ارزيابي وضعيت فيزيکي خاک با استفاده از شاخص‌هاي کيفيت خاک به روش تجزيه به مؤلفه‌هاي اصلي در دشت سنجابي استان کرمانشاه
الموضوعات :نوا کیانیان 1 , افسانه عالی نژادیان بیدآبادی 2 , پرویز شکاری 3
1 - دانشجوي دکتري، گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ايران.
2 - دانشيار، گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ايران.
3 - استاديار، گروه علوم و مهندسي خاک، دانشکده کشاورزي، دانشگاه رازي، کرمانشاه، ايران.
الکلمات المفتاحية: کیفیت فیزیکی خاک, تجزیه به مؤلفه‌های اصلی, شاخص کیفیت خاک,
ملخص المقالة :
زمينه و هدف: فشردگي خاک از بدترين نشانه‌هاي فروپاشي فيزيکي خاک است که اثرهاي گسترده‌اي در کاهش کيفيت فيزيکي آن دارد. از سوي ديگر، پارامترهايي مانند پايداري خاکدانه، جرم مخصوص ظاهري، هدايت هيدروليکي و تخلخل که از مهم‌ترين نشانگر‌هاي کيفيت فيزيکي خاک هستند، به دليل شرايط محيطي مناطق خشک و نيمه‌خشک معمولا نسبت به مديريت نامناسب آسيب‌پذيرترند. در دهه‌هاي اخير و به دليل هماهنگ نشدن با تکنولوژي نوين، کشاورزان براي افزايش توليد به کاربرد بي‌رويه ماشين و مواد شيميايي کشاورزي در زمين روي آورده‌اند. از پيامدهاي مديريت نامناسب زمين فشردگي لايه زيرين عمق شخم است که در سال‌هاي اخير تقريبا در هر جايي از زمين‌هاي استان کرمانشاه ديده مي‌شود. اين مطالعه به عنوان يک گام اوليه در بررسي اين مشکل انجام شد.
روش پژوهش: دشت سنجابي کرمانشاه به وسعت حدود 67000 هکتار به‌عنوان منطقه مطالعاتي در‌نظر گرفته شد. تعداد 102 نقطه به روش سيستماتيک ساده مشخص شد. نمونه‌هاي دست‌خورده از دو لايه سطحي و لايه فشرده زيرين، و نمونه‌هاي دست‌نخورده با استوانه‌هاي فلزي از لايه فشرده زيرين برداشته شد. پس از انجام آزمايش‌هاي فيزيکي و شيميايي خاک، پايداري خاکدانه‌ها در دو حالت خشک و تر بررسي شد. تجزيه و تحليل آماري با استفاده از نرم‌افزار آماري SPSS تعيين شد. ضريب همبستگي به روش پيرسون همراه با آزمون همبستگي به‌دست آمد. شاخص‌هاي کيفيت تجمعي (IQI) و کيفيت نمورو (NQI) در دو مجموعه کل داده‌ها (TDS) و حداقل داده‌ها (MDS) از طريق روش تجزيه به مؤلفه‌هاي اصلي (PCA) به‌دست آمد. سپس پهنه‌بندي شاخص‌هاي کيفيت خاک جهت ارزيابي مکاني کيفيت خاک به روش کريجينگ انجام شد.
يافته‌ها: در لايه سطحي و لايه فشرده زيرين به ترتيب 10 و 8 مؤلفه اصلي توانستند 02/85 و 18/80 درصد کل واريانس را برآورد کنند. ضريب همبستگي IQI کل داده‌ها با حداقل داده در لايه سطحي و لايه فشرده زيرين به‌ترتيب 76/0 و 61/0 و براي شاخص نمورو 72/0 و 58/0 به‌دست آمد. برتمامي شاخص‌هاي کيفيت خاک در دو مجموعه حداقل و کل داده ها در دو لايه سطحي خاک و لايه فشرده زيرين مدل کروي برازش داده شد و همبستگي مکاني قوي نشان دادند. قسمت‌هاي شمال تا شمال‌غرب و هم‌چنين شمال‌شرق منطقه داراي خاک با کيفيت بالاتر بود. ديگر قسمت‌هاي منطقه به دليل خاکورزي زياد، کاهش ماده آلي، کاهش پايداري خاکدانه‌ها و به‌دنبال آن افزايش تراکم و جرم مخصوص ظاهري داراي خاک با کيفيت کم تا متوسط بودند.
نتايج: به‌طور کلي سرشت خاک به دليل اثر قاطع مواد مادري موجب گونه‌اي يکنواختي شده که در بافت، آهکي بودن و کاني‌شناسي بخش رس آشکار بود. عمليات کشاورزي پيوسته و فشرده به اين يکنواختي دامن زده است. در نواحي با مقادير رس بالا در لايه سطحي خاک به‌دليل هم‌آوري رس و ماده آلي و در پي آن افزايش پايداري خاکدانه‌ها، کيفيت خاک مناسب‌تر بود. و اما در لايه فشرده زيرين کشت‌و‌کار مداوم در منطقه به‌دليل مقادير کم کربن آلي و مقادير بالاي رس صرفأ باعث تراکم هر‌چه بيش‌تر خاک شده است. نتايج مطالعات همبستگي نشان داد که در دو لايه سطحي و لايه فشرده زيرين مي‌توان MDS را با اطمينان قابل قبولي به جايTDS در بررسي کيفيت خاک به کار برد. اين اطمينان در لايه فشرده زيرين کمتر بود که دليل آن تخريب بيش از حد ساختمان خاک در نتيجه تراکم و يک‌دست شدن آن است.
Andrews, S. S., Karlen, D. L., & Cambardella, C. A. (2004). The soil management assessment framework: A quantitative soil quality evaluation method. Soil Science Society of America Journal. 68,1945–1962.#
Bahrami, A., Emadodin, I., Ranjbar- Atashi, M. & Rudolf-Bork, H. (2010). Land Use Change and Soil Degradation: A Case Study, North of Iran. Agric. Biol. J. North. Amer. 1: 4. 600-605.#
Bartlett, M. S. (1954). A note on the multiplying factors for various chi square approximations. Journal of the Royal Statistical Society, 16, 296–298.#
Beylich, A., Oberholzer, H. R., Schrader, S., Höper, H., & Wilke, B. M. (2010). Evaluation of soil compaction effects on soil biota and soil biological processes in soils. Soil and Tillage Research, 109(2),133-143.#
Cambardella, C. A., Moorman, T. B., Novak, J. M., Parkin, T. B., Karlen, D. L., Turco, R. F. & Koropaka, A. E. (1994). Field-scale variability of soil properties in centeral Iowa soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 58: 1501-1511.#
De Leenheer, L., & De Boodt, M. (1959). Determination of aggregate stability by the change in mean weight diameter. Mededelingen van landbouwhoge school en de opzoeking stations van de staat te Gent 24: 290–300.#
Doran, J.W. & Parkin, B.T. (1994). Defining and assessing soil quality. In: Doran, J.W., Coleman, D.C., Bezdicek D.F., Stewart, B.A. (Eds.), Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Soil Science Society of America, Inc., Madison, WI, USA, pp. 3–21. Special Publication. No. 35.#
Edling, P., & Fergedal, L., (1972). Experiments on soil compaction 1968±69. Agricultural College of Sweden, Uppsala, Division of Soil Management, Report 31, 71 pp. (in Swedish).#
Eynard, A., Schumacher, T. E., Lindstrom, M. J. & Malo, D. D. (2004). Aggregate sizes and stability in cultivated South Dakota prairie Ustolls and Usterts. Soil Science Society of American Journal 68: 1360-1365.#
Gallaher, R. N., Weldon, C. O., & Boswell, F. C. (1976). A semiauto-mated procedure for total nitrogen in plant and soil samples. Soil Sci. Soc. Am. J. 40, 887–889.#
Geological report. 1999. Geological map 1:100000 of Kermanshah province. Mineral exploration organization of the country. Ministry of Power.#
Hair, J. F., Black, B., Babin, B., Anderson, R. E., & Tatham, R. L. (2006). Multivariate data analysis (6th ed.). New Jersy: Prentice Hall.#
Kaiser, H. (1974). An index of factorial simplicity. Psychometrika, 39, 31–36.#
Kianian, N., & Shekaari, P. (2018). Investigating the spatial changes of several surface soil chemical properties in the Sandjaabi plain of Kermanshah province. The first international conference and the third national conference on sustainable resource management Soil and environment.#
Kline, R. B. 2005. Principles and practice of structural equation modeling (2th ed.). New York: Guilford.#
Liu, R. X., Kuang, J., Gong, Q., & Hou, X. L. (2003). Principal component regression analysis with SPSS. Computer methods and programs in biomedicine, 71(2), 141-147.#
McDonald, T. (2015). SDrawNPS: A version of the SDraw R package developed for the National Park Service. [https://github.com/tmcd82070/SDrawNPS]#
Nori, N., Rostaminia, M., Keshavarzi, A. & Rahmani, A. (2019). Quantitative Evaluation and Zoning of Spatial Distribution of Soil Quality Index in Some Parts of Arid and Semi-Arid Lands of Western Iran (Case Study: Kane Sorkh Region, Ilam Province), Iranian Journal of Soil and Water Research (IJSWR) 50(7): 1701-1719. (In Persian with English abstract)#
Page, A. L., Miller, R. H., & Jeeney, D. R. (1992a). Methods of Soil Analysis, Part 1. Physical properties. SSSA Pub., Madison. 1750 p.#
Page, A. L., Miller, R. H., & Jeeney, D. R. (1992b). Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and mineralogical properties. SSSA Pub., Madison. 1159 p.#
Pagliai, M., Marsili, A., Servadio, P., Vignozzi, N., & Pellegrini, S. (2003). Changes in some physical properties of a clay soil in central Italy following the passage of rubber tracked and wheeled tractors of medium power. Soil and Tillage Research, 73, 119–129.#
Pallant, J. (2005) SPSS survival manual: a step by step guide to data analysis using spss. Buckingham: Allen & unwin.
Panayiotopoulos, K., Papadopoulou, C., & Hatjiioannidou, A. (1994). Compaction and penetration resistance of an Alfisol and Entisol and their influence on root growth ofmaize seedlings. Soil Till Res, 31, 323–337.#
Pankhurst, C.E., Doube, B.M., & Gupta,V.R. (1997). Biological indicators of soil health.CAB International, Walingford, UK.#
Petelkau, H. (1984). Effects of harmful compaction on soil properties and crop yields and measures to reduce compaction. Tagungsber. Akad. Landwirtsch, Wiss. Berlin 227, 25±34 (in German with English summary).#
Pieri C. J. M. G. 1992. Fertility of Soils: A Future for Farming in the West African Savannah. Springer-Verlag, Berlin, Germany.#
Presley, D. R., Ransom, M. D., Kluitenberg, G. J. & Finnell, P. R. (2004). Effect of thirty years irrigation on the genesis and morphology of two semiarid soils in Kansas. Soil Sci. Soc. Amer. J. 68: 1916-1926.#
Qi, Y., Darilek, J. L., Huang, B., Zhao, Y., Sun, W., & Gu, Z. (2009). Evaluating soil quality indices in an agricultural region of Jiangsu Province, China. Geoderma, 149(3-4), 325-334.#
Qin, M. Z., & Zhao, J. (2000). Strategies for sustainable use and characteristics of soil quality changes in urban-rural marginal area: a case study of Kaifeng. Acta Geogr. Sin, 55, 545–554.#
R. Core Team. (2021). R: A language and environment for statistical computing. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing. ISBN 3-900051-07-0. Available: http://www.R- project.org.#
Richard, G., Cousin, I., Sillon, J.F., Bruand, A., & Gue´rif, J. (2001). Effect of compaction on soil porosity: consequences on hydraulic properties. Eur. J. Soil Sci. 52, 49–58.#
Schnurr-Putz, S., Guggenberger, G., & Kusell, K. (2006). Compaction of forest soil by logging machinery favours occurrence of prokaryotes. FEMS Microbiology Ecology, 58, 503–516.#
Shahab Arkhazloo, H. & Emami, H. (2012). Quantitative evaluating the effects of land use conversion on soil quality of southern Mashhad area. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 2(2) :69-87.#
Shakouri-Katigari, M., Shabanpour, M., Davatgar, N., & Vazifeh-Doost, M. (2020). Assessment of Soil Quality in Paddy Soils with Different Yields (A Case Study: Kouchsfahan, Guilan Province(. Iranian Journal of Soil and Water Research, 51(12), PP 317.#
Sharma, S. (1996). Applied multivariable techniques. New York : John Wiley and Sons.#
Sojka, R. E., & Upchurch, D. R. (1999). Reser-vations regarding the soil quality concept. Soil Sci. Soc. Am. J, 63,1039–1054.#
Voorhees, W. (1983). Relative effectiveness of tillage and natural forces in alleviating wheel-induced soil compaction. Soil Science Society of America Journal, 47(1), 129-133.#
Yao, R. J., Yang, J. S., Zhao, X. F., Li, X. M., & Liu, M. X. (2013). Determining minimum data set for soil quality assessment of typical salt-affected farmland in the coastal reclamation area. Soil and Tillage Research, 128, 137–148.#
