-2515541434

4728877-346037

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره اول، پاییز 1395

ویژگی هاي هیدرولیکی خاك هایی با درجات متفاوت آبگریزي

نسرین کریمیان شمس آبادي1، شجاع قربانی دشتکی2*، سید حسن طباطبائی3

1*) دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی علوم خاك – فیزیک و حفاظت خاك، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: [email protected]
2) دانشیار گروه مهندسی علوم خاك– فیزیک و حفاظت خاك، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
3 ) دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

16686854050

تاریخ دریافت: 11/ 11/1394 تاریخ پذیرش: 29/03/1395

چکیده
1906429462940

آبگریزي خاك باعث افزایش مقاومت آن به مرطوب شدن می گردد. بسیاري از خصوصیات خاك از جمله ویژگی هاي فیزیکی و هیدرولیکی آن خاك تحت تأثیر آبگریزي قرار دارند. هدف از این پژوهش، مقایسه برخی ویژگی هاي هیدرولیکی خاك هایی با آبگریزي متفاوت بوده. بدین منظور یک نمونه خاك آهکی با بافت لوم سیلتی رسی از اراضی دانشگاه شهرکرد تهیه و به وسیله افزودن لجن فاضلاب شهري با نسبتهاي ، و (گرم لجن فاضلاب به گرم خاك) تیمار ها به ترتیب با سه درجه بدون آبگریزي (0S)، آبگریزي کم( 50S) و آبگریزي زیاد (80S) انتخاب و تهیه شدند .آبگریزي خاك به روش مدت زمان نفوذ قطره آب به خاك اندازه گیري گردید .رطوبت وزنی تیمارهاي آبگریز شده در مکشهاي ماتریک 0، 5، 10، 50، 100، 300، 500،، 1000، 1500، 3000، 10000 و 15000 سانتیمتر با دستگاه صفحات فشاري و جعبه شنی تعیین شد. پارامترهاي مدل ون گنوختن شامل درصد رطوبت اشباع( θs)، درصد رطوبت باقیمانده( θr)، عکس نقطه ورود هوا (α) و پارامترهاي شکل( n و m) با استفاده از نرم افزار RETC و حل معکوس تعیین گردید. نتایج نشان داد با افزایش نسبت لجن فاضلاب، آبگریزي خاك در تیمارهاي 50S و 80S به ترتیب 61 و 25 برابر گردید. همچنین با آبگریز شدن خاك روند تغییر رطوبت در برابر مکش خاك متفاوت گردید به صورتی که منحنی رطوبتی خاك با آبگریزي زیاد به منحنی رطوبتی دوکوهانه( Biomodal) تغییر یافت .مطابق نتایج پارامترهاي رابطه ون گنوختن تحت تأثیر آبگریزي خاك قرار گرفتند و با افزایش درجه آبگریزي پارامترهاي m و α کاهش و پارامترهاي θs و n افزایش یافتند. همچنین، هدایت هیدرولیکی اشباع تحت تأثیر تیمارها کاهش (%20/46-80/33) یافت و مقدار آن از 19/2 سانتیمتر بر ساعت در تیمار 0S به 18/1 سانتی متر بر ساعت در تیمار 80S رسید.

کلید واژه ها: آبگریزي خاك؛ مدل ون گنوختن؛ منحنی رطوبتی؛ هدایت هیدرولیکی اشباع

مقدمه
مقاومت خاك به مرطوب شدن براي دوره هاي زمانی چند دقیقه اي، چند ساعته و یا زیادتر را آبگریزي خاك( Soil Water Repellency, SWR) گویند (1999Jong et al., ). آبگریزي خاك بر اثر پوشانده شدن سطح ذرات معدنی خاك به وسیله ي ترکیب هاي آبگریز ایجاد می شود. به عبارت دیگر حضور ترکیبات آلی از جمله اسیدهاي چرب ،موم ها، تانن ها (Tannins) و صمغ ها باعث ایجاد خاصیت آبگریزي در خاك می شوند. اگر این مواد سطح ذرات منفرد خاك از جمله ذرات شن و خاکدانه ها را بپوشانند سبب ایجاد آبگریزي در خاك می گردند( Burch et al., 1987). اضافه شدن این گونه ترکیبات آلی به خاك تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد. از جمله این فاکتورهامی توان به آتش سوزي ،کاربرد پساب( 2011 Arey et al.,)، آلاینده هاي نفتی( 1990Rasiah et al., )، فعالیت برخی ریزجانداران خاك (2005Rilling, ) و کاربرد لجن فاضلاب (2010Ojeda et al., ) اشاره کرد.
لجن فاضلاب نوعی از پسماندهاي آلی است که باعث افزایش غلظت عناصرغذایی پر مصرف و کم مصرف خاك از جمله نیتروژن، فسفر، پتاسیم، مس، روي و آهن براي رشد گیاه می گردد. همچنین می تواند سبب بهبود ویژگی هاي فیزیکی و شیمیایی خاك شود (رونقی و بوستانی ،1391). تحقیقات مختلف نشان می دهد که پسماندهاي آلی به دلیل دارا بودن مقادیر زیاد ترکیبات آلی می توانند نقش بسزایی در تامین ماده آلی خاك و نیز کاهش زیان هاي ناشی از کمبود این مواد در خاك داشته باشند( نورمهناد و همکاران ،1392). لجن فاضلاب ماده آلی خاك را افزایش می دهد. لیکن به علت وجود ترکیبات آبگریز قابلیت مرطوب شدن را کاهش می دهد(Ojeda et 2010 ,.al). کاربرد زیاد لجن فاضلاب به دلیل وجود مواد آبگریز از قبیل چربی ها یا ترکیبات آمفیفیلیک (Amphiphilic) در آن قابلیت مرطوب شدن خاك را کاهش می دهد( 2010Ojeda et al, ). رحیم خانی( 1391) بیان نمود کاربرد مقادیر مختلف لجن فاضلاب شهري اثر معنی داري بر افزایش مدت زمان نفوذ قطره آب به داخل خاك دارد .خاك هاي تیمار شده با لجن فاضلاب آبگریز شده و با افزایش میزان لجن فاضلاب، آبگریزي خاك نیز افزایش می یابد. Nelson و Kladivko (1979) بیان کردند افزودن لجن فاضلاب به خاك باعث افزایش نگهداشت آب در رطوبت ظرفیت مزرعه (FC) و نقطه پژمردگی دائم (PWP) می شود و بیشترین درصد افزایش نگهداشت آب به تیمارهاي با درصد لجن زیاد و بافت درشت مربوط است.
آبگریزي خاك و تشکیل لایه هاي دافع آب به ویژه در لایه هاي سطحی خاك خسارات جبران ناپذیري بر کیفیت خاك می گذارد که اصلاح آن ها هزینه و زمان زیادي می طلبد( 1971Debano, ). کاهش ظرفیت نفوذ آب به خاك، افزایش رواناب سطحی، کاهش پیوستگی خاك و آب، کاهش قابلیت خیس خوردگی خاك، خیس خوردگی غیر یکنواخت خاك، تاثیر بر توزیع سه بعدي و پویایی رطوبت خاك، افزایش سیلاب ناشی از باران هاي شدید و تشدید فرسایش، از مهمترین اثرات آبگریزي خاك می باشد (1990Wallis, ). همچنین پژوهش ها بیانگر پیامدهاي نامطلوب دفع آب خاك در زمینهي هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی می باشد، به طوري که سالانه میلیون ها دلار در تمام دنیا براي کاهش خطرات ناشی از سیلاب هاي ناگهانی هزینه می شود( 1992Imenson, ).
یکی دیگر از ویژگی هایی که آبگریزي بر آن تاثیرگذار
66939408310795

سال

ششم

/

شماره

1
/

پاییز

سال

ششم

/

شماره

1

/

پاییز

است منحنی رطوبتی خاك می باشد (1981Debano, ). رحیم خانی( 1391) بیان کرد ویژگی هاي هیدرولیکی خاك از جمله منحنی رطوبتی خاك تحت تاثیر آبگریزي خاك قرار دارند و با افزایش آبگریزي خاك میزان نگهداشت آب در خاك افزایش می یابد، همچنین میزان درصد رطوبت حجمی در یک مکش معین نسبت به خاك آبدوست بیشتر است و منحنی هاي رطوبتی در خاك آبدوست و خاك هاي با درجات آبگریزي مختلف متفاوت می باشد. Ojeda و همکاران (2006) نیز طی مطالعاتی تاثیر 3 نوع لجن (تازه ،کمپوست و خشک شده) در مقادیر یکسان( 10 تن در هکتار) در خاك هاي با بافت لومی و لوم شنی بر نگهداشت آب در خاك، پارامترهاي منحنی رطوبتی و پدیده پسماند را مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن ها نشان داد هر 3 نوع لجن باعث افزایش میزان نگهداشت آب خاك شد .همچنین در همه ي مکش ها افزودن هر 3 نوع لجن منجر به افزایش میزان رطوبت حجمی خاك نسبت به شاهد گردید. آن ها بیان کردند لجن فاضلاب تاثیر معنی داري بر پدیده پسماند و پارامترهاي منحنی رطوبتی خاك دارد و تفاوت اندکی بین این 3 نوع لجن مشاهده شد. آن ها علت این تغییرات را افزایش کربن آلی بواسطه ي افزودن لجن و در نتیجه تغییر در زاویه تماس آب به خاك و آبگریز شدنخاك دانستند .Rawle و همکاران (2003) نیز بیان نمودند کربن آلی خاك از طریق تغییر در جرم مخصوص ظاهري و بافت خاك بر میزان نگهداشت آب در خاك موثر است.
De Jong (1983) طی پژوهش هاي خود بیان کرد کربن آلی خاك باعث افزایش رطوبت حجمی در تمامی مکش ها می گردد. لجن فاضلاب بواسطه ي افزایش درصد کربن آلی خاك باعث تغییر در منحنی رطوبتی خاك و همچنین پدیده پسماند رطوبتی می شود( 2003Abu-Zreig, ). با توجه به اهمیت آبگریزي خاك و تاثیري که بر ویژگی هاي خاك از جمله منحنی رطوبتی خاك دارد و مطالعات اندکی در بررسی آبگریزي خاك و تفاوت هاي کمی بین پارامترهاي تحت تاثیر آبگریزي انجام شده است، در این پژوهش به بررسی منحنی رطوبتی، پارامترهاي مدل ون گنوختن و هدایت هیدرولیکی اشباع خاك هاي اراضی دانشگاه شهرکرد با بافت لوم سیلتی رسی که توسط افزودن نسبت هاي متفاوت لجن فاضلاب شهري آبگریز شدند ،پرداخته شد.

مواد و روش ها
234696-2977895

2545080-2209798

در این پژوهش نمونه هاي خاك مورد مطالعه از اراضی دانشگاه شهرکرد از عمق 30-0 سانتی متر تهیه شدند. این منطقه داراي اقلیم نیمه خشک واقع در بخش مرکزي زاگرس است. ارتفاع منطقه از سطح دریا m2070 می باشد. رژیم رطوبتی و حرارتی در این منطقه به ترتیب زریک و مزیک و میانگین بارندگی سالانه این منطقه mm 320 می باشد (اداره کل هواشناسی استان چهارمحال و بختیاري ،1388). نمونه هاي خاك پس از هوا خشک شدن ،از الک 2 میلی متر عبور داده شد، سپس برخی ویژگی هاي فیزیکی و شیمیایی خاك قبل از افزودن لجن اندازه گیري شدند. لجن فاضلاب شهري مورد مطالعه از بخش لجن خشک شده ي حوضچه هاي جمع آوري لجن تصفیه خانه فاضلاب شهرکرد تهیه گردید (سیستم تصفیه فاضلاب در این تصفیه خانه سیستم لجن فعال از نوع هوادهی گسترده می باشد. هر 3 مرحله تصفیه در این تصفیه خانه بر فاضلاب اعمال می شود). بدین منظور ابتدا لجن را هوا خشک کرده و از الک 1میلی متري عبور داده شد و قبل از شروع آزمایش برخی خصوصیات شیمیایی لجن فاضلاب شهري اندازهگیري گردید. از آنجائی که هدف بدست آوردن سه سطح متفاوت آبگریزي (بدون آبگریزي ،آبگریزي کم و آبگریزي زیاد) بود، در ابتدا با اضافه کردن لجن فاضلاب با نسبت هاي وزنی , , , و (گرم لجن فاضلاب به گرم خاك) به نمونه هاي مورد مطالعه، خاك آبگریز گردید. در نهایت با نسبت هاي

، و (گرم لجن فاضلاب به گرم خاك) تیمار ها به ترتیب با سه درجه بدون آبگریزي (0S)، آبگریزي کم (50S) و آبگریزي زیاد (80S) انتخاب و تهیه شدند .نمونه ها پس از یک سال تیمار شدن با لجن فاضلاب در 4 تکرار مورد آزمایش قرار گرفتند. برخی ویژگی هاي فیزیکی و شیمیایی خاك و لجن فاضلاب مورد مطالعه در جدول 1 ارایه گردیده است.

جدول 1. برخی ویژگی هاي خاك و لجن فاضلاب شهري مورد مطالعه
لجن خاك واحد ویژگی
– 13/20 (%) (Sand)شن
– 53/90 (%) (Silt) سیلت
– 32/90 (%) (Clay)رس

6/70 2/19
7/40 (cmh-1)
– هدایت هیدرولیکی اشباع ((Ks واکنش خاك (pH)
3/90 0/30 (dSm-1) هدایت الکتریکی(EC)
26/70 0/80 (%) کربن آلی(OC)
3/30 30 (%) کربنات کلسیم معادل (3(CaCO
– 124 (ppm) سدیم محلول (+Na)
– 261 (ppm) پتاسیم محلول (+(K
EC در سوسپانسیون 5 به 1 و pH در سوسپناسیون 10 به 1 (آب به خاك) تعیین شد.
-157963-60028

سال

ششم

/
شماره

1
/



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید