تغييرات ويژگيهاي فيزيکي خاک در اثر خاکورزي سنتي در کشتزارهاي ديم در منطقه نيمهخشک
محورهای موضوعی : مدیریت بهینه منابع آب و خاکعلی رضا واعظی 1 * , خدیجه سهندی 2 , فرشته حق شناس 3
1 - استاد گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه زنجان.
2 - دانشآموخته کارشناسي ارشد گروه علوم و مهندسي خاک دانشکده کشاورزي، دانشگاه زنجان.
3 - دانشجوي دکتري گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه زنجان.
کلید واژه: پايداري خاکدانه, خاکورزي حفاظتي, خاک هاي ميان بافت, ماده آلي, مرتع,
چکیده مقاله :
زمينه و هدف: ساختمان خاک از ويژگيهاي مهم فيزيکي خاک است که بر باروري خاک و مقاومت به فرسايش آبي اثر ميگذارد. تغيير کاربري زمين از جمله فعاليتهاي انسان در طبيعت است که بر ويژگيهاي مختلف خاک و در نتيجه باروري خاک اثر ميگذارد. تغيير کاربري مراتع به زمينهاي کشاورزي در مناطق نيمهخشک در حال افزايش است. بسياري از کشتزارهاي ديم در اين مناطق با روشهاي سنتي تحت شخم و کشت هستند. چنين روشي بسياري از ويژگيهاي شيميايي فيزيکي مختلف خاک را ميتواند تحت تأثير قرار دهد. اطلاعات اندکي در مورد اثرات تغيير کاربري زمين و خاکورزي سنتي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک در مناطق نيمهخشک وجود دارد. از اين رو اين مطالعه با هدف بررسي اثرات خاکورزي سنتي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک در منطقه نيمهخشک انجام گرفت.
روش پژوهش: اين آزمايش در هفت منطقه تحت پوشش دو کاربري زمين (مرتع و ديم) در منطقه نيمهخشک زنجان واقع در شمال غرب ايران انجام شد. ميانگين بارندگي 340 ميليمتر و ميانگين دماي سالانه C° 7/11 ميباشد. اين منطقه حدود 320000 هکتار اراضي ديم دارد که حدود 90 درصد آن براي توليد گندم زمستانه با ميانگين عملکرد دانه 100 کيلوگرم در هکتار کشت ميشود. در هر منطقه، توزيع اندازه ذرات خاک در دو کاربري زمين يکسان بوده اما آن بين نواحي مختلف بود. در هر کاربري زمين سه نمونه خاک از عمق 30-0 سانتيمتري خاک نمونهبرداري شد. در مجموع از هفت نقطه در هر منطقه و چهل و دو نقطه در کل منطقه مورد مطالعه نمونههاي خاک جمعآوري شد. ويژگيهاي فيزيکي خاک شامل حجم درشت منافذ، تخلخل، چگالي ظاهري، ظرفيت نگهداري آب، نقطه اشباع، متوسط اندازه خاکدانه، پايداري خاکدانه و هدايت هيدروليکي اشباع در نمونههاي خاک به روشهاي آزمايشگاهي تعيين شدند. مقايسه بين مناطق مختلف از نظر ويژگيهاي خاک با روش مقايسه ميانگينها با استفاده از آزمون توکي انجام شد. از آزمون t زوجي براي مقايسه هر ويژگي خاک بين دو کاربري زمين (مرتع و ديم) استفاده شد.
يافتهها: بر اساس نتايج، بافت خاک در هفت منطقه مورد بررسي عبارت از لوم رسي، لوم رسي سيلتي، لوم رسي شني، لوم سيلتي، لوم، لوم شني و شن لومي بودند. همچنين در ساير ويژگيهاي خاک (ساختار، تخلخل، حفظ آب و هدايت هيدروليکي) تفاوت معنيداري بين مناطق وجود داشت. اثر خاکورزي بر تخريب ويژگيهاي فيزيکي خاک قابل توجه بود، به طوري که براي هر ويژگي فيزيکي خاک بين دو کاربري تفاوت معنيداري مشاهده شد. کاهش قابل توجهي در حجم تخلخل درشت (41 درصد)، تخلخل کل (22 درصد)، اندازه خاکدانه (60 درصد)، پايداري خاکدانه (71 درصد) و هدايت هيدروليکي اشباع (71 درصد) در زمينهاي ديم تحت خاکورزي معمولي مشاهده شد، در حالي که چگالي ظاهري (28 درصد) و ظرفيت نگهداري آب (11 درصد) با خاکورزي معمولي نسبت به خاک مراتع افزايش يافت. کاهش رطوبت اشباع خاک (حدود 4 درصد) در بيشتر مناطق معنيدار نبود. ميانگين تخريب ويژگيهاي فيزيکي خاک محاسبه شد و از 34 درصد در لوم رسي سيلتي تا 50 درصد در لوم متغير بود که با محتواي بالاتر ماده آلي خاک و پايداري خاکدانهها در اين خاک همراه بود.
نتايج: ويژگيهاي فيزيکي خاک به شدت تحت تأثير خاکورزي در اراضي ديم گندم در مناطق نيمهخشک قرار دارد. ميزان تخريب فيزيکي در بين ويژگيهاي خاک متفاوت است. پايداري خاکدانهها و هدايت هيدروليکي اشباع حساسترين ويژگيهاي فيزيکي خاک با خاکورزي معمولي هستند. حساسيت خاکهاي منطقه نيمهخشک به تخريب فيزيکي توسط خاکورزي معمولي متفاوت است. خاکهاي با بافت متوسط مانند لوم که نسبتاً خوب انباشته شدهاند، حساسترين خاکها به تخريب فيزيکي در منطقه هستند. پيشگيري از تغيير کاربري اراضي در مناطق داراي خاکهاي با بافت متوسط اولين گام و انجام خاکورزي حفاظتي دومين راهکار براي کنترل تخريب فيزيکي خاکهاي نيمهخشک است.
Introduction: Soil structure is an important soil physical property that influences soil productivity and resistance to water erosion. Land use change is the most human activity in nature that can affect various soil properties, as well as soil productivity. The change of pastures to agricultural lands has been increasing rapidly in the semi-arid regions. Most of wheat farms are tilled and cultivated using conventional method. This method can destruct different soil physicochemical properties. Limited information is available on the effects of land use change and performing conventional tillage on soil physical properties in semi-arid regions. Therefore this study was conducted to find effects of conventional tillage on soil physical properties in rainfed lands of a semi-arid region in Iran..
Materials and Methods: The experiment was done in seven areas covering the two land uses (pasture and rainfed lands) in a semi-arid region in Zanjan located,north west of Iran. Mean annual precipitation and temperature are 340 mm and 11.7 °C, respectively. The area covers about 320000 hectare rainfed lands which about 90% from it is cultivated for winter wheat production with an average yield of 100 kg per hectare. In each area, soil particle size distribution was the same in the two land uses but it was different among the areas. Three Soil samples were taken from 0-30 cm depth in each land uses. In total, soil samples were collected from seven points in each area and forty two points in the study area. Soil physical properties consist of macropores volume, porosity, bulk density, water-holding capacity, saturated point, aggregate size, aggregate stability and saturated hydraulic conductivity were determined in the soil samples by laboratory methods. Comparisons among different areas in soil properties were done with means comparison procedure using the Tukey’s test. In order to effects of conventional tillage on soil physical properties, a paired t-test was used for comparing each soil property between the two land uses (pasture and rainfed lands).
Results and Discussion: Based on the results, soil texture of the areas were clay loam, silty clay loam, sandy clay loam, silt loam, loam, sandy loam and loamy sand. Moreover there were significant differences among the areas in other soil properties (structure, porosity, water retention and hydraulic conductivity). Effect of conventional tillage on deterioration of soil physical properties was considerable, so that significant difference was found for each soil physical property between the two land uses. A considerable decline was found in macropores volume (41%), porosity (22%), mean aggregate size (60%), aggregate stability (71%) and saturated hydraulic conductivity (71%) in rainfed lands under conventional tillage, while bulk density (28%) and water-holding capacity (11%) increased by conventional tillage as compared to pastures soil. Decreases in saturated soil moisture (about 4%) weren’t significant in most areas. Mean deterioration of soil physical properties was computed and varied from 34% in silty clay loam to 50% in loam which was associated with higher soil organic matter content and aggregate stability in this soil.
Conclusions: Soil physical properties are strongly affected by conventional tillage in wheat rainfed lands in semi-arid region. The rate of physical destruction is different among the soil properties. Aggregate stability and saturated hydraulic conductivity are the most susceptible soil physical properties by conventional tillage. The sensitivity of soils of the semi-arid region to physical destruction by conventional tillage is different. Medium-textured soils such as loam which relatively well aggregated are the most sensitive soils to physical destruction in the area. Prevention of land use change in areas with Medium-textured soils is the first step and performing conservation tillage is the second strategy to control physical destruction of semi-arid soils.
Abrougui, K., Chehaibi, S., Louvet, J.N., Hannachi, C., & Destain, M.F. (2012). Soil Structure and the Effect of Tillage Systems. Bulletin of the University of Agricultural Sciences & Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Agriculture, 69(1).
Aghabeigi, S., & Fatahi, B. (2017).Investigating the effect of vegetation cover and some soil properties on the hydrological behavior of watersheds (case study: Gombad Hamadan watershed). Pasture, 11(1), 83-93.
Akhzari, D., & Ahmadi, S. (2019). Studying the effects of rangeland conversion to agricultural on the chemical and physical soil properties (case study: gonbad area, hamadan province). Environmental Science and Technology, 21(8), 135-146 [in Persian]
Abdinejad, P., Faiz Nia, S., Pirovan, H., Fayazi, F., & Shabani A. (2018). Marl units classified of zanjan province based on physiochemical characteristics with using of factor analysis. Earth Science Research, 9(2), 113-97 [in Persian]
Alakukku, L. (1996). Persistence of soil compaction due to high axle load traffic. I. Short-term effects on the properties of clay and organic soils. Soil and Tillage Research, 37, 211-222.
Amézketa, E. (1999). Soil aggregate stability: a review. Journal of Sustainable Agriculture, 14(2-3), 83-151.
Borrelli, P., Lugato, E., Montanarella, L., & Panagos P. (2017). A new assessment of soil loss due to wind erosion in European agricultural soils using a quantitative spatially distributed modelling approach. Land Degradation and Development, 28(1), 335-344.
Bouma, J. (2020). Effect of soil structure, tillage, and aggregation upon soil hydraulic properties. In Interacting Processes in Soil Science (pp. 1-36). CRC Press.
Barthès, B. G., Brunet, D., Hien, E., Enjalric, F., Conche, S., Freschet, G. T & Toucet-Louri, J. (2008). Determining the distributions of soil carbon and nitrogen in particle size fractions using near-infrared reflectance spectrum of bulk soil samples. Soil Biology and Biochemistry, 40(6), 1533-1537.
Blake, G.R. & Hartge, K.H. (1986). Particle density. Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods, 5, 377-382.
Bouyoucs, G J. (1962).Hydrometer method improved for making particle size analyses of soils. Agronomy Journal, 54(5):464-465.
Doaei, S., Pazira, E., Mahmoodi, S., & Mohammadi Torkashvand, A. (2020). Role of conservative agriculture in the sustainability of soil structure in achieving sustainable management. International Journal of Agricultural Management and Development, 10(1), 59-69.
Doa'i S., Sobhara A., Mahmoudi S., & Mohammadi Turkashund, A. (2020). Role of conservative agriculture in the sustainability of soil structure in achieving sustainable management. International Journal of Agricultural Management and Development, 10(1), 59-69 [in Persian]
Dorji, T., Odeh, I. O.A., & Field, D.J. (2017). Effects of land use/land cover on aggregate fractions, aggregate stability, and aggregate-associated organic carbon in a montane ecosystem. In Proceedings of the Global Symposium on Soil Organic Carbon, 279-282.
Diaz-Zorita, M., Grove, J.H., & Perfect E. (2007). Sieving duration and sieve loading impacts on dry soil fragment size distributions. Soil and Tillage Research, 94(1), 15-20.
Dıaz-Zorita, M., Perfect, E., & Grove, J. H. (2002). Disruptive methods for assessing soil structure. Soil and Tillage Research, 64(1-2), 3-22.
Dewis, J. & Freitas, F. (1984). Physical and chemical methods of soil and water analysis. FAO soils Bulletin, (10).
Emami, S., Jalalian, A., & Khosravi, A. (2016). The role of soil chemical and physical characteristics in landslide occurrence (case study: afsar abad area in chaharmahal and bakhtiari province). Research Journal of Watershed Management, 7(13), 182-192 [in Persian]
Gholami, L., Davari, M., Nabiollahi, K., & Joneidi Jafari, H. (2016). Effect of land use changes on some soil physical and chemical properties (case study: Baneh). Gorgan. J. Journal of Water and Soil Resources Conservation (WSRCJ), 5(3), 14-25.
Liu, M., Han, G., Li, Z., Zhang, Q., & Song, Z. (2019). Soil organic carbon sequestration in soil aggregates in the karst Critical Zone Observatory, Southwest China. Plant, Soil and Environment, 65(5), 253-259.
Indoria, A.K., Rao, C.S., Sharma, K.L., & Reddy, K.S. (2017). Conservation agriculture–a panacea to improve soil physical health. Current Science, 52-61.
Lemann, T., Sprafke, T., Bachmann, F., Prasuhn, V., & Schwilch, G. (2019). The effect of the Dyker on infiltration, soil erosion, and waterlogging on conventionally farmed potato fields in the Swiss Plateau. Catena, 174, 130-141.
Huang, T.C.C., & Lo, K.F.A. (2015). Effects of land use change on sediment and water yields in Yang Ming Shan National Park, Taiwan. Environments, 2(1), 32-42.
Hamza, M.A. & Anderson, W.K. (2005). Soil compaction in cropping systems: A review of the nature, causes and possible solutions. Soil and Tillage Research, 82(2), 121-145.
Jafari, S., Gorbani, A., Hashemimajd, K., & Ghafari, S. (2018). The effects of livestock grazing intensity on soil physicochemical properties in Moghan rangelands. Water and Soil Journal, 32(4), 751-762 [in Persian]
Karimi, A., Mughani, N., Mohammadi, J., & Naderi, M. (2019). Investigation of some soil physical quality properties in different land uses in bardeh catchment, shahrekord (bhaharmahal and bakhtiari province. Journal of Water and Soil Conservation Research, 25(5), 249-263 [in Persian]
Kabiri, V., Raiesi, F., & Ghazavi M.A. (2015). Six years of different tillage systems affected aggregate-associated SOM in a semi-arid loam soil from Central Iran. Soil and Tillage Research, 154, 114-125.
Kemper, W.D. & Rosenau, K. (2006). Size distribution of aggregates. Methods of Soil Analysis, 425-442
Kodešová, R., Vignozzi, N., Rohošková, M., Hájková, T., Kočárek, M., Pagliai, M., & Šimůnek, J. (2009). Impact of varying soil structure on transport processes in different diagnostic horizons of three soil types. Journal of Contaminant Hydrology, 104(1-4), 107-125.
Kranz, C.N., McLaughlin, R.A., Johnson, A., Miller, G., & Heitman, J.L. (2020). The effects of compost incorporation on soil physical properties in urban soils–A concise review. Journal of Environmental Management, 261, 110209.
Khormali, F., Ajami, M., Ayoubi, S., Srinivasarao, C., & Wani, S. P. (2009). Role of deforestation and hillslope position on soil quality attributes of loess-derived soils in Golestan province, Iran. Agriculture, Ecosystems and Environment, 134(3-4), 178-189.
McKenzie, N., Coughlan, K., & Cresswell, H. (2002). Soil physical Measurement and Interpretation for Land Evaluation.
Nikpour, M., Mahboubi, A., Mossadeghi, M., & Safadoost, A. (2011). Assessment of effect of soil intrinsic properties on soil structural stability of some soils in Hamadan province. Journal of Water and Soil Science, 15(58), 85-96 [in Persian]
Owliaie, H. R., Heck, R. J., & Abtahi, A. (2006). The magnetic susceptibility of soils in Kohgilouye, Iran. Canadian journal of soil science, 86(1), 97-107.
Parvanak, k. (2023).The effect of changing land use of almond orchards in saman plain of chaharmahal and bakhtiari province to agricultural lands on some physical and chemical indicators of soil quality. Journal of Water and Soil Resources Conservation (WSRCJ), 13(2), 67-82.
Page, A. L., & Page, A. L. (1982). Methods of soil analysis: chemical and microbiological proerpteis. Amen Society of Agronomy.
Ramezani, N., Sayyad, G. A., Barzegar, A. R., & Landi, A. (2020). Effect of soil structure on near-saturated hydraulic characteristics using a tension infiltrometer. Irrigation Sciences and Engineering, 43(2), 77-92.
Vaezi, A.R. 2021. Water Erosion: Processes and Models. University of Zanjan Press, Pages: 453.
Vaezi, A.R. & Sahandi, kh. (2020). Effect of soil structure breakdown on splash erosion in different soil textures. Journal of Watershed Science and Engineering, 14(48), 11-20[in Persian]
Vaezi, A.R. & Heidari, M. (2019). The effect of wheat straw on flow characteristics and rill erosion in wheat rainfed field. Journal of Soil and Water Research, 50(1), 53-63 [in Persian]
Vaezi, A.R., Bahrami, H.A., Sadeghi, S.H.R., & Mahdian, M.H. (2010). Modeling relationship between runoff and soil properties in dry-farming lands, NW Iran. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 7(2), 2577-2607.
Wang, H., Guan, D., Zhang, R., Chen, Y., Hu, Y., & Xiao, L. (2014). Soil aggregates and organic carbon affected by the land use change from rice paddy to vegetable field. Ecological Engineering, 70, 206-211.
Western, A.W. & Blöschl G. 1999. On the spatial scaling of soil moisture. Journal of Hydrology, 217(3-4), 203-224.
Walkley, A. & Black I.A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, 37(1), 29-38.
Zhang, Z., Wei, C., Xie, D.Gao, M., & Zeng X. (2008). Effects of land use patterns on soil aggregate stability in Sichuan Basin, China. Particuology, 6(3), 157-166.
Variations of Soil Physical Properties As Affected By Conventional Tillage in Rainfed Lands in Semi-Arid Region
Ali Reza Vaezi 1*, Khadijeh Sahandi2 and Fereshteh Haghshenas3
1) professor, Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan.
2) Master student, Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan.
3) Ph.D. student, Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan.
*Corresponding author emails: vaezi.alireza@znu.ac.ir
Abstract:
Introduction: Soil structure is an important soil physical property that influences soil productivity and resistance to water erosion. Land use change is the most human activity in nature that can affect various soil properties, as well as soil productivity. The change of pastures to agricultural lands has been increasing rapidly in the semi-arid regions. Most of wheat farms are tilled and cultivated using conventional method. This method can destruct different soil physicochemical properties. Limited information is available on the effects of land use change and performing conventional tillage on soil physical properties in semi-arid regions. Therefore this study was conducted to find effects of conventional tillage on soil physical properties in rainfed lands of a semi-arid region in Iran..
Materials and Methods: The experiment was done in seven areas covering the two land uses (pasture and rainfed lands) in a semi-arid region in Zanjan located,north west of Iran. Mean annual precipitation and temperature are 340 mm and 11.7 °C, respectively. The area covers about 320000 hectare rainfed lands which about 90% from it is cultivated for winter wheat production with an average yield of 100 kg per hectare. In each area, soil particle size distribution was the same in the two land uses but it was different among the areas. Three Soil samples were taken from 0-30 cm depth in each land uses. In total, soil samples were collected from seven points in each area and forty two points in the study area. Soil physical properties consist of macropores volume, porosity, bulk density, water-holding capacity, saturated point, aggregate size, aggregate stability and saturated hydraulic conductivity were determined in the soil samples by laboratory methods. Comparisons among different areas in soil properties were done with means comparison procedure using the Tukey’s test. In order to effects of conventional tillage on soil physical properties, a paired t-test was used for comparing each soil property between the two land uses (pasture and rainfed lands).
Results and Discussion: Based on the results, soil texture of the areas were clay loam, silty clay loam, sandy clay loam, silt loam, loam, sandy loam and loamy sand. Moreover there were significant differences among the areas in other soil properties (structure, porosity, water retention and hydraulic conductivity). Effect of conventional tillage on deterioration of soil physical properties was considerable, so that significant difference was found for each soil physical property between the two land uses. A considerable decline was found in macropores volume (41%), porosity (22%), mean aggregate size (60%), aggregate stability (71%) and saturated hydraulic conductivity (71%) in rainfed lands under conventional tillage, while bulk density (28%) and water-holding capacity (11%) increased by conventional tillage as compared to pastures soil. Decreases in saturated soil moisture (about 4%) weren’t significant in most areas. Mean deterioration of soil physical properties was computed and varied from 34% in silty clay loam to 50% in loam which was associated with higher soil organic matter content and aggregate stability in this soil.
Conclusions: Soil physical properties are strongly affected by conventional tillage in wheat rainfed lands in semi-arid region. The rate of physical destruction is different among the soil properties. Aggregate stability and saturated hydraulic conductivity are the most susceptible soil physical properties by conventional tillage. The sensitivity of soils of the semi-arid region to physical destruction by conventional tillage is different. Medium-textured soils such as loam which relatively well aggregated are the most sensitive soils to physical destruction in the area. Prevention of land use change in areas with Medium-textured soils is the first step and performing conservation tillage is the second strategy to control physical destruction of semi-arid soils.
Keywords: Aggregate stability, Conservation tillage, Hydraulic conductivity, Medium-textured soils, Organic matter content, Rangland
تغييرات ويژگيهاي فيزيکي خاک در اثر خاکورزي سنتي
در کشتزارهاي ديم در منطقه نيمهخشک
عليرضا واعظي1*، خديجه سهندي2 و فرشته حقشناس3
1) استاد گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه زنجان.
2) دانشآموخته کارشناسي ارشد گروه علوم و مهندسي خاک دانشکده کشاورزي، دانشگاه زنجان.
3) دانشجوي دکتري گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه زنجان.
* ايميل نويسنده مسئول: vaezi.alireza@znu.ac.ir
چکيده:
زمينه و هدف: ساختمان خاک از ويژگيهاي مهم فيزيکي خاک است که بر باروري خاک و مقاومت به فرسايش آبي اثر ميگذارد. تغيير کاربري زمين از جمله فعاليتهاي انسان در طبيعت است که بر ويژگيهاي مختلف خاک و در نتيجه باروري خاک اثر ميگذارد. تغيير کاربري مراتع به زمينهاي کشاورزي در مناطق نيمهخشک در حال افزايش است. بسياري از کشتزارهاي ديم در اين مناطق با روشهاي سنتي تحت شخم و کشت هستند. چنين روشي بسياري از ويژگيهاي شيميايي فيزيکي مختلف خاک را ميتواند تحت تأثير قرار دهد. اطلاعات اندکي در مورد اثرات تغيير کاربري زمين و خاکورزي سنتي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک در مناطق نيمهخشک وجود دارد. از اين رو اين مطالعه با هدف بررسي اثرات خاکورزي سنتي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک در منطقه نيمهخشک انجام گرفت.
روش پژوهش: اين آزمايش در هفت منطقه تحت پوشش دو کاربري زمين (مرتع و ديم) در منطقه نيمهخشک زنجان واقع در شمال غرب ايران انجام شد. ميانگين بارندگي 340 ميليمتر و ميانگين دماي سالانه C° 7/11 ميباشد. اين منطقه حدود 320000 هکتار اراضي ديم دارد که حدود 90 درصد آن براي توليد گندم زمستانه با ميانگين عملکرد دانه 100 کيلوگرم در هکتار کشت ميشود. در هر منطقه، توزيع اندازه ذرات خاک در دو کاربري زمين يکسان بوده اما آن بين نواحي مختلف بود. در هر کاربري زمين سه نمونه خاک از عمق 30-0 سانتيمتري خاک نمونهبرداري شد. در مجموع از هفت نقطه در هر منطقه و چهل و دو نقطه در کل منطقه مورد مطالعه نمونههاي خاک جمعآوري شد. ويژگيهاي فيزيکي خاک شامل حجم درشت منافذ، تخلخل، چگالي ظاهري، ظرفيت نگهداري آب، نقطه اشباع، متوسط اندازه خاکدانه، پايداري خاکدانه و هدايت هيدروليکي اشباع در نمونههاي خاک به روشهاي آزمايشگاهي تعيين شدند. مقايسه بين مناطق مختلف از نظر ويژگيهاي خاک با روش مقايسه ميانگينها با استفاده از آزمون توکي انجام شد. از آزمون t زوجي براي مقايسه هر ويژگي خاک بين دو کاربري زمين (مرتع و ديم) استفاده شد.
يافتهها: بر اساس نتايج، بافت خاک در هفت منطقه مورد بررسي عبارت از لوم رسي، لوم رسي سيلتي، لوم رسي شني، لوم سيلتي، لوم، لوم شني و شن لومي بودند. همچنين در ساير ويژگيهاي خاک (ساختار، تخلخل، حفظ آب و هدايت هيدروليکي) تفاوت معنيداري بين مناطق وجود داشت. اثر خاکورزي بر تخريب ويژگيهاي فيزيکي خاک قابل توجه بود، به طوري که براي هر ويژگي فيزيکي خاک بين دو کاربري تفاوت معنيداري مشاهده شد. کاهش قابل توجهي در حجم تخلخل درشت (41 درصد)، تخلخل کل (22 درصد)، اندازه خاکدانه (60 درصد)، پايداري خاکدانه (71 درصد) و هدايت هيدروليکي اشباع (71 درصد) در زمينهاي ديم تحت خاکورزي معمولي مشاهده شد، در حالي که چگالي ظاهري (28 درصد) و ظرفيت نگهداري آب (11 درصد) با خاکورزي معمولي نسبت به خاک مراتع افزايش يافت. کاهش رطوبت اشباع خاک (حدود 4 درصد) در بيشتر مناطق معنيدار نبود. ميانگين تخريب ويژگيهاي فيزيکي خاک محاسبه شد و از 34 درصد در لوم رسي سيلتي تا 50 درصد در لوم متغير بود که با محتواي بالاتر ماده آلي خاک و پايداري خاکدانهها در اين خاک همراه بود.
نتايج: ويژگيهاي فيزيکي خاک به شدت تحت تأثير خاکورزي در اراضي ديم گندم در مناطق نيمهخشک قرار دارد. ميزان تخريب فيزيکي در بين ويژگيهاي خاک متفاوت است. پايداري خاکدانهها و هدايت هيدروليکي اشباع حساسترين ويژگيهاي فيزيکي خاک با خاکورزي معمولي هستند. حساسيت خاکهاي منطقه نيمهخشک به تخريب فيزيکي توسط خاکورزي معمولي متفاوت است. خاکهاي با بافت متوسط مانند لوم که نسبتاً خوب انباشته شدهاند، حساسترين خاکها به تخريب فيزيکي در منطقه هستند. پيشگيري از تغيير کاربري اراضي در مناطق داراي خاکهاي با بافت متوسط اولين گام و انجام خاکورزي حفاظتي دومين راهکار براي کنترل تخريب فيزيکي خاکهاي نيمهخشک است.
کليد واژهها: پايداري خاکدانه، خاکورزي حفاظتي، خاکهاي ميان بافت، ماده آلي، مرتع
مقدمه
رشد گياهان و عملکرد محصولات کشاورزي تحت تأثير عوامل گوناگون بهويژه ويژگيهاي خاک است. ويژگيهاي فيزيکي خاک مانند بافت، ساختمان، نفوذپذيري و تهويه تأثير به سزايي در رشد و توليد محصول ميگذارد (Diaz-Zorita et al., 2007). برخلاف بافت خاک که يک ويژگي تقريباً تغييرناپذير است، ساختمان خاک بهشدت تحت تأثير عوامل طبيعي و انساني تغيير پيدا ميکند (Zhang et al., 2008). ساختمان خاک، با تشکيل خاکدانهها نمود پيدا ميکند. خاکدانه سازي فرآيندي است که ذرات معدني خاک در اثر مواد سيماني، به هم چسبيده و واحدهاي ثانويه به نام خاکدانه را به و وجود ميآورند. مواد مختلفي مانند کانيهاي رسي، هوموس، کاتيونهاي کلسيم و منيزيم در اتصال ذرات به همديگر نقش ايفاء ميکند. در کنار اين، فرآيندهاي مانند يخ بستن و آب شدن و گسترش ريشهها در خاک، تشکيل ساختمان را تحت تأثير قرار ميدهند (Amézketa, 1999). ميزان تشکيل ساختمان به وجود مواد پيوند ذرات در خاک و حضور فرآيندهاي خاکدانه سازي وابسته است (Barthès et al., 2008; Nikpour et al., 2011). ميزان تشکيل ساختمان را ميتوان بر اساس فراواني خاکدانهها ارزيابي کرد. متوسط اندازه خاکدانه يکي از معيارها در اين زمينه است. پايداري خاکدانه مشخصه ديگر ساختمان خاک است که مقاومت خاک را در برابر نيروهاي تخريبکننده نشان ميدهد. نيروهاي تخريبکننده مانند ضربه قطرات باران، خيس شدن ناگهاني، عمليات خاکورزي، رفت و آمد دام و حرکت ماشينهاي کشاورزي نقش مهمي در تخريب ساختمان خاک دارند (Vaezi and Sadeghi, 2020). ميزان تشکيل و پايداري خاکدانهها بر توزيع اندازه منافذ خاک، جريان آب در خاک، تهويه ريشه، چرخه کربن، جذب و ذخيره عناصر غذايي اثر ميگذارد (Dıaz-Zorita et al., 2002) و بدين ترتيب بر باروري خاک و توليد محصولات کشاورزي را تحت تأثير قرار ميدهد. در کنار اين، ساختمان خاک نقش اساسي در مقاومت خاک در برابر فرسايش يا فرسايشپذيري خاک ايفا ميکند (Vaezi et al., 2010). گزارشها نشان ميدهد که خاکهايي که از فراواني بيشتر خاکدانههاي پايدار بهرهمندند. بهعنوان خاکهاي بارو هستند که کمتر تحت تأثير فرآيندهاي فرسايشي قرار ميگيرند (Karimi et al., 2018).
فراواني خاکدانههاي پايدار علاوه بر شرايط محيطي مانند نوع مواد مادري، آبوهوا، توپوگرافي و پوشش گياهي به عوامل مديريتي يا انساني نيز وابسته است. در عرصههاي مرتعي و کشاورزي، فعاليتهاي انسان بر روند تشکيل ساختمان خاک و پايداري آنها اثر ميگذارد. در مراتع، به دليل چراي دام ساختمان خاک سطحي تخريبشده، حجم منافذ درشت خاک کاهش مييابد و نفوذپذيري خاک افت پيدا ميکند. اين شرايط زمينه را براي توليد رواناب بيشتر و فرسايش شديد خاک فراهم ميآورد (Hamza and Anderson, 2005). در زمينهاي کشاورزي، نوع سيستمهاي خاکورزي، زمان اجراي آنها، الگوي کشت رعايت تناوب زراعي و آيش بر روند تشکيل ساختمان و پايداري خاکدانهها اثر ميگذارد. در کشاورزي تکمحصولي که غالباً بدون رعايت اصول کشاورزي (تناوب و آيش) انجام ميشود؛ ساختمانهاي مناسب در خاک تشکيل نميشود و درنتيجه باروري خاک طي سالها افت پيدا ميکند (Vaezi, 2021). در بيشتر کشتزارهاي کشور به دليل عدم توسعه دستگاههاي خاکورزي، عمليات شخم بهصورت سنتي يا مرسوم است. در اين شيوه که بهوسيلهي گاوآهن برگردان و بهطور سراسري انجام ميشود، به دليل عدم حفظ بقاياي گياهي و برگردان آن به خاک، خاکها عموماً از ماده آلي کم و ساختمان ضعيف برخوردار هستند. چنين شرايطي حساسيت خاکها را به فرآيندهاي فرسايشي مانند پاشماني، تشکيل سله و فرسايش سطحي بيشتر ميکند (Indoria et al., 2017).
بسياري از ويژگيهاي فيزيکي خاک تحت تأثير توأم بافت و ساختمان خاک هستند. با تخريب ساختمان خاک ويژگيهاي ديگر فيزيکي مانند تخلخل، حجم منافذ درشت، تخلخل کل، ظرفيت نگهداري آب، ظرفيت ذخيره آب، تهويه و نفوذپذيري خاک تحت تأثير قرار ميگيرد. اجراي عمليات مناسب خاکورزي که همراه با حفظ و برگردان بقاياي گياهي به خاک باشد به دليل تقويت ماده آلي خاک موجب بهبود تشکيل ساختمان و پايداري آن ميشود (Kranz et al., 2020). بورلي و همکاران (2017) در پژوهشهاي مختلف به نقش ساختمان خاک در افزايش مقاومت خاک در برابر فرسايش و بهبود ويژگيهاي فيزيکي خاک و توليد محصول اشارهشده است؛ پژوهشگران نشان دادند که هدايت هيدروليکي خاک از مؤثرترين ويژگيهاي خاک بر فرسايشپذيري خاک بوده؛ که به پايداري خاکدانه و نسبت جذب سديم خاک بستگي دارد (Borrelli et al., 2017). پروانک (2023) در پژوهشي به بررسي تأثير تغيير کاربري اراضي بر برخي ويژگيهاي فيزيکي و شيميايي و کيفيت خاک پرداختند. نتايج نشان دادند که تأثير تغيير کاربري اراضي باغ بادام به زمين زراعي، سبب کاهش کربن آلي، ميانگين وزني قطر خاکدانه، تخلخل و نفوذپذيري خاک و افزايش جرم مخصوص ظاهري خاک،pH، هدايت هيدروليکي و آهک گرديد (Parvanak, 2023). در مطالعهاي کودشووا و همکاران (2009) نقش ساختمان خاک در فرسايش پاشماني در منطقه نيمهخشک بررسي کردند و نشان دادند که با تخريب ساختمان خاک، هدايت هيدروليکي اشباع بهشدت کاهش مييابد و موجب فرسايش پاشماني ميشود (Kodešová et al., 2009). خرمالي و همکاران (2009) با بررسي اثر تغيير کاربري جنگل به کشتزار نشان داده شد که مقدار ماده آلي و پايداري خاکدانه کاهش و چگالي ظاهري خاک افزايش مييابد و به اين دليل نفوذپذيري خاک کاهش پيدا ميکند (Khormali et al., 2009). در پژوهشي ديگر غلامي و همکاران (2016) اثر تغيير کاربري اراضي بر برخي ويژگيهاي فيزيکي و شيميايي خاک ارزيابي کردند. نتايج نشان دادند که تأثير تغيير کاربري اراضي سبب افزايش جرم مخصوص ظاهري، کاهش تخلخل، کاهش هدايت هيدروليکي خاک و کاهش پايداري خاک گرديد (Gholami et al., 2016). جعفري و همکاران (2018) اثر شدت چراي دام (کم، متوسط و شديد) بر ويژگيهاي خاک بررسي کردند. نتايج نشان داد با افزايش شدت چرا ميزان پتاسيم محلول و آهک خاک، افزايش و ميزان سديم محلول و درصد سيلت خاک کاهش مييابد (Jafari et al., 2018). در تحقيقي کريمي و همکاران (2018) جهت بررسي تأثير تغيير کاربري زمين مرتعي به کشتزار بر ويژگيهاي فيزيکي خاک مشاهده کردند که تخلخل کل و درصد شن در کاربري مرتع بيشتر از کاربري کشت ديم و آبي بود. همچنين در کاربري کشاورزي بهخصوص کشت ديم در مقايسه با کاربري مرتع، هدايت هيدروليکي اشباع کمتر بود (Karimi et al., 2018). اخزري و احمدي (2019) با بررسي اثر تبديل اراضي مرتعي به اراضي کشاورزي در منطقه گنبد نشان دادند که مقدار سيلت، سديم و کلسيم و منيزيم در کاربري مرتعي بيشتر از کاربري اراضي مرتعي تبديلشده به کشاورزي بود (Akhzari and Ahmadi, 2019). در پژوهشي ديگر آقابيگي و فتاحي (2017)، بررسي کيفيت خاک در انواع پوشش گياهي نشان دادند که بيشترين کيفيت خاک در شرايط وجود بقايا و پوشش گياهي و کمترين آن در شرايط آيش بود (Aghabeigi and Fatahi, 2017).
مناطق نيمهخشک که از بارندگي حدود 250 تا 500 ميليمتر برخوردار هستند، از مناطق مهم کشت ديم در دنيا و ايران هستند. در اين مناطق همچنين مراتع از پوشش گياهي غيردائمي و پراکنده برخوردارند. در چنين مناطقي انجام عمليات خاکورزي سنتي و نيز چراي بيموقع و بيرويه دام شرايط را براي تخريب ساختمان خاک فراهم ميکند. گندم يکي از کشتهاي غالب در اراضي کشاورزي ديم در اين مناطق است؛ که معمولاً به روش سنتي و بهوسيلهي گاوآهن برگردان شخم و کشت ميشود. بيشتر اراضي ديم گندم در عرصههاي شيبدار واقعشده و عدم اجراي عمليات خاکورزي حفاظتي منجر به تخريب خاک و تشديد فرسايش ميشود (Vaezi and Heidari, 2019). از 1/6 ميليون هکتار اراضي تحت کشت گندم، 6/3 ميليون هکتار به کشت گندم ديم اختصاص دارد. استان زنجان يکي از منطقه اقليمي نيمهخشک در شمال غرب ايران است که حدود 320 هزار هکتار اراضي ديم برخوردار است و از آن، حدود 90 درصد تحت کشت گندم ديم قرار دارد. خاکورزي در اين اراضي بهصورت سنتي و بهوسيله گاوآهن برگردان بهطور سراسري انجام ميشود. عمليات شخم و کاشت در اوايل پاييز همزمان با آغاز بارشهاي فصلي انجام ميشود. شخم و کشت بهموازات شيب عامل ديگري است که منجر به هدر رفت فيزيکي خاک و تخريب ويژگيهاي خاک بهويژه ازنظر ساختمان ميشود و اينهمه عواملي مهم در افت باروري خاکها و افزايش فرسايشپذيري خاک هستند. کشاورزي معيشتي موجب شده است کشت به صورت تک محصولي و بدون رعايت اصول کشاورزي پايدار (آيش و تناوب) انجام گيرد. اگرچه در پژوهشهاي مختلف به نقش ساختمان در ويژگيهاي فيزيکي پرداختهشده است (Emami et al., 2016; Doa'I et al., 2020)، اما اطلاعات کافي در مورد نقش عمليات خاکورزي سنتي در افت ويژگيهاي فيزيکي خاک در اراضي ديم منطقه نيمهخشک موجود نيست. ازاينرو اين پژوهش باهدف بررسي تأثير خاکورزي سنتي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک در اراضي ديم منطقه نيمهخشک در استان زنجان انجام گرفت.
مواد و روشها
منطقه مورد بررسي
اين پژوهش در خاکهاي با بافت مختلف در استان زنجان انجام گرفت. اين منطقه با وسعت 22164 کيلومترمربع در طول بين شمال غرب کشور بين عرضهاي جغرافيايي 36 درجه و 018/41 دقيقه تا 36 درجه و 03/41 دقيقه شمالي و بين طولهاي جغرافيايي 48 درجه و 49/24 دقيقه تا 48 درجه و 52/24 دقيقه شرقي قرارگرفته است. اين استان از اقليم نيمهخشک با متوسط بارندگي سالانه 340 ميليمتر و متوسط درجه حرارت سالانه 7/11 درجه سلسيوس برخوردار است. اين منطقه پستيوبلنديهاي زيادي دارد و بيشترين وسعت آن را مناطق کوهستاني و تپهماهورها فراگرفته است (Abdinejad et al., 2018). با توجه به کمبود بارندگي و پراکنش غيريکنواخت آن طي سال، پوشش گياهي به صورت گياهان مرتعي پراکنده و غيردائمي است. منطقه غالباً از خاکهاي با بافت سنگين و با نيمرخ توسعهنيافته پوشيده شده است و خاکها عمدتاً از ماده آلي کم (کمتر از يک درصد) برخوردارند. خاکها ازنظر ساختماني ضعيف هستند و بهشدت به تخريب فيزيکي در اثر ضربه قطرات باران و عمليات خاکورزي حساس ميباشند. حساسيت زياد خاکها آنها را بهشدت در معرض فرايندهاي تخريب قرار ميدهد. خاکورزي سنتي که بدون حفظ بقاياي گياهي بوده و همراه با شخم سراسري با گاوآهن برگرداندار صورت ميگيرد از عوامل مهم تخريب خاک و افت باروري زمين است.
نمونهبرداري خاک
آزمايش در هفت عرصه که با توزيع اندازه ذرات خاک متفاوت بودند و در آن دو نوع کاربري زمين (1-مرتع ضعيف و 2- کشت ديم) وجود داشت، به اجرا درآمد. در هر عرصه نمونههاي خاک از هر دو شرايط کاربري زمين از عمق صفر تا 30 سانتيمتر در سه تکرار جمعآوري گرديد. در مجموع 21 نقطه مورد نمونهبرداري خاک قرار گرفت. براي بررسي تخريب ويژگيهاي فيزيکي خاک، نمونههاي خاک از الک 8 ميليمتر عبور داده شدند. علاوه بر نمونه خاک گذرانده از الک 8 ميليمتر، نمونههاي ديگري از خاک از هر دو کاربري زمين از عمق مذکور براي انجام تجزيههاي رايج آزمايشگاهي برداشت شد و از الک 2 ميليمتر عبور داده شد. براي تعيين ويژگيهاي فيزيکي و شيميايي خاک، نمونهها پس از هوا خشک شدن، از الک 2 ميليمتري گذرانده شدند.
تعيين ويژگيهاي خاکها
ويژگيهاي خاک شامل توزيع اندازه ذرات خاک، ماده آلي، کربنات کلسيم معادل، شوري و واکنش که دستخوش تغييرات فيزيکي نميشوند، در نمونههاي خاک گذرانده از الک 2 ميليمتر اندازهگيري شد. براي اين منظور توزيع اندازه ذرات خاک به روش هيدرومتري (Bouyoucs, 1962) تعيين شد. مقدار ماده آلي به روش اکسيداسيون تر (Walkley and Black, 1934)، کربنات کلسيم معادل به روش خنثيسازي کل کربناتهاي خاک با اسيدکلريدريک و محاسبه بر اساس کربنات کلسيم (Page et al., 1982) به دست آمد. واکنش خاک در گل اشباع بهوسيله pH سنج و درجه شوري خاک در عصاره گل اشباع خاک بهوسيله دستگاه هدايت الکتريکي سنج (Western and Blöschl, 1999) اندازهگيري شدند. با تعيين مقدار رطوبت خاک در حالت گل اشباع، درصد رطوبت اشباع خاکها (SP) تعيين شد. چگالي ظاهري خاک (BD) با استفاده از روش سيلندر فلزي اندازهگيري شد (Blake and Hartgem, 1986). براي تعيين تخلخل کل از رابطه آن با چگالي ظاهري و حقيقي خاک بهدست آمد. حجم منافذ درشت خاک از تفاوت رطوبت اشباع و رطوبت ظرفيت نگهداري آب خاک تعيين شد (Alakukku, 1996) ظرفيت نگهداري آب در خاک (FC) با استفاده از دستگاه صفحات فشاري در مکش 33 کيلو پاسکال تعيين شد (Dewis and Freitas,1984)؛ و هدايت هيدروليکي اشباع به روش بار ثابت در ستون خاک اندازهگيري شد (McKenzie et al., 2002). بهمنظور تعيين ميانگين قطر خاکدانه، از سري الکهاي 8، 75/4، 36/2، 2، 18/1، 6/0، 3/0، 25/0 و 15/0 ميليمتر استفاده شد و ميانگين وزني اندازه خاکدانه با استفاده از رابطه زيرحساب شد:
(1) | Ag.size = |
(2) | MWD = | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(3) |
|
(4) |
|
|
|
| بافت خاک |
|
|
|
|
شن لومي | لوم شني
| لوم
| لوم سيلتي | لوم رس شني | لوم رس سيلتي | لوم رسي
| ويژگيهاي خاک |
00/75 | 17/67 | 72/45 | 90/33 | 00/55 | 01/19 | 88/26 | شن (%) |
50/17 | 32/25 | 77/36 | 60/53 | 50/22 | 48/43 | 60/35 | سيلت (%) |
50/7 | 50/7 | 50/17 | 50/12 | 50/22 | 50/37 | 50/37 | رس (%) |
29/1 | 40/1 | 20/1 | 28/1 | 29/1 | 23/1 | 17/1 | چگالي ظاهري (g/cm3) |
30/51 | 10/47 | 70/54 | 70/51 | 90/47 | 70/43 | 80/55 | تخلخل کل (%) |
00/34 | 00/32 | 00/31 | 00/30 | 00/33 | 00/23 | 00/33 | حجم منافذ درشت (%) |
10/17 | 40/14 | 30/23 | 80/20 | 00/14 | 30/20 | 20/20 | ظرفيت مزرعه (%) |
50/30 | 80/36 | 70/45 | 30/42 | 00/31 | 10/41 | 40/39 | رطوبت اشباع (%) |
68/1 | 09/1 | 22/2 | 53/2 | 43/2 | 54/1 | 07/1 | اندازه خاکدانه (mm) |
76/0 | 92/0 | 97/0 | 98/0 | 97/0 | 44/0 | 52/0 | پايداري خاکدانه (mm) |
24/3 | 86/13 | 82/6 | 20/10 | 22/8 | 48/6 | 34/5 | هدايت هيدروليکي (cm.h-1) |
80/25 | 60/29 | 00/27 | 60/26 | 00/20 | 00/25 | 40/1 | کربنات کلسيم (%) |
73/0 | 81/0 | 58/0 | 96/0 | 34/0 | 33/0 | 30/23 | ماده آلي (%) |
در کشتزارهاي تحت کشت ديم، تفاوت بيشتري ميان خاکها از نظر ويژگيهاي فيزيکي وجود دارد؛ به طوري که ضريب تغييرات حجم منافذ درشت، تخلخل کل، چگالي ظاهري، رطوبت ظرفيت مزرعه، رطوبت اشباع، اندازه خاکدانه، پايداري خاکدانه و هدايت هيدروليکي اشباع به ترتيب 30، 8، 6، 33، 33، 47، 48 و 204 درصد بود. اين نتايج نشان ميدهد که با انجام خاکورزي سنتي، غيريکنواختي فيزيکي خاکها به ويژه از نظر هدايت هيدروليکي اشباع بيشتر ميشود. وجود تفاوت اساسي ميان خاکها از نظر هدايت هيدروليکي و نفوذپذيري قبلاً نيز در برخي پژوهشها بيان شده است. گزارشها نشان ميدهد اندازه و پيوستگي خلل و فرج خاک سطحي بيشترين تأثير را در شدت نفوذ آب به خاک دارد (Ramezani et al., 2020). ساير مطالعات که شخم برگردان از طريق کاهش مواد آلي باعث تخريب ساختمان و کاهش نفوذپذيري خاک ميشود (Lemann et al., 2019).
اثرات خاکورزي سنتي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک
مقايسه ويژگيهاي فيزيکي خاک بين دو نوع کاربري زمين (1-مرتع ضعيف و 2- کشت ديم) نشان داد که عمليات خاکورزي و کشت، کمترين تأثير را روي درصد رطوبت اشباع خاکها دارد؛ به طوري که تنها 4 درصد افزايش در رطوبت اشباع در کشتزارهاي تحت کشت مشاهده شد. بيشترين تأثير خاکورزي سنتي در کاهش پايداري خاکدانه بود؛ به طوري که از 69/0 ميليمتر در شرايط مرتع به 18/0 ميليمتر در کشت ديم (74 درصد) کاهش يافت. همچنين در اثر کشت، ويژگيهاي ديگر فيزيکي شامل حجم منافذ درشت، تخلخل کل، چگالي ظاهري، رطوبت ظرفيت مزرعه، اندازه خاکدانه و هدايت هيدروليکي اشباع به ترتيب 36، 20، 23، 10، 63 و 46 درصد تغيير يافتند. در کشتزارها نسبت به مراتع، حفظ آب در خاک (رطوبت مزرعه و رطوبت اشباع) و چگالي ظاهري افزايش و ساير ويژگيها (حجم منافذ درشت، تخلخل کل، اندازه خاکدانه و هدايت هيدروليکي اشباع) کاهش پيدا کردند. اين نتايج نشان از افت ويژگيهاي فيزيکي خاک در اثر عمليات خاکورزي و کشت است.
|
|
|
|
|
|
|
|
شکل 1. مقايسه ميانگينهاي ويژگيهاي فيزيکي بين خاکها در شرايط مرتع (سفيد) و تحت کشت ديم (سياه).
(حروف انگليسي کوچک نتايج مقايسهها را در مراتع و حروف انگليسي بزرگ مقايسهها را در کشتزارهاي تحت کشت نشان ميدهد.)
تحليل آماري اثرات خاکورزي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک
مقايسه ويژگيهاي فيزيکي خاک بين دو نوع کاربري زمين (1-مرتع ضعيف و 2- کشت ديم) با استفاده از آزمون t جفتي نشان داد که در همه خاکها، خاکورزي سنتي باعث تغييرات اساسي در حجم منافذ درشت، تخلخل کل، چگالي ظاهري، رطوبت ظرفيت مزرعه (به جز خاک لوم شني)، اندازه خاکدانه، پايداري خاکدانه و هدايت هيدروليکي اشباع ميشود. رطوبت اشباع خاک کمترين اثرپذيري را از عمليات خاکورزي و کشت نشان داد؛ بهطوريکه تنها در خاک لوم رس شني، لوم سيلتي و شن لومي تفاوت معنيدار از نظر رطوبت اشباع بين دو نوع کاربري زمين مشاهده شد (جدول 2). در خاکهاي با بافت بسيار درشت مانند لوم شني و نيز خاکهاي با بافت بسيار ريز مانند لوم رسي، به دليل نبود ساختمان مناسب، تغييراتي از نظر رطوبت اشباع بين دو نوع کاربري زمين وجود نداشت. در خاک با بافت درشت به دليل کمبود مواد پيونددهنده ذرات خاک، زمينه براي تشکيل ساختمان خاک فراهم نميشود (Vaezi, 2021).
بيشترين تغييرات حجم منافذ درشت (123 درصد)، چگالي ظاهري (36 درصد) و اندازه خاکدانه (73 درصد) در خاک لوم بود. بيشترين تغييرات تخلخل کل (30 درصد) در خاک لوم شني، پايداري خاکدانه (82 درصد) در خاک لوم سيلتي، ظرفيت نگهداري آب (15 درصد) در خاک لوم، رطوبت اشباع (15 درصد) در خاک لوم رس شني و هدايت هيدروليکي اشباع (95 درصد) در خاک لوم سيلتي بود (شکل 2). اين نتايج نشان ميدهد که بيشترين افت ويژگيهاي فيزيکي خاک در اثر کشت غالباً در خاکهاي ميان بافت و تااندازهاي خاکهاي درشتبافت به وقوع ميپيوندد. تشکيل خاکدانهها در خاکهاي درشتبافت عمدتاً کمتر و پايداري آنها اندک است. ازاينرو اثرات خاکورزي و کشت در افت ويژگيهاي فيزيکي آنها نيز کمتر است. در خاکهاي رسي نيز وجود ماده آلي اندک عاملي در ضعف تشکيل خاکدانهها و پايداري آنها است و اين موجب ميشود پيامدهاي تغيير کاربري زمين و خاکورزي سنتي در افت ويژگيهاي فيزيکي در آنها نيز کمتر از خاکهاي ميان بافت نمود پيدا کند.
جدول 2. مقايسه ويژگيهاي فيزيکي خاک بين دو نوع کاربري زمين با استفاده از آزمون t جفتي
ميانگين تغييرات | بافت خاک
| |||||||
هدايت هيدروليکي | پايداري خاکدانه | اندازه خاکدانه | رطوبت اشباع | رطوبت ظرفيت مزرعه | چگالي ظاهري | تخلخل کل | حجم منافذ درشت | |
***2/3 | **3/0 | **4/0 | 2/1-ns | *7/1- | **3/0- | ***6/13 | ***15 | لوم رسي |
***5/5 | **2/0 | **8/0 | 9/0-ns | *6/1- | **4/0- | ***1/4 | **6 | لوم رس سيلتي |
***8/5 | ***8/0 | ***6/1 | *1/2- | *9/1- | ***4/0- | ***7/11 | ***13 | لوم رس شني |
***7/9 | ***8/0 | ***7/1 | *7/2- | *2/1- | ***2/0- | ***3/8 | ***10 | لوم سيلتي |
***4/1 | ***7/0 | ***6/1 | 3/1-ns | *6/3- | *4/0- | ***5/15 | ***17 | لومي |
***9/12 | ***7/0 | *4/0 | 2/1-ns | 5/1-ns | ***4/0- | ***9/13 | ***15 | لوم شني |
***4/1 | **6/0 | ***1/1 | *9/1- | *9/1- | *3/0- | ***8/12 | ***15 | شن لومي |
ميانگين تغييرات با استفاده از معادله (4) حساب شد. *و**و***: به ترتيب بيانگر تفاوت معنيدار در سطوح 95 و 99، 99/99 درصد و ns: عدم وجود اثر معنيداري.
بهعبارتديگر در مناطق نيمهخشک که عموماً تشکيل ساختمان خاک و پايداري آن کمتر است، خاکهاي ميان بافت به دليل برخورداري از خاکدانه بيشتر و نسبتاً پايدار بهشدت تحت تأثير تغيير کاربري زمين و کشت دچار تغييرات فيزيکي ميشوند. عمليات خاکورزي سنتي که از يکسو با تخريب مکانيکي کلوخهها و خاکدانهها همراه است و از سوي ديگر منجر به کاهش ماده آلي خاک ميشود، بيشترين پيامد منفي را در خاکها ميان بافت دارد. گزارشها نشان ميدهد که هرچه شدت عمليات خاکورزي در کشتزارها بيشتر باشد بازگشت بقاياي گياهي کمتر ميشود و اين باعث کاهش ماده آلي و افزايش هدر رفت خاک ميشود (Huang and Lo, 2015). در پژوهشهاي پيشين ليو و همکاران (2019) نيز نشان داده شد که ماده آلي يکي از عوامل اثرگذار در پايداري خاکدانهها است و مقدار زياد آن در خاک مراتع نسبت به اراضي زراعي باعث افزايش پايداري خاکدانهها ميشود (Liu et al., 2019).
|
|
|
|
|
|
|
|
شکل 2. تخريب فيزيکي خاکها در اثر تغيير کاربري زمين در کشتزارهاي ديم با خاک مختلف
|
حساسترين خاکها به عمليات خاکورزي
براي شناسايي حساسترين خاک به افت ويژگيهاي فيزيکي در اثر تغيير کاربري زمين و خاکورزي سنتي، از شاخص ميانگين تخريب ويژگيهاي فيزيکي استفاده شد. نتايج نشان داد بين خاکها از نظر اين شاخص تفاوتهاي اساسي وجود دارد؛ بهطوريکه بيشترين ميانگين تخريب فيزيکي در خاک لوم (50 درصد) و کمترين آن در خاک لوم رس سيلتي (34 درصد) بود (شکل 3 الف). خاک لوم به دليل داشتن محتواي ماده آلي بيشتر (58 درصد) از خاکدانههاي پايداريتري برخوردار بود (MWD= 0.97mm). در خاک لوم رس سيلتي ميزان تشکيل خاکدانهها اندک و پايداري آنها بسيار کمتر بود (MWD= 0.44 mm) که دليل آن پايين بودن مقدار ماده آلي بود (33/0 درصد). اين نتايج نشان ميدهد خاکها با ساختمان نسبتاً پايدار، بيشترين آسيب را از عمليات خاکورزي ميبينند؛ در حالي که در خاکهاي با ساختمان ضعيف پيامدهاي تخريب فيزيکي، نمود کمتري پيدا ميکند. گزارشهاي مختلف به نقش شيوههاي مديريت خاک در اندازه و پايداري ساختمان خاک تأکيد شده است و اثرپذيري ساختمان از شيوههاي مديريتي به نوع خاک وابسته است (Bouma, 2020). در مطالعهاي ابروغي و همکاران (2012) براي تشخيص بهترين شيوههاي خاکورزي در خاک لوم شني در فرانسه نشان دادند که مقاومت به نفوذ، در خاکورزي سطحي نسبت به خاکورزي عميق به شدت کاهش يافت (Abrougui et al., 2012). بررسيها روي اثرات خاکورزي بر ويژگيهاي فيزيکي خاک در کشتزار ديم گندم در پاکستان نشان داد که چگالي ظاهري، مقاومت به نفوذ و محتواي رطوبتي به شدت تحت تأثير روشهاي خاکورزي هستند و در خاکورزي عميق نسبت به خاکورزي کمعمق، ويژگيهاي خاک بهتر هستند.
|
|
شکل 3. ميانگين تخريب فيزيکي خاک در اثر خاکورزي سنتي در خاکهاي با بافت مختلف (الف) و ارتباط آن با پايداري خاکدانه (ب)
وابستگي تغييرات فيزيکي خاک به ويژگيهاي خاک
نتايج نشان داد که بين شدت تخريب فيزيکي خاک و ويژگيهاي خاک ارتباط برقرار است. پايداري خاکدانه، قويترين ارتباط را با شدت تخريب فيزيکي نشان داد؛ به طوري که رابطه خطي قوي بين شدت تخريب فيزيکي خاک و پايداري خاکدانه وجود داشت (01/0>p و 86/0 =2R) (شکل 3 ب). اين نتيجه نشان ميدهد در خاکهاي منطقه نيمهخشک که عموماً از پايداري اندکي در برابر آب برخوردارند، خاکهايي که ساختمان نسبتاً پايدارتري دارند، بيشتر تحت تأثير تخريب فيزيکي قرار ميگيرند. در حقيقت در خاکهايي که ذاتاً ساختمان خاک ضعيفي دارند، انجام عمليات خاکورزي باعث تغييرات شديد در ويژگيهاي فيزيکي آنها نميشود؛ در حالي که عرصههاي با خاک نسبتاً مقاوم، از خاکورزي سنتي بيشتر آسيب ميبيند. برخي پژوهشگران عنوان کردند که خاکورزي باعث تخريب ساختمان خاک، کاهش مواد آلي و پايداري خاکدانهها ميشود (Doaei et al., 2020). شيوه مديريت و تغيير کاربري زمين بهطور مستقيم ويژگيهاي فيزيکي، شيميايي، بيولوژيکي را تحت تأثير قرار ميدهد. استفاده از ماشينآلات کشاورزي عامل اصلي براي کاهش شديد ماده آلي خاک و پايداري خاکدانه در اراضي است (Wang et al., 2014). در پژوهشهاي مختلف، نقش منفي مديريت نامناسب خاک در کاهش پايداري خاکدانه به اثبات رسيده است (Kabiri et al., 2015; Kabiri Dorji et al., 2017).
نتيجهگيري
اين پژوهش نشان ميدهد که تغيير کاربري مراتع به کشتزارهاي ديم و انجام خاکورزي سنتي در آنها از عوامل مهم تخريب خاک در منطقه نيمهخشک هستند. ويژگيهاي فيزيکي خاکهاي اين مناطق بهشدت تحت تأثير عمليات خاکورزي سنتي قرار ميگيرند؛ بهطوريکه در خاکهاي مورد بررسي بهطور ميانگين حجم منافذ درشت، چگالي ظاهري، تخلخل کل، اندازه خاکدانه، پايداري خاکدانه، ظرفيت نگهداري آب، رطوبت اشباع و هدايت هيدروليکي اشباع به ترتيب 65، 25، 20، 52، 62، 8، 4 و 62 درصد دچار تغيير شدند. اين نتايج نشان ميدهد که نسبت منافذ درشت خاک بيشترين اثرپذيري و رطوبت اشباع خاک کمتري اثرپذيري را از خاکورزي سنتي گرفتند. شدت تخريب فيزيکي در اثر خاکورزي سنتي، ميان خاکهاي با بافت مختلف بسيار متفاوت بود. براي ارزيابي اين موضوع، از شاخص ميانگين تخريب فيزيکي استفاده شد. نتايج نشان داد کمترين ميانگين تخريب فيزيکي در خاک لوم رس سيلتي (34 درصد) و بيشترين مقدار آن در خاک لوم (50 درصد) است. اين نتيجه نشان ميدهد که شدت تخريب فيزيکي خاک به پايداري ساختمان خاک بستگي دارد. معمولاً خاکهاي برخوردار از خاکدانههاي پايدار که عمدتاً شامل خاکهاي ميان بافت و تا اندازهاي خاکهاي درشتبافت است، حساسيت بيشتري به افت ويژگيهاي فيزيکي خاک در اثر تغيير کاربري زمين و اجراي عمليات خاکورزي دارند. از آنجا که تشکيل خاکدانهها در خاکهاي درشتبافت، کمتر و پايداري آنها اندک بوده، اثرات تغيير کاربري زمين و انجام خاکورزي سنتي در افت ويژگيهاي فيزيکي آنها نيز کمتر است. بهطورکلي اين پژوهش نشان داد که خاکهاي با بافت متوسط مانند لوم حساسترين خاکها به تخريب فيزيکي در اثر خاکورزي سنتي هستند و جلوگيري از تغيير کاربري زمين و اجراي خاکورزي حفاظتي براي حفظ ساختمان خاک و جلوگيري از تحليل ويژگيهاي فيزيکي از اهميت به سزايي برخوردار است.
Reference:
Abrougui, K., Chehaibi, S., Louvet, J.N., Hannachi, C., & Destain, M.F. (2012). Soil Structure and the Effect of Tillage Systems. Bulletin of the University of Agricultural Sciences & Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Agriculture, 69(1).
Aghabeigi, S., & Fatahi, B. (2017).Investigating the effect of vegetation cover and some soil properties on the hydrological behavior of watersheds (case study: Gombad Hamadan watershed). Pasture, 11(1), 83-93.
Akhzari, D., & Ahmadi, S. (2019). Studying the effects of rangeland conversion to agricultural on the chemical and physical soil properties (case study: gonbad area, hamadan province). Environmental Science and Technology, 21(8), 135-146 [in Persian]
Abdinejad, P., Faiz Nia, S., Pirovan, H., Fayazi, F., & Shabani A. (2018). Marl units classified of zanjan province based on physiochemical characteristics with using of factor analysis. Earth Science Research, 9(2), 113-97 [in Persian]
Alakukku, L. (1996). Persistence of soil compaction due to high axle load traffic. I. Short-term effects on the properties of clay and organic soils. Soil and Tillage Research, 37, 211-222.
Amézketa, E. (1999). Soil aggregate stability: a review. Journal of Sustainable Agriculture, 14(2-3), 83-151.
Borrelli, P., Lugato, E., Montanarella, L., & Panagos P. (2017). A new assessment of soil loss due to wind erosion in European agricultural soils using a quantitative spatially distributed modelling approach. Land Degradation and Development, 28(1), 335-344.
Bouma, J. (2020). Effect of soil structure, tillage, and aggregation upon soil hydraulic properties. In Interacting Processes in Soil Science (pp. 1-36). CRC Press.
Barthès, B. G., Brunet, D., Hien, E., Enjalric, F., Conche, S., Freschet, G. T & Toucet-Louri, J. (2008). Determining the distributions of soil carbon and nitrogen in particle size fractions using near-infrared reflectance spectrum of bulk soil samples. Soil Biology and Biochemistry, 40(6), 1533-1537.
Blake, G.R. & Hartge, K.H. (1986). Particle density. Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods, 5, 377-382.
Bouyoucs, G J. (1962).Hydrometer method improved for making particle size analyses of soils. Agronomy Journal, 54(5):464-465.
Doaei, S., Pazira, E., Mahmoodi, S., & Mohammadi Torkashvand, A. (2020). Role of conservative agriculture in the sustainability of soil structure in achieving sustainable management. International Journal of Agricultural Management and Development, 10(1), 59-69.
Doa'i S., Sobhara A., Mahmoudi S., & Mohammadi Turkashund, A. (2020). Role of conservative agriculture in the sustainability of soil structure in achieving sustainable management. International Journal of Agricultural Management and Development, 10(1), 59-69 [in Persian]
Dorji, T., Odeh, I. O.A., & Field, D.J. (2017). Effects of land use/land cover on aggregate fractions, aggregate stability, and aggregate-associated organic carbon in a montane ecosystem. In Proceedings of the Global Symposium on Soil Organic Carbon, 279-282.
Diaz-Zorita, M., Grove, J.H., & Perfect E. (2007). Sieving duration and sieve loading impacts on dry soil fragment size distributions. Soil and Tillage Research, 94(1), 15-20.
Dıaz-Zorita, M., Perfect, E., & Grove, J. H. (2002). Disruptive methods for assessing soil structure. Soil and Tillage Research, 64(1-2), 3-22.
Dewis, J. & Freitas, F. (1984). Physical and chemical methods of soil and water analysis. FAO soils Bulletin, (10).
Emami, S., Jalalian, A., & Khosravi, A. (2016). The role of soil chemical and physical characteristics in landslide occurrence (case study: afsar abad area in chaharmahal and bakhtiari province). Research Journal of Watershed Management, 7(13), 182-192 [in Persian]
Gholami, L., Davari, M., Nabiollahi, K., & Joneidi Jafari, H. (2016). Effect of land use changes on some soil physical and chemical properties (case study: Baneh). Gorgan. J. Journal of Water and Soil Resources Conservation (WSRCJ), 5(3), 14-25.
Liu, M., Han, G., Li, Z., Zhang, Q., & Song, Z. (2019). Soil organic carbon sequestration in soil aggregates in the karst Critical Zone Observatory, Southwest China. Plant, Soil and Environment, 65(5), 253-259.
Indoria, A.K., Rao, C.S., Sharma, K.L., & Reddy, K.S. (2017). Conservation agriculture–a panacea to improve soil physical health. Current Science, 52-61.
Lemann, T., Sprafke, T., Bachmann, F., Prasuhn, V., & Schwilch, G. (2019). The effect of the Dyker on infiltration, soil erosion, and waterlogging on conventionally farmed potato fields in the Swiss Plateau. Catena, 174, 130-141.
Huang, T.C.C., & Lo, K.F.A. (2015). Effects of land use change on sediment and water yields in Yang Ming Shan National Park, Taiwan. Environments, 2(1), 32-42.
Hamza, M.A. & Anderson, W.K. (2005). Soil compaction in cropping systems: A review of the nature, causes and possible solutions. Soil and Tillage Research, 82(2), 121-145.
Jafari, S., Gorbani, A., Hashemimajd, K., & Ghafari, S. (2018). The effects of livestock grazing intensity on soil physicochemical properties in Moghan rangelands. Water and Soil Journal, 32(4), 751-762 [in Persian]
Karimi, A., Mughani, N., Mohammadi, J., & Naderi, M. (2019). Investigation of some soil physical quality properties in different land uses in bardeh catchment, shahrekord (bhaharmahal and bakhtiari province. Journal of Water and Soil Conservation Research, 25(5), 249-263 [in Persian]
Kabiri, V., Raiesi, F., & Ghazavi M.A. (2015). Six years of different tillage systems affected aggregate-associated SOM in a semi-arid loam soil from Central Iran. Soil and Tillage Research, 154, 114-125.
Kemper, W.D. & Rosenau, K. (2006). Size distribution of aggregates. Methods of Soil Analysis, 425-442
Kodešová, R., Vignozzi, N., Rohošková, M., Hájková, T., Kočárek, M., Pagliai, M., & Šimůnek, J. (2009). Impact of varying soil structure on transport processes in different diagnostic horizons of three soil types. Journal of Contaminant Hydrology, 104(1-4), 107-125.
Kranz, C.N., McLaughlin, R.A., Johnson, A., Miller, G., & Heitman, J.L. (2020). The effects of compost incorporation on soil physical properties in urban soils–A concise review. Journal of Environmental Management, 261, 110209.
Khormali, F., Ajami, M., Ayoubi, S., Srinivasarao, C., & Wani, S. P. (2009). Role of deforestation and hillslope position on soil quality attributes of loess-derived soils in Golestan province, Iran. Agriculture, Ecosystems and Environment, 134(3-4), 178-189.
McKenzie, N., Coughlan, K., & Cresswell, H. (2002). Soil physical Measurement and Interpretation for Land Evaluation.
Nikpour, M., Mahboubi, A., Mossadeghi, M., & Safadoost, A. (2011). Assessment of effect of soil intrinsic properties on soil structural stability of some soils in Hamadan province. Journal of Water and Soil Science, 15(58), 85-96 [in Persian]
Owliaie, H. R., Heck, R. J., & Abtahi, A. (2006). The magnetic susceptibility of soils in Kohgilouye, Iran. Canadian journal of soil science, 86(1), 97-107.
Parvanak, k. (2023).The effect of changing land use of almond orchards in saman plain of chaharmahal and bakhtiari province to agricultural lands on some physical and chemical indicators of soil quality. Journal of Water and Soil Resources Conservation (WSRCJ), 13(2), 67-82.
Page, A. L., & Page, A. L. (1982). Methods of soil analysis: chemical and microbiological proerpteis. Amen Society of Agronomy.
Ramezani, N., Sayyad, G. A., Barzegar, A. R., & Landi, A. (2020). Effect of soil structure on near-saturated hydraulic characteristics using a tension infiltrometer. Irrigation Sciences and Engineering, 43(2), 77-92.
Vaezi, A.R. 2021. Water Erosion: Processes and Models. University of Zanjan Press, Pages: 453.
Vaezi, A.R. & Sahandi, kh. (2020). Effect of soil structure breakdown on splash erosion in different soil textures. Journal of Watershed Science and Engineering, 14(48), 11-20[in Persian]
Vaezi, A.R. & Heidari, M. (2019). The effect of wheat straw on flow characteristics and rill erosion in wheat rainfed field. Journal of Soil and Water Research, 50(1), 53-63 [in Persian]
Vaezi, A.R., Bahrami, H.A., Sadeghi, S.H.R., & Mahdian, M.H. (2010). Modeling relationship between runoff and soil properties in dry-farming lands, NW Iran. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 7(2), 2577-2607.
Wang, H., Guan, D., Zhang, R., Chen, Y., Hu, Y., & Xiao, L. (2014). Soil aggregates and organic carbon affected by the land use change from rice paddy to vegetable field. Ecological Engineering, 70, 206-211.
Western, A.W. & Blöschl G. 1999. On the spatial scaling of soil moisture. Journal of Hydrology, 217(3-4), 203-224.
Walkley, A. & Black I.A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, 37(1), 29-38.
Zhang, Z., Wei, C., Xie, D.Gao, M., & Zeng X. (2008). Effects of land use patterns on soil aggregate stability in Sichuan Basin, China. Particuology, 6(3), 157-166.
مقالات مرتبط
-
ارزیابی قابلیت گیاهان مؤثر در مهار فرسایش آبکندی (مطالعه موردی: منطقه کنارتخته استان فارس)
تاریخ چاپ : 1402/01/01 -
بررسی اثر کمآبیاری و سطوح کود نیتروژن بر عملکرد و بهرهوری مصرف آب در گیاه سویا
تاریخ چاپ : 1402/02/01
حقوق این وبسایت متعلق به سامانه مدیریت نشریات دانشگاه آزاد اسلامی است.
حق نشر © 1404-1400