مقایسه تحلیلی توزیع اندازه ذرات خاک در کاربری‌ها/پوشش‌های مختلف اراضی حوزه آبخیز واز با استفاده از دانه‌بندی لیزری

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 دانشیار، گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 استاد، گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

4 دانشیار، گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

چکیده

توزیع اندازة ذرات خاک، ویژگی فیزیکی مهمی است که بر ساختار خاک تأثیر می‌گذارد و ارتباط نزدیکی با بافت و رفتار خاک دارد. بنابراین، در این پژوهش با استفاده از دانه‌بندی لیزری و شاخص‌های آماری به تحلیل دانه‌بندی خاک در کاربری‌های/پوشش‌های مختلف اراضی در حوزة آبخیز واز در استان مازندران پرداخته شد. در پژوهش حاضر 47 نقطة نمونه‌گیری شامل 25 نقطه برای جنگل، 13 نقطه برای مرتع، چهار نقطه برای کشاورزی و پنج نقطه برای مسکونی مشخص و نمونه‌ها از عمق 5 سانتی‌متری و به مقدار تقریبی 500 تا 700 گرم برداشت شد. سپس نمونه‌ها در معرض هوای آزاد خشک شده و بعد از آن با خارج کردن مواد زائد حدود 50 گرم از هر نمونه‌ در آون قرار داده شدند. در نهایت، مقدار 30 گرم از آن‌ها در لوله فالکون ریخته شد و برای آنالیز لیزری به آزمایشگاه انتقال داده شدند. پس از دریافت نتایج دانه‌بندی لیزری، این نتایج از نظر مقدار رس، سیلت، ماسه، سنگ‌ریزه، میانگین اندازه ذرات، جورشدگی، چولگی، کشیدگی، 10d، 50d (میانه) و 90d مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که میانگین اندازة ذرات رس، سیلت، ماسه و سنگ‌ریزه به‌ترتیب در کاربری جنگل برابر 03/1، 52/51، 39/45 و 06/2، در کاربری مرتع برابر 62/0، 41/52، 21/45 و 76/1، در کاربری کشاورزی برابر 33/1، 2/75، 39/23 و 08/0، و در کاربری مسکونی برابر 57/0، 96/36، 5/54 و 97/7 درصد است. توزیع اندازة ذرات در کاربری‌های جنگل و مرتع نشان می‌دهد که بخش‌های سیلت و ماسه دارای بیش‌ترین درصد هستند، که نشان‌دهندة ساختار متعادل خاک است. با توجه به اینکه حوزة آبخیز واز دارای شیب زیاد است و از طرفی با توجه به ساخت و ساز در آن پیشنهاد می‌شود اقدامات آبخیزداری متناسب در بالادست حوضه انجام ‌شود. نتایج به‌دست آمده و نقشة توزیعی ذرات خاک می‌تواند به اولویت‌بندی اقدامات حفاظت خاک و هم‌چنین کنترل فرسایش در حوزه آبخیز واز کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
امینی، آرش، قندهاری، سمیه، و رضایی، حامد (1399). رهیافت‌های جدید در بررسی تطبیقی نتایج دانه‌بندی لیزری و هیدرومتری رسوبات ریزدانه (مطالعه موردی: لس‌های استان گلستان). رسوب‌شناسی کاربردی، 16(8)، پیاپی 16، 1-7. doi: 10.22084/psj.2020.3615
جغتایی، حجت‌اله، دبیری، رحیم، و مسلم‌پور، محمد الیاس (1400). ارزیابی میزان آلودگی و توزیع عناصر کروم، نیکل و کبالت در خاک منطقه افیولیتی جغتای (شمال‌غرب سبزوار)، براساس تحلیل‌های آماری و استخراج ترتیبی. علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، 23(8 (پیاپی 111))، 19-35.
خالدی‌درویشان، عبدالواحد، صادقی، سید حمیدرضا، و غلامی، لیلا (1390). اثر حساسیت به فرسایش و کاربری اراضی بر خصوصیات مورفومتری رسوب بستر (مطالعه موردی: رودخانه وازرود). دانش آب و خاک، 21(4)، 483-470.
خطیبی رودبارسرا، دنیا، خالدی‌درویشان، عبدالواحد، و علوی، سیدجلیل (1402). ارزیابی حساسیت به فرسایش واحدهای سنگ‌شناسی حوزه آبخیز واز استان مازندران با استفاده از انگشت‌نگاری. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 27(2)، 299-311. doi: 10.47176/jwss.27.2.15181
شاهوردی قهفرخی، شعله، نیکو، شیما، مشهدی، ناصر، جنیدی جعفری، حامد، و کیانیان، محمدکیا (1395). بررسی توان رسوب‌زایی لندفرم‌ها براساس تغییر در کاربری اراضی (مطالعه موردی: دامغان). مهندسی اکوسیستم بیابان، 5(12)، 37-50.
عباسی، مرضیه، فیض‌نیا، سادات، عباسی، حمیدرضا، کاظمی، یونس، و قرنجیک، احمد (1390). بررسی‌های دانه‌بندی و کانی‌شناسی رسوبات در منشأیابی تپه‌های ماسه‌ای بلوچستان. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 18(3)، 441-451. doi: 10.22092/ijrdr.2011.102176
عرب‌خدری، محمود، فیض‌نیا، سادات، و کمالی، کوروش (1397). نگاهی به دانه‌بندی رسوبات معلق رودخانه‌های مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران و تأثیر آن در سامانه‌های استحصال سیلاب. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 12(41)، 73-84. dor: 20.1001.1.20089554.1397.12.41.10.9
 
References
Abbasi, M., Feiznia, S., Abbasi, H.R., Kazemi, Y., & Qarnjik. A. (2011). Studies on the grain size and mineralogy of sediments in determining the provenance of the Balochestan sand dunes. Iranian Rangeland and Desert Research, 18(3), 441–451. doi: 10.22092/ijrdr.2011.102176 [In Persian].
Allen, T. (1983). Critical review of particle size analysis. Powder Metallurgy, 26(2), 95-100.
Amini, A., Ghandhari, S., & Rezaei, H. (2021). New approach in comparative study of laser granulometry and hydrometry results, in fine -grained sediments (Case study: Loess of Golestan province). Applied Sedimentology, 16(8), 1-7. doi: 10.22084/psj.2020.3615 [In Persian]
Amundson, R., Berhe, A. A., Hopmans, J. W., Olson, C., Sztein, A. E., & Sparks, D. L. (2015). Soil and human security in the 21st century. Science, 348(6235), 126071.
Arabkhedri, M., Feiznia, S., & Kamali, K. (2018). Attitude on River Suspended Sediment Grain-size in Arid and Semi-arid Regions of Iran and Its Impact on Floodwater Harvesting Systems TT -. Ijwmse, 12(41), 73–84. dor: 20.1001.1.20089554.1397.12.41.10.9 [In Persian].
Besalatpour, A. A., Ayoubi, S., Hajabbasi, M. A., Mosaddeghi, M. R., & Schulin, R. (2013). Estimating wet soil aggregate stability from easily available properties in a highly mountainous watershed. Catena, 111, 72–79. doi: 10.1016/j.catena.2013.07.001
Bittelli, M., Pellegrini, S., Olmi, R., Andrenelli, M. C., Simonetti, G., Borrelli, E., & Morari, F. (2022). Experimental evidence of laser diffraction accuracy for particle size analysis. Geoderma, 409, 115627. doi: 10.1016/j.geoderma.2021.115627
Blott, S. J., & Pye, K. (2001). GRADISTAT: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments. Earth Surface Processes and Landforms, 26(11), 1237–1248. doi: 10.1002/esp.261
Callesen, I., Keck, H., & Andersen, T. J. (2018). Particle size distribution in soils and marine sediments by laser diffraction using Malvern Mastersizer 2000—method uncertainty including the effect of hydrogen peroxide pretreatment. Journal of Soils and Sediments, 18, 2500–2510. doi: 10.1007/s11368-018-1965-8
Dedkov, A. P., & Moszherin, V. I. (1992). Erosion and sediment yield in mountain regions of the world. Erosion, Debris Flows and Environment in Mountain Regions, 209, 29–36.
Deng, J., Li, J., Deng, G., Zhu, H., & Zhang, R. (2017). Fractal scaling of particle-size distribution and associations with soil properties of Mongolian pine plantations in the Mu Us Desert, China. Scientific Reports, 7(1), 6742. doi: 10.1038/s41598-017-06709-8
Duodu, G. O., Goonetilleke, A., & Ayoko, G. A. (2016). Comparison of pollution indices for the assessment of heavy metal in Brisbane River sediment. Environmental Pollution, 219, 1077–1091. doi: 10.1016/j.envpol.2016.09.008
Filgueira, R. R., Fournier, L. L., Cerisola, C. I., Gelati, P., & Garcia, M. G. (2006). Particle-size distribution in soils: A critical study of the fractal model validation. Geoderma, 134(3–4), 327–334. doi: 10.1016/j.geoderma.2006.03.008
Fischer, G, Shah, M. M., & Van Velthuizen, H. T. (2002). Climate change and agricultural vulnerability.
Folk, R. L., & Ward, W. C. (1957). Brazos River bar [Texas]; a study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Research, 27(1), 3–26. doi: 10.1306/74D70646-2B21-11D7-8648000102C1865D
Galacgac, J. A., & Ooi, P. S. K. (2018). Use of a laser diffractometer to obtain the particle size distribution of fine-grained soils. Transportation Research Record, 2672(52), 1–11. doi: 10.1177/0361198118755712
Gao, Y., Tariq, A., Zeng, F., Sardans, J., Penuelas, J., Zhang, Z., Islam, W., & Xu, M. (2022). “Fertile islands” beneath three desert vegetation on soil phosphorus fractions, enzymatic activities, and microbial biomass in the desert-oasis transition zone. Catena, 212, 106090. doi: 10.1016/j.catena.2022.106090
Garcia-Ruiz, J.m. (2015). Why geomorphology is a global science. doi: 10.18172/cig.2652
Gee, G. W. (1986). Particle size analysis. Methods of Soil Analysis/ASA and SSSA.
Gee, G. W., & Or, D. (2002). 2.4 Particle‐size analysis. Methods of Soil Analysis: Part 4 Physical Methods, 5, 255–293. doi: 10.2136/sssabookser5.4.c12
Goossens, D. (2008). Techniques to measure grain‐size distributions of loamy sediments: a comparative study of ten instruments for wet analysis. Sedimentology, 55(1), 65–96. doi: 10.1111/j.1365-3091.2007.00893.x
He, Y., & Lv, D. (2022). Fractal expression of soil particle-size distribution at the basin scale. Open Geosciences, 14(1), 70–78. doi: 10.1515/geo-2022-0338
Hillel, D. (2012). Soil and water: physical principles and processes. Elsevier.
Hjulstrom, F. (1935). Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the River Fyris. The Geological institution of the University of Upsala.
ISO, I. S. O. (2001). 9276-2 Representation of results of particle size analysis–Part 2: Calculation of average particle sizes/diameters and moments from particle size distributions. ISO, Geneva.
Joghatayi, H., Dabiri, R., & Moslempour, M.E. (2021). Spatial distribution and pollution assessment of Cr, Ni and Co in Joghatay ophiolitic region soils (NW Sabzevar), by statistical analysis and sequential extraction. J. Env. Sci. Tech., 23(8), 19-35. doi: 10.30495/jest.2021.9133 [In Persian].
Karimi, N., Gholami, L., Kavian, A., & Khaledi Darvishan, A. (2024). Tracing suspended and bed sediments during high and low water periods using geochemical characteristics-Case study: Vazrood watershed, northern Iran. Journal of Mountain Science, 21(2), 470–483. doi: 10.1007/s11629-023-8117-3
Khaledi Darvishan, A., Sadeghi, S. H. R., & Gholami, L. (2011). Effects of erosion sensitivity and different land uses on morphometric characteristics of bed sediments (Case Study: Vazrood River). Water and Soil Science, 21(4), 139–151.[In Persian].
Khatibi Roudbarsara, D., Khaledi Darvishan, a., & Alavi, J. (2023). Evaluation of erosion sensitivity of lithological units in Vaz watershed, Mazandaran province using fingerprinting TT -. JSTNAR, 27(2), 299–311. doi: 10.47176/jwss.27.2.15181 [In Persian].
Kumar, A., Gokhale, A. A., Shukla, T., & Dobhal, D. P. (2016). Hydroclimatic influence on particle size distribution of suspended sediments evacuated from debris-covered Chorabari Glacier, upper Mandakini catchment, central Himalaya. Geomorphology, 265, 45–67. doi: 10.1016/j.geomorph.2016.04.019
Lal, R. (1998). Soil erosion impact on agronomic productivity and environment quality. Critical Reviews in Plant Sciences, 17(4), 319–464.
Li, J., Wang, Z., Wu, X., Chen, J., Guo, S., & Zhang, Z. (2020). A new framework for tracking flash drought events in space and time. Catena, 194, 104763. doi: 10.1016/j.catena.2020.104763
Lou, B. Y., Wang, Y. D., Zhou, N., Yan, J. S., & Akida, A. (2022). Soil particle size composition characteristics of Pinus sylvestris plantations in Nur-Sultan City. Arid Land Geogr, 45, 219–225.
Rabot, E., Wiesmeier, M., Schluter, S., & Vogel, H. J. (2018). Soil structure as an indicator of soil functions: A review. Geoderma, 314, 122–137. doi: 10.1016/j.geoderma.2017.11.009
Ramos-Scharron, C. E., & MacDonald, L. H. (2005). Measurement and prediction of sediment production from unpaved roads, St John, US Virgin Islands. Earth Surface Processes and Landforms. The Journal of the British Geomorphological Research Group, 30(10), 1283–1304. doi: 10.1002/esp.1201
Rasmussen, C. (2020). Particle sizing in geosciences: explanation of various techniques and pre-treatments.
Savat, J. (1982). Common and uncommon selectivity in the process of fluid transportation: field observations and laboratory experiments on bare surface.
Shahverdi, S., Niko, Sh., Mashadi, N., Joneidi, H., & Kianian, M. K. (2022). Study of landforms sedimentation based on changes in land use (Case Study: Damghan). Desert Ecosystem Engineering, 5(12), 37–50. [In Persian]
Singh, P. (2010). Geochemistry and provenance of stream sediments of the Ganga River and its major tributaries in the Himalayan region, India. Chemical Geology, 269(3–4), 220–236. doi: 10.1016/j.chemgeo.2009.09.020
Taleshpoor, S., Taghavi, L., & Nasrollahzadeh Sarvari, H. (2021). Determination of heavy metals contamination in based on land accumulation and ecological risk potential (Case study: Sediments of Caspian Sea coastal rivers) TT . JOC, 12(46), 100–108. doi: 10.52547/joc.12.46.100
Ventra, D., & Nichols, G. (2013). Autogenic dynamics of alluvial fans in endorheic basins: outcrop examples and stratigraphic significance. Sedimentology, 61(3), 767-791. doi: 10.1111/sed.12077
Wang, N., Eziz, M., Mao, D., & Sidekjan, N. (2023). Fractal Characteristics of the Particle Size Distribution of Soil along an Urban–Suburban–Rural–Desert Gradient. Land, 12(12), 2120. doi: 10.3390/land12122120
Wolman, MG. (1963). Erosion and Sedimentation. Thirteenth General Assembly International Union of Geodesy and Geophysics, 559.
Xu, G., Li, Z., & Li, P. (2013). Fractal features of soil particle-size distribution and total soil nitrogen distribution in a typical watershed in the source area of the middle Dan River, China. Catena, 101, 17–23. doi: 10.1016/j.catena.2012.09.013
Zamanzadeh, S. M., & Anoosheh, M. (2013). An investigation of granulometric parameters in wind environment Case study: Band-e rig Kashan. Scientific-Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 22(87), 93–98. dor: 20.1001.1.25883860.1392.22.87.16.7
Zeraatpisheh, M., Ayoubi, S., Mirbagheri, Z., Mosaddeghi, M.R., & Xu, M. (2021). Spatial prediction of soil aggregate stability and soil organic carbon in aggregate fractions using machine learning algorithms and environmental variables. Geoderma Regional, 27, e00440. doi: 10.1016/j.geodrs.2021.e00440
Zhao, C., Jia, X., & Zhang, C. (2016). Particle size distribution of soils (0–500 cm) in the Loess Plateau, China. Geoderma Regional, 7(3), 251–258. doi: 10.1016/j.geodrs.2016.05.003
Zhao, J., Liu, L., Zhang, Y., Wang, X., & Wu, F. (2018). A novel way to rapidly monitor microplastics in soil by hyperspectral imaging technology and chemometrics. Environmental Pollution, 238, 121–129. doi: 10.1016/j.envpol.2018.03.026