ارزیابی تاثیر سیستم ریشه گیاه یونجه در مقاوم سازی خاک

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

صمد ظاهرمند ¹ , خسرو شفیعی مطلق ² , اسفندیار جهانتاب ³ , رسول اجل لوییان ⁴

1 - مربی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دهدشت، دهدشت، ایران.
2 - استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دهدشت، دهدشت، ایران.
3 - استادیار، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فسا، فسا، ایران.
4 - استاد، گروه زمین شناسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران.

تاریخ دریافت : 1398/11/20 تاریخ پذیرش : 1401/04/21 تاریخ انتشار : 1401/07/01

کلید واژه: شاخص تراکم ریشه, مسلح سازی خاک, آزمایش برش مستقیم, زیست مهندسی, یونجه,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: بهسازی خاک با استفاده از ریشه گیاهان به منظور مقاوم سازی توده خاک از نظر حفظ محیط زیست و منابع طبیعی مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است. تاثیر سیستم ریشه ای گیاهان در مقاوم سازی خاکها تابع ویژگی های زیست فنی ریشه ها است. اما با توجه به تعاملات پیچیده بین خاک و گیاه، تاثیر بهسازی ریشه ها در خاکها به عنوان یک چالش باقی مانده است. این مطالعه، به بررسی اثر تراکم ریشه گیاه یونجه در مقاوم سازی خاک منطقه پازنان در استان خوزستان می‌پردازد.روش پژوهش: در پژوهش انجام شده، برای اولین بار تاثیر سیستم ریشه ای گیاه یونجه در مقاوم سازی خاک در شرایط گلخانه ای بررسی شد. نمونه های خاک اخذ شده از منطقه مورد مطالعه پس از طی یک دوره 5 ماهه در شرایط کشت گلخانه ای، برای اندازه گیری مقاومت برشی ترکیب خاک و ریشه، آزمایش برش مستقیم بر روی 3 نمونه خاک فاقد ریشه و تعداد 12 نمونه خاک با دانسیته های مختلف ریشه انجام گردید و پارامترهای زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک مسلح شده با ریشه بدست آمد و با نمونه های خاک بدون ریشه مقایسه شد.یافته‌ها: بطور کلی تراکم و شمار ریشه ها با افزایش عمق کاهش یافته است و شاخص تراکم ریشه بصورت توانی با افزایش عمق کاهش می یابد. با بهره گیری از این نتایج و آزمون های برش مستقیم میزان مسلح سازی محاسبه شد. وجود ریشه ها مقاومت چشمگیری را در مقاومت برشی خاک ایجاد کرده است که این تغییرات متاثر از افزایش مقدار چسبندگی خاک بوده است و در مقابل، زاویه اصطکاک داخلی خاک مسلح با کاهش نسبت به خاک بدون ریشه، رفتاری عکس عامل چسبندگی دارد و تغییرات آن بسیار کمتر از تغییرات عامل چسبندگی است. بنابراین افزایش مقاومت برشی خاک مسلح شده با ریشه گیاه یونجه را می‌توان معادل افزایش چسبندگی دانست.نتایج: نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که بین شاخص تراکم ریشه و مقاومت برشی خاک رابطه مستقیم وجود دارد. بیشترین و کمترین میزان مسلح سازی برای شاخص تراکم 28 و 5 درصد به ترتیب 5/87 و 5/7 درصد افزایش در چسبندگی خاک بدست آمد و حداکثر کاهش زاویه اصطکاک داخلی نسبت به خاک فاقد ریشه 5/5 درصد بوده است. این پژوهش وجود رابطه کاهش بین عمق و شاخص تراکم ریشه، عمق و قدرت مسلح سازی را به عنوان ویژگی های زیست فنی گونه یونجه را نشان داد.

چکیده انگلیسی:

Background and Aim: Soil improvement using plant roots has been considered by many researchers in order to strengthen soil mass in terms of environmental protection and natural resources.The effect of plant root system on soil resilience is a function of the biotechnical properties of roots But due to the complex interactions between soil and plant, the impact of root reclamation on soils remains a challenge.This study investigates the effect of alfalfa root density on soil consolidation in Pazannan region in Khuzestan provinceMethods: In this study, for the first time, the effect of alfalfa root system was investigated on soil resilience in greenhouse conditions. Soil samples taken from the study area after a period of 5 months under greenhouse cultivation, 3 rootless soil samples and 12 soil samples with different root densities were tested for direct cutting to measure the shear strength of soil composition and roots And the parameters of internal friction angle and adhesion of root-reinforced soil were obtained and compared with rootless soil samples.Results: In general, the density and number of roots has been reduced with increasing depth, and also the root density index decreases with the depth increases.Using these results and direct cutting tests   was calculated the amount of armament.The presence of roots has created a significant resistance to soil shear strength, which has been affected by increasing the amount of soil adhesion.In contrast, the internal friction angle of reinforced soil decreases with respect to the rootless soil and has the opposite behavior of the adhesion factor.And its changes are much less than the changes of the adhesion factor.Therefore, it can be known that increasing the shear strength of soil reinforced with alfalfa root is equivalent to increasing adhesion.Conclusions: The results of this study show that there is a direct relationship between root density index and soil shear strength. The highest and lowest reinforcement rates for 28 and 5% density index were 87.5% and 7.5% increase in soil adhesion, respectively and there has been a maximum reduction in internal friction angle relative to rootless soil of 5.5%. This study showed that there is a decrease in the relationship between depth and root density index, depth and strength of reinforcement as biotechnological characteristics of alfalfa species.

منابع و مأخذ:

Abdi, A., Majnonian, B., Rahimi, H., Zubair, M. And Habibi Bi Balai, Q. (2010). Study of biotechnical characteristics of biblical species for use in bioengineering, Case study: Patem section, Khairud forest. Journal of Natural Environment, Iranian Journal of Natural Resources, 63 (1): 53-62. [In Persian]

Bischetti, G.B. (2009). Root cohesion of forest species in the Italian Alps. Plant and Soil, 324: 71-89

Bischetti, G.B., Chiaradia, E.A., Simonato, T., Speziali, B., Vitali, B., Vullo, P. and Zocco, A.(2005). Root strength and root area ratio of forest species in Lombardy (Northern Italy). Plant and Soil, 278: 11-22.

Burroughs, E.R. and Thomas, B.R. (1977). Declining root strength in Douglas-fir after felling as a factor in slope stability, (USDA Forest Service research paper INT).

Chen, Z.D., Xiao, H.B. and Zhang, C.X. (2016). Effects of root distribution on shear strength of root soil complex. Journal of central south university of forestry and technology, 36(8): 130-135.

Genet, M., Kokutse, N., Stokes, A., Fourcaud, T., Cai, X., Ji, J. and Mickovski, S. (2008). Root reinforcement in plantations of Cryptomeria japonica D. Don: effect of tree age and stand structure on slope stability, Forest Ecology and Management, 256(8): 1517–1526.

Giupponi, L., Borgonovo, G., Giorgi, A. and Bischetti, G. B. (2019). How to renew soil bioengineering for slope stabilization: some proposals. Landscape and Ecological Engineering, 15(1): 37-50.

Habibi Bi Balai, Q. (2001). The conservation and supportive role of forest and non-forest tree species. PhD Thesis, Azad University, Research Sciences Branch, Tehran, 149 p. [in Persian]

Karimi, H. (1990). Alfalfa (first edition). University Publishing Center Publications. [In Persian]

Kazemi, M., Abdi, A., Majnonian, B. And Yousefzadeh, H. (2017). The role of Persian oak species (Quercus persica) in soil reinforcement (Case study: Tabarak area, Bazaft basin). Forests and wood products, Iranian Journal of Natural Resources, 70 (1): 31-38. [in Persian]

Maleki, P., Naqdi, R., Abdi, A. And goodness, M. (2014). Evaluation of alder root armament for use in bioengineering. Iranian Forest Journal, Iranian Forestry Association, 6 (1): 49-58. [In Persian]

Mattia, C., Bischetti, G.B., Gentile, F. (2005). Biotechnical characteristics of root systems of typical Mediterranean species. Plant and Soil, 278: 23–32.

Mulyono, A., Subardja, A., Ekasari, I., Lailati, M., Sudirja, R. and Ningrum, W. (2018). The hydromechanics of vegetation for slope stabilization. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 118: 1–6.

O’Loghlin, C.L. (1984). Effective of Introduced Forest Vegetation For Protecting Against Landslides And Erosion In New Zealand Steep Lands. Conference Title: Symposium on effects of forest land use on erosion and slope stability, Honolulu, Hawaii, 275-280.

O’loughlin, C.L. and Zimer, R.R. (1982). The importance of root strength and deterioration rates upon edaphic stability in steep land forests. U.S. Forest Service, 70-78.

Pollen, N. (2007). Temporal and spatial variability in root reinforcement of stream banks: Accounting for soil shear strength and moisture. Catena, 69(3): 197-205.

Pourmalekshah A.A.M.A., Moayeri, M.H. and Parsakhoo, A. (2019). Effect of the root biotechnical characteristics of Alnus subcordata, Paulownia fortunei and Populus deltoides on the soil mechanics. Journal of Forest Science, 65(7): 283–290.

Rey, F., Bifulco, C., Bischetti G.B., Bourrier, F., Cesare, G.D., Florineth, F., Grag, F., Marden, M., Mickorski, S.B., Philips, C., Peklo, K., Poesen, J., Polster, D., Preti, F., Rouch, H.P., Paymond, P., Sangalli, P., Tardio, G. and Stokes, A. (2019). Soil and water bioengineering: practice and research needs for reconciling natural hazard control and ecological restoration. Science of the Total Environment, 648: 1210–1218.

Schmid, I. and Kazda, M. (2001). Vertical distribution and radial growth of coarse roots in pure and mixed stands of Fagus sylvatica and Picea abies. Canadian Journal of Forest Research, 31(3): 539–548.

Shafaeibajestan, M. and Salimigolshaekhi, M. (2003). Influence of willow root on shear resistance. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 6(4): 27-40.

Sobhani, A., Majidi., M.A. (1995). Evaluation of quantitative and qualitative yield of different cultivars of five Iranian alfalfa cultivars. Journal of Seedlings and Seeds, 11 (3): 15-20. [in Persian]

Sun, H.L., Li, S.C., Xiong, W.L., Yang, Z.R., Cui, B.S. and Yang, T. (2008). Influence of slope on root system anchorage of Pinus yunnanensis. Ecological Engineering, 32(1): 60–67.

Thorne, C.R. (1990). Effects of vegetation on riverbank erosion and stability. In: Thornes, J.B. (Ed.), Vegetation and Erosion. John Wiley and Sons Inc, Chichester, 125–143.

Tiwari, R.C., Bhandary, N.P., Yatabe, R. and Bhat, R.D. (2013). New numerical scheme in the finit- element method for evaluating root reinforcement effect on soil slope stability, Geotechnique, 63(2): 129 - 139.

Vergani, C,E., Chiaradia, A. and Bischetti, G.B. (2012). Variability in the tensile resistance of roots in Alpine forest tree species. Ecological Engineering, 46: 43-56.

Waisel, Y., Eshel, A. and Kafkafi, U. (2002). Plant roots – the hidden half. 3rd edn, New York, Basel:  Marcel Dekker, 1136pp.

Waldron, L.J. (1977). The Shear Resistance of Root-Permeated Homogeneous And Stratified Soils. Soil science Society of America Journal, 41(5): 843-849.

Watson, A.J. and Marden, M. (2004). Live root-wood tensile strengths of some common New Zealand indigenous and plantation tree species. New Zealand journal of forestry science, 34(3): 344-353.

Wu, T.H., McOmber, R.M., Erb, R.T. and Beal, P.E. 1988. Study of soil-root interactions. Journal of Geotechnical Engineering (ASCE), 114(12): 1351-1375.

Ziemer, R. (1981). Roots and Shallow Stability of Forested Slopes, International Association of Hydrological Sciences, Publications, 132: 343-361.