تغذیه گیاهی در خاک های شور

شوری و سدیمی بودن خاک

شوری و سدیمی بودن خاک یکی از مشکلات مهم خاک‌های مناطق خشک و نیمه خشک است. در این مناطق بدلیل کمبود بارندگی و اقلیم خشک، املاح در خاک تجمع پیدا می‌کنند و در نتیجه خاکهای شور حاصل می‌شود. این خاک محیط نامناسبی برای رشد و تولید بوده که هم کمیت محصول را پائین می‌آورد و هم کیفیت محصول را کاهش می‌دهد.

طبق آمار %۱۵ سطح کل کشور ما را خاکهای شور و چیزی حدود %۵۰ خاکها قابل بهره‌برداری و آبیاری می‌باشند.

بطور کلی خاک‌های شور دارای مقدار زیادی املاح محلول هستند که این نمک زیاد مشکلاتی را برای گیاه بوجود می‌آورد.

شوری خاک چگونه تعیین می‌شود؟

شوری خاک را براساس پارامتری بنام E.C. یا قابلیت هدایت الکتریکی مشخص می‌کنند. هدایت‌سنج الکتریکی، دستگاهی است که قابلیت هدایت الکتریکی محلول خاک یا E.C. را اندازه‌گیری می‌کند. خاک‌هایی که E.C. آن‌ها بیشتر از Ds/m  ۴ باشد جزء خاکهای شور طبقه‌بندی می‌شوند.

2.تحمل درختچه‌ها و درختان زینتی نسبت به شوری 

نام گیاه	حداکثر مجاز E.C. (Ds/m)	نام گیاه	حداکثر مجاز E.C. (Ds/m)
یاسمن	2-1	کاج سیاه	6-4
گل رز	3-2	نعلب درختی	6-4
لاله درختی	3-2	اوکالیپتوس	8-6
عَشَقه	4-3	خرزهره	8-6
بداغ	4-3	نخل بادبزنی	8-6
توری	4-3	دراسیتا	8-6
ماگنولیا	6-4	گل کاغذی	8>
شمشاد	6-4	گل یخ	8>

حساسیت گیاهان به شوری خاک

گیاهان نسبت به شوری خاک حساسیت متفاوتی دارند و بعضی می‌توانند شوری را تحمل کنند که به آن‌ها اصطلاحاً گیاهان متحمل به شوری گفته می‌شود. بعضی دیگر نسبت به شوری خاک حساس هستند که جزء گیاهان حساس محسوب می‌شوند. گل‌ها و گیاهان زینتی جزء گیاهان حساس به شوری قلمداد می‌شوند.

 3.اثرات شوری روی رشد گیاه

شوری خاک از چند طریق رشد گیاه را دچار محدودیت می‌کند:

1- آب قابل استفاده گیاه را کاهش می‌دهد؛ به عبارت دیگر در خاک‌های شور، گیاهان زودتر دچار پژمردگی می‌شوند که این پدیده را اصطلاحاً خشکی فیزیولوژیکی می‌گویند. زیرا بدلیل شور بودن خاک، گیاهان نمی‌توانند آب درون خاک را جذب کنند.

2-  مسمومیت؛ بعضی از یونها به مقدار زیاد در خاکهای شور وجود دارند و بر اثر جذب زیادشان توسط گیاه، برای آن ایجاد مسمومیت می‌کنند که از مهمترین آن‌ها می توان کلر،سدیم و بر را نام برد.

3- عدم تعادل تغذیه‌ای؛ در خاکهای شور بدلیل وجود زیاد بعضی از یونها تغذیه گیاه، دچار مشکل می‌شود. بعنوان مثال در یک خاک شور، بدلیل غلظت زیاد کلر در محلول خاک و جذب آن بوسیله‌ی گیاه، جذب نیترات و سولفات توسط گیاه کم می‌شود. در صورتیکه نیترات و سولفات از یون‌های بسیار ضروری در تغذیه گیاه هستند. یا بعنوان مثال، جذب زیاد سدیم توسط گیاه، باعث کاهش جذب پتاسیم می‌شود.

نوع دیگری از خاک‌های دارای املاح زیاد اصطلاحاً خاک‌های سدیمی گفته می‌شوند یعنی خاک‌هایی که درصد سدیم تبادلی آن‌ها زیاد است.

بطور کلی، ما خاکها را بر اساس سه پارامتر E.C.،PH ،ESP  و یا درصد سدیم تبادلی طبقه‌بندی می‌کنیم.

4. طبقه‌بندی خاک‌های متاثر از املاح براساس Eph, Esp, Ec

نوع خاک	ph	Esp	Ec(Dsm-1)
شور	4 > 8/5	15<	<
سدیمی	4<	15>	8/5>
شور و سدیمی	4>	15>	8/5<
مصنوعی	4<	15<	8/5>

خاکهای شور، خاکهایی هستند که E.C. آن‌ها بزرگتر از ۴ و ESP یا درصد سدیم تبادلی شان بیشتر از ۱۵ و PH  کمتر از ۵/ 8 دارند.

خاکهای سدیمی E.C. کمتر از ۴ و ESP بیشتر از ۱۵ و PH بیشتر از ۸/۵ دارند.

5.اصلاح خاک‌های شور

راههای متفاوتی برای اصلاح خاکهای شور و سدیمی وجود دارد که به شرح ذیل است :

1- اساس اصلاح خاکهای شور، آب‌شویی است. یعنی از طریق مصرف آب اضافی، نمکهای محلول را از خاک شست و شو می‌دهیم؛

2- اما روش‌های دیگری هست که اثرات سوء شوری را کاهش می دهند که مدیریت بهره برداری از خاکهای شور گفته می‌شود. بعنوان مثال، در خاکهای شور باید دور آبیاری را کوتاهتر بگیریم به عبارت دیگر آبیاری زود به زود  انجام شود تا غلظت املاح در خاک افزایش پیدا نکند؛

3- همچنین در خاک‌های شور، باید از کودهایی استفاده بکنیم که اصطلاحاً ضریب شوری پائین‌تری داشته باشند یعنی کود خاک را شورتر نکند؛

4- استفاده از مواد آلی در خاکهای شور؛

5- استفاده از سیستم مناسب کشت و کار که اثرات شوری را کم کند؛

6- تغییر روش آبیاری.

اصلاح خاک‌های سدیمی که ESPبالایی دارند با اصلاح خاک‌های شور متفاوت است، در این خاک ها باید یکسری مواد شیمیایی اصلاح کننده به خاک اضافه بکنیم. مهمترین و بهترین موادی را که می توان در خاک‌های کشور ایران استفاده کرد گچ یا گوگرد می‌باشد. گچ همان سولفات کلسیم است. به عبارت دیگر دارای عنصر کلسیم است. این کلسیم روی سطح ذرات خاک، جانشین سدیم می‌شود و سدیم را از سطح ذرات خارج کرده و وارد محلول خاک می‌کند و بعداً از طریق آب‌شویی، سدیم اضافی خارج می‌شود.

اما زمانی که گوگرد استفاده می‌کنیم گوگرد توسط یک باکتری بنام تیوباسیلوس دبو اکسیدانس در خاک اکسید می‌شود و تولید اسید سولفوریک می‌کند. اسید سولفوریک بر روی آهک خاک اثر کرده و تولید گچ می‌کند و گچی که بدین ترتیب تولید می‌شود کار اصلاح را انجام می‌دهد.

6.مقاومت گیاهان مختلف به درصد سدیم تبادلی خاک ESP

مقاومت	مقدار Esp
بسیار حساس	10-2
حساس	20-10
نیمه مقاوم	40-20
مقاوم	60-40

 نقش روی در کاهش تنش شوری 7.

شوری در ایران و بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک جهان عامل محدود کنندة رشد و نمو گیاهان زراعی است. براساس آمار موجود، سطح کلی خاکهای شور در اراضی ایران 33/7 میلیون هکتار برآورد شده است (مؤمنی، 1380). شوری خاک به روشهای متعدد در عملکرد محصول اثر می‌گذارد. از مهم‌ترین آثار شوری می‌توان به کاهش آب قابل استفاده گیاه، ایجاد مسمومیت توسط برخی یونهای سمی، فعالیت اندک در گیاه، ناهنجاریهای تغذیه‌ای، کاهش رشد و کیفیت محصول اشاره نمود. در شرایط شور، غلظت سدیم ) معمولاً بیش از غلظت عناصر غذایی پر مصرف و کم مصرف بوده و این امر موجب می‌شود در گیاهان تحت تنش شوری، عدم تعادل تغذیه‌ای از جهات گوناگون بروز کند. مطالعات انجام شده بیانگر این است که بخش عمدة مشکلات تغذیه‌ای گیاهان در شرایط شور، از طریق تغییر در قابلیت استفاده عناصر غذایی به صورت زیر ایجاد می‌شود (همایی، 1381).

  از طریق ایجاد اختلال در جذب و توزیع عناصر غذایی توسط ریشه‌ها و یا کاهش رشد آنها از طریق ایجاد اختلال در جذب توزیع عناصر غذایی توسط ریشه‌ها و یا کاهش رشد آنها از طریق مختل کردن متابولیسم عناصر غذایی در درون گیاه که به طور عمده مربوط به کاهش جذب آب توسط گیاه است. بدین ترتیب شوری می‌تواند با تأثیر بر شکلهای شیمیایی عنصر غذایی در خاک، انتقال، یا توزیع عناصر غذایی درون گیاه و یا غیر فعال نمودن تأثیرات فیزیولوژیکی عنصر غذایی مصرف شده، منجر به افزایش ذاتی نیاز غذایی گیاه گردد.

   قدم اول در بررسی وضعیت حاصلخیزی خاکها، تخمین صحیح میزان عنصر قابل جذب گیاه است. از آن جایی که روی (Zn) یکی از عناصر ضروری گیاه بوده و کمبود آن معمولاً در اوایل فصل رشد گیاه مشاهده ‌می‌شود، وضعیت عنصر روی قبل از کشت و تعیین مقدار روی مورد نیاز گیاه بسیار مهم است. بدین منظور از روشهای عصاره‌گیری متفاوتی برای استخراج روی استفاده می‌شود. این روشها براساس استفاده از اسیدهای آلی و معدنی یا کمپلکسهای گوناگون برای عصاره‌گیری و سپس اندازه‌گیری عنصر روی در عصاره استوار است. تعیین این که کدام یک از روشهای عصاره‌گیری بهترین همبستگی را با عکس‌العمل گیاه (غلظت جذب عنصر، عملکرد مطلق و عملکرد نسبی) خواهد داشت، بیشترین به ویژگیهای خاک و همچنین گیاه مربوط است؛ در نتیجه سبب خواهد شد که در شرایط خاکی متفاوت، روشهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرد (کشاورز، 1375). در بین عوامل مؤثر بر روی (Zn)

قابل استفادة گیاه، اثر شوری به درستی شناخته نشده است و احتمال دارد تفسیر نتایج تجزیه خاک برای روی قابل جذب گیاه در خاکهای شور و غیر شور، یکسان نباشد (حسینی و کریمیان، 1378). از این رو می‌بایست مرزهای جداگانه‌ای برای تفسیر نتایج تجزیه خاک، مخصوص خاکهای شور پایه گذاری کرد (ملکوتی و نفیسی، 1373). قبلاً در برخی مطالعات نشان داده شده است که در خاکهای شور، مصرف مقادیر بالاتر عنصر روی موجب افزایش تحمل گیاه به شوری و عملکرد آن می‌شود. در این ارتباط سؤالات اساسی زیر مطرح است:

   آیا شوری موجب تغییردر نگهداری وتثبیت روی درخاک‌خواهد شد؟ و آیا این موضوع موجب تفاوت در روش استخراج روی از خاک در شرایط شور نسبت به شرایط غیر شور خواهد گردید؟

   آیا شوری موجب اختلال در جذب و یا توزیع روی توسط ریشه‌ها شده و در مورد قابلیت استفاده روی تأثیر می‌گذارد؟

   تا چه اندازه‌ای نقش تغذیه‌ای روی در بهبود شرایط رشد گیاهان در خاکهای شور مؤثر است؟

 قابلیت استفاده روی در شرایط شور

  روی از جمله عناصر ضروری و کم مصرف برای گیاهان است که به صورت کاتیون دو ظرفیتی (Zn)    جذب می‌شود. این عنصر یا به عنوان بخشی از ساختمان آنزیمهای به کار می‌رود و یا به صورت کوفاکتورهای تنظیم کننده در تعداد زیادی از آنزیمها عمل می‌کند. روی در گیاهان حداقل در ساختمان چهار آنزیم کربنیک آنهیدراز، الکل دهیدروناژ، سوپراکسید  دیسموتاز و  پلی‌مزار به کار رفته است. این عنصر برای ساخته شدن ایندول استیک اسید از ترپتوفان ضروری می‌باشد. کمبود ) مانع از سنتز پروتئین و متابولیسم کربوهیدراتها نیز می‌شود. همچنین تراوایی غشائ پلاسمایی در گیاهان مبتلا به کمبود روی، افزایش یافته و منجر به خروج پتاسیم، نیترات و ترکیبات آلی از سلول ریشه می‌گیرد.

   مطالعه شکلهای شیمیایی روی در خاک به منظور ارزیابی قابلیت استفاده آن برای گیاه در کشاورزی و برای تغیین میزان تحرک در خاک حائز اهمیت فراوان است. بر این اساس. مقدار عنصر روی کل خاک به اجزاء متمایز زیر تقسیم می‌شود. این جزءها عبارتند از:

1 ـ یونهای آزاد Zn   ) ) و کمپلکسهای آلی آن در محلول خاک

2 ـ روی جذب سطحی شده و تبادلی در فاز کلوئیدی خاک

3 ـ کانیهای ثانویه و کمپلکسهای نامحلول در فاز جامد خاک

با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی خاک، قابلیت استفاده از روی متفاوت است. در بین عوامل مؤثر بر روی قابل استفاده گیاه، به طور عمده عواملی چون میزان کل روی، ، مواد آلی، کربنات کلسیم، محلهای جذب، فعالیت میکروبی و رژیم رطوبتی خاک نقش مهمی را ایفا می‌کنند، ولی سایر عوامل نظیر شرایط اقلیمی، شوری و اثرات متقابل روی و سایر عناصر کم مصرف و پر مصرف نیز مهم هستند. با این وجود، مطالعات اندکی در رابطه با اثر شوری خاک بر تغذیه گیاهان از جهت عنصر کم مصرف روی انجام شده است. در این ارتباط اثر سمی بور عموماً شناخته شده است ولی رفتار آهن )، منگنز ) و روی Zn) ) در خاکهای شور کاملاً شناخته نشده است.    در شرایط شور قابلیت استفاده عناصر غذایی به غلظت و ترکیب نمک بستگی دارد. علاوه بر این، با توجه به واکنش نمک PH) )، قدرت یونی و ضریب فعالیت نمک، اثر شوری بر حلّالیت عناصر غذایی متفاوت است. نمکهایی که هیدورلیز شده و سبب تغییر می‌شوند، می‌توانند تغییرات بیشتری را در این شرایط سبب گردند. فعالیت یونی نمک نیز بر حلّالیت کربناتهای خاک و گچ تأثیر می‌گذارد. این موضوع سبب خواهد شد که تغییراتی در اشکال عناصر غذایی در خاک و قابلیت استفادة آن به وجودآید.

برخی مطالعات نشان داده است که میزان روی قابل استفاده با افزایش شوری (نمک ) زیاد می‌شود. دلیل این موضوع جایگزینی روی Zn) ) قابل تبادل با سدیم Na) ) اعلام شده است. از سوی دیگر طی دو آزمایش جداگانه در خاکهای شور و سدیک، مشاهده شد که حلّالیت عناصر کم مصرف Mn, Cu,Fe,Zn) ) فوق‌العاده کم بوده و کاهش در حلّالیت این عناصر، موجب کمبود آن در گیاهان می‌شود. در این ارتباط، حسینی و کریمیان (1378) طی بررسی خود بر روی اثر شوری در عصار‌ه‌پذیری روی قابل استفاده گیاهی با چهار سطح روی (0 , 10   و 15 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک به صورت Zn- EDTA) ) و پنج سطح شوری (0 , 3/4 6 و 9/7 میلی‌گرم کلرید سدیم در هر کیلو‌گرم خاک) به سه روش عصاره‌گیری  به این نتیجه رسیدند که افزایش میزان شوری خاک موجب عصاره‌پذیری بیشتر روی بومی خاک می‌گردد. ولی عصاره‌پذیری روی مصرفی با افزایش شوری خاک کاهش می‌یابد. این موضوع به ویژه در عصاره‌گیر محسوس‌تر بود. با این وجود، در شرایط شور جذب عناصر غذایی به دلیل کاهش حجم ریشه و خاصیت آنتاگونیسمی بین عناصر غذایی و یونهای سمی کاهش می‌یابد. در این رابطه  و همکاران (2001) اعلام نمودند که با افزایش شوری، نسبت اندام هوایی به ریشه افزایش یافته و حجم ریشه کاهش می‌یابد. علاوه بر این، آنها کاهش جذب عناصر کم مصرف را در شرایط شور، ناشی از جذب بیشتر عناصری چون Ca,Na,Mg دانسته‌اند. شوری موجب تغییرات ساختمانی در ساقه، ریشه و برگ و گیاهان نیز می‌شود؛ به طوری که گیاهان تحت تنش شوری، دسته‌های آوندی کمتر و با قطر کوچکتری دارند، ولی در مقابل دارای سلولهای پارانشیمی بیشتری هستند. بر این اساس نشان داده شده که مصرف روی در غلظتهای بالا می‌تواند ریشه را (به واسطة افزایش سطح جذب آن) در شرایط شور بهبود بخشیده و تشکیل آوند چوبی را در مقایسه با گیاهان بدون مصرف روی زیاد کند ( ,  1997 ( . غلظتهای بالاتر روی Zn) )

نقش مهمی در افزایش سطح جذب به واسطة طویل شدن ریشه و همچنین تسهیل انتقال آب و عناصر غذایی در گیاه به دلیل افزایش قطر و تعداد آوندها خواهد داشت.

عکس العمل گیاه به روی در شرایط شور

بررسیها نشان می‌دهد که اثر متقابل مثبتی بین شوری خاک و مصرف روی در افزایش عملکرد گیاهان وجود دارد. در آزمایشی محققین نشان دادند که مصرف روی، سبب رشد و نمو گیاه گوجه فرنگی در سطوح بالای شوری می‌شود، ولی در خاک غیر‌شور، این گیاه هیچ عکس‌العملی به روی نشان نمی‌دهد. این وضعیت در خاکی رخ داد که مقادیر مناسبی از روی به طور طبیعی وجود داشت. در همین ارتباط اعلام شده است که مصرف روی حداکثر تا 10 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک، موجب کاهش غلظت سدیم و افزایش غلظت پتاسیم در رقمهای حساس به شوری برنج می‌شود. ولی در مورد غلظت سدیم و پتاسیم در ارقام مقاوم به شوری، تأثیری ندارد. از این رو به نظر می‌رسد با توجه به مقاومت گیاهان به شوری، تأثیر‌پذیری آنها در اثر استفاده از روی نیز متفاوت است. برای مثال، گزارش شده است که بین سه گونة زراعی جو، چاودار و ذرت (با حساسیتهای مختلف به شوری)، بیشترین جذب نسبی روی ) در شرایط شور از جو به دست آمد که متحمل‌ترین گونه به شوری بود و بعد از آن، به ترتیب چاودار و ذرت قرار گرفتند. البته در جو نیز جذب نسبی روی ) حدود 20 درصد کاهش داشت. در مورد آهن Fe) ) نیز وضع به همین صورت بود. ولی جالب این که جذب دو عنصر کم مصرف منگنز Mn) ) و مس Cu) ) توسط جو در شرایط شور تغییری نیافت و شوری مانع جذب این عنصر نشد. به عبارت دیگر در گونه‌ گیاهی متحمل به شوری (جو) جذب منگنز و مس تفاوتی با جذب آنها در شرایط غیر شور نداشت (ملکوتی و همکاران، 1382). در آزمایش دیگری نیز نشان داده شد که در شرایط شور، مصرف عنصر روی، عملکرد اندام هوایی سویا را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. دردی‌پور و همکاران (1380) همچنین نشان دادند که مصرف پتاسیم و روی بر مبنای آزمون خاک موجب افزایش عملکرد جو می‌شود. خوشگفتارمنش و همکاران (1380) دریافتند که در خاکهای شور مصرف سولفات روی موجب افزایش تحمل گیاه گندم به شوری و در نتیجه افزایش عملکرد آن می‌گردد. آنها اعلام کردند که در خاکهای شور بازده کودهای حاوی املاح پایین بوده و باید با مصرف مقدار بیشتری کود سولفات روی (تا حد 240 کیلوگرم در هکتار) عملکرد گیاه را افزایش داد.

بر همکنش مثبت پتاسیم و روی در مقابله با شوری

    گیاهان حساس به شوری نسبت به مصرف پتاسیم عکس‌العمل مناسب‌تری نشان می‌دهند. با افزایش نسبت پتاسیم به سدیم K/Na) ) در محلول خاک، تحمل گیاه به شوری افزایش می‌یابد. شواهد نشان می‌دهد که تحت شرایط شور، علائم کمبود پتاسیم با وجود بالا بودن غلظت آن در برگهای گندم، همچنان وجود دارد، چون مقداری از پتاسیم جذب شده برای خنثی کردن بار الکتریکی کلر ذخیره شده در واکوئلها تجمع یافته و کمکی به واکنشهای حیاتی نمی‌کند. از این رو در این شرایط با افزایش مقدار مصرف سولفات پتاسیم، می‌توان علاوه بر رفع علائم کمبود، اثرات مسمومیت شوری را نیز کاهش داده و عملکرد را افزایش داد (مهاجر میلانی و همکاران 1378؛ درودی و سیادت، 1378).    با افزایش غلظت پتاسیم در محلول خاک، تحمل گیاهان به تنش شوری زیاد   می‌شود. این در حالی است که وقتی میزان آب قابل دسترسی گیاه کم ‌باشد، افزایش پتاسیم حتی در شوریهای بالا (15 دسی‌زیمنس بر متر) باعث بیشتر شدن تحمل می‌شود. مصرف سولفات پتاسیم در شرایط شور موجب کاهش اثرات سوء تجمع سدیم و کلر در برگهای گندم شده و در نهایت عملکرد را افزایش می‌دهد. همچنین حد بحرانی پتاسیم برای محصولات زراعی مقاوم به شوری مانند پنبه در شرایط شور (250 میلی‌گرم در کیلوگرم) بیش از شرایط غیر‌شور (210 میلی‌گرم در کیلوگرم) است و برای گیاهان نیمه متحمل و یا حساس به شوری، این اختلاف بیشتر خواهد بود.    با افزایش غلظت پتاسیم و روی در شرایط شور، پراکنش و طول ریشه‌ها زیاد می‌شود که در نتیجة آن، سطح جذب عناصر غذایی افزایش می‌یابد. همچنین مصرف سولفات روی در این شرایط تشکیل آوندهای چوبی را در گیاهان تحت تنش شوری در مقایسه با گیاهان بدون مصرف آن بهبود داده و از تخریب آن جلوگیری می‌کند.    از آن جایی که کلر در رقابت بانیترات خاک، جذب ازت را مختل می‌نماید و از سوی دیگر با مصرف پتاسیم، بازیافت ازت افزایش می‌یابد، به طوری که به ازاء افزایش هر واحد شوری (بیش از آستانه کاهش گندم) حدود 25 کیلوگرم اوره و 20 کیلوگرم سولفات پتاسیم و 5 کیلوگرم سولفات روی در هر هکتار بیش از مقدار کود توصیه شده در شرایط غیر شور پیشنهاد می‌شود (ملکوتی و همکاران، 1381).

پیشنهادها (چه باید کرد؟)

در اراضی شور به دلایل متعددی از جمله بالا بودن  خاک، کمبود مواد آلی، درصد بالای کربنات کلسیم و بی‌کربنات کلسیم، تنشهای خشکی و شوری، کیفیت پایین آبهای آبیاری و مهم‌تر از همه غلظت بسیار اندک روی قابل استفاده، بازده کودهای حاوی روی بسیار پایین است. بنابراین احتمالاً مصرف سولفات روی در مقادیر کم نقش مؤثری در افزایش عملکرد گندم نخواهد داشت. تحقیقات بیشتر در این زمینه همچنان ادامه دارد.    به طور کلی مصرف سولفات روی در اراضی شور در شرایطی که شوری در حد کم تا متوسط باشد (با توجه به تحمل گیاه) بازده عملکرد خوبی را به همراه خواهد داشت

سیستم های آبیاری

سیستم آبیاری سنترپیوت به دلیل هزینه کارگری کم ، انعطاف پذیری زیاد ، راحتی اجرا و بهره برداری آسان ، یک سیستم آبیاری انتخابی درامر کشاورزی است . وقتی که سیستم سنترپیوت درست طراحی شود و به پخش کننده های آب با راندمان بالا تجهیز شود ، می تواند در منابع پردازش خود( آب ، انرژی ، زمان ) صرفه جویی نماید  از انواع مختلف این پخش کننده ها می توان به موارد زیر اشاره کرد

روش‌های تشخیص توانایی تنظیم اسمزی در گندم

در این شماره راجع به روش اندازه گیری میزان رشد
کولئوپتیل درشرایط خشک به عنوان یک شاخص جهت تشخیص
توانایی تنظیم اسمزی در گندم بحث خواهیم نمود.
نتایج آزمایشاتی که تا اواسط دهه 80 ادامه داشتند
نشان داده بودند که بین برگ پرچم ژنوتیپ های مختلٿ
گندم از لحاظ توانائی تنظیم اسمزی اختلاٿات اساسی
وجود داشته و این اختلاٿات در توانائی تنظیم اسمزی
با میزان ماده خشک و عملکرد تولید شده در شرایط
مزرعه همبستگی دارد. همچنین معلوم شده بود که
‌عملکرد بیشتر ژنوتیپ های دارای توانائی تنظیم
اسمزی ناشی از زیادتر بودن شاخص برداشت و میزان
تبخیر و تعرق آنها می باشد.‌ به نظر می رسید که با
انتخاب ژنوتیپهای دارای توانایی تنظیم اسمزی در
شرایط خشک می توان محصول را به طور قابل ملاحظه ای
اٿزایش داد با وجود اینکه تشخیص ژنوتیپ های مطلوب
از لحاظ توانایی تنظیم اسمزی با اندازه گیری
پتانسیل آب ، پتانسیل اسمزی ومحتوی آب نسبی در
شرایطی که خشکی اعمال می شود و کاربرد روش هایی که
تا کنون ذکر شده است امکان پذیر است اما هنگامی که
تعداد ژنوتیپهای مورد مطالعه زیاد باشند کاربرد
این روش ها، پر زحمت و بسیار وقتگیر خواهد بود.
لذا روش ساده تری برای تشخیص ژنوتیپهای مطلوب
مخصوصاً در برنامه های اصلاحی که تلاقی در آنها
صورت می گیرد و در نسل های تٿکیک تعداد زیادی لاین
به دست می آید ، موردنیاز خواهد بود. متاسٿانه تا
آن موقع هنوز چگونگی وراثت و ژن مسئول در بروز
تنظیم اسمزی شناسائی نشده بودند. و همان طور که
جلوتر ذکر خواهد شد بعد از شناسایی ژن مذکور
روشهای ساده تری برای شناسایی ژنهای مطلوب ارائه
شدند.
ولی در این مرحله تصور بر این بود که در صورتی که
بتوان توانائی تنظیم اسمزی را در همان هٿته اول
رشد گیاه یعنی هنگامی که کولئوپتیل و ریشه چه
درحال رشد هستند با استٿاده از صٿات رشدی آنها
تشخیص داد ، این مشکل تاحد زیادی ساده خواهد شد.
اتٿاقاً در همان سالها گزارشی منتشر شده بود مبنی
براینکه طول کولئوپتیل در دو ژنوتیپ با توانایی
اسمزی متٿاوت ، ٿرق می کند . لذا چنین انتظار
می‌رٿت که اختلاٿ ژنوتیپها ناشی از اختلاٿ در رشد
سلولها که خود ناشی از اٿزایش مواد محلول برای حٿظ
تورژسانس واٿزایش حجم سلول است ، باشد . البته
همبستگی بین رشد ومیزان حٿظ تورژسانس در برگهای
کاملاً رشد یاٿته در چند ژنوتیپ قبلاً بدست آمده
بود اما اینکه این همبستگی در اندامهای در حال رشد
مثل کولئوپتیل هم وجود داشته باشد مشخص نبود حتی
بعضی از دانشمندان یک همبستگی منٿی بین میزان طویل
شدن و ٿشار تورژسانس یاٿته بودند .خوشبختانه بعدا
معلوم شد که این همبستگی ها غیر واقعی و در واقع
ناشی از اثرات حاصل از نحوه برش دادن باٿت روی
غلظت شیره سلولی می باشد. بااین حال خوشبختانه
گزارشات زیادی مبنی بر وجود اختلاٿات ژنتیکی از
لحاظ میزان طویل شدن ریشه و ساقه در گیاهچه‌های
مختلٿ وجود داشت بنابراین با ٿراهم بودن این
اطلاعات ٿقط باید مشخص می‌گردید که آیا می توان
این اختلاٿات را به اختلاٿ در توانائی تنظیم اسمزی
نسبت دادیا خیر .
آزمایش مربوطه بسیار ساده بود بعد از انتخاب 6
لاین از نسل که از تلاقی دو والد متضاد از لحاظ
توانایی تنظیم اسمزی بدست آمده بودند، این لاین ها
به دو دسته دارای تواتائی تنظیم اسمزی و ٿاقد
توانائی تنظیم اسمزی تقسیم ‌شدند. تقسیم بندی بر
اساس آزمایشاتی که روی واکنش برگ پرچم در حٿظ
تورژسانس در شرایط خشک (به روش‌هائی که در
شماره‌های قبلی ذکر گردید) صورت گرٿت. بذور پس از
جوانه زنی در محلول 20 درصد وزنی پلی اتیلن گلیکول
با وزن ملکولی 6000[1] که پتانسیل آب آن 45/0-
مگاپاسکال می‌باشد قرار گرٿته و در شاهد ٿقط آب
اضاٿه شد. پس از 21 ساعت در حرارت 22 درجه
سانتیگراد طول کولئوپتیل اندازه گیری شد. تنش آب
با اضاٿه کردن مقادیر متٿاوت آب نیز اعمال شد.
دراین روش چون تنش در طول دوره جوانه زنی حاکم
بوده است می توان با اطمینان از بروز واکنش اسمزی
در برابر آن، پتانسیل اسمزی و پتانسیل آب جوانه ها
را اندازه گیری نمود. طول ساقه‌چه و ریشه‌چه،
مقادیر محتوی نسبی آب‌، پتانسیل آب و پتانسیل
اسمزی نیز اندازه گیری شدند. در آزمایش سوم که در
حرارت 22 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 76 درصد
انجام شد، تنش آب با باز گذاشتن درب ظرٿ که باعث
تبخیر تدریجی آب و در نتیجه بروز تنش می‌گردید
اعمال شد. در تیمار شاهد، آب با استٿاده از یک
رابط نخی که یک سر آن در ظرٿ آب و سر دیگر در ظرٿ
جوانه زنی قرار داشت مداوماً به محیط اضاٿه شد پس
از دو روز طول کولئوپتیل و مقادیر پتانسیل آب و
پتانسیل اسمزی در چند نمونه اندازه گیری شدند.
در نتیجه اعمال تنش به وسیله اٿزودن محلول پلی
اتیلن گلیکول که می‌توان آن را تنش اسمزی نامید،
لاین ها بر اساس طول کولئوپتیل به دو دسته مجزا
تقسیم شدند نتیجه حاصل دقیقا مشابه همان نتیجه ای
بود که قبلاً با اندازه گیری تنظیم اسمزی در برگ
پرچم بوته‌های رشد یاٿته در مزرعه یا گلخانه بدست
آمده و ضریب همبستگی معنی داری داشت. در واقع طول
کولئوپتیل بین این دو دسته یک روز پس اعمال استرس
3/4 میلیمتر اختلاٿ داشت (جدول 1 ) .اگر چه
اختلاٿات اندکی بین این دسته‌ها در شرایطی که
رطوبت کاٿی در محیط وجود داشته است‌، دیده می شود
اما این اختلاٿات هیچگونه همبستگی معنی‌دار با
تنظیم اسمزی ندارند.

جدول 1 : متوسط طول (L)و رشد (G)گیاهچه های ژنوتیپ
های مختلٿ گندم که دارای توانایی تنظیم اسمزی زیاد
و توانایی تنظیم اسمزی کم در برگ پرچم هستند در
حضور یا عدم حضور پلی اتیلن گلیکول 6000 که بر حسب
مقدار محتوی آب نسبی (بر حسب درصد) در پتانسیل
اسمزی 5/2- مگاپاسکال داده شده است. طول و رشد هر
دو بر حسب میلی متر هستند.


ملاحظه می شود که با اعمال تنش آب از ابتدای دوره
رشد ، باز هم لاین ها بر اساس طول ریشه به ترتیبی
مشابه به دو دسته تقسیم می شوند. در حالیکه پنج
روز پس از اعمال تنش، پتانسیل آب‌، در هر دو گروه
لاین‌ها به حدود 9/0- مگاپاسکال رسیده است. متوسط
طول ریشه در ژنوتیپ‌های دارای توانایی تنظیم اسمزی
‌‌50 ‌درصد بیشتر از ژنوتیپ‌های ٿاقد توانایی
تنظیم اسمزی می‌باشد. در ظروٿی که آب به مقدار
کاٿی به بذور اضاٿه شده طول ریشه‌های بذوری که
ٿاقد توانایی تنظیم اسمزی بوده‌اند 21 درصد بیشتر
است (جدول2). متوسط طول کولئوپتیل در ژنوتیپ‌های
دارای توانایی تنظیم اسمزی 59 درصد بیشتر از
ژنوتیپ‌های ٿاقد توانایی تنظیم اسمزی می‌باشد.

جدول 2: متوسط طول (L) بخش هوایی (کولئوپتیل) و
ریشه‌ها، پتانسیل آب و پتانسیل تورژسانس (P)
ریشه‌های گیاهچه‌هایی که در ظروٿ جوانه‌زنی با
مقادیر کم و زیاد آب جوانه‌زده و رشد نموده‌اند.
طول دو بخش مذکور( بر حسب mm) 4 روز پس از شروع
آزمایش و روابط آبی بر حسب (Mpa) پس از 5 روز
اندازه‌گیری شده اند.


درشرایط مرطوب‌، اختلاٿ کمی بین طول کولئوپتیل دو
گروه دیده می‌شود. اختلاٿ ژنوتیپ‌ها در میزان رشد
ریشه ها در شرایطی که تنش آب شدید اعمال شده است
با اختلاٿ آنها در میزان ٿشار تورژسانس همبستگی
داشته است. در مجموع میزان ٿشار تورژسانس در
ژنوتیپپ‌های دارای توانایی تنظیم اسمزی 37 درصد
بیشتر از ژنوتیپ‌های ٿاقد توانایی تنظیم اسمزی
است. در حالیکه در شرایطی که رطوبت کاٿی وجود دارد
این اختلاٿ به چشم نمی‌خورد (جدول2). هنگامی که
تنش آب بر کو لئوپتیل‌های در حال رشد که به طول
یک سانتی متر رسیده بودند اعمال شد، ژنوتیپ‌ها بر
اساس طول کولئوپتیل هم مثل قبل به دو دسته تقسیم
شدند. در اینجا هم میزان رشد کولئوپتیل ها با
اختلاٿ ژنوتیپ‌ها در توانایی تنظیم اسمزی همبستگی
نشان می‌دهد(جدول 3).
ٿشار تورژسانس در ژنوتیپ‌های دارای توانایی تنظیم
اسمزی بطور متوسط 6/2 برابر بیشتر از ژنوتیپ‌های
ٿاقد توانایی تنظیم اسمزی بود. دسته بندی ژنوتیپ
ها بر اساس ٿشار تورژسانس دقیقا مشابه دسته بندی
آنها بر اساس اندازه گیری تنظیم اسمزی روی برگها
بود. در مورد این صٿت نیز هیچگونه اختلاٿی بین دو
گروه در شرایطی که رطوبت کاٿی وجود داشت دیده
نمی‌شد (جدول3).

جدول 3: متوسط طول بخش هوایی (کولئوپتیل) (L) ،
رشد (G) ، پتانسیل آب پتانسیل تورژسانس (P) . که
2 روز پس از قرار گرٿتن گیاهچه‌ها در معرض تنش
ماتریک که در اثر قراردادن ظروٿ جوانه‌زنی در معرض
تبخیر هنگامیکه طول کلئوپتیل به 1 میلی‌متر رسیده
است اندازه‌گیری شده‌اند. تنش کم بوسیله آبیاری
ظروٿ با ٿیتیله حاصل شده‌است . پتانسیل آب بر حسب
(Mpa) و طول و رشد بر حسب (mm) اندازه گیری
شده‌اند.


با کاهش پتانسیل آب، پتانسیل اسمزی در هر دو دسته
کاهش اما روند کاهش در دو گروه متٿاوت
می‌باشد.(شکل1). در ژنوتیپ‌های ٿاقد توانایی تنظیم
اسمزی یک رابطه خطی بین کاهش پتانسیل اسمزی و کاهش
پتانسیل آب دیده می‌شود که از 1/0± 6/0- مگاپاسکال
درحالت آماس کامل شروع و تاحدود 2/0±2/1-
مگاپاسکال در حالت آماس صٿر ادامه دارد. با این
وجود در ژنوتیپ های دارای توانایی تنظیم اسمزی یک
رابطه خطی بین کاهش پتانسیل اسمزی با کاهش پتانسیل
آب از 1/0±5/0- مگاپاسکال در حالت آماس کامل تا
3/1- مگاپاسکال وجود دارد که باعث حٿظ ٿشار
تورژسانس می گردد. بعد از این تا هنگامی‌که
پتانسیل آب به 1/0±2- مگاپاسکال می‌رسد ٿشار
تورژسانس به صٿر کاهش می‌یابد.


شکل 1- عکس‌العمل پتانسیل اسمزی به تغییرات
پتانسیل آب در بخش‌های هوایی (کولئوپتیل)
گیاهچه‌های 6 روزه لاین های نسل F7 که دارای
توانایی تنظیم اسمزی زیاد)• (و ٿاقد توانایی تنظیم
اسمزی(° ) در برگ پرچم خود هستند و در معرض تنش آب
حاصل از تبخیر آب در ظرٿ جوانه‌زنی قرار گرٿته‌اند
. خطوط به روش حداقل مربعات (رگرسیون) ترسیم
شده‌اند تا جهت برآورد پتانسیل اسمزی در تورژسانس
کامل و پتانسیل آب در تورژسانس صٿر مورد استٿاده
قرار گیرند.

مراحل اولیه رشد هر گیاه از لحاظ برخی از جنبه های
خاص ٿیزیولوژیکی نظیر توانایی گیاهچه ها در برگشت
به حالت طبیعی پس از تحمل تنش‌های شدید خشکی و هم
چنین وابسته بودن گیاهچه‌ها به مواد غذایی ذخیره
شده در باٿت‌های ذخیره کننده غذا در بذر‌ها با
سایر مراحل رشدی تٿاوت اساسی دارد. با این وجود،
نتایج حاصل از آزمایشاتی که شرح آنها داده شد نشان
می‌دهند که اختلاٿ بین ژنوتیپ‌ها از نظر میزان رشد
اولیه آنها و هم چنین حٿظ ٿشار تورژسانس خود با
اختلاٿات موجود در تنظیم اسمزی بین آنها که در
مراحل بعدی رشد قابل تشخیص و اندازه گیری هستند
هماهنگی دارند.


شکل 10-3- رابطه بین رشد بخش هوایی (کولئوپتیل)
گیاهچه‌های 5 روزه لاین‌های نسل F7 که به مدت یک
روز با قرار گرٿتن در محلول پلی‌اتیلن گلیکول 6000
تحت تنش قرار گرٿته‌اند و ماده خشک بخش هوایی
(دایره‌ها) و عملکرد دانه( مربع‌ها) در همان
لاین‌ها که در شرایط مزرعه‌ای زیر یک محاٿظ باران
رشد یاٿته‌اند. هر نقطه نشان دهنده یک لاین است .
علامت‌های توپر نشان‌دهنده توانایی تنظیم اسمزی
زیاد و علامت‌های توخالی نشان‌دهنده توانایی تنظیم
اسمزی کم هستند.

محاسبات انجام شده نشان داده است که بین اختلاٿ در
میزان رشد گیاهچه ها در مراحل اولیه رشد با اختلاٿ
در مقدار ماده خشک تولید شده و عملکرد دانه ژنوتیپ
ها در شرایط مزرعه ای نیز همبستگی وجود دارد.
بنابر این می‌توان چنین استنباط نمود که در شرایط
خشک اختلاٿ بین ژنوتیپ ها در توانایی تنظیم اسمزی
می تواند باعث ایجاد اختلاٿ در میزان رشد و طویل
شدن اندامها، هم در مراحل ابتدایی رشد و هم، در
مراحل بعدی آن باشد.
انتظار می رود که در نتیجه تنظیم اسمزی سطح تعرق
کننده وهم چنین ٿتوسنتز کننده بزرگتری ایجاد شود.
سطح جذب کننده آب ،یعنی میزان تراکم ریشه ها نیز
بیشتر خواهد شد. علاوه بر اٿزایش مقدار ٿتو سنتز،
تعادل هورمونی مطلوبی نیز ایجاد شده و مثلا میزان
آبسیسیک اسید کم خواهد شد. باید توجه داشت که اگر
ژنوتیپ‌هایی که رابطه خویشاوندی نداشته باشند یعنی
ژنوتیپ‌هایی که از تلاقی‌های متٿاوتی بدست آمده
باشند را مورد استٿاده قرار دهیم چون واکنش رشد
گیاهان به تنش آب در مراحل جلوتر رشد تحت الشعاع
واکنش‌های سازگاری که در مراحل ابتدایی رشد و در
هنگام جوانه زنی وجود ندارند قرار می‌گیرند که
می‌توانند بسته به ژنوتیپ متٿاوت باشند، لذا پیدا
کردن چنین همبستگی‌هایی بین آنها به سادگی امکان
پذیر نخواهد بود. مقدار آب موجود و ٿشار تورژسانس
سلول ها تحت تاثیر عوامل متعددی قرار دارد این
عوامل به نوبه خود با کنترل میزان تعرق، پتانسیل
آب سلول ها را تحت تاثیر قرار می‌دهند. عواملی
نظیرسرعت رشد ، تکامل و میزان پیر شدن برگ‌ها‌،
زاویه آنها ،میزان لوله شدن آنها و مقدار چربی که
در سطح کوتیکول قرار دارند می‌توانند مقدار انرژی
تابشی جذب شده را تحت تاثیر قرار دهند.علاوه بر
این مقدار آب و ٿشار تورژسانس سلولها تحت الشعاع
ٿرآیند تنظیم اسمزی در خود سلول‌ها قرار دارد.
اختلاٿ در مقدارعملکرد ژنوتیپ‌ها نیز تحت‌الشعاع
مقدار مواد ٿتوسنتزی است که به دانه ها تخصیص داده
می‌شوند. تغییرات در میزان مواد ٿتوسنتزی اختصاص
داده شده به دانه‌ها شاخص برداشت را تغییر می‌دهد.
بر اساس مدلی که گرین و همکاران ارائه داده اند.
میزان رشد و توسعه ریشه‌ها و اندام‌های هوایی(r)
برابر با حاصل‌ضرب اختلاٿ ٿشار تورژسانس(p) با
عاملی بنام آستانه تولید دیواره سلولی (y) در ضریب
تولید دیواره می‌باشد.
لذا انتظار می‌رود که اختلاٿ در میزان حٿظ ٿشار
تورژسانس در پاسخ به بروز تنش آب که ناشی از
اختلاٿ در توانایی تنظیم ا‌سمزی بین ژنوتیپ‌ها
است باعث اختلاٿ در میزان رشد ریشه‌ها و اندام‌های
هوایی گردد. همبستگی بین مقادیر تورژسانس و رشد در
کولئوپتیل‌ها و ریشه‌هایی که در معرض خشکی قرار
گرٿته‌اند، این ایده را مورد تایید قرار می‌دهند.

چگونگی مقابلة گیاهان با تنش خشکی در مزرعه

دوره های کمبود آب خاک و یا هوا، اغلب در طول چرخه
زندگی گیاه حتی در خارج از نواحی خشک و نیمه خشک
نیز اتفاق می افتد. واکنش های گیاه به کمبود آب
پیچیده هستند،که تغییرات سازشی و یا اثرات زیان
آور را شامل می گردند. تحت شرایط مزرعه ایی ،این
واکنش ها می توانند به طور سینرژیستی یا
آنتاگونیستی توسط وقوع سایر تنشها تغییر یابند. ..
دوره های کمبود آب خاک و یا هوا، اغلب در طول چرخه
زندگی گیاه حتی در خارج از نواحی خشک و نیمه خشک
نیز اتفاق می افتد. واکنش های گیاه به کمبود آب
پیچیده هستند،که تغییرات سازشی و یا اثرات زیان
آور را شامل می گردند. تحت شرایط مزرعه ایی ،این
واکنش ها می توانند به طور سینرژیستی یا
آنتاگونیستی توسط وقوع سایر تنشها تغییر یابند.
این پیچیدگی به خوبی در اکوسیستمهایی از نوع
مدیترانه ایی نشان داده می شود. و در آنجا گیاهان
دارای راهکارهای غالب اجتناب از تنش مثل گیاهان
چند ساله با ریشه های عمیق یا گیاهان یکسالة
زمستانه بهاره، توأم با اسکلروفیل های مقاوم به
تنش یافت می شوند.
اختلافات بین گونه ها می تواند به جای اختلاف در
متابولیسم, به ظرفیتهای متفاوت برای جذب و انتقال
آب در یک وضعیت آبی مشخص منتهی گردد. تغییرات در
نسبت ریشه به اندام هوایی یا تجمع موقتی ذخایر در
ساقه تحت شرایط کمبود آب با تغییرات در متابولیسم
کربن و نیتروژن همراهی می شود. در سطح برگ
پراکندگی انرژی القایی (تهییجی) بوسیلة فرایندهایی
غیر از متابولیسم کربن فتوسنتزی یک مکانیسم دفاعی
مهم می باشد که با کاهش در فتوشیمی و در دراز مدت
افت ظرفیت فتوسنتزی و رشد توأ م می گردد.

- حفظ موازنة صحیح آبی:
در همین رابطه, دو گونة بلوط همیشه سبز را در کنار
هم در منطقه اورای پرتقال, مورد مقایسه قرار داده
و در یافتند که هیچ اختلاف معنی داری از نظر
مقادیر آسمیلاسیون خالص کربن هنگامیکه رطوبت کافی
در خاک وجود داشت و یا در مورد گیاهان تحت تنش
خشکی ملایم در اول جولای, وجود ندارد. با وجود
این, تا انتهای تابستان گرم و خشک (ماه سپتامبر)
مبادلة گازی نیمروزی در Q.ilex نسبت به Q.
suberکمتر متأثر گردید. یعنی تا انتهای تابستان
پتانسیلهای آبی بسیار بالاتری در برگهای Q.ilex
(52 .1- مگا پاسگال ) در مقایسه با 38 .2-مگا
پاسگال برای Q. suber مشاهده گردید. و چنین فرض شد
که ریشه های Q.ilex قادر به مکش و دریافت آب از
لایه های عمیق تر خاک بودند که به آنها اجازه می
داد در مقایسه با Q. suber برای دورة طولانی تری
مقادیر بالاتری از جریان آب و آسمیلاسیون برگی را
حفظ کنند. افزایش تراکم ریشه در واحد حجم خاک در
گیاهان یک ساله نظیرLupinus albus نیز در شرایط
کمبود آب مشاهده شده است.(شکل زیر) در کل, رشد
اندام هوایی در مقایسه با ریشه در برابر کمبود آب
حساس تر است. مکانیسم هایی که زمینة پایداری و
تداوم رشد ریشه را تحت تنش خشکی فراهم می آورند
شامل تنظیم اسمزی, افزایش در ظرفیت از بین رفتة
دیوارة سلولی و همچنین انباشت ABA داخلی به جهت
ممانعت از تولید اتیلن, می باشند.

- بسته شدن روزنه ,ذخیرة اقتصادی آب برای
آسمیلاسیون کربن:
کنترل روزنه ایی تلفات آب, که هم در واکنش به کاهش
در تورژسانس برگی یا پتانسیل آبی و هم رطوبت نسبی
پایین هوا می تواند اتفاق بیفتد, به عنوان اولین
واکنش گیاه به کمبود آب در شرایط مزرعه ایی تشخیص
داده شده است. بطوریکه روزنه ها به علایم شیمیایی
(مثلABA) تولید شده بوسیلة ریشه های دهیدراته پاسخ
می دهند در حالیکه وضعیت آبی برگ ثابت نگه داشته
می شود.
- 2 coقابل دسترس, کنترل کنندة ظرفیت بیوشیمیایی
آسمیلاسیون کربن می باشد که کاهش در کربن بین
سلولی (Ci) به دنبال بسته شدن روزنه ها در دراز
مدت کاهش ظرفیت ماشین فتوسنتزی را به منظور
سازگاری به کربن در دسترس القا می کند.
بطورکلی, مقاومت به خشکی در گیاه به مجموعه ایی از
مکانیسم ها و واکنش های پیچیده ایی گفته می شود که
گیاه در صورت بر خورد با کم آبی, توانایی رشد و
نمو خود را تا حدودی حفظ می کند.

تاثیر عناصر درغلات وکمبود و علائم آنها

غلات

امروزه کودهای ماکرو در زراعت غلات به طور مرتب مصرف می شود ولی برای به دست آوردن محصول با کیفیت مناسب باید از کودهای میکرو هم استفاده نمود و این مسأله در مورد غلات به خاطر نقش تغذیه ای آن از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است .

 تاثیر عناصر مختلف بر غلات و علائم کمبود آنها

ازت (N) : باعث افزایش پروتئین دانه ، بهبود کیفیت پخت ، افزایش راندمان آبیاری شده تعداد پنجه ها را زیاد نموده و مقاومت گیاه را نسبت به زنگ زرد گندم افزایش می دهد . در صورت کمبود این عنصر ساقه کوتاه و نازک می شود پنجه زنی گیاه کم شده ، برگها سبز مایل به زرد گشته و خوشه ها کوچک می شوند .

فسفر (p)  : باعث تکامل دانه ، افزایش عمق نفوذ ریشه و سهولت جذب آب می شود . این عنصر زمان بلوغ و رسیدن محصول را تسریع نموده و باعث می شود گیاه از خشکی که عمدتا با زمان تشکیل دانه همراه است آسیب نبیند . در صورت کمبود فسفر برگها و ساقه سبز مایل به آبی شده و بعد از مدتی برنزه یم شود . برگهای پیر از نوک به طرف پائین برگ شروع به خشک شدن نموده و خوشه ها کوتاه می مانند .

پتاسیم (k) : مقدار پروتئین دانه و راندمان استفاده از کودهای ازته را افزایش می دهد . میزان سلولز زیاد شده و در نتیجه ورس کاهش می یابد . مقاومت نسبت به آفات و بیماریها نیز افزایش می یابد . اگر گیاه دچار کمبود پتاسیم شود . ساقه ها کوتاه و گیاه لاغر می شود . مقدار دانه کم شده و اندازه آنها کوچک می ماند . برگها به رنگ سبز مایل به خاکستری و یا کمی رنگ پریده می شود و سوختگی لبه و نوک برگ به وجود می آید .

منگنز (Mn) : وزن هزار دانه را افزایش می دهد . باعث غنی شدن دانه گندم شده و عملکرد دانه و کاه را افزایش می دهد . در صورت کمبود ، رگه های زرد کم رنگ و نیز لکه های قهوه ای پراکنده ، روی برگ ظاهر می شود .

 مس (Cu) : عمدتا به عنوان کاتالیزور در واکنشهای گیاه شرکت می کند و در صورت کمبود برگهای جوان تر لوله ای شده ، نوک برگها چروک می خورد و دانه ها لاغر و کوچک بنظر می رسد .

روی (zn) : در تشکیل هورمونهای گیاهی نقش عمده ای داشته و اگر گیاه دچار کمبود این عنصر شود . نوارهای موازی زرد رنگ در اطراف رگبرگ میانی مشاهده خواهد شد .

ذرت

ذرت از محصولات مهمی است که به عنوان غذای انسان و دام مطرح است . لذا نه تنها کمیت بلکه کیفیت آن نیز از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است .

 تاثیر عناصر مختلف بر ذرت و علائم کمبود آنها .

 ازت (N) : باعث افزایش مقدار پروتئین دانه ، رشد اندامهای هوایی ، و همچنین باعث افزایش عملکرد می شود . در صورت کمبود برگهای پیر از قسمت نوک شروع به زرد شدن کرده و در امتداد رگبرگ میانی به شکل V پیش می رود ( شکل 1) .

 فسفر (p) : به زود رسی ذرت کمک می کند . در نتیجه باعث می شود که گیاه از تنش رطوبتی و گرمایی ، که در مرحله گرده افشانی صورت می گیرد ، اسیب نبیند و اگر گیاه دچار کمبود شود برگها سبز تیره مایل به بنفش شده ، خوشه ها کوچک می شوند و دانه ها نامنظم می رسند .

 پتاسیم (k) باعث افزایش طول دوره پر شدن دانه می شود و به رسیدگی یکنواخت و افزایش تعداد دانه در خوشه کمک کرده و ورس را کاهش می دهد ، در صورت کمبود پتاسیم برگها نسبتاً دراز و چروکیده شده و خطوط زرد طولی زیر برگ ظاهر می شود . حاشیه برگها سوخته و قهوه ای شده ، خوشه ها کوچک باقی مانده و دانه تشکیل نمی شود .

روی (zn) :‌به افزایش ماده خشک گیاه کمک نموده و اگر گیاه دچار کمبود شود نوارهای کلروز روی برگ ایجاد شده و برگها پیچ خورده می شوند .

 بر (B) به تشکیل دانه گرده کمک کرده و در ساخت دیواره سلولی نقش مهمی ایفاء می کند . در صورت کمبود ، رشد گیاه کاهش یافته ، کوتولگی بوجود آمده و میزان تولید دانه کم می شود .

مس (cu) : در تشکیل لیگنین و ایجاد دیواره سلولی قوی گیاه کمک می کند و مقاومت گیاه را در مقابل پژمردگی کاهش افزایش می دهد . در صورت کمبود مس ، رشد گیاه کاهش یافته ، برگها زرد و پژمرده می شوند .

پیش بینی سرعت و جهت بادهای فرساینده در ایران

فرسایش  بادی یک معضل جدی در بیشتر مناطق خشک و نیمه خشک دنیا و ایران است . توانائی پیش بینی دقیق فرسایش بادی خاک برای بسیاری منظورها ، از جمله برنامه های حفاظتی ، منابع طبیعی ، و کاهش آلودگی هوا ناشی از طوفان ضروری است ( 3 ) .  از آنجایی که نیروی باد در طول سال ، ماه وحتی روز تا حد زیادی تغییر می نماید ، و همچنین قدرت فرسایندگی باد بستگی به توان سوم سرعت باد دارد . به منشور پیش بینی و کنترل فرسایش بادی در هر منطقه توزیع سرعت باد حائز اهمیت میباشد . همچنین علاوه برسرعت باد ، دانستن چگونگی تغییرات جهت باد در منطقه نیز امری ضروری است . زیرا نسبت جهت باد به جهت اضلاع زمین ، بادشکن ها ، ردیف کاشت گیاهان ، و شخم زمین ، نقش مهمی را در پیش بینی مقدار و جهت فرسایش بادی ایفا می کند ( 4) . مدل های مختلفی برای نشان دادن توزیع سرعت باد استفاده شده است . بی شک توزیع ویبل یکی از گسترده ترین توزیع هایی است که تا بحال برای نشان  دادن پراکندگی سرعت باد مورد استفاده قرار گرفته است ( 5 ) . اهداف این پژوهش عبارت بودند از : 1 ) شبیه سازی ساعتی سرعت و جهت باد به روش استوکاستیک با استفاده از توزیع ویبل ، به منظور استفاده در مدل WEPS  ، برای پیش بینی فرسایش بادی در شهرهای مختلف ایران ، 2) آزمون اعتبار سنجی توزیع ویبل و مدل کامپیوتری windpred  ، در پیش بینی ساعتی سرعت و  جهت باد ، . 3) ترسیم نقشه های سرعت و جهت بادهای فرساینده در ایران .

مواد و روشها

ابتدا 38  شهر که دارای حداقل 10 سال آمار ساعتی سرعت و جهت باد بودند ، انتخاب گردیدند . در مرحله بعد تعداد سال آماری هر شهری به دو دوره برابر تقسیم گردید ، بطوریکه از دوره اول برای شبیه سازی و از دوره دوم برای آزمون اعتبار سنجی مدل ( با استفاده از معنی دار بودن  و نبودن ضرائب همبستگی ) استفاده شد . سپس با استفاده از توزیع ویبل ، شبیه سازی سرعت و جه باد بصورت ساعتی توسط برنامه Windpred  ( 2 و 1 ) انجام گرفت . تابع توزیع تجمعی ویبل F (U)  به صورت زیر میباشد :

(1)                                                            [-(u/c)^k]F(u)=1-exp

که در این معادله u  سرعت باد ( متر بر ثانیه )  ، c، پارامتر مقیاس ( با واحد سرعت ) ، و k  پارامتر شکل ( بدون واحد ) ، میباشند ( 6 ) . در هرمرحله بعد ، دوره های باد آرام حذف و فراوانی باد در هر گروه سرعتی نرمالیزه گردیدند . بنابراین :

(2)                                    [-(u/c)^k]= 1-exp [ (F(u)-F0 ) / (1-F0)] F1(u)  =

که در آن F1(u)  توزیع تجمعی در حالتی است که دوره های باد آرام حذف شده است ، و F0 فراوانی دوره های باد آرام میباشد . پارامترهای k, c  به روش حداقل مربعات و بکارگیری تابع توزیع تجمعی محاسبه شدند ( معادله 2 ) .

با استفاده از پارامترهای توزیع ویبل (c,k)  فراوانی سرعت باد در هر ماه و در سال بصورت تجمعی و نرمال شده بدست آمد . به منظور شبیه سازی جهت باد ، اعداد بین صفر و یک بصورت تصادفی انتخاب ، و با جدول توزیع تجمعی جهت باد مقایسه گردیدند . برای شبیه سازی سرعت باد براساس جهت باد تعیین شده ، پارامترهای c،k  توزیع ویبل برای آن جهت خاص از جدول های تعیین شده قبلی ، بدست امد و از معادله زیر استفاده گردید :

U= c{-1n[1-(F(u)-F0]/(1-F0)}^1/k

با استفاده از روش انتخاب عدد تصادفی ، یک عدد بین صفر و یک انتخاب گردید . سپس این مقدار را به جای F(u)   قرارداده و در نهایت سرعت باد شبیه سازی شده محاسبه گردید . به دلیل اینکه هدف شبیه سازی سرعت باد بصورت ساعتی بود ، با استفاده از رابطه زیر سرعت باد بصورت ساعتی شبیه سازی شد :

U(1)= U_rep+0.5(u_max-U_min) Cos[2p(24-hr_max+I)/24]

که در آن ، hr_max  ساعتی از روز که سرعت باد حداکثر است ،  I   شاخص ساعت روز ، U_max  سرعت باد حداکثر ، U_min  سرعت باد حداقل ، و U_rep  سرعت شبیه سازی شده حاصل از معادله( 3 ) میباشد .

در مرحله  بعد ، با استفاده از نتایج شبیه سازی شده ، نقشه درصد سرعت بادهای فرساینده و جهت غالب آنها ، و همچنین نقشه حداکثر سرعت باد و جهت غالب باد در هر ایستگاه با استفاده از نرم افزارهای SURFER  و CorelDRAW10  برای ماه های مختلف سال تهیه گردید . بعنوان نمونه نقشه درصد سرعت بادهای فرساینده و جهت غال آنها ، برای ماه جولای نشان داده شده است ( شکل 1 ) لازم به ذکر است که در این نقشه ها ، شهرها به صورت دایره ، اسم شهرها واطلاعات مربوط به سرعت باد شهرها در داخل دایره و جهت باد غالب آنها هم بر روی دایره بشکل حروف و بصورت علامت پیکان ، نمایش داده شده است . همچنین برای نشان دادن سرعت حداکثر و درصد سرعت بادهای فرساینده ، از رنگهای مختلفی نیز استفاده گردید .

نتایج و بحث

با استفاده از داده های خام سرعت باد متعلق به نیمه اول هر دوره ، توزیع تجمعی ویبل بصورت ماهانه در تمامی ایستگاه ها ترسیم شد . سپس با استفاده از داده های خام همان دوره در مدل ، مقادیر شبیه سازی سرعت باد بدست آمد در ادامه ، ضریب های همبستگی بین توزیع تجمعی ویبل و سرعت شبیه سازی شده مشخص ، و معنی دار بودن یا نبودن آنها نیز تعیین گردیدند . مقادیر ضریب های همبستگی در تمامی ایستگاه ها و در تمامی ماه های سال بین 93/0 تا 0/1 بوده و در سطح یک درصد معنی دار بودند . بنابراین میتوان ادعا نمود که داده های سرعت باد از توزیع ویبل پیروی نموده ، و استفاده از این توزیع در امر شبیه سازی سرعت باد یتواند قابل قبول میباشد . در ادامه هم به منظور اعتبار سنجی مدل کامپیوتری Windpred  ، مقایسه هایی بین توزیع فراوانی سرعت و جهت باد شبیه سازی شده ( با استفاده از داده های خام دوره اول ) ، و داده های خام دوره دوم صورت گرفت ، و ضریب های همبستگی آنها نیز تعیین گردیدند . مقادیر ضریب های همبستگی در تمامی ایستگاه ها و در تمامی ماه های سال ، برای سرعت باد بین 94/0 تا 0/1 ، و برای جهت باد بین 46/0 تا 0/1 بودند ، که در سطح یک درصد معنی دار می باشند . از اینرو میتوان نتیجه گرفت که همبستگی بسیار قوی بین سرعت و جهت باد شبیه سازی شده و داده های خام وجود دارد . در مرحله بعد درصد سرعت بادهای فرساینده و جهت غالب آنها در شهرهای مختلف ایران در ماه جولای ترسیم شد ( شکل 1 ) همانطور که مشاهده میشود ، در ماه جولای ، بیشترین میزان بادهای فرساینده متعلق به شهر زابل ( %7/61 ) با جهت باد غالب شمال شمال غربی ،و کمترین میزان بادهای فرساینده ، متعلق به شهر تبریز ( %1/0 ) با جهت باد غالب شرق میباشند .

مطالعه حساسیت خاک سطحی  اراضی منطقه رودشت اصفهان به فرسایش بادی

مقدمه

بخش وسیعی از کشور ایران را مناطق خشک و نیمه خشک فرا گرفته است . فرسایش بادی  از مهمترین عوامل تخریب و هدر رفت خاک در این مناطق به شمار میرود ، لذا یافتن راههایی که بتواند این فرآیند را کنترل و یا به حداقل ممکن کاهش دهد ، امری جدی محسوب میگردد . تعیین فرسایش پذیری اراضی و شناخت عوامل مؤثر بر آن ( براساس اطلاعات واقعی و دقیق در مورد شدت و مقدار فرسایش فعلی منطقه ) می تواند اساس برنامه جامع حفاظت خاک و اولویت بندی مراحل اجرایی آن قرار گیرد . در حال حاضر روشهای تجربی متنوعی جهت برآورد فرسایش پذیری اراظی ارائه گردیدهاند ( 1 و 4 ) که علیرغم اینکه از نظر کاربردی راحت و ساده اند ، در مناطقی با خاکهای فرسایش یافته و یا اراضی کویری به دلیل نقش حفاظتی سنگریزه ها وسله های نمکی از کاربری مناسبی برخوردار نمی باشند ( 1 ) . نتایج حاصل از تونل باد قابل حمل در صحرا ، دقیق و مطمئن تربوده و تا حد امکان تأثیر کلیه پارامترها و اثرات متقابل آنها به ویژه اثرات بافت و ساختمان به خوبی دخالت داده میشود ( 1 ) . فرسایش پذیری خاک سطحی ، مهمترین فاکتور مؤثر در کلیه مدلهای برآورد فرسایش بادی میباشد که متأثر از مرفولوژی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک سطحی مانند بافت و ساختمان ( 2 ) ، مقدار و انرژی ذرات ساینده ( 5 ) ، دانسیته و پایداری مکانیکی سله سطحی ( 2 و 5 ) ، پوشش سطحی خاک با عوامل غیر قابل فرســــایش ( سنگریزه ، کلوخه و بقایای گیاهی ) و زبری سطح ( 3 ) ، رطوبت خاک سطحی ( 2 ) و اثرات متقابل آنها میباشد . این تحقیق به منظور مطالعه سرعت آستانه فرسایش و فرسایش پذیری نسبی اراضی منطقه رودشت اصفهان و تأثیر مرفولوژی و خصوصیات خاک سطحی بر آن و نیز مطالعه تأثیر دستکاری نمودن خاک سطحی اراضی منطقه بر تشدید فرسایش پذیری آن و در نهایت ارائه راهکارهای مناسب و کاربردی جهت کاهش تخریب و هدر رفت خاک منطقه انجام گرفت .

مواد و روشها

منطقه مورد مطالعه در شرق اصفهان ، اطراف رودخانه زاینده رود و در محدوده عرض جغرافیایی '20 ˚32 تا 34 ˚32 شمالی و طول '52 تا '34 ˚52 شرقی واقع شده است . ارتفاع متوسط منطقه از سطح دریا 1450 متر و متوسط بارندگی سالیانه در ایستگاه ورزنه 5/68 میلیمتر است . بادهای غالب منطقهکه ناشی از جریانات مدیترانه ای است ، از سمت غرب و جنوب غرب می وزد جهت نیل به اهداف ، ابتدا با تلفیق نقشه های خاک ، شوری قلیانیت ، زمین شناسی ، توپوگرافی و مشاهدات صحرایی و نتایج تجزیه آزمایشگاهی خاک سطحی فاز سریهای مختلف ، 15 واحد کاری ( کوچکترین واحدهای همگون از لحاظ مرفولوژی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک سطحی ) مشخص شد . سپس در هر واحد مطالعاتی با استفاده از تونل باد قابل حمل صحرایی ، فرسایش پذیری خاک سطحیاراضی در مدت 30 دقیقه وزش باد باسرعت 10 متر بر ثانیه در ارتفاع 20 سانتیمتری و نیز سرعت آستانه فرسایش در دو وضعیت طبیعی و دستخورده تعیین گردید . از خصوصیات فیزیکی خاک سطحی ، توزیع اندازه خاکدانه ها به دو روش الک خشک و مرطوب ، بافت خاک به روش پیپت و درصد رطوبت وزنی و از خصوصیات شیمیایی ph,EC  و غلظت آنیونها و کاتیونهای محلول در عصاره گل اشباع ، میزان آهک و ماده آلی و از خصوصیات مرفولوژی سطح خاک ، درصد سنگریزه سطحی و قطر متوسط آن ، ضخامت سله و میزان زبری سطح خاک اندازه گیری شد .

نتایج و بحث

نتایج و تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که اثر واحدهای مختلف بر فرسایش پذیری و سرعت آستانه در سطح احتمال 1 درصد  معنی دار است . مقایسه میانگین اختلاف فرسایش پذیری و سرعت آستانه در دو وضعیت طبیعی و دستخورده در واحدهای مطالعاتی نشان داد ، اختلاف فرسایش پذیری در کلیه واحدها در سطح احتمال 1 معنی دار است در حالیکه اختلاف سرعت آستانه در واحدهای 2 ، 6 ،11 و 15 در سطح احتمال 5 درصد معنی دار نمیباشد که علت آن ، وجود ذرات فرسایش پذیر لس بر روی سطح این واحدها میباشد .

خاک سطحی واحدهای 6 ، 8 و 13 حاوی کریستالهای گچ و آهک بوده و نسبت به فرسایش بادی ، حساس میباشند ولی پوشش سنگریزه ای سطح این اراضی ، به خوبی از خاک زیرین محافظت می نماید . فرسایش پذیری نسبی این واحدها در حالت طبیعی جزیی تا کم است ، که تا حدی مربوط به رسوبات بادی است که از اراضی مجاور برخاسته و بین سنگریزه ها بدام افتاده است . در صورت دستکاری خاک سطحی در این واحدها ، فرسایش پذیری آنها زیاد تا خیلی زیاد میشود که بیانگر نقش بسیار مؤثر پوشش سنگریزه ای در کاهش فرسایش پذیری این اراضی میباشد . اراضی واحد 6 بعنوان معدن شن مورد بهره برداری قرار میگیرد که علاوه بر تشدید فرسایش بادی منطقه، باعث انتقال رسوبات بادی شور به اراضی کشاورزی مجاور میگردد ، توصیه میشود از بهره برداری این معادن بدون عملیات حفاظتی مناسب ، جلوگیری بعمل آید . خاک سطحی اراضی 1 ، 2 ، 12 و 15 شور قلیا با ساختمان تکدانه ای و بسیار حساس به فرسایش بادی میباشد سطح واحدهای 1 و 2 توسط سله نمکی به ضخامت 3 تا 4 میلیمتر پوشیده شده است که سطح خاک در واحد 1 صاف و فاقد ذرات لس ، در حالیکه در واحد 2 ، حالت پف کرده و دارای ذرات فرسایش پذیر لس میباشد سطح واحدهای 12 و 15 با لایه بسیار نازک سیل پوشیده شده است شدت فرسایش پذیری این واحدها ، زیاد تا خیلی زیاد میشود که نشان دهنده اهمیت بسیار زیاد سیل و سله سطحی در کاهش حساسیت اراضی به فرسایش بادی میباشد . لذا توصیه میشود در این اراضی از هرگونه عملیاتی که باعث تخریب سله سطحی میشود اجتناب گردد.

واحدهای دیگر منطقه ، اراضی کشاورزی بوده و بسته به نوع بافت و ساختمان و مدیریت زراعی دارای فرسایش پذیری کم تا زیاد هستند . واحد 5 با بافت لومی شنی و ساختمان تکدانه ای نسبت به فرسایش بادی بسیار حساس میباشد ، در حالیکه واحد 9 بعلت داشتن بافت ریزتر و میزان بقایای گیاهی بیشتر بر روی سطح خاک ، از حساسیت کمی نسبت به فرسایش بادی برخوردار است ( نمودار 1 ) توصیه میشود در اراضی کشاورزی ، پس از برداشت محصول ، بقایای گیاهی بر روی سطح خاک باقی گذارده شود و یا اینکه عمود برجهت باد غالب ، شخم زده شوند تا زبری ناشی از کلوخه های سطح خاک باعث کاهش سرعت باد در نزدیکی سطح و بدام افتادن ذرات فرسایش یافته در بین کلوخه ها گردد.

روشهای اندازه گیری زبری سطح خاک (Soil surface roughness )  و کاربرد آن در فرسایش بادی

مقدمه

ناهمواریهایی که در اثر وجود کلوخه ها در سطح زمین ، یا جوی و پشته هایی که توسط شخم ایجا میشود را زبری سطح خاک گویند . زبری سطح خاک تأثیرات معنی داری بر روی فرسایش آبی و بادی دارد ( 9 ) اثراث زبری سطح خاک بر روی فرسایش بادی به خوبی مشخص شده است ( 4 ) انواع زیری مؤثر در فرسایش بادی شامل زبری تصادفی (Random Roughness 0  و زبری جهت دار شده (Oriented Roughness )  است زبری تصادفی ، ناشی از خاکدانه ها و کلوخه هاست و زبری جهت دار ، بوسیله ابزار شخم زدن و مسیرهای چرخ وسایل شخم بوجود می آید ( 3 ) کمی کردن داده های زبری شامل دو مرحله جمع آوری داده های ارتفاعی سطح خاک و تجزیه و تحلیل داده ها براساس شاخص های توصیف کننده زبری میباشد.موارد یاد شده در مدلهایی نظیرEQ ( Wind erosion Equation ) و (WindWEPS  ( Erosion prediction system    به کار برده میشوند ( 12 ) . بنابراین اولین مرحله از کار ، جمع آوری داده های ارتفاعی سطح خاک میباشد ، که در اینجا روشهای متداول اندازه گیری زبری سطح خاک در فرسایش بادی ، بیان و سپس مورد بررسی قرار میگیرند .

مواد و روشها

روشهای  اندازه گیری زبری سطح خاک را به دو روش کلی تقسیم بندی می کند . زوش تماسی (contact )  ، مانندPin meter و  chain method  و روش غیر تماسی ( noncontact )   مانند روشهای اولتراسونیک ( 7 ) و اپتیکال یا تصویری نظیر روش لیزری ( 2 ) . از میان روشهای مختلف اندازه گیری زیری سطح خاک که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، روشهای لیزری Pin meter و  chain method متداول میباشند . دقت دستگاه لیزری 25/0 میلیمتر است ، و با تغییرات شیب سطح زمین ، دقت آن کاهش می یابد (8) این دستگاه به دو نفر برای برپا کردن آن که حدود 2 ساعت طول می کشد ، نیاز دارد و22 ترانسکت را در مدت یک ساعت میتواند اندازه گیری کند . هر چند پیشرفت های خوبی در این زمینه شده است ( 2 ) ، اما سیستم لیزری ، گران و با تکنولوژی بالاست و تهیه ، آموزش و نگهداری آن مشکل میباشد . لذا این وسیله همانگونه که هم اکنون نیز معمول است بیشتر در آزمایشگاهها استفاده میشود یکی از آسانترین و از اولین وسایل اندازه گیری تغییرات نیمرخ سطح خاک Pin meter است ( 6 ) ، سیر تکاملی ثبت کردن داده های این وسیله شامل ثبت دستی ( که وقت گیر و همراه با خطای بسیار است ) و ثبت الکترونیکی ، ثبت دیجیتالی ( ثبت با استفاده از عکس و برنامه کامپیوتری PMP (Pin Meter Program )  میباشد ( 13) . مطالعاتی که بوسیله صالح (9) به منظور بوجود آوردن یک روش ساده ، ارزان و سریع براساس تعاریف موجود ( 5 ) و (1) و برای تعیین زبری خاک انجام شد منجر به ابداع روش Chain method   گردید . در این روش ، یک زنجیر به طول L1   وقتی که بر روی یک سطح زبر قرار می گیرد ، دارای فاصله افقی کوتاهتری (L2),  نسبت به طول L1 خواهد شد . اختلاف بین L1 و L2 ، رابطه ای با درجه زبری خواهد داشت .

بحث و نتیجه گیری

نقدهائی در زمینه روشهای ذکر شده به خصوص روش اخیر از سوی دانشمندان صورت گرفته است که میتوان به نقد آقای اسکیدمور  (11) اشاره نمود . البته در جواب ایشان صالح ( 10 ) توضیحاتی ارائه داده است که با دقت و تأمل در آن میتوان به نکاتی دست یافت . با نگاهی اجمالی به مبانی نظری روش chain method  و بررسی معادلات مربوطه ، میتوان دریافت که در استفاده از این روش باید محتاطانه عمل نمود . با توجه به محدودیت های دستگاه لیزری ، از قبیل نگهداری ، تعمیر، آمورش افراد مجرب ، و نیز مشکل استفاده آن در صحرا ، بنظر میرسد که این دستگاه بیشتر در آزمایشگاه  و تحقیقات خاص میتواند مورد استفاده قرار گیرد ، حال آنکه از دستگاه Pin mete   میتوان به سهولت و با دقت کافی جهت مطالعات صحرایی استفاده گردد .

کمی نمودن رسوبات فریاشی یافته بادی در منطقه شرق اصفهان

فرسایش خاک به وسیله باد اساساٌ یک فرآیند جریان و سیر مواد میباشد که در طی این فرآیند خاک از سطح قابل فرسایش برداشت و به حالتهای گوناگون ( تعلیق ، جهش و خزش سطحی ) در پاسخ به تنش برشی باد و بمباران ذرات خاکی که قبلاً در جریان باد وارد شده اند حمل میشوند و به دنبال آن ته نشینی مجدد رسوبات حمل شده توسط باد صورت میگیرد ( 3) . مقادیر مواد حمل شده به وسیله روشهای حمل به سرعت باد ، چگالی ذره و بافت سطحی خاک بستگی دارد . برای مطالعه فرسایش بادی منطقه و طرح و ارریابی فن آوریهای کنترل فرسایش بادی به مشاهده های جزیی تر حمل رسوبات ناشی از وزش باد د آن منطقه نیاز است . حمل ذرات ناشی از وزش باد در منطقه معمولاٌ به وسیله تله های رسوب گیر نمونه برداری میشوند . ( 2 و 4 ) .

اگر چه تله های رسوب گیری تشریح شده در منابع از نظر شکل و اندازه متفاوت هستند ، ولی عموماً شامل یک آزایش عمودی از تله های رسوب گیر میباشند . هر تله در طول مدت یک واقعه فرسایش بادی مواد در حال حرکت در ارتفاع معینی را جمع آوری می کند . از وزن مواد به دام افتاده و مدت وزش طوفان ، دبی جرم ذرات به صورت افقی اندازه گیری میشوند . نرخ حمل ذرات در نقطه مورد مشاهده به وسیله جمع کردن نیمرخ دبی جرم ذرات افقی در طول ارتفاع بدست می آید . هدف از این مطالعه کمی کردن حمل ذرات ناشی از وزش باد در طول دوره های معین در منطقه شرق اصفهان و کاربرد چندین مدل جهت محاسبه نرخ حمل ذرات میباشد . علاوه براین ارتباط بین توزیع عمودی رسوبات فرسایش یافته بادی و ارتفاع رسوب به وسیله نمونه بردار BSNE    تعیین گردید .

مواد و روشها

مطالعه تحت  شرایط منطقه و آزمایشگاه انجام گردید . مجموعه ای از نمونه بردارهای از نوع BSNE¹  در اواسط اسفند ماه 1377 در قسمت شرقی پایگاه شهید بابایی اصفهان در منطقه ای هموار ، پوشیده از رسوبات بادی به ضخامت 5 تا 30 سانتیمتر و تقریباٌ عاری از پوشش گیاهی نصب گردید که به دور از موانع جهت مزاحمت از وزش باد میباشد . نمونه های مواد خاکی از خاک فرسایش یافته در طی 10 دوره نمونه برداری از 17/12/1377 تا 3/5/1379 در ارتفاعات 24/0 ، 6/0 ، 08/1 ، 60/1 ، 2،3 و 4  متر از سطح زمین با استفاده از نمونه بردار BSNE جمع آوری گردید . خاکهای منطقه عموماً در فامیل فاین – لومی ، جیپسک هاپلو سالیدز ، با 31 درصد شن ، 41 درصد لای ، 28 درصد رس ، 5/16 درصد کربنات کلسیم و 1/33 درصد گچ قرار می گیرند . قبل از استفاده از نمونه بردار BSNE در صحرا با استفاده از یک تونل بادی مدار باز راندمان تله اندازی ( p    )  آن تعیین و نمونه بردار واسنجی گردید از رسوبات منطقه مورد مطالعه جهت آزمایش واسنجی استفاده گردید . متوسط راندمان تله اندازی  نمونه بردار با بادهایی با سرعت 2/5 تا /7 متر بر ثانیه 51/0 بدست آمد ( 1) . ارتباط بین مقدار مواد انتقال یافته به وسیله باد و ارتفاع نمونه بردار با استفاده از مدلهای مختلف ( توانی ، معکوس ، لگاریتمی و نمایی و .... ) به وسیله برنامه spss مورد آزمون قرار گرفت . مقدار کل مواد انتقال یافته به وسیله باد ( عرض Q,g/cm)  به ازای یک سانتیمتر عرض دهانه نمونه بردار در ارتفاع 24/0 تا 4  متر ی از سطح زمین جمع آوری میگردد به وسیله انتگرال گیری معادلات رگرسیون برازش شده در محدوده ارتفاع 24/0 تا 4 متر محاسبه گردید . جهت محاسبه  مقدار نقل و انتقال کل جرم ذرات ( عرض Qt.) محدوده ارتفاع 24/0 تا 4 متر محاسبه گردید . جهت محاسبه مقدار نقل و انتقال کل جرم ذرات ( عرض Qt.g/cm ) در نقطه نمونه برداری بایستی مقدار Q   محاسبه شده به وسیله راندمان تله اندازی نمونه بردار تصحیح گردد . (n=Q/Qt)  نرخ  نقل و انتقال کل جرم ذرات ( روز و عرض mt,g/cm )  به وسیله تقسیم مقدار Qt به تعداد روز نمونه برداری بدست می آید . این مقدار بیانگر جرم کل رسوبات ناشی از وزش باد در ارتفاع 4 متری است که از نواری با پهنای یک سانتیمتر به طور عمودی در متوسط جهت باد به ازای ک روز عبور می کند . البته فرض براین است که قدار سهم رسوبی که در ارتفاع بالاتر از 4 متر منتقل میشود نسبت به جرم کل حمل شده می تواند در نظر گرفته نشود .

نتایج و بحث

رسوبات سطحی منطقه مورد مطالعه ریز ( متوسط اندازه ذرات(zm) 2تا 3 فی یت 125 تا 250 میکرون ) با جور شدگی متوسط تا نسبتاً خوب ( انحراف معیار ترسیمی جامع فولک(   Id  ) 68/0 تا 93/0 فی ) و کج شدگی زیاد به سمت ذرات دانه ریز ( کج شدگی ترسیمی جامع فولک SKI  ، 34/0 – تا 13/0 - ) میباشد . در هر دوره نمونه برداری ، مقدار درصد ذرات بزرگتر از 3 فی (125> میکرون ) و  مقادیر SKI با افزایش ارتفاع نمونه بردار زیاد و مقادیر z m (m m) وId با افزایش ارتفاع کاهش می یابد . بنابراین با افزایش ارتفاع بات توجه به کاهش شدید مقدار رسوب بدام افتاده درصد نسبی ذرات ریز افزایش و توزیع اندازه ذرات به سمت ذرات ریزدانه تر متمایل می گردد به طوریکه درصد نسبی ذرات کمتر از 63 میکرون ار ارتفاع 24/0 تا 4 متری از سطح زمین از 8/8 به 1/70 درصد افزایش می یابد ( شکل 1 ) این تغییر شاید به دلیل چگونگی حمل ذرات باشد بطوریکه ذرات کمتر از 100 میکرون به صورت تعلیق جابجا می شوند ( 4 ) .  و ذرات بزرگتر از 100 میکرون با افزایش ارتفاع کاهش می یابد که مبین حمل این ذرات به صورت جهش میباشد ( شکل 1 ) در هر دوره نمونه برداری درصد رطوبت اشباع ، ظرفیت تبادل کاتیونی و مقدار کربنات کلسیم با افزایش ارتفاع زیاد میشوند به طوریکه با افزایش ارتفاع از 24/0 تا 60/1 متر به ترتیب مقادیر فوق از 3/49 به 5/53% ، 6/20 به 2/31m/S  ، 9/3 به 1/6 خاک meq/100 gr   و از 4/16 به 1/26 درصد افزایش می یابد .

شکل 1- هیستوگرام درصد فراوانی توزیع اندازه ذرات رسوبات بادی بدام افـتاده در نمونه بردار BSNE  در 7 ارتفاع در طی زمان 23/1/78 – 17/12/1377

از طرفی مقدار وزن مخصوص ظاهری رسوبات جمع آوری شده از 12/1 به 02/1 گرم بر سانتیمتر مکعب کاهش می یابد . این به این دلیل است که درصد نسبی ذرات ریز در رسوبات جمع آوری شده در سطوح بالاتر بیشتر میباشد . همچنین به دلیل چگالی کم ، نمکها می توانند به صورت تعلییق تا ارتفاعات زیاد حمل شوند. مقدار مواد ناشی از وزش باد ( عرض kg/100 m  )برابر با 44/206 ، 88/55 ، 39/3 ، 91/85 ، 55/42 ، 29/23 ، 50/39 ، 37/6 ، 68/22 ، 92/52  به ترتیب در طی 36 ، 13 ، 15 ، 20 ، 55 ، 43 ، 68 ، 58 ، 61 و 90 روز نمونه برداری می باشد ومتوسط نرخ حمل مواد 8/161 ( روز× عرض g/100 m  K)

است همچنین مقدار مواد ناشی ازوزش باد با افزایش ارتفاع کاهش می یابد( شکل 2 ) بیشترین مقدار در طی دوره های نمونه برداری از 5/12/78 الی 5/2/79 و 17/12/77 الی 23/1/78 تعیین ردید. این با ساعتهایی که سرعت باد بیشتراز3/5 متربرثانیــه (سرعت آستانه ) در ماههای اسفند و فروردین مطابقت دارد . کمترین مقدار نرخ حمل ذرات در طی دو دوره مشخص اتفاق می افتد . در طی فصل مرطوب ( آذر و دی ) که سطح خاک مرطوب و سرعت باد کم میباشد و اوایل فصل مرطوب ( شهریور و مهر ) که متوسط سرعت باد غالب 2/3 تا 1/4 متر بر ثانیه می باشد که از سرعت آستانه جهت حرکت ذرات کمتر است . مدل توانی بهترین مدل جهت توصیف ارتباط بین مقدار مواد فرسایش یافته و ارتفاع نمونه بردار تعیین گردید . این مدل بخش معلق جریان را توصیف می کند ، اما برای ذراتی که به صورت جهشی و خزشی سطحی در ارتفاع کمتر از 6/0 متر حمل میشوند رضایت بخش نمی باشد و محاسبه مقدار حمل ذرات در سطوح پایین تر معمولاٌ سبب تخمین زیادتر مواد ناشی از وزش باد میشود .

شکل 2 – مقایسه مقدار رسوب جمع آوری شده در 10 دوره نمونه برداری به وسیله نمونه بردار BSNE

نتیجه گیری

نتایج بدست آمده در این مطالعه ، انتقال تدریجی و انتخابی ذرات ریز توسط فرآیند فرسایش بادی را نشان میدهد ، بطوریکه سرعت نسبی انتقال به شرایط سطح و پارامترهای اقلیمی بستگی دارد . علاوه بر این ، درصد زیاد ذرات ریز کمتر از 90 میکرون در رسوبات فرسایش یافته بادی منجر به تخریب خاک در طی چندین سال میشود در تحقیقات آینده ، طراحی و کاربرد نمونه برداری هایی مورد نیاز است که بتواند مواد حمل شده توسط باد را بطور مجزا ( تعلیق ، جهشی و خزشی سطحی ) مورد ارزیابی قرار دهد . همچنین تعیین راندمان تله اندازی نمونه بردارها بایستی در صحرا صورت گیرد . زیرا تونل بادی نسبت به صحرا از شرایط یکنواخت تر و از درجه تلاطم کمتری برخوردار است و بنابراین ممکن است راندمان متفاوتی نتیجه دهد .

تعیین شار سایش و انتشار ذرات خاک با استفاده از خصوصیات خاک و شبیه سازی سرعت و جهت باد

مقدمه

پدیده فرسایش بادی یا به عبارت دیگر حساسیت اراضی نسبت به باد مانند بسیاری از پدیده های طبیعت مورد توجه دانشمندان جهان قرار گرفته ، و تاکنون مخصوصاٌ در دهه های اخیر سعی و تلاش زیادی در زمینه کمی کردن معیارهای شناسایی این پدیده بعمل آمده است . توانائی پیش بینی دقیق فرسایش خاک برای بسیاری منظورها ، از جمله برنامه های حفاظتی ، منابع طبیعی و کاهش آلودگی هوایی ناشی از طوفان ضروری است ( 6) چپیل (4) با استفاده از تونل باد نشان داد که فرسایش پذیری خاک کاملاٌ تحت تأثیر توزیع اندازه خاکدانه های خشک قرار می گیرد . هاگن (5) چگونگی فرسایش بادی و سایش خاکدانه را در تونلهای باد مورد مطالعه قرارداده واظهار داشت که سایش و انتشار به عنوان منابع حرکت خاک عمل می کنند . اسکیدمور و لیتون (9) تأثیر پایداری خاکدانه ها در حالت خشک را بر میزان فرسایش بادی در ده خاک ایالت کانزاس آمریکا مورد ارریابی قرار داده ، و مدلی را جهت پیش بینی پایداری خاکدانه ها  با استفاده از خصوصیات خاک در شرایط فرسایش است . وی اظهار میدارد که فقط از طریق پیش بینی پایداری خاکدانه و سله ها میتوان به پیشرفتهای خوبی در زمینه معادلات شار سائیدگی دست یافت . از طرف دیگر پیش بینی ساعتی سرعت و جهت باد ، با استفاده از شبیه سازی و مدلهای استوکاستیک ویبل (2) با تخمین بسیار عالی ( باد بعنوان عامل اصلی فرساینده ) در ترکیب با عامل خاک ( فرسایش پذیر ) بعنوان پیش بینی فرسایش در منطقه بسیار مهم میباشد . لذا در این تحقیق شار سایش و شار انتشار ذرات خاک در خاکهای گوناگون در منطقه یزد ، که به نوعی پیش ینی فرسایش بادی با استفاده از آمار باد تاریخی و شبیه سازی شده این منطقه نیز میباشد ، محاسبه گردید .

مواد و روشها

نمونه برداری از محدوده اراضی واقع در تپه های شنی واقع در شمال شهرستان یزد و همچنین اراضی کشاورزی در نقاطی با کیفیت مناسب خاک انجام گرفت ( 2) . خصوصیات فیزیکوشیمیایی این خاکها نظیر توزیع اندازه خاکدانه ها ، درصد ماده آلی ، کربنات کلسیم معادل ، بافت خاک  ، حداکثر ارتفاع پستی و بلندی خاک یا (Z _max )   در هر کدام از اراضی و میزان شکستگی اولیه خاکدانه در هر یک از خاکها اندازه گیری شد ( 2 ) .  چنانچه شرایط فرسایش بادی فراهم باشد و سرعت باد نیز از 8 متر بر ثانیه بیشتر شود ، ذرات خاک شروع به حرکت می کنند ( 7 ) در این مرحله با توجه به نتایج بدست آمده از پیش بینی سرعت و جهت باد با استفاده از مدل ویبل و شبیه سازی استوکاستیک ( که با استفاده از آمار سی ساله ایستگاه سینوپنتیک یزد انجام دادیم ) و با در نظر گرفتن سرعتهای بیشتر از 8 متر بر ثانیه ( بادهای فرساینده ) (1) میزان شارانتشار (G_em) و شارسایش(G_an  ) محاسبه و مجموع آنها تعیین گردید.( 1 )

نتایج و بحث

ضرایب همبستگی بین شارهای محاسبه شده با استفاده از آمار داده های شبیه سازی شده سالهای 1980 -1966  و همچنین با داده های تاریخی سالهای 1981 تا 1995 در ماههای پر باد و در کل سال ، نشان دهنده همبستگی خوبی بین آنها میباشد . خاک Sandy Loam   مساعدترین خاک از نظر فرسایش پذیری در میان خاکهای مورد آزمایش در این تحقیق بود. از نر مقایسه میان خواص مختلف خاکهای مورد آزمایش ، تغییرات بافت خاک و از همه مهمتر درصد رس در این زمینه نقش تعیین کننده دارد . بنابراین می بینیم خاک Sandy Loam از جهات دو خصوصیت ذکر شده ، وضعیت نامناسبی را نسبت به خاکهای دیگر دارد . بیشتر بودن مقدار (G_en) نسبت به

(G_an  ) در خاک Loamy sand  به این دلیل است که درصد ذرات آزاد کوچکتر از 1/0 میلیمتر این خاک بیشتر و میزان خاکدانه کمتر است ( تپه های شنی ) این محاسبات و نظایر آن در ماههای پربادتر نتایج بهتری را نسبت به ماههای کم باد ، برای داده های شبیه سازی شده و تاریخی نشان میدهد ، با توجه به ضرایب همبستگی تعیین شده و با وجود اینکه ماه آگوست ، یکی از ماههای کم باد به حساب می آید ، همبستگی نشان داده شده بین این داده ها متوسط است ولی در ماههای پرباد و در کل سال ضرایب همبستگی نشان دهنده همبستگی خوبی بین داده های ذکر شده هستند و نشان دهنده اعتبار مدل شبیه سازی باد و محاسبه فرسایش میباشند . بین سرعت و جهت باد تاریخی و شبیه سازی شده اختلاف کوچکی وجود دارد ولی داده های ذکر شده تطابق خوبی را نشان می دهند . در ماههای کم بادی همچون آگوست تطابق داده های سرعت و جهت باد تاریخی و شبیه سازی شده نسبت به ماههای پرباد کمتر است که با توجه به اینکه فرسایش بادی با توان سوم سرعت باد متناسب است ، بنابراین تفاوت های کوچک در سرعتهای باد ، در محاسبه شار فرسایش بادی ، به اختلاف بزرگی تبدیل شده و موجب میشوند همبستگی نشان داده شده بین این داده ها ، در محاسبه شار فرسایش بادی ، به اختلاف بزرگی تبدیل شده و موجب میشوند همبستگی نشان داده شده بین این داده ها ، در ماههای کم بادی همچون آگوست نسبت به ماههای پر باد کمتر باشد . بنابراین با توجه به نتایج حاصل از ترکیب این دو مدل ، میتوان به نتایج ارزشمندی در پیش بینی فرسایش بادی منطقه دست یافت .

کلیاتی درباره خاک

بافت خاک:

پخش جامد خاک مجموعه بسیار پیچیده أی از مواد معدنی و آلی بوده و ترتیب قرار گرفتن ذرات کمیت و کیفیت ویژگیهایی از قبیل تخلخل ، ساختمان و وزن مخصوص ظاهری خاک را تعیین می کند اندازه ذرات جامد در خاک از چند انگسترم تا چند دسی متر نوسان دارد.

مواد آلی خاک از بقایای جانوری و گیاهی در مراحل مختلف تجزیه و کون و فساد و میکرو ارگانیسم هائی که مسئول این تجزیه هستند مرکب است. مواد آلی تأثیر غیر قابل انکاری در خواص فیزیکی خاک داشته و فراوانی یا کمبود آن در نفوذ آب به خاک ظرفیت نگهداری رطوبت و کیفیت آب در خاک و ایجاد خاکدانه ها مؤثر است. از تجزیه مواد آلی ، ترکیبات حاصل می شوند که مانند ملاتی ذرات خاک را به یکدیگر می چسبانند. برخی از اجزاء متشکله مواد آلی لیگنن ، سلولز، چربیها و انواع مومها نباتی تجزیه شده و به تدریج که برخی تجزیه پذیر به عناصر ساده‌أی تبدیل می شوند اجزاء دیگر مواد آلی که به سهولت تجزیه پذیر نیستند در خاک تراکم حاصل می نمایند این مواد از نظر ازت و پروتئین بسیار فقیر بوده و شاید همین کمبود دلیلی بر مقاومت آن است مقدار هوموس در خاک بین 1/. تا 5 درصد متغیر است و به رغم اندازه های گوناگونی که دارد یک کلوئید محسوب می شود( صفحه 1 فیزیک خاک).

نیروی جاذبه بین ذرات خاک:

انواع مختلفی از نیروها در حد فاصل بین ذرات خاک یا سطوح ذرات رسی اعمال می شود. به عبارت دیگر منشاء این نیروها متفاوت است ولی همة آنها الکتریکی است قویترین این نیروها، نیروی یونی یا کوکب می باشد که بین دو اتم با بار الکتریکی

متفاوت به وجود می‌آید این نیرو با عکس العمل مجذور فاصله بین دو اتم کاهش می یابد و ما قوا اتم ها از شبکه در تبلور است.

نیروی جاذبه بین ملکولهائی که از نظر الکتریکی خنثی است ، با نیروی Vandedwaal و London که به اختصار (V-L) نامیده می شود مشخص می گردد. این ملکول‌ها دو قطبی نبوده لذا مقداری نیروی جاذبه تابع بار الکتریکی آنها نیست این نیرو با توان هفتم فاصله بین دو ملکولی نسبت معکوس دارد و دامنه نفوذ آن فوق العاده کوچک می باشد بدیهی است این نکته را باید به خاطر داشت که گر چه ملکول هایی که نیروی (V-L) در آ“ها مؤثر است ذاتاً دو قطبی نمی باشند ولی حرکت سریع الکترون ها سبب می شود که در توجیه خاصی از ملکول ها ، یک حالت دو قطبی موقتی به وجود آید. چنین محاسبه شده است که از فاصله بیش از صد انگسترم ، یک اتم نمی تواند اتم دیگری را دو قطبی کند (ص 59 روابط آب و خاک).

تجزیه مکانیکی خاک:

منظور از تجزیه مکانیکی خاک تفکیک ذرات خاک از روی وزن آنهاست و بدین منظور تا حصول نتیجه نهایی، مراحلی باید طی شود. از مرحله اول توده خاک کوبیده می شود تا

بتوان آن را از الک هائی عبور داد جداسازی کلیه ذراتی که قطر  آنها از 74 میلی متر بزرگتر با یک ردیف الک امکان پذیر می باشد.

برای ذرات کوچک تز ار 74% میلی متر به روشی که در آن سرعت ترتیب ذرات در آب اندازه گیری می شود اساس این روش ، استفاده از قانون استوکز است که بعداً شرح داده خواهد شد. با این روش ، مقدار ذرات شن و سلیت در نمونه خاک تعیین می شوند ولی برای تعیین ذرات رسی که اغلب کلوتیدی بوده و قطر آن کمتر از 0002/0 میلیمتر

است لازم است که چند هفته‌أی در یک درجه حرارت ثابت ، آزمایش ترشیب و ته نشینی ذرات ادامه یابد تا ذرات رس نیز ته نشین شوند. چون این امر از نظر عملی دشوار و بی مورد است لذا برای تسریع در ته نشینی از سانترفیوژ استفاده می کنیم. (ص12 کتاب فیزیک خاک)

قانون استوکز:

اگر مقداری خاک را در استوانه پر از آب رها سازیم ذرات خاک بسته به شکل و اندازه أی که دارند شروع به ته نشینی می کنند. استوکز (0850) Stokes فیزیکدان انگلیسی برای چنین پدیده‌أی معادله‌أی یافته است که در تعیین بافت خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

          اگر یک ذره کروی جامد به شعاع r وزن مخصوصی p و جرم m را در مایعی که در حال سقوط است در نظر بگیریم نیروی ثقل که بر آن اعمال می شود عبارتست از:

3 4

3

 

F₁ = mg =  (               r p ) g

که در آن g  شتاب ثقل است. این نیروی رو به پایین با نیروی دیگری که مساوی وزن آب جابجا شده است ، در مصاف بوده و می‌خواهد مانع افتادن ذره به سطوح پایین تر شود.

4 3

3

معادله استوکز:

این نیرو عبارتست از F₂ = - (                r p f)g

که در فرمول فوق pf وزن مخصوص مایع یا آب است.

از طرفی چون ذره در حرکت است پس نیروئی مناسب با سرعت ذره نیز مقاومتی در برابر سقوط آزاد آن ایجاد می‌کند تا مقدار آن از رابطه ذیل محاسبه شود.

F₃ = - 6      r n V

در این معادله V سرعت یکنواخت ذره و n گرانروی مایع است پس از حصوص سرعت یکنواخت ، شتابی در کار نبوده و نتیجه این نیروها بر روی هم مساوی صفر می‌شود.

3 4

پس  f₂ + f₂ + f₃ = 0

و یا   r (p-p f) g – 6      r n V =0

2 9

r  g n

2

3

3

اگر از رابطه فوق سرعت V را پیدا کنیم نتیجه ذیل عبارت خواهد بود

V=                     - ( p – p f)

معادله فوق نیز از خاکشناسی تیتیر مرد استفاده قرار می گیرد لذا این معادله نیز به نام استوکز نامیده می شود ( صفحه 13 فیزیک خاک).

 

محدودیت های مورد نظر در کاربرد معادله استوکز

الف): ذرات بایستی کروی و سخت و جامد باشند ذرات غیر کروی با سرعت کمتر یا بیشتر از ذرات کروی سقوط می کنند ذرات غیر کلوئیدی از قبیل شن و سلیت شکل کم و بیش کروی دارند ولی ذرات کلوئیدی بویژه رس ها پولک مانند بوده و نسبت به ذرات کروی با وزن مشابه ، کندتر ته نشین می‌شوند.

ب): اندازه ذرات نسبت به اندازة ملکول های مایع بایستی بزرگ باشند تا بتوان محیط را یک محیط همگن تلقی کرد. به عبارت دیگر ذرات نباید بعد از خود حرکت براوانی که از ویژگیهای کلوئید هاست نشان دهند. معمولاً ذرات کوچکتر از 002/0 میلی متر این پدیده

را ظاهرمی سازند و در نتیجه با معداله استوکز می توان فراوانی ذرات را از Sandvery fine تا Co arseclay تعیین کرد.

ج): سقوط ذرات بایستی آزاد باشد و در این سقوط ، ذرات مزاحم یکدیگر نگردیده و ذرات بزرگتر مانند قیمی ذرات کوچکتر را با خود انتقال ندهند. اگر غلظت ذرات در حدود 3 تا 5 درصد بوده و قطر استوانه محتوی مایع اقلا ده برابر بزرگترین ذره خاک باشد امکان سقوط ازاد تأمین خواهد بود. (صفحه 14 فیزیک خاک)

ترکیب مکانیکی خاک:

منظور از ترکیب مکانیکی خاک ، چگونگی کمی و کیفی ذرات آلی و معدنی در خاک می باشد.

معمولاً مواد بزرگتر از دو سانتی متر به سنگ Ston موسوم بوده و قطعاتی که قطر آنها بین دو سانتی متر و دو میلی متر نوسان می نماید سنگ ریزه  ( Gdavel) نامیده می شود اصطلاح خاک نرم  Fine Earth نیز به ذرات کوچک تر از هر میلی اطلاق می شود.

تجزیه های فیزیکی و شیمیایی که در خاک شناسی متداول است بر روی خاک نرم صورت می گیرد اجزا متشکله خاک نرم رس ( Clay) سیلت (Silt) و شن ( Sand) می باشد.

شکل ذرات شن Sand و سیلت معمولاً کروی یا مکعبی بوده و در واقع کانی هایی هستند که پس از تبلور سنگهای مختلفی را بودجود آورده اند ذرات رسی Clay به ندرت شکل کروی داشته و اغلب پولک مانند می باشند بعضی از کوچکترین ذرات خاک نیز شکل مشخصی ندارند (صفحه 30 کتاب روابط آب و خاک).

رس های خاک:

واژة رس یا Clay برای افراد مختلف معانی متفاوتی دارد ولی آنچه در خاکشناسی مورد نظر است ذارتی هستند که قطر یا اندازه آنها از دو هزارم میلی متر کوچکتر است این ذرات شامل بلورهای مطبق آلومینیوسیلیک ، اکسیدهای آهن و آلومینیوم و سیلیسیم و همچنین هر ذره از کانی های دیگر که واجد شرایط ابعاد باشد می شود.

          بخش اعظم خاک رس خاک به حالت کلوئیدی است و به همین جهت از یک سطح ویژه قابل توجه برخوردار است حد بین رس کلوئیدی و رس غیر کلوئیدی تصنعی بوده و به طور دلخواه در 0002/0 میلی متر قرار دارد. ذرات کلوئیدی که در حالت تعلیق می باشند از خود حرکت Brownian ظاهری می سازند بدین معنی که ملکولهای محیط تعلیق ذرات را از این سو به آن سو می رانند در مورد ذرات بزرگترین ضربات ملکولها در جهات مختلف ، همدیگر را دفع می کنند و جسم یا ذره در حالت سکون باقی می ماند

(صفحه 37 کتاب روابط آب و خاک)

ساختمان خاک ( Soilstructure)

منظور از ساختمان خاک ، ترتیب قرار گرفتن ، توجیه و سازمان ذرات شن و سیلت و رس در خاک می باشد گاهی این اصطلاح برای تعریف شکل هندسی خلل و خرج خاک نیز استفاده می شود و چون ترتیب قرار گرفتن ذرات به نحوی است که به آسانی نمی توان آنرا با شکل هندسی معینی مشخص کرد ، لذا روش مستقیمی برای اندازه‌گیری ساختمان خاکموجود نیست و مفهوم ساختمان خاک بیشتر جنبة کیفی دارد روشهای متداول برای مشخص کردن خاک نیز در واقع روشهای غیر مستقیمی هستند که خواصی از خاک را که تابع ساختمان خاک است اندازه گیری می‌کنند.

به طور کلی سه نوع ساختمان امکان پذیر است اول ساختمان تک دانه‌أی که در آن ذرات خاک هیچ ارتباط و پیوستگی با هم ندارند. دوم ساختمان توده‌أی یا حجیم که در آن ذرات خاک به هم پیوسته و تودة بزرگ و یکپارچه أی را تشکیل می دهند . سوم ساختمان خاکدانه‌أی که حد واسط بین  دو نوع ساختمان فوق الذکر بوده و از الحاظ کشاورزی فوق العاده مطلق می باشد. ( ص 47 روابط خاک و آب).

عوامل پایداری ساختمان خاک:

پایداری ساختمان خاک خصوصاً خاکدانه ها به عوامل چندی بستگی دارد که به شرح زیر است:

1ـ نیروی Gohesio ـ این نیرو از بار منفی ذرات رسی مشتق می‌شود و در نتیجه هنگامی جالب توجه است که ذرات از سطح ویژه بزرگی برخوردار بوده و این سطوح در تماس

باشند بنابراین تاثیر جذب ملکولی در خاک خشک حداکثر و در خاک مربوط حداقل خواهد بود.

2ـ نیروی Adhesion ـ برای اینکه بتواند ذرات خاک را به هم بپیوندد به آب و هوا هر دو نیاز است هر چه هلال حد و فاصل آب و هوا داری انحنای بیشتر باشد کشش سطحی در واحد سطح افزایش می یابد از طرفی با ازدیاد رطوبت در خاک ، سطح تماس آب با ذرات خاک بیشتر می‌شود ولی کاهش کشش سطحی در واحد سطح چندان چشمگیر نمی باشد بدین جهت در خاک خشک و اشباع تاثیر نیروی Adhesion  کمترین و در حالت مرطوب بیشترین خواهد بود ضمناً بایستی توجه داشت که ساختمان خاک هنگامی تشکیل می شود که مقدار نیروی Gohesion از Adhesion بزرگتر است. (ص 48 کتاب روابط خاک و آب)

3 ـ کانی های رس:

رس ها به عنوان ملتی ذرات خاک را به هم متصل می کنند و از طرفی در اثر انقباض و انبساط تودة خاک را به قطعات کوچک تر تبدیل می نمایند معمولاً پیوسته‌أی از کانی های رسی دور ذرات خاک را احاطه کرده و خاکدانه هایی به وجود می‌اورد که پایدار بوده و در طبقه بندی خاک ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد مثلاً در خاک های لاتوسول یالا تریتی ، پیوسته رسی مشاهده نمی شود نوع یون های تبادلی نیز اهمیت داشته و کلیسم ، منیزیم و پتالیم موجب بهبود وضع ساختمان خاک وهیدروژن و سدیم تخریب انرا فراهم می سازند.

4 ـ مواد آلی ـ مواد الی هنگامی در تشکیل خاکدانه موثر است که فعال باشد و فعالیت آن از موجودات زنده خاک سرچشمه گیرد. از طرفی ریشه گیاهان با تشریح ترکیبات ژلاتینی ذرات را به هم پیوند می دهد رشد وتوسعه ریشه گیاهان نیز سبب متلاشی شدن توده

خاک و ایجاد خاکدانه می گردد ترکیبات آلی نیز بسته به نوع خود می توانند در خاکدانه بند و تثبیت آن موثر واقع شوند اخیراً بعضی از این ترکیبات برای تثبیت خاک Soilconditioning  استفاده می شود و این ترکیبات در حقیقت یک رشته طولانی از حلقه کربن است که جذب سطحی ذرات رس گردیده و مانند تسبیحی ذرات خاک را به یکدیگر متصل می سازد (ص 48 کتاب روابط خاک و آب).

هوا:

هوا از نظر فیزیکی به دو طریق در ساختمان خاک موثر است یکی اینکه تولید کشش سطحی می نماید و دیگر اینکه هنگام مرطوب شدن خاک خشک ، مقداری هوای محبوس در خاک حاصل می شود که اگر راه گریزی نداشته باشد به متلاشی شدن تودة خاک منجر می گردد.

از نظر شیمیایی وجود هوا رسوب کلوئیدهای آهن و آلومینیوم را تسهیل کرده و توام با گاز کربنیک هوای خاک موجبات حلالیت کلسیم و سایر یون های موثر در دانه بندی خاک را فراهم می سازد از نظر بیولوژیکی نیز هوا برای تنفس ریشه ها و موجودات زنده ضروری است و اگر خاکی به مدت طولانی غرقاب شود ساختمان آن تخریب حاصل کرده ، سیر قهقرائی می پیماید. در شرایط بی هوایی ترکیبات آلی که مانند ملاتی ذرات خاک را به هم وصل می کند، تشکیل نمی شود و آنچه که موجودات تجزیه می یابد به طور کلی ، ساختمان خاک در انتقال و جذب و هدایت آب ، نقش مهمتری از بافت خاک را داشته و در بعضی اراضی ، ایجاد درز و ترک در خاک سبب می شود که بخش عمده آب آبیاری از ایم معابر عبور نموده و مورد استفاده گیاه قرار نگیرد. (ص 49 کتاب اصول روابط خاک)

مواد آلی خاک:

مواد آلی خاک بالنفسه یک کیفیت قابل مطالعه در روابط آب و خاک نیست ولی چون جزء لاینفک هر خاک بوده و خواص فیزیکی و شیمیایی آن را تا حد قابل توجهی تغییر می دهد لذا بحث دربارة آن ضروری به نظر می رسد.

          کلیه اجسام الی در خاک ، زنده یا مرده ، تازه تا کهنه ، ساده یا پیچیده و مرکب ، مواد الی خاک را تشکیل می دهند. مواد آلی خاک شامل بقایای گیاهی و حیوانی در مراحل مختلف تجزیه ، هوموس ، میکرب ها و هر ترکیب آلی دیگری می باشد.

در تعریف مواد آلی حیوانات منظور نمی گردند ولی باکتریها ، قارچها و سایر میکرب ها به علت اینکه جداسازی آنها از سایر مواد آلی تقریباً غیر ممکن است جزو مواد آلی محسوب می شوند.

مواد آلی خاک در حد نهایی می توان به هوموس و سایر بقایا ، طبقه بندی کرد. منظور از بقایا ، انساج مرده گیاهی و حیوانی و مدفوعات حیوانی در مراحل مختلف فساد و تجزیه است. هوموس نیز  ماده آلی سیاه رنگی است که خواص فیزیکی و شیمیایی معینی داشته و شدت تجزیه آن مانند بقایا نیست. اگر چه انواع متفاوتی از هوموس بسته به نوع آب و هوا وگیاهان در خاک تشکیل می شود. (ص 49 کتاب آب و خاک).