عنوان پایان‌نامه
مطالعه رفتار پایداری خاکدانه ها در کاربری های مختلف اراضی
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی- علوم خاک گرایش فیزیک و حفاظت خاک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 4236;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 47771
- تاریخ دفاع
- ۱۹ بهمن ۱۳۸۹
- دانشجو
- محمدتقی تیرگرسلطانی
- استاد راهنما
- منوچهر گرجی اناری
- چکیده
- نحوه آرایش و پایداری واحدهای ثانویه خاک با بسیاری از فرایندهای کشاورزی و زیست محیطی در ارتباط است، از این رو توصیف و کمی نمودن خصوصیات ساختمانی خاک از اهمیت ویژه¬ای برخوردار می¬باشد. از آنجا که پایداری خاکدانه، به مقدار تغییر توزیع جرم- اندازه خاکدانه¬ها در تنش¬های مختلف بستگی دارد، ارائه تفسیر کاملی از تنش¬های مورد استفاده در بررسی توزیع اندازه و پایداری خاکدانه¬ها ضروری به نظر می¬رسد. در تحقیق حاضر به منظور مقایسه رفتار پایداری خاکدانه¬ها در کاربری¬های مجاور، تغییرات مقدار خردشدگی خاکدانه¬ها در دامنه¬ای از تنش¬های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نمونه برداری در غرب استان مازندران از تعدادی کاربری¬های زراعی، مرتعی، جنگل سوزنی برگ، جنگل پهن برگ و جنگل درختچه¬ای (مجموعا 14 کاربری) انجام شد و نمونه¬های خاک از هفت مکان مختلف که هر یک دارای دو کاربری مجاور بودند جمع-آوری شدند. با توجه به یکسان بودن بسیاری از عوامل خاک¬سازی در کاربری¬های مجاور، فرض شد که ساختمان خاک، تنها تحت تاثیر نوع پوشش گیاهی و سابقه کشت و کار قرار دارد. عملیات الک تر روی نمونه-های خاک انجام شد و داده¬های توزیع اندازه خاکدانه¬ برای هر نمونه، در هر یک از زمان¬های 1، 2، 5، 10، 20، 40، 100، 300، و 1000 دقیقه به دست آمد. همچنین به منظور به دست آوردن توزیع اندازه خاکدانه¬ها در طبیعت، الک خشک در مدت زمان 15 ثانیه روی نمونه¬های خاک انجام شد. نتایج نشان دادند که بررسی تغییرات توزیع اندازه خاکدانه¬ها در مقابل زمان الک کردن می¬تواند بخشی از رفتار خاک در پذیرش و یا مقاومت در برابر تنش¬های بیرونی را منعکس نماید. به منظور کمی نمودن تغییرات توزیع اندازه خاکدانه، در این تحقیق مدل¬های توزیعی مرسوم، بر داده¬های الک در سری زمانی مذکور برازش داده شدند و پس از آن به کمک معیارهای مناسب آماری، بهترین مدل انتخاب شد. بررسی ضرایب تعیین (R2) و میزان خطا (SSE) و نیز نتایج حاصل از آماره¬های F، مالو، و اکاییک نشان دادند که مدل فرکتالی تیلر و ویت¬کرافت (1992) نسبت به سایر مدل¬های به کار رفته از مطلوبیت بیشتری برخوردار است، بنابر این تغییرات پارامتر این مدل (بعد فرکتالی(D) خاکدانه¬ها) در مقابل زمان الک (لگاریتم طبیعی زمان Ln(t)) ترسیم گردید. شاخص¬های آماری میانگین وزنی(MWD) و میانگین هندسی قطر(GMD) نیز از روی داده¬ها محاسبه شدند، و تغییرات آنها بر حسب زمان الک ترسیم شد. شدت خردشدگی ساختمان خاک با تعیین تندی تغییرات شاخص¬های مذکور (D، MWD، GMD) از طریق محاسبه شیب نمودار شاخص- لگاریتم زمان، به دست آمد. نتایج به دست آمده از این بخش می¬تواند تفسیر کامل¬تری از چگونگی تاثیر پذیری ساختمان خاک کاربری¬های مختلف را در برابر تنش¬های محیطی ارائه نماید. هر سه شاخص، دو مرحله مجزای خردشدگی را که از لحاظ شدت خردشدن (شیب نمودار) متفاوت بودند، نشان دادند. مرحله اول خردشدگی که در زمان¬های کوتاه الک تر رخ داد، معرف واپاشی اولیه (Slaking) ساختمان خاک در اثر تخلیه ناگهانی هوای محبوس درون خاکدانه است. شدت خردشدگی در این مرحله در کاربری¬های زراعی نسبت به کاربری¬های مرتعی و جنگلی بیش¬تر است. نتایج نشان دادند که در کاربری¬های زراعی حدود 90% خردشدگی ساختمان خاک مربوط به واپاشی اولیه است، در حالی که در سایر کاربری¬های مورد مطالعه، واپاشی اولیه، سهم اندکی در تخریب خاکدانه¬ها داشت. شدت خردشدگی در مرحله دوم نیز در کاربری¬های زراعی به طور معنی¬داری کاهش یافت، همچنین عکس روند اخیر در کاربری¬های مرتعی و جنگلی مشاهده شد. با توجه به نتایج، به نظر می¬رسد که برآیند اثرات عوامل پایداری (خصوصا کربن آلی)، و اندازه خاکدانه، در برابر تنش¬های وارده، می¬تواند تعیین کننده نهایی شدت خردشدگی ساختمان خاک در کاربری¬های مختلف زراعی باشد. در تحقیق حاضر محدوده وسیعی از تنش¬ها، به وسیله تیمارهای مختلف زمانی، بر ساختمان خاک اعمال گردید و رفتار پایداری خاکدانه¬ها مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آن می¬تواند در تعیین زمان¬های مناسب الک کردن جهت برآورد شاخص پایداری خاکدانه در کاربری¬های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. نتایج مرحله اول خردشدگی در کاربری¬های زراعی نشان داد که شیب خط واصل بین مقادیر شاخص (در نمودار شاخص- زمان) مربوط به زمان¬های 15 ثانیه الک خشک و 1 دقیقه الک تر می¬تواند اثرات واپاشی اولیه خاکدانه¬ها را کمی نموده و شاخص مناسبی از پایداری خاکدانه در این مرحله ارائه نماید. برای ارزیابی شدت خردشدگی خاکدانه مرتعی در این مرحله، استفاده از زمان¬های 15 ثانیه الک خشک و 2 دقیقه الک تر، و در خاکدانه¬های جنگلی نیز، زمان¬های 15 ثانیه الک خشک و 5 دقیقه الک تر مناسب به نظر می¬رسد. برای مرحله دوم خردشدگی، در کاربری زراعی، زمان¬های 10 و30 دقیقه الک تر، و در کاربری¬های مرتعی و جنگلی نیز زمان¬های 30 و 100 دقیقه الک تر جهت تعیین شدت خردشدگی (پایداری خاکدانه) کفایت می¬¬نماید.
- Abstract
- The description and quantification of soil structure is very important because of the many agronomic and environmental processes related to the arrangement of secondary soil units and their stability. Structural stability implies a change in fragment mass-size distribution after the application of different levels of stress. Thus, an adequate description of the applied stress conditions is essential for the parameterization of structural stability as well as aggregate size distribution (ASD). In present study we investigated changes in fragmentation at different levels of stress to compare aggregate stability behavior affected by different adjacent land uses. Sampling was done from western Mazandaran, Iran in the numbers of land use types namely: dry farmlands, pastures, coniferous forest, deciduous forest, and shrub forest (totally 14), and soil samples were collected from seven sites where each one contained a pair of adjacent land use types. In each adjacent pair land uses with the same pedogenic factors, was assumed that soil structure is affected by type of plants, and cropping history. Wet sieving was done and weight of aggregates in each size fraction was obtained at following shaking times: 1, 2, 5, 10, 20, 40, 100, 300, and 1000 min. Also dry sieving was done in 15 sec shaking time and ASD was determined for each one. Changes in ASD affected by the shaking times could reflect a part of soil dynamic behavior to encounter with imposed stresses. Evaluation of ASDs in different stresses was possible to quantify by fitting suitable model on sieving data set at the different shaking times. So we fitted some of distribution models with the different number of fitting parameters, and then selected optimum model based on the statistical criteria. Different cumulative distribution models were used in this study. Selection of optimum model was done by coefficient of determination (R2), F, Mallow (Cp), and Akaike (AIC) statistics, and finally the mass based fractal model (Tyler and Wheatcraft 1992) was selected. Therefore the fractal dimension (D) in this model was a suitable index to quantification of ASD, and its changes as a function of shaking times (Neperian logarithm of time at minute, ln(t)) was plotted. Two statistical common indices such as mean weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) was calculated by their formula in each shaking time, and then, the same as D was done. Therefore fragmentation was quantified by determination of changes in each index (D, MWD, GMD) via calculation of line slope of, size index-ln(t) graphs. Results obtained in this section were indicator of fragmentation rate (FR) and might be making a suitable pattern to characterization soil aggregate behavior encounter to the range of environmental stress factors. Every three indices showed two fragmentation stages (FS1, FS2) that differed in rate of changes in index. Differences in soil fragmentation resulting from different applied energy levels can be related to differences in the predominant processes involved in aggregate formation. FS1 is related to resistance of aggregate bonds against the slaking and occurs in short shaking times when the dry aggregate are immersed in water through the wet sieving. Farmlands in FS1, had a more FR (slope) than the pasture and forest lands. In farmlands our results showed that nearly 90% of entire fragmentation is related to slaking that occurs in FS1, while slaking had the less proportion in the pasture and forest land. In the FS2, almost all of the other weaker bonds in macroaggregates are broken down and aggregates fall to the lower hierarchy. FR in farmland significantly decreased in secondary stage. This pattern in the pastures and forest soils was vice versa. Evaluation of results showed that interaction between stability factors (especially OC) and reduced aggregate size (size factor) encounter with external stress can determine FR value and finally end of fragmentation. In the present study, an extensive range of stresses (shaking time) were applied in wet sieving and this helped us to determine suitable shaking time for estimating soil aggregate stability. In farmlands our results in FS1 indicated that estimation of line slope between two points, dry sieving in 15sec and wet sieving in 1min, can quantify the slaking effects on aggregates statues and represent a suitable stability index. About pastures, the same dry sieving and 2 min wet sieving, and forestlands the same dry sieving and 5 min wet sieving is adequate. This estimation in FS2 in farmlands, can be possible by wet sieving at two time points 10 and 30 minutes, and about both of pasture and forest lands 30 and 100 min wet sieving is adequate.
