بررسی فرسایش‌پذیری مالچ‌های زیستی در سطوح شیب‌دار با استفاده از شبیه‌سازی بارش

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، پردیس دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 دانشیار، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

3 دانشیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

4 استادیار، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

یکی از دلایل مهم فرسایندگی خاک و تولید رسوب در شبکه‌های فرعی آبیاری و زهکشی ناپایداری خاک کانال‌ها است. مکانیسم فرسایش در این نوع کانال‌ها ابتدا در اثر برخورد قطرات باران و شکسته شدن خاکدانه‌ها شروع می‌شود، به‌طوری‌ که ذرات ریز شکسته شده باعث انسداد منافذ خاک می‌شود. در این حالت، نفوذپذیری خاک نسبت به حالت اولیه کاهش ‌یافته، باعث افزایش رواناب می‌شود. افزایش رواناب در شیب‌های متوسط تا تند، تنش برشی را به‌ شدت افزایش داده و موجب تخریب خاک و تولید رسوب می‌شود. برای جلوگیری از این معضل استقرار پوشش گیاهی راه‌کاری مناسب است، اما در مواردی استقرار پوشش گیاهی به‌علت شرایط ویژه به‌سادگی امکان‌پذیر نیست و در کوتاه‌مدت نیز به نتیجه نمی‌رسد. یکی از راه‌های مهار فرسایش در اراضی شیب‌دار، استفاده از سازه‌های مختلف مکانیکی است که معمولا در پروژه‌های مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد که با هزینه‌های بسیار زیادی همراه است. راه‌حل دیگری که در این پروژه مورد بررسی و آزمون قرار گرفت، استفاده از مواد اصلاح‌کننده طبیعی مانند انواع مالچ‌های زیستی است. در این پژوهش سازوکار استفاده از چهار نوع مالچ زیستی مختلف بر پارامترهای مختلف مقاومت فرسایشی خاک روی دیواره کانال‌های زهکش، به‌صورت آزمایشگاهی با استفاده از شبیه‌سازی بارش، مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش با هدف تعیین نوع و مناسب‌ترین تراکم از مالچ‌های مختلف در کاهش فرسایش جداره جانبی کانال‌های شبکه آبیاری و زهکشی دشت ارایض خوزستان، در آزمایشگاه شبیه‌ساز باران پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری با استفاده از خاک و سایر مشخصات فیزیکی منطقه انجام شد. به‌طوری‌ که با استفاده از چهار نوع مالچ زیستی، که در سه غلظت مورد استفاده قرار گرفت، حداقل 40 آزمایش بر روی نمونه خاک منطقه مورد پژوهش انجام شد و ویژگی‌های مختلف اندازه‌گیری شد. برای همه آزمایش‌ها مقدار 25 کیلوگرم نمونه خاک در داخل تشتک‌های فلزی قرار داده شد و به‌صورت دستی با اعمال فشردگی لازم تا رساندن به جرم مخصوص ظاهری خاک در طبیعت، فشرده شد. تیمارهای آزمایشی در فلوم‌هایی با شیب یک به 1.25 مشابه شیب جانبی زهکش‌ها، در دو شدت بارندگی 30 و 80 میلی‌متر بر ساعت شبیه‌سازی شدند. نتایج نشان داد که همه تیمارهای مالچ در مقایسه با نمونه شاهد تأثیر معنی‌داری در کاهش رسوب داشتند و تأئید نمود، مالچ‌های زیستی نقش مؤثری در کنترل فرسایش از جداره جانبی کانال‌های زهکش دارند. نتایج مشخص نمود که حضور پوشش مالچ تا بیش از 90 درصد منجر به کاهش رسوب ناشی از باران می‌شود، لذا مالچ‌های 1 و 4 دارای بیشترین تأثیر در کاهش میزان فرسایش از جداره کانال‌های زهکش بودند. همچنین، مشخص شد افزایش غلظت مالچ‌های مورد استفاده در تمامی تراکم‌ها، در کاهش میزان رسوب خروجی تأثیر زیادی داشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of bio mulch erodibility on steep lands using rainfall simulation

نویسندگان [English]

  • Seyed Ahmad Hosseini 1
  • Mahmoud Raeini 2
  • Foroud Sharifi 3
  • Mohammadali Gholami 4
1 PhD Student, Department of Irrigation, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Iran
2 Associate Professor, Department of Irrigation, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Iran
3 Associate Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Irrigation, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Iran
چکیده [English]

One of the important reasons of soil erosion and sediment production in irrigation and drainage canal networks is the soil instability. Erosion mechanism in this type of channel starts with the impact of raindrops and soil aggregation, so that broken fine particles lead to blockage the pores. In this condition, soil permeability is reduced compared to the initial state and runoff that is increasing. Increased runoff on slopes of moderate to steep, rises shear stress sharply which causes soil destruction and produces sediment production. To overcome this problem, suitable vegetation cover deployment is appropriate, but in some situations, vegetation cover establishment is not possible simply due to special circumstances and it is not the best solution in the short term as well. One of the ways of controlling erosion on slopes is the use of various mechanical structures, commonly used in engineering projects, that is associated with expensive costs. Another solution that was tested in this research, is the use of natural corrective materials such as organic mulch and natural rectifier materials. In this study, by using four types of various organic mulch, soil erosion resistance of various parameters of the drain canal bank was studied using simulated rainfall in the rainfall laboratory of Soil Conservation and Watershed Management Research Institute. In this article, the results of using bio mulch for erosion control, on the drainage channel bank are provided. This study aimed to determine the most appropriate type and density of different mulch on canal bank erosion reduction for irrigation and drainage network channel project that is located in Arayez plain of Khuzestan. With the use of four organic mulch, at least 40 experiments on soil samples were done. For the all laboratory tests, 25 kg soil samples were pressed inside the steel basins, to imply the bulk density of soil in nature. Treatments in the flume with a slope of 1 to 1.25, similar side slope drains, in both 30 and 80 mm per hour rainfall intensity were simulated. Each treatment was applied at three densities. The results showed that all mulch treatments compared with control samples had a significant effect on sediment and it confirmed that the bio mulch are effective in the erosion control of the bank drainage channel. The results showed that the mulch will lead to reduce sediment more than 90 percent. Therefore, the use of mulch 1 and 4 in the highest density, have the greatest impact on the rate of erosion. It was also found that by increasing density of mulch, the amount of sediment reduced significantly.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drainage channels
  • Irrigation and drainage canal networks
  • Runoffand sediment
  • Soil instability
  • Water erosion