmful. According to these findings it may be suggested that measuring and monitoring of the single RI index would enable managers to monitor and manage effectively their soil physical quality conditions.

Variant Title

Determining optimum water repellency range based on physical quality and water availability characteristic in two sandy loam and clay loam soils

Entry Element

نیک‌پور،

Part of Name Other than Entry Element

معصومه ‏

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏ نيشابوري،

Entry Element

نقوی،

Entry Element

اوستان،

Part of Name Other than Entry Element

محمدرضا‏

Part of Name Other than Entry Element

هرمزد‏

Part of Name Other than Entry Element

‏شاهین

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏تبریز