مهندسی و مدیریت آبخیز

با همکاری انجمن آبخیزداری ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

راهنمای نویسندگان

راهنمایی دریافت کد ORCID

داوران

راهنمای عضویت در Publons

تأثیر خاکپوش ماسه بادی و نانو ذرات رس در آبیاری سفالی بر تغییرات رطوبت، دما و پایداری خاکدانه در مناطق خشک، منطقه مورد مطالعه: شهرستان نیمروز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان

2 دانشیار گروه آبخیزداری، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان

3 دانشیار مرکز تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران

4 دانشیار گروه مدیریت مناطق بیابانی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گرگان

چکیده

کمبود نزولات جوی و خشک‌سالی از عوامل مؤثر بر بحران کم‌‌آبی در مناطق خشک بشمار می‌رود که این فرایند با توجه به بالا بودن میزان تبخیر در این مناطق ضمن کاهش میزان بهره‌وری از آب، باعث کاهش رطوبت خاک می‌شود. از این‌رو، کاربرد روش‌های حفاظتی با کاهش میزان تبخیر و حفظ رطوبت خاک علاوه­بر بهبود رشد و عملکرد گیاه، باعث افزایش بهره‌وری آب می­شود. هدف از اجرای این پژوهش، بررسی تأثیر خاکپوش ماسه بادی و نانو رس در آبیاری سفالی بر تغییرات دما و رطوبت در یکی از کانون­های فرسایشی منطقه سیستان است. بدین‌منظور، در ابتدا طی عملیات میدانی از رسوبات بادی انباشت شده در دشت سیستان و همچنین، رسوبات سیلابی بستر رودخانه هیرمند (رسوبات حمل شده طی سیلاب‌های ورودی از کشور افغانستان) نمونه‌برداری شد. با تعیین اندازه ذرات نمونه‌های رسوب به‌منظور تهیه خاکپوش ماسه بادی بزرگ‌ترین اندازه ذرات رسوبات بادی با استفاده از الک جدا شد. برای تهیه نانو ذرات رس نیز رسوبات سیلابی با استفاده از آسیاب گلوله‌ای ضمن بررسی اندازه ذرات و تعیین عناصر اصلی (با استفاده از روش XRF) پودر شد. در ادامه، با آماده‌سازی تیمارهایی متشکل از خاکپوش ماسه بادی، نانو رس و شاهد با نصب ترمومتر و پروب در اعماق 10، 30 و 50 سانتی‌متر اقدام به اندازه‌گیری دما و رطوبت خاک (با استفاده از رطوبت‌سنج) برای یک دوره 186روزه شد. همچنین، در پایان دوره آزمایش به‌منظور بررسی شاخص‌های پایداری خاکدانه با نمونه‌برداری از اعماق مختلف شاخص‌ میانگین وزنی (MWD) و شاخص میانگین هندسی (GMD) قطر خاکدانه‌ها بر اساس روش الک خشک اندازه‌گیری شد. یافته‌ها نشان داد که در توزیع رطوبت و دما در تیمارهای مورد مطالعه اختلاف معنی‌دار در سطح پنج درصد وجود دارد. بیشترین رطوبت ذخیره شده در عمق 10 سانتی‌متر در تیمار خاکپوش ماسه بادی اندازه‌گیری شد (به­ترتیب 2/1 و 4/1 برابر بیشتر از میزان رطوبت ذخیره شده در تیمارهای نانو ذرات رس و شاهد). همچنین، در عمق 30 و 50 سانتی‌متر بیشترین میزان رطوبت حفظ شده مربوط به تیمار نانو ذرات رس است (به­ترتیب 2/1 و 6/1 برابر بیشتر از لایه‌های فوق‌الذکر در تیمارهای خاکپوش ماسه بادی و شاهد). در بررسی تغییرات دما در اعماق 10، 30 و 50 سانتی­متر، بیشترین و کمترین میزان دما به­ترتیب مربوط به تیمارهای شاهد و خاکپوش ماسه بادی می‌باشد. بر اساس نتایج به­دست آمده، با ایجاد لایه خاکپوش ماسه بادی در سطح خاک دمای خاک در لایه سطحی نسبت به تیمارهای شاهد و نانو ذرات رس به­ترتیب 33 و 2/17 درصد کاهش یافت. در بررسی شاخص‌های پایداری خاکدانه نیز یافته‌ها نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین مقادیر شاخص‌های میانگین وزنی و میانگین هندسی قطر خاکدانه‌ها در تیمارهای مورد مطالعه وجود دارد و بیشترین مقادیر شاخص‌های مورد مطالعه مربوط به تیمار نانو رس می‌باشد (در سطح پنج درصد). در مجموع، بر اساس نتایج به­دست آمده از این پژوهش،‌ استفاده از خاکپوش ماسه بادی و نانو رس با کاهش دما و بهبود پایداری خاکدانه‌ها باعث افزایش 30 تا 45 درصدی رطوبت حجمی خاک در لایه‌های زیرسطحی و همچنین، افزایش مدت زمان حفظ رطوبت در خاک و کاهش دور آبیاری در مقایسه با حالت بدون اقدام حفاظتی در خاک شده است که کاربرد قابل توجه روش‌های مورد استفاده در این پژوهش‌ با تأمین رطوبت مورد نیاز گیاه برای استقرار پوشش گیاهی در کانون‌های فرسایشی منطقه مورد مطالعه است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of sand mulch and nano-clay in buried clay pot irrigation on soil moisture, temperature and aggregate stability variations in arid region, case study: Nimroz City

نویسندگان [English]

  • Moien Jahanthigh 1
  • Ali Najafinejad 2
  • Mansour jahantigh 3
  • Mohsen Hosseinalizadeh 4

1 PhD, Faculty of Rangeland and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Iran

2 Associate professor, Faculty of Rangeland and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Iran

3 Associate professor, Department of Soil Conservation and Water Management, Sistan Agriculture and edition Natural Resources Research Center, AREEO, Zabol, Iran

4 Associate professor, Faculty of Rangeland and Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Iran

چکیده [English]

Shortage of rainfall and drought are among the factors affecting the water shortage crisis in arid regions due to the high rate of evaporation in these areas, while reducing the amount of water productivity, it reduces soil moisture. Therefore, the application of conservation methods by reducing the rate of evaporation and maintaining soil moisture in addition to improving plant growth and yield increases water productivity. The aim of this study was investigation of the effect of sand mulch and nano-clay in buried clay pot irrigation on temperature and humidity changes in one of the wind erosion centers of Sistan region. For this purpose, wind sediments accumulated in Sistan plain as well as flood sediments of Helmand riverbed (sediments transported during floods entering from Afghanistan) were sampled. By determining the particle size of sediment samples, the largest particle size of wind sediments was separated to prepare a sandy cover using a sieve. To prepare clay nanoparticles, Flood sediments were also pulverized using ball mill by examining the particle size and determining the main elements (using the XRF method). By preparing treatments including sand cover, nano-clay and control by installing thermometers and probes at depths of 10, 30 and 50 cm Soil temperature and humidity were measured (using TDR) for a period of 186 days. Also, at the end of the test period to evaluate soil stability indices by sampling from different depths, the mean weight diameter (MWD) and geometric mean index (GMD) of aggregate diameter were measured based on dry sieving method. The results showed that there was significant different at 5% level on soil moisture and temperature distribution between treatments. In depth 10 cm, the highest amount of retained moisture were measured in sand mulch treatment (1.2 and 1.4 times retains moisture compared to nano-clay and witness treatments, respectively). The highest amount of retained moisture in depth 30 and 50 cm is related to nano-clay treatments (45 and 68% more maintain compared to sand mulch and witness treatments, respectively). The results also show that the highest and the lowest amount of soil temperature at different depths related to witness and sand mulch treatment respectively. Mulch cover by shaping temperature equilibrium in soil profiles, caused 17.2 and 33 % reduction of temperature compared to nano-clay and witness treatments. The results also showed that, there were significant differences between treatments in mean weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) and the highest amounts of this index related to nano-clay treatment (p<0.05). Based on the results of this study, the use of sand mulch and nano-clay by reduces the temperature and improving the stability of aggregates, increases the volume of soil moisture in the subsurface layers by 30 to 45% and also increases the retention time in soil moisture and reduces irrigation frequency compared to the state without protective action in the soil. Therefore, the application of the methods used in this study, provides the required moisture to the plants to establish vegetation in the wind erosion centers of the study area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought
  • Hygrometer
  • Nano-clay
  • Sistan
  • Water shortage crisis
مراجع
  1. Abisha, M.R., S. Anushia, J. Jenitha-Singh, S. Dynisha, and S.A. Lavanya. 2017. Stabilization of weak clay soil using nanoclay. International Journal Ijariie, 3(5): 1476-1482.
  2. Aliabadi, U.M., A. Vaezi. and J. Jafar Nikbakht. 2019. Temporal variations of soil moisture in relation to precipitation and temperature under fallow and planted conditions in rainfed land. Journal of Soil and Water Conservation, 8(2): 135-148 (in Persian).
  3. Amiri, M., A. Asakereh and A.H. Farokhdel. 2019. The effect of combined nanosilica and lime on the improvement of the marl soil engineering properties. Civil Engineering, 31(1): 35-53 (in Persian).
  4. Baziar, M.H., H. Ghazi and S.M. Mirkazemi. 2010. Effect of nanoclay on engineering properties of soil. 4th International Congress of Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran, Iran.
  5. Chen, J., X. Xie, X. Zheng, J. Xue, C. Miao, Q. Du and Y. Xu. 2020. Effects of sand-mulch thickness on soil evaporation during the freeze–thaw period. Hydrological Processes, 34: 2830–2842.
  6. Chuai, X., X. Huang, L. Lai, W. Wang, J. Peng and R. Zhao. 2013. Land use structure optimization based on carbon storage in several regional terrestrial ecosystems across China. Journal of Environmental Science and Policy, 25: 50-61.
  7. Cui, H., Z. Jin, X. Bao, W. Tang and B. Dong. 2018. Effect of carbon fiber and nanosilica on shear properties of silty soil and the mechanisms. Construction and Building Materials, 189: 286–295.
  8. Dlamini, P., I.B. Ukoh. L.D. Van-Rensburg and C.C. du-Preez. 2017. Reduction of evaporation from bare soil using plastic and gravel mulches and assessment of gravel mulch for partitioning evapotranspiration under irrigated canola. Soil Research, 55(3): 222-233.
  9. Edy, N., B. Suminarti, A. Buyut, S. Pamungkas, S. Fajriani and A. Nur-Fajrin. 2021. Effect of size and thickness of mulch on soil temperature, soil humidity, growth and yield of red beetroot (Beta vulgaris L.) In Jatikerto Dry Land, Indonesia. Asian Journal of Plant Sciences, 20(1): 33-43.
  10. Eslami, A. and M. Farzamnia. 2009. Effect of mulch material on increasing soil water holding capacity and Pistachio yield. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 3: 79-87 (in Persian).
  11. George, A. and K. Kannan. 2020. Investigation on the geotechnical properties of nanoclay treated clayey soil. Science and Management, 3(2): 453-455.
  12. Ghaeminia, A.M., H.R. Azimzadeh and M.H. Mobin. 2011. Simulating temperature variations of soil different depths and study of some effective atmospheric parameters, case study: Yazd Synoptic Station. Iranian Journal of Range and Desert Reseach, 18(1): 42-57 (in Persian).
  13. Ghazi, H., M.H. Baziar and S.M. Mirkazemi. 2011. Assess of the improvement of the behavior of soil strength in the presence of nanoscale additive. Assas Journal of Science and Technology, 1: 45–50 (in Persian).
  14. Gong, W., Y. Zang, B. Liu, H. Chen, F. Wu, R. Huang and S.H. Wang. 2016. Effect of using polymeric materials in ecological sand-fixing of Kerqin Sandy Land of China. Journal of Applied Polymer Science, 133(43): 1-7.
  15. Herath, H.M.S.K., M. Camps-Arbestian and M. Hedley. 2013. Effect of biochar on soil properties in two contrasting soils: an alfisol and an andisol. Geoderma, 210: 188-197.
  16. Jahantigh, M. and M. Jahantigh. 2019. Investigating of land use change effect on some soil physicalchemistry characteristics and erosion in arid areas, case study: Hirmand of Sistan. Quarterly Journal of Environmental Erosion Research, 36(4): 92-118 (in Persian).
  17. Jahanthigh, M., A. Najafinejad, M. Jahantigh and M. Hosseinalizadeh. 2020. Investigating the effect of hydrological drought and traditional utilization (distribution and transmission) of water resources (flood streams) on land degradation and desertification in drylands: a case study of Sistan Plain. Desert Ecosystem Engineering, 9(27): 25-46 (in Persian).
  18. Jahantigh, M. 2021. Monitoring changes in erosion areas using remote sensing data in three years of wet, normal and drought, case study: Nimroz region of Sistan. Environmental Engineering Research, 11(2): 1-26.
  19. Jahantigh, M. and M. Jahantigh. 2021. Investigation of wind erosion status and identification of suitable species for soil conservation, case study: Gharghari region, Sistan, Iran. Degradation and Rehabilitation of Natural Land, 1(2): 59-68.
  20. Jili, Q., Y. Zhang, Q. Weiqing, X. Zhou, H. Lingqing and J. Cheng. Nano titanium oxide for modifying water physical property and acid-resistance of alluvial soil in Yangtze River Estuary. Science and Engineering of Composite Materials, 28: 169–179.
  21. Kader, M.A., M. Senge and M. Mojid. 2017. Mulching type-induced soil moisture and temperature regimes and water use efficiency of soybean under rain-fed condition in central Japan. International Soil and Water Conservation Research, 5(4): 302-308.
  22. Karami, A., R. Zara and V.A. Jahandideh-Mahjen-Abadi. 2017. Application of fractal theory to quantify structure from some soil orders in Fars Province. Journal of Water and Soil, 31(4): 1171-1186 (in Persian).
  23. Khalid, N., M. Mukri, F. Kamarudin, A.H. Abdul Ghani, M. Fadzil Arshad, N. Sidek, A.Z. Ahmad-Jalani and B. Bilong. 2015. Effect of nanoclay in soft soil stabilization. Proceedings of the International Civil and Infrastructure Engineering Conference 2014, Springer, Singapore, 905-914.
  24. Liu, J., H. Jiang, S. Bae and H. Huang. 2009. Improvement of water-stability of clay aggregates admixed with aqueous polymer soil stabilizers. Catena, 77(3): 175-179.
  25. Mahdavi, S.M., M.R. Neyshabouri, H. Fujimaki and A.M. Heris. 2017. Coupled heat and moisture transfer and evaporation in mulched soils. Catena, 151: 34–48 (in Persian).
  26. Mahmoodabadi, M. and S. Arjmand Sajjadi. 2016. Effects of rain intensity, slope gradient and particle size distribution on the relative contributions of splash and wash loads to rain-induced erosion. Journal of Geomorphology, 253: 159-167 (in Persian).
  27. Majdi, M., A. Ouromiei and M.R. Nikodel. 2014. Improvement the soil geotechnical charactristical by using nano silica and nano Kaolinite. Geology and Geotechnic Journal, 10(3): 231-243 (in Persian).
  28. Majdi, M., A. Ouromiei and M.R. Nikodel. 2018. Improve the soil geotechnical charactristical by using nano particale of Kaolinite. Scientific Quarterly Journal, 28(109): 221-228 (in Persian).
  29. Majeed, Z.H., M.R. Taha and I.T. Jawad. 2014. Stabilization of soft soil using nanomaterials. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 8: 503-509.
  30. Noor-Alivand, F. and A. Farrokhian-Firouzi. 2020. Investigation of modified biochar, nanoclay and polyvinyl acetate on soil stabilization and wind erosion control of sandy and loamy sand soils. Reaserch of Water and Soil, 51(4): 923-935 (in Persian).
  31. Patricia, M., L. Yuanzhi and P. Gallagher. 2007. Meter column testing of colloidal silica transport through porous medium. Innovations in Grouting and Soil Improvement (GSP 136), Proceedings of the Sessions of the Geo-Frontiers, Austin, Texas, USA.
  32. Rizehbandi, E., A. Khademalrasoul and M. Taghavi Zahedi. 2020. Production of organic and mineral recombinant mulches and their effects on volumetric moisture of erodible soils. Reaserch of Water and Soil, 51(8): 2023-2037 (in Persian).
  33. Sharifnasab, H. and N. Abbasi. 2016. Effect on nanoclay particles on some physical and mechanical properties of soils. Journal of Agricultural Machinery, 6(1): 250-258 (in Persian).
  34. Sinkovicova, M., D. Igaz, E. Kondrlova and M. Jarosova. 2017. Soil Particle size analysis by laser diffractometry: result comparison with Pipette Method. Materials Science and Engineering, 245: 1-14.
  35. Song, Z., J. Liu, Y. Bai, J. Wei, D. Li, Q. Wang, Zh. Chen, D.P. Kanungo and W. Qian. 2019. Laboratory and field experiments on the effect of Vinyl Acetate Polymer-Reinforced Soil. Applied Sciences, 9(1): 208-219.
  36. Suresh, R. and V. Murugaiyan. 2018. Improvement of clay soil using natural fibers and nano silica: a review. Indian Journal of Scientific Research, 17(2): 252-256.
  37. Tabarsa, A., N. Latifi, C.L. Meehan and K.N. Manahiloh. 2018. Laboratory investigation and field evaluation of loess improvement using nanoclay, a sustainable material for construction. Construction and Building Materials, 158: 454–463 (in Persian).
  38. Taha, M.R. and O.M.E. Taha. 2012. Influence of nano-material on the expansive and shrinkage soil behavior. Journal of Nanopart Research, 14(10): 1190-1198.
  39. Taipodia, J., J. Dutta and A.K. Dey. 2011. Effect of nano particles on properties of soil. Proceedings of Indian Geotechnical Conference, December, 15-17.
  40. Yakupoglu, T., T. Oztas, F. Kiray and B. Demirkol. 2015. Effect of some polymers on soil-water losses and sediment size depending on initial aggregate size under sequential simulated rainfall. Procedia Environmental Sciences, 1: 21-29.
  41. Yuan, C., T. Lei, L. Mao, H. Liu and Y. Wu. 2009. Soil surface evaporation processes under mulches of different sized gravel. Catena, 78: 117–121.
  42. Yusefi, A., A. Farrokhian Firouzi and M. Aminzadeh. 2019. Effect of mulch on soil moisture, temperature and heat flux variation in the presence of shallow groundwater. Research of Water and Soil, 50(9): 2213-2225 (in Persian).
  43. Vaezi, A.R., S.H.R. Sadeghi, H.A. Bahrami and H.A. Mahdian. 2008. Modeling the USLE K-factor for calcareous soils in northwestern Iran. Geomorphology, 97(3-4): 414-423.
مهندسی و مدیریت آبخیز
دوره 14، شماره 2
تیر 1401
صفحه 260-281
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار