تأثیر کاربرد جداگانه و ترکیبی ورمی کمپوست و نانو ذرات سیلیکا بر نفوذپذیری خاک

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

سیده صبا موسوی فر ¹ , سید حمیدرضا صادقی ² , نادر بهرامی‌فر ³

1 - دانشگاه تربیت مدرس
2 - استاد دانشگاه تربیت مدرس
3 - دانشگاه تربیت مدرس

تاریخ دریافت : 1396/03/24 تاریخ پذیرش : 1396/06/05 تاریخ انتشار : 1396/08/01

کلید واژه: افزودنی خاک, اصلاح کننده های خاک, تولید رواناب, تخریب اراضی, حفاظت آب و خاک,

چکیده مقاله :

نفوذپذیری خاک، از مهم ترین عوامل مؤثر در میزان تولید رواناب و ارزیابی وضعیت آبخیزهاست و راه کارهای متعددی برای بهبود آن ارائه شده است. ولی استفاده ازذرات نانو به صورت جداگانه و در ترکیب با افزودنی های آلی با هدف بهبود میزان نفوذ آب در خاک کم تر استفاده شده است. به همین دلیل در پژوهش حاضر سعی ش دتأثیر افزودنی آلی ورمی کمپوست به میزان 100 گرم بر مترمربع و هم چنین نانوسیلیکا در سه سطح سه، هفت و 10 گرم بر مترمربع به صورت جداگانه و ترکیبی برنفوذپذیری خاک حساس به فرسایش منطقه مرزن آباد- کندلوس در شرایط آزمایشگاهی و با استفاده از کرت های کوچک فرسایشی ارزیابی شود. برای همین منظورمقدار نفوذ آب در خاک پس از شبیه سازی باران طرح با شدت 50 میلی متر بر ساعت و دوام 50 دقیقه در تیمارهای مختلف اندازه گیری شده و در نهایت تجزیه و10 گرم بر مترمربع) در سطح اطمینان ) (NS تحلیل های آماری انجام شد. نتایج نشان داد که تمام تیمارهای مورد استفاده در پژوهش به جز تیمار سطح سه نانوسیلیکا ( 3و نیز (NS نانوسیلیکا سطح دو ( 2 ،(NS نانوسیلیکا سطح یک ( 1 ،(V) 99 درصد نفوذپذیری خاک نسبت به تیمار شاهد را افزایش داد. میزان نفوذ آب در خاک تیمارهای،24/ به ترتیب 79 (VNS و ورمی کمپوست و نانوسیلیکا سطح سه ( 3 (VNS ورمی کمپوست و نانوسیلیکا سطح دو ( 2 ،(VNS ورمی کمپوست و نانوسیلیکا سطح یک ( 10/24 درصد کاهش داشت. تفاوت در عملکرد کاربرد جداگانه و ترکیبی ورمی کمپوست و ،(NS 23 درصد افزایش و در ( 3 / 15/09 و 30 ،14/05 ،10/18 ،30/63نانوسیلیکا مؤید ضرورت استفاده صحیح از افزودنی ها در مدیریت منابع آب و خاک است.

چکیده انگلیسی:

The water infiltration into the soil is an effective factor on runoff generation and watershed situation. Althoughmany approaches have been therefore developed to improve infiltration process, but, less attention has been paidto use nano-paticels individually and in combination with organic amendment with the aim of improvement ofwater infiltration into the soil. The present research has been hence planned to assess the effect of organicvermicompost (V) amendment in 100 g m-2 and silica nanoparticles in 3 levels of 3, 7 and 10 g m-2 individuallyand in compound on infiltration of a sensitive soil to erosion from Marzanabad-Kandelus at small plots scaleunder experimental situation. The water infiltration measured under rainfall simulation with intensity of 50 mmh-1 and 50 min duration and different treatments and the statistical analysis was accordingly conducted. Theresults showed that all treatments except silica nanoparticles level three (NS3), increased the infiltration anddecreased runoff volume compared to the control treatment. The water infiltration into soil in the cases of (V),silica nanoparticles (level one) (NS1), silica nanoparticles (level two) (NS2), vermicompost and silicananoparticles (level one ) (VNS1), vermicompost and silica nanoparticles (level two) (VNS2), vermicompost andsilica nanoparticles (level three) (VNS3) increased by 24.79, 30.63 , 10.18, 14.05, 15.09 and 23.30 %,respectively and the (NS3) decreased by 0.24 %. The differences between performance of individually andcombined application of vermicompost and silica nanoparticles confirmed the necessity of the correct usage ofamendment in soil and water management.

منابع و مأخذ:

زمردیان، س. م. ع.، سلیمانی، ا. 1395. تأثیر ماده افزودنی نانوسیلیس بر فرسایش‌پذیری خاک. نشریه علوم آب و خاک- علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 21(1): 217-227.‎

صادقی، س. ح. ر.، خیرفام، ح.، همایی، م.، زارعی دارکی، ب. 1395. بهبودپذیری افزایش نفوذ آب به خاک‌های حساس به فرسایش با استفاده از افزایش مصنوعی جمعیّت ریزموجودات خاکزی. تحقیقات آب و خاک، 47(4): 797-805.

صادقی، س. ح. ر.، حزباوی، ز.، یونسی، ح. ا. و بهزادفر، م. 1392. روند تغییرات هدررفت خاک و غلظت رسوب بر اثر کاربرد پلی‌آکریل‌آمید. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 2(4): 53-67.‎

صادقی، س. ح. ر.، هاشمی آریان، ز. و کریمی، ز. 1394. مهار رواناب و هدررفت خاک با استفاده از کاربرد ترکیبی ورمی‌کمپوست و ویناس. نشریه بازیافت آب، 2(1): 81-91.‎

کاویان، ع. ا.، عسگریان، ر.، جعفریان جلودار، ز. و بهمنیار، م. ع. 1392. اثر خصوصیات خاک بر تولید رواناب و رسوب در مقیاس مزرعه (مطالعه موردی بخشی از اراضی کشاورزی اطراف شهرستان ساری). دانش آب و خاک، 23(4): 45-57.‎

Abrol, V., Ben-Hur, M., Verheijen, F. G., Keizer, J. J., Martins, M. A., Tenaw, H., Tchehansky, L., and Graber, E. R. 2016. Biochar effects on soil water infiltration and erosion under seal formation conditions: rainfall simulation experiment. Journal of Soils and Sediments, 16: 2709-2719.

Assouline, S., and Ben-Hur, M. 2006. Effects of rainfall intensity and slope gradient on the dynamics of interrill erosion during soil surface sealing. Catena, 66: 211-220.

Awad, Y. M., Blagodatskaya, E., Ok, Y. S., and Kuzyakov, Y. 2012. Effects of polyacrylamide, biopolymer, and biochar on decomposition of soil organic matter and plant residues as determined by 14 C and enzyme activities. European Journal of Soil Biology, 48: 1-10.

Bowker, M. A., Belnap, J., Chaudhary, V. B., and Johnson, N. C. 2008. Revisiting classic water erosion models in drylands: The strong impact of biological soil crusts. Soil Biology and Biochemistry, 40(9), 2309-2316.

Bridges, E. M., and Oldeman, L. R. 1999. Global assessment of human-induced soil degradation. Arid Soil Research and Rehabilitation, 13: 319-325.

Doan, T. T., Henry-des-Tureaux, T., Rumpel, C., Janeau, J. L., and Jouquet, P. 2015. Impact of compost, vermicompost and biochar on soil fertility, maize yield and soil erosion in Northern Vietnam: a three year mesocosm experiment. Science of the Total Environment, 514: 147-154.

Fox, D. M., and Bryan, R. B. 2000. The relationship of soil loss by interrill erosion to slope gradient. Catena, 38: 211-222.

Ghasabkolaei, N., Janalizadeh, A., Jahanshahi, M., Roshan, N., and Ghasemi, S. E. 2016. Physical and geotechnical properties of cement-treated clayey soil using silica nanoparticles: An experimental study. The European Physical Journal Plus, 131: 1-11.

Gholami, L., Sadeghi, S. H., and Homaee, M. 2013. Straw mulching effect on splash erosion, runoff, and sediment yield from eroded plots. Soil Science Society of America Journal, 77: 268-278.

Hazbavi, Z., and Sadeghi, S. H. R. 2016. Potential effects of vinasse as a soil amendment to control runoff and soil loss. Soil, 2: 71.

Jianping, Z. 1999. Soil erosion in Guizhou Province of China: a case study in Bijie Prefecture. Soil Use and Management, 15: 68-70.

Karunakaran, G., Suriyaprabha, R., Manivasakan, P., Yuvakkumar, R., Rajendran, V., Prabu, P., and Kannan, N. 2013. Effect of nanosilica and silicon sources on plant growth promoting rhizobacteria, soil nutrients and maize seed germination. IET nanobiotechnology, 7: 70-77.

Kheirfam, H., Sadeghi, S. H., Darki, B. Z., and Homaee, M. 2017. Controlling rainfall-induced soil loss from small experimental plots through inoculation of bacteria and cyanobacteria. Catena, 152: 40-46.

Kukal, S. S., and Sarkar, M. 2010. Splash erosion and infiltration in relation to mulching and polyvinyl alcohol application in semi-arid tropics. Archives of Agronomy and Soil Science, 56: 697-705.

Kukal, S. S., and Sarkar, M. 2011. Laboratory simulation studies on splash erosion and crusting in relation to surface roughness and raindrop size. Journal of the Indian Society of Soil Science, 59: 87-93.

Marathe, R. A., Bharambe, P. R., Sharma, R., and Sharma, U. C. 2009. Soil properties of vertisol and yield of sweet orange (Citrus sinensis) as influenced by integrated use of organic manures, inorganic and bio-fertilizers. Indian journal of agricultural science, 79: 3-7.

Marinari, S., Masciandaro, G., Ceccanti, B., and Grego, S. 2000. Influence of organic and mineral fertilizers on soil biological and physical properties. Bioresource Technology, 72: 9-17.

Miller, R.M., 2002. The Function of mycorrhizal fungi in soil restoration. p. 21-22. In: International Workshop on Microbial Function in Revegetation Process of Degraded Terrestrial Environments: From Gene to Ecosystem, November 29, 2002: P. 26.

Montenegro, A. A. A., Abrantes, J. R. C. B., De Lima, J. L. M. P., Singh, V. P., and Santos, T. E. M. 2013. Impact of mulching on soil and water dynamics under intermittent simulated rainfall. Catena, 109: 139-149.

Mueller, N. C., and Nowack, B. 2010. Nanoparticles for remediation: solving big problems with little particles. Elements, 6: 395-400.

Ochoa, P. A., Fries, A., Mejía, D., Burneo, J. I., Ruíz-Sinoga, J. D., and Cerdà, A. 2016. Effects of climate, land cover and topography on soil erosion risk in a semiarid basin of the Andes. Catena, 140: 31-42.

Razali, N. M., and Wah, Y. B. 2011. Power comparisons of shapiro-wilk, kolmogorov-smirnov, lilliefors and anderson-darling tests. Journal of Statistical Modeling and Analytics, 2: 21-33.

Sadeghi, S. H. R., Gholami, L., Homaee, M., and Darvishan, A. K. 2015. Reducing sediment concentration and soil loss using organic and inorganic amendments at plot scale. Solid Earth, 6: 445.

Sadeghi, S. H. R., Hazbavi, Z., and Harchegani, M. K. 2016a. Controllability of runoff and soil loss from small plots treated by vinasse-produced biochar. Science of the Total Environment, 541: 483-490.

Sadeghi, S. H. R., Hazbavi, Z., Younesi, H., and Bahramifar, N. 2016b. Trade-off between runoff and sediments from treated erosion plots and polyacrylamide and acrylamide residues. Catena, 142: 213-220.

Sadeghi, S. H. R., Jalili, K., and Nikkami, D. 2009. Land use optimization in watershed scale. Land Use Policy, 26: 186-193.

Sadeghi, S.H., Kheirfam, H., Homaee, M., Darki, B.Z. and Vafakhah, M., 2017. Improving runoff behavior resulting from direct inoculation of soil micro-organisms. Soil and Tillage Research, 171: 35-41.

Sadeghi, S. H. R., Sharifi Moghadam, E., and Darvishan, A. K. 2016c. Effects of subsequent rainfall events on runoff and soil erosion components from small plots treated by vinasse. Catena, 138: 1-12.

Sepaskhah, A. R., and Shahabizad, V. 2010. Effects of water quality and PAM application rate on the control of soil erosion, water infiltration and runoff for different soil textures measured in a rainfall simulator. Biosystems Engineering, 106: 513-520.

Singh, K. P., Suman, A., Singh, P. N., and Lal, M. 2007. Yield and soil nutrient balance of a sugarcane plant–ratoon system with conventional and organic nutrient management in sub-tropical India. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 79: 209-219.

Singh, L. P., Agarwal, S. K., Bhattacharyya, S. K., Sharma, U., and Ahalawat, S. 2011. Preparation of silica nanoparticles and its beneficial role in cementitious materials. Nanomaterials and Nanotechnology, 1: 9.

Sojka, R. E., and Entry, J. A. 2000. Influence of polyacrylamide application to soil on movement of microorganisms in runoff water. Environmental Pollution, 108: 405-412.

Xin, Y., Xie, Y., Liu, Y., Liu, H., and Ren, X. 2016. Residue cover effects on soil erosion and the infiltration in black soil under simulated rainfall experiments. Journal of Hydrology, 543: 651-658.

Yuvakkumar, R., Elango, V., Rajendran, V., Kannan, N. S., and Prabu, P. 2011. Influence of nanosilica powder on the growth of maize crop (Zea mays L.). International Journal of Green Nanotechnology, 3: 180-190.