| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,262 |
| تعداد مقالات | 36,058 |
| تعداد مشاهده مقاله | 55,187,776 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 94,186,262 |
تغییرپذیری توزیع اندازه ذرات ناشی از فرسایش بین شیاری در بافت‌های مختلف تحت تاثیر درجه شیب | ||
| مهندسی و مدیریت آبخیز | ||
| مقاله 2، دوره 15، شماره 4، آذر 1402، صفحه 519-534 اصل مقاله (440.55 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwmse.2023.359384.1982 | ||
| نویسندگان | ||
| یاسین صالحی1؛ علیرضا واعظی* 2 | ||
| 1دانشجوی دکتری فیزیک و حفاظت خاک، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران | ||
| 2استاد 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 salehi1؛ Alireza vaezi2 | ||
| 1PhD Student, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran | ||
| 2Professor, 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 | ||
| مراجع | ||
|
Ajwa, H.A., Trout, T.J., 2006. Polyacrylamide and water quality effects on infiltration in sandy loam soils. J. Soil Sci. Soc. Am. 70, 643-650. Algayer, B., Wang, B., Bourennane, H., Zheng, F., Duval, O., Li, G., Le, Y., Darboux, F., 2014. Aggregate stability of a crusted soil: differences between crust and sub-crust material and consequences for interrill erodibility assessment. An example from the Loess Plateau of China. Eur. J. Soil Sci. 65, 325-335. An, S., Mentler, A., Meyer, H., Blume, W.H., 2010. Soil aggregation, aggregate stability, organic carbon and nitrogen in different soil aggregate fractions under forest and shrub vegetation on the Loess Plateau, China. Catena 81, 226-233. Armstrong, A., Quinton, J.N., Heng, B.C.P., Chandler, J.H., 2011. Variability of interrill erosion at low slopes. Earth Surf. Process. Landf. 36(1), 97- 106. Asadi, H., Moussavi, A., Ghadiri, H., Rose, C.W., 2011. Flow-driven soil erosion processes and the size selectivity of sediment. J. Hydrol. 406, 73-81. Asadi, H., Ghadiri, H., Rose, V,W., Rouhipour, H., 2007. Interrill soil erosion processes and their interaction on low slopes. Earth Surf. Process. Landf. 32(5), 711-724. Besharat, F., Vaezi, A.R., 2015. Soil loss under simulated rainfalls rainfall during events on runoff and soil loss under simulated rainfalls. J. Iran-Watershed Sci. Eng. Manage. 9(29), 9-18 (in Persian). Gee, G.W., Bauder. J,W., 1986. Particle size analysis. In: Klute, (Ed.) Methods of soil analysis. Part 1, 2nd ed. America Society of Agronomy, Madison, 383-411 pages. Geng, R., Zhang, G.H., Ma, Q.H., Wang. H., 2017. Effects of landscape positions on soil resistance to rill erosion in a small catchment on the Loess Plateau. Bios. Eng. 160, 95-108. Golykalrod, M.A., Asadi, H., Gorji, M., 2011. Effect of bed flow rate and slope on changes in concentration and particle size distribution of sediment due to rill erosion. 12th Iranian Soil Science Congress (in Persian). Greenwood, P., Zhang, Y., 2020. Comparing grain size composition of inter-rill and rill-eroded sediment from cultivated hillslope soils using caesium-134 and cobalt-60 as tracers. Soil. Tillage. Rese 198, 104532. Jones, J.B., 2001. Laboratory guide for conducting soil tests and plant analysis. Press, Boca Raton, FL. 27-160 pages. Kemper, W.D., Rosenau, R.C., 1986. Aggregate stability and size distribution models. Geoderma 123, 363-371. Kiani-Harchegani, M., Sadeghi, S.H., Singh, V.P., Asadi, H., Abedi. M., 2019. Effect of rainfall intensity and slope on sediment particle size distribution during erosion using partial eta squared. Catena 176, 65-72. Kinnell, P.I.A., 2005. Raindrop-impact-induced erosion processes and prediction: a review. J. Hydrol. Proc. 19(14), 2815-2844. Koiter, A.J., Owens, P.N., Petticrew, E.L., Lobb, D.A., 2017. The role of soil surface properties on the particle size and carbon selectivity of interrill erosion in agricultural landscapes. Catena 153, 194-206. Kord, M., Vaezi, A.R., Mahdian. M.H., 2017. Temporal variability of runoff production under slope gradients in different soil. J. Soil Water Res. 48(1), 77-85 (in Persian). Kubínová, R., Neumann, M., Kavka, P., 2021. Aggregate and particle size distribution of the soil sediment eroded on steep artificial slopes. Applied Sci. 11(10), 4427. Mukhopadhyay, S., Masto, R.E., Tripathi, R.C., Srivastava, N.K., 2019. Application of soil quality indicators for the phytorestoration of mine spoil dumps. Phytomanage. Pollut. Site. 361-388. Nguyen, V.B., Nguyen, Q.B., Zhang, Y.W., Lim, C.Y.H., Khoo, B.C., 2016. Effect of particle size on erosion characteristics. Wear 348, 126-137. Ozturk, M., 2017. Sediment size effects in acoustic doppler velocimeter-derived estimates of suspended sediment concentration. Water 9(7), 2-18 Proffitt, A.P.B., Rose. C.W., 1991. Soil erosion processes: I. the relative importance of rainfall detachment and runoff entrain- ment. Aust. J. Soil Res. 29, 671-683. Rienzi, E.A., Fox, J.F., Grove, J.H., Matocha, C.J., 2013. Interrill erosion in soils with different land uses: the kinetic energy wetting effect on temporal particle size distribution. Catena 107, 130-138. Sadeghian, N., Vaezi, A.R., 2019. Selectivity of particles through rill erosion in different soil textures. J. Water Soil Sci 23(2), 1-12 (in Persian). Salehi, Y., Moghadam, N.K., Lajayer, B.A., Astatkie, T., 2022. Soil conservation using mechanical and non-mechanical methods. Soils in Urban Ecosystem, Springer, Singapore, 219-241 pages. Shi, Z.H., Fang, N.F., Wu, F.Z., Wang, L.,Yue, B.J., Wu, G.L., 2012. Soil erosion processes and sediment sorting associated with transport mechanisms on steep slopes. J. Hydrol. 454, 123-130. Sun, L., Zhou, J.L., Cai, Q., Liu, S., Xiao. J., 2021. Comparing surface erosion processes in four soils from the loess plateau under extreme rainfall events. Int. Soil Water Conserv. Res. 9(4), 520-531. Tuladhar, R., Marshall, A., Sivakugan, N., 2020. Use of recycled concrete aggregate for pavement construction. Advances in Construction and Demolition Waste Recycling. Woodhead Publishing, 181-197 pages. Vaezi, A.R., Ebadi, M., 2017. Particle size distribution of surface-eroded soil in different rainfall intensities and slope gradients. Water Soil 5(1), 216-229 (in Persian). Vaezi., A.R., 2020. Water erosion (process and models). Zanjan University Press (in Persian). Walkley, A., Black, I.A., 1934. Estimation of soil organic carbon by the chromic acid titration method. J. Soil Sci. 37, 29-38. Wang, L., Shi, Z.H., 2015. Size selectivity of eroded sediment associated with soil texture on steep slopes. Soil Sci. Soc. Am. J. 79(3), 917-929. Warrington, D.N., Mamedov, A.I., Bhardwaj, A.K., Levy, G.J., 2009. Primary particle size distribution of eroded material affected by degree of aggregate slaking and seal development. Eur. J. Soil Sci. 60(1): 84-93. Wildhaber, Y.S., Banninger, D., Burri, K., Alewell, C., 2012. Evaluation and application of a portable rainfall simulator on subalpine grassland. Catena 91, 56-62 Zhu, F., Li, Y., Cheng, J., 2021. Size characteristics of sediments eroded under different masson pine litter covers in South China. Water 13(16), 2190. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 698 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 428 |
||