نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• یاسین صالحی ¹
• علیرضا واعظی ²

¹ دانشجوی دکتری فیزیک و حفاظت خاک، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

² استاد گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

مقدمه
فرسایش خاک یکی از عوامل تخریب اراضی و از مهم‌ترین معضلات ‌محیط زیست، کشاورزی و تولید غذا در جهان است. بیش از نیمی از مهم‌ترین اراضی کشاورزی در مناطق نیمه‌خشک، تحت کشت دیم هستند و تنش‌های ناشی از فرسایش و تخریب اراضی به‌صورت مستقیم از دو جهت، اثرات درون عرصه فرسایش همچون حاصلخیزی خاک و اثرات برون عرصه‌ای مانند آلودگی خاک، حائز اهمیت است. شناخت توزیع اندازه ذرات فرسایش یافته، گام اساسی برای مدیریت هدررفت عناصر غذایی و انتقال آلاینده‌ها از خاک است. برای این منظور، این پژوهش با هدف بررسی توزیع اندازه رسوبات حاصل از فرسایش بین شیاری تحت تاثیر درجه شیب و بافت خاک در برخی خاک‌های منطقه نیمه‌خشک زنجان، انجام شد.

مواد و روش‌ها
برای انجام این پژوهش، چهار دامنه دارای خاک با بافت مختلف (لوم شنی، لوم سیلتی، لوم رس شنی و لوم رسی) در چهار اندازه شیب شمال به جنوب (پنج، 10، 15 و 20 درصد) با استفاده از باران شبیه‌سازی شده، با شدت 60 میلی‌متر بر ساعت به مدت 60 دقیقه، مورد بررسی قرار گرفت. رواناب و رسوب در بازه‌های زمانی پنج دقیقه از آغاز رواناب تا رسیدن به حالت پایدار، در ظرف‌های مدرج مجزا جمع‌آوری و حجم و وزن آن اندازه‌گیری شد. توزیع اندازه ذرات رسوب به روش جداسازی ذرات با استفاده از سری الک‌های به قطر 75، دو، یک، 0.5، 0.25، 0.1 و 0.05 میلی‌متر تعیین شد. همچنین، درصد ذرات ریزتر (سیلت و رس) از روش هیدرومتر محاسبه شد. سپس، ذرات رسوب در هشت دسته شامل سنگریزه (دو تا 75 میلی‌متر)، شن بسیار درشت (یک تا دو میلی‌متر)، شن درشت (0.5 تا یک میلی‌متر)، شن متوسط (0.5-0.25 میلی‌متر)، شن ریز (0.25-0.1 میلی‌متر)، شن بسیار ریز (0.1-0.05)، سیلت (0.05-0.002 میلی‌متر) و رس (0.002 > میلی‌متر) دسته‌بندی شدند.

نتایج و بحث
نتایج نشان داد، با افزایش شیب سطح زمین، توزیع اندازه ذرات رسوب در همه خاک‌ها دچار تغییر شد. به‌طوری که انتقال ذرات درشت‌تر از 0.1 میلی‌متر (شامل شن بسیار درشت، شن درشت، شن متوسط و شن ریز) با افزایش شیب بیشتر می‌شود. در حالی‌ که درصد ذرات سیلت (از 0.002 تا 0.05 میلی‌متر) در همه بافت‌ها کاهش یافت. همچنین، ذرات در طبقه اندازه شن متوسط و شن ریز که بین 40 تا 50 درصد ذرات رسوب برای هر بافت را تشکیل دادند، با افزایش شیب، تغییر معنی‌داری نداشتند. بیشترین نسبت ذرات در رسوب به خاک اصلی، مربوط به ذرات سیلت در بافت لوم سیلتی (4.33 برابر) و کمترین آن نیز مربوط به ذرات رس در بافت لوم سیلتی (0.26 برابر) بود. ذرات شن و سیلت در بافت‌های مختلف، دارای نسبت‌های انتقال بالایی بودند. ذرات سیلت در سه بافت لوم شنی، لوم رسی و لوم سیلتی دارای نسبت بیش از یک و ذرات رس دارای نسبت کمتر از یک بودند. ذرات شن نیز به جز در بافت لوم رسی، در بیشتر بافت‌ها در محدوده 0.83 تا 1.24 برابر نسبت به خاک اصلی تغییر کرد و میانگین کلی نسبت فراهمی آن در رسوب به خاک اصلی، 0.98 برابر بود.

نتیجه‌گیری
به‌طور کلی، این پژوهش نشان داد با افزایش شیب، سطح انتخاب‌پذیری ذرات ریز کاهش و سهم ذرات درشت افزایش می‌یابد. اثرگذاری این تغییرات در خاک‌های ریزبافت بیشتر خود را نمایان می‌کند. با توجه به افزایش تخریب خاکدانه‌ها و شدت جریان با افزایش شیب سطح، جلوگیری از حذف پوشش گیاهی و رعایت اصول خاک‌ورزی در جهت کاهش برخورد مستقیم قطرات باران بر سطح خاک و کاهش انتقال‌پذیری ذرات به‌وسیله جریان بسیار با اهمیت است. همچنین، نتایج نشان می‌دهد که نسبت ذرات در بافت خاک و خصوصیات ساختمان خاک (فراوانی و پایداری خاکدانه‌ها)، از عوامل تعیین‌کننده انتقال ذرات بوده‌اند و در نظر گرفتن این ویژگی‌ها در انتخاب روش‌های حفاظت خاک، ضروری است.

کلیدواژه‌ها

• انتخاب‌پذیری ذرات
• بافت خاک
• شبیه‌سازی باران
• قدرت حمل جریان
• هدررفت خاک

عنوان مقاله [English]

Investigating the particle size distribution of interrill erosion in different soils under land slope gradient

نویسندگان [English]

• yasin salehi ¹
• Alireza vaezi ²

¹ PhD Student, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran

² Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of of Zanjan, Zanjan, Iran

چکیده [English]

Introduction
Soil erosion is the most important aspect of land degradation and one of the most important environmental, agricultural and food production problems in the world. More than half of the agricultural lands in semi-arid regions are under rainfed cultivation, and the tensions caused by erosion and destruction of land are important in terms of the effects within the field of erosion, such as soil fertility, and the effects outside the field, such as soil pollution. Information about the size distribution of eroded particles is a substantial step for managing the loss of nutrients and the transfer of pollutants from the soil. For this purpose, this study was conducted to investigate the particle size distribution of sediments resulting from interrill erosion under the influences of slope gradient and soil texture in some soils of the semi-arid region of Zanjan Province.
 
Materials and methods
Toward this, four hillslopes having different soil textures (sandy loam, silty loam, sandy clay loam and clay loam) in four north-south slope percent (five, 10, 15 and 20%) were investigated using a simulated rainfall with an intensity of 60 mmh^-1 for 60 minutes. In order to monitor the runoff and sediment samples from the beginning of the runoff until reaching a stable state, were taken at 5-min intervals from the initiation of runoff. The particles size distribution of sediment was determined by the method of particle separation using a series of sieves with diameters of 75, two, one, 0.5, 0.25, 0.1 and 0.05 mm. Also, the percentage of finer particles (silt and clay) was calculated by hydrometer method. Then the sediment particles are divided into eight categories: gravel (1-75 mm), very coarse sand (1-2 mm), coarse sand (0.5-1 mm), medium sand (0.25-0.5 mm), fine sand (0.1-0.25 mm), very fine sand (0.05-0.1 mm), silt (0.002-0.05 mm) and clay (<0.002 mm) were categorized.
 
Results and discussion
The results showed that, with the increase in the slope of the land surface, the size distribution of sediment particles changed in all soils. So that, the transport of particles larger than 0.1 mm (including very coarse sand, coarse sand, medium sand and fine sand) increased with increasing slope. While the percentage of silt particles (0.002-0.05 mm) decreased in all textures. Also, particles with the size class of medium sand and fine sand formed between 40 and 50% of the sediment particles for each texture and did not change significantly with the increase of the slope. The highest ratio of particles in the sediment to the main soil was related to silt particles and in silty loam texture (4.33 times) and the lowest was related to clay particles and in silty loam texture (0.26 times). Sand and silt particles in different textures, had high transmission ratios. Silt particles in three textures of sandy loam, clay loam and silty loam had a ratio of more than one and clay particles less than one. Except in clay loam soil, sand particles changed in the range of 0.83 to 1.24 times compared to the main soil and the overall average ratio of its availability in sediment to original soil was 0.98 times.
 
Conclusion
In general, this research showed that with increasing slope, the selectivity of fine particles decreases and the share of coarse particles increases. The effects of these changes are more visible in fine-textured soils. Due to the increase in the destruction of aggregates and flow rate with the increase of the surface slope, it is very important to prevent the removal of vegetation and observe the principles of tillage in order to reduce the direct impact of raindrops on the soil surface and reduce the transportability of particles by the flow. Also, the results show that the ratio of particles in the soil texture and the characteristics of soil structure (abundance and stability of aggregates) are the determining factors of particle transport and it is necessary to consider these characteristics in choosing soil conservation methods.

کلیدواژه‌ها [English]

• Flow transport power
• Particle selectivity
• Rainfall simulation
• Soil loss
• Soil texture