ارزیابی اثرات عملیات خروج چوب با تراکتور کشاورزی بر خصوصیات فیزیکی خاک جنگل (مطالعه موردی: بخش گرازبن جنگل خیرود)

فصلنامة علمی - پژوهشی تحقیقات جنگل و صنوبر ایران

جلد 21  شمارة 4، صفحة 677-666، (1392)

ارزیابی اثرات عملیات خروج چوب با تراکتور کشاورزی بر خصوصیات فیزیکی خاک جنگل (مطالعه موردی: بخش گرازبن جنگل خیرود)

مقداد جورغلامی^٭1، شکوه سلطانپور²، مریم اتحادی ابری³ و باریس مجنونیان⁴

1*- نویسنده مسئول، استادیار، گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج.  پست‌الکترونیک: mjgholami@ut.ac.ir

2- دانشجوی کارشناسی‏ارشد، گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

3- دانشجوی دکتری، گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

4- استاد، گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

تاریخ دریافت: 26/12/91                                                              تاریخ پذیرش: 22/3/92

چکیده

سیستم‌های بهره‌برداری با تراکتور، معمولی‏ترین انواع تجهیزات کوچک مقیاس هستند. در جنگل‏های شمال ایران، تراکتورهای کشاورزی مجهز شده به تریلی دو چرخ، به طور فراوانی برای عملیات پیش حمل چوب‏آلات کاتینی و هیزمی استفاده می‏شود. این مطالعه در بخش گرازبن جنگل خیرود انجام شد. اهداف این تحقیق شامل ارزیابی اثرات شیب، شدت تردد تراکتور و عمق خاک بر روی وزن مخصوص ظاهری خاک، تخلخل خاک و مقاومت به نفوذ در خاک قهوه‏ای جنگلی دارای بافت لومی تا لوم رسی در مسیرهای حمل چوب با تراکتور بود. این پژوهش در قالب طرح فاکتوریل کامل تصادفی در سه تکرار در سه کلاسه شیب (شیب 0-10 درصد (رو به پایین)، شیب 10-20 درصد (رو به پایین) و شیب 0-10 درصد (رو به بالا))، سه شدت ترافیک (کمتر از 5 تردد، 5-10 تردد و بیش از 10 تردد) و چهار عمق خاک از سطح زمین (5، 10، 15 و 20 سانتی‌متری) در مسیرهای حمل و نقاط دست‏نخورده اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که شیب، شدت تردد تراکتور و عمق خاک دارای اثر معنی‌داری بر وزن مخصوص ظاهری خاک هستند. مسیرهای حمل رو به بالا دارای بیشترین مقدار وزن مخصوص در بین کلاسه‏های شیب هستند. تخلخل خاک با افزایش تعداد تردد به طور معنی‏داری کاهش یافت. بیشترین کاهش تخلخل خاک بعد از 10 تردد رخ داده است که مقدار آن 6/38 درصد است. همچنین مسیرهای حمل رو به بالا دارای بیشترین مقدار مقاومت به نفوذ در بین کلاسه‏های شیب بودند. با افزایش عمق خاک، مقدار مقاومت به نفوذ در مسیرهای حمل افزایش یافت. مسیرهای با شیب 0-10 درصد (رو به پایین) کمترین مقدار وزن مخصوص و مقاومت به نفوذ را نشان دادند، درحالی‌که مسیرهای با شیب 10-20 درصد (رو به پایین) دارای مقادیر متوسط و مسیرهای 0-10 درصد (رو به بالا) دارای بیشترین مقدار کوبیدگی خاک بودند. بنابراین، می‏توان نتیجه‏گیری نمود که عملیات پیش حمل با تراکتور باید در مسیرهای با شیب ملایم برنامه‏ریزی شده و تا حد امکان مسیرهای پیش حمل با شیب رو به بالا از عملیات چوبکشی مستثنی شوند.

واژه‌های کلیدی: عملیات پیش حمل، کوبیدگی خاک، تخلخل خاک، مقاومت به نفوذ، شیب، عمق خاک.

مقدمه

در بسیاری از کشورهای دنیا، تراکتورهای کشاورزی ماشین­های چند کاره­ای هستند که عموما در کارهای کشاورزی و جنگلداری از آنها استفاده می­شود. در بخش جنگلداری، تراکتورهای کشاورزی تغییر شکل یافته و برای خروج چوب از کنار کنده تا دپو مورد استفاده قرار می­گیرند (Russell & Mortimer, 2005). راه‏های متفاوتی برای انجام عملیات خروج چوب با تراکتور کشاورزی وجود دارد. یک روش معمول، استفاده از تریلی یا لودر (تریلی پیش حمل (Forwarding trailer)) است. فشردگی خاک، اغلب همراه با ایجاد رد چرخ، یک فرایند معمول است که ممکن است از نیروهای استاتیک و دینامیک اعمال شده توسط ترافیک ماشین، به خصوص با استفاده نامناسب از ماشین‏آلات سنگین ایجاد شود (Ampoorter et al., 2010). فشردگی یا کوبیدگی خاک به روندی که در آن خلل و فرج خاک فشرده شده و یا از بین رفته و دانه‏‎های متراکم سطح شکسته شده است، اشاره می‌کند (Murphy et al., 2004، Landsberg et al., 2003 و Picchio et al., 2012). فشرده‏سازی منافذ خاک منتج به افزایش وزن مخصوص ظاهری (Bulk Density) شده که همان نسبت جرم خشک خاک به حجم آن است (Grace et al., 2006، Eliasson, 2005 و Han et al., 2009). مقاومت به نفوذ (Penetration Resistance) که به‌عنوان یک شاخص برای استحکام خاک عمل می‏کند، مقاومتی را نشان می‏دهد که خاک در برابر رشد ریشه اعمال می‏کند و منافذ کوچکتر را افزایش داده و تخلخل خاک (Soil Porosity) را کاهش می‌دهد همچنین (Gomez et al., 2002، Gayoso & Iroume, 1991، Horn et al., 2004، Ares et al., 2005 و Nugent et al., 2003). به علاوه، Aust et al. (1993) وNugent et al. (2003) دریافتند که در اثر ترافیک ماشین، مقاومت به نفوذ 30 تا 50 درصد افزایش می‏یابد.

اولین عبور ماشین چوبکشی فشاری بر سطح خاک وارد می‏کند که ساختمان و تخلخل خاک را تحت تأثیر قرار داده و تنش اعمال شده در مجاورت تنش پیش فشردگی خاک (Precompression stress) قرار می‏گیرد (Horn et al., 2007). همچنین Gayoso & Iroume (1991) تأیید کردند که رابطه بین شدت ترافیک و وزن مخصوص ظاهری به صورت تابع لگاریتمی است. به علاوه، Wang et al. (2007) نتیجه گرفتند که 55 درصد افزایش وزن مخصوص ظاهری خاک مرتبط با چوبکشی در عبور اول اتفاق افتاد و 80 درصد افزایش وزن مخصوص ظاهری بعد از دو مرتبه عبور بدست آمد. با افزایش عبور بین پنج تا 10 بار، وزن مخصوص ظاهری تنها پنج درصد افزایش یافت. این تعداد تردد ابتدایی در مطالعه (1996) Lotfalian در جنگل خیرود نوشهر برابر با پنج تردد، در مطالعه Raafatnia et al. (2008) و Jamshidi et al. (2008) در حوزه آبخیز تجن مازندران برابر با شش تردد، در مطالعه Najafi et al. (2009) در جنگل‏های چوب و کاغذ مازندران سه تا هفت تردد، در مطالعه Naghdi et al. (2007) در جنگل‏های شفارود گیلان برابر با شش تردد ذکر شده است.

البته لایه‌های کوبیده شده اغلب در عمق‌های متفاوت خاک وجود دارند. کوبیدگی ممکن است ناچیز، متوسط و عمیق باشد (Adams & Froehlich, 1984، Wronski & Murphy, 1994، Rab, 1996، Rohand et al., 2004، Eliasson, 2005، Susnjar et al., 2006 و Eliasson & Wasterlund, 2007). برای مدت‏ها کوبیدگی خاک بیشتر در لایه‌های سطحی مورد توجه بود. اما وقتی وسایل بهره‌برداری سنگین و با ظرفیت بار زیاد تولید شد، کوبیدگی لایه‌های زیرین خاک حائز اهمیت شد (Akay et al., 2007 و  Bustos & Egan 2011). در ترافیک سنگین بار، بعضی از خاک‏ها تا عمق یک متر و بیشتر کوبیده می‌شوند. هرچند بالاترین درجه کوبیدگی معمولا در 30 سانتی‌متر اول پروفیل خاک اتفاق می‌افتد که به طور عادی بیشترین میزان حضور ریشه‌ها را شامل می‌شود (Gent & Morris, 1986، Eliasson & Wasterlund, 2007 و Kozlowski, 1999). همچنین Gayoso & Iroume (1991) دریافتند که افزایش وزن مخصوص ظاهری خاک برای تمام شدت‏های تردد ماشین و عمق‏های مختلف خاک در مسیرهای با شیب 20 درصد، به طور معنی‌داری بیشتر از مقادیر مشاهده شده برای مسیرهایی با شیب 10 درصد است. به علاوه، Jamshidi et al. (2008) دریافتند که تفاوت آشکاری در کوبیدگی خاک بین مسیرهای مسطح و مسیرهایی با شیب طولی و عرضی وجود ندارد.

در جنگل‏های ملی ایالات متحده، محدودیت­هایی به منظور برقراری مقدار قابل قبول بهم­خوردگی خاک در اثر ورود ماشین­های بهره­برداری وضع شده است (Anonymous, 1998). این محدودیت، افزایش20 درصدی وزن مخصوص ظاهری را به‌عنوان سطح خسارت­آور خاک در نظر می­گیرد. سایر محققان، افزایش مقاومت به نفوذ خاک را به‌عنوان شاخصی برای بهم­خوردگی خسارت­آور در نظر می­گیرند (Kolkaa & Smidt, 2004، Greacen & Sands, 1980 و Bolding et al., 2009). مقدار مقاومت حدود 3000 کیلوپاسکال (KPa) به‌عنوان آستانه زیستی بالقوه ذکر شده است که در این حد رویش درخت به مقدار قابل توجه کاهش می­یابد (Anonymous, 1998، Zenner et al., 2007 و Ampoorter et al., 2012). در جنگل‏های شمال ایران، از تراکتورهای کشاورزی به‌منظور خروج چوب‏آلات کاتینی و هیزمی استفاده می‏شود اما تاکنون هیچگونه تحقیقی در ارتباط با اثرات این سیستم خروج چوب کوچک مقیاس بر روی خاک جنگل انجام نشده است. بنابراین اهداف این تحقیق عبارتند از: کمی کردن تغییرات مقدار وزن مخصوص ظاهری، تخلخل خاک و مقاومت به نفوذ در مسیرهای پیش حمل با تراکتور با توجه به شیب، شدت ترافیک و عمق خاک است.

مواد و روش‏ها

منطقه مورد تحقیق

این تحقیق در پارسل‌های 311 و 319 سری گرازبن، که با وسعت 5/1001 هکتار سومین سری جنگل آموزشی و پژوهشی دانشکده منابع طبیعی (دانشگاه تهران) واقع در خیرود نوشهر است، انجام شد. مساحت این دو پارسل برابر با 5/70 هکتار و ارتفاع از سطح دریا در پارسل 311، 1190-1050 متر و در پارسل 319، 1270-1190 متر است. شیب کلی پارسل 311 و 319، به‌ترتیب 18 و 20 درصد است. متوسط میزان بارندگی 1150 میلی‏متر است. شیوه بهره‎برداری و جنگل‎شناسی در هر دو پارسل مورد بررسی به صورت تک‌گزینی و فرم جنگل دانه‏زاد ناهمسال نامنظم است. جامعه گیاهی در پارسل 311، بلوط- ممرزستان و در پارسل 319، راش ممرزستان است (Anonymous, 2010). عملیات جمع‏آوری اطلاعات مورد نیاز در مهرماه 1391 انجام شده است. خاک قهوه‌ای جنگلی با زهکشی مناسب و دارای بافت لومی تا لوم رسی با عمق زیاد است.

روش تحقیق

عملیات پیش حمل چوب‏آلات کاتینی هیزمی با تراکتور انیورسال 650 ساخت رومانی، تجهیز شده با تریلر دو چرخ و کمپرس، انجام شده است. قدرت موتور این تراکتور 62 اسب بخار، وزن آن 3999 کیلوگرم بوده و طول، عرض و ارتفاع آن به‌ترتیب 414، 199 و 260 سانتی‏متر است. شکل1-الف طرح نمونه‌برداری برای اندازه‌گیری وزن مخصوص ظاهری و مقاومت به نفوذ را نشان می‏دهد. قبل از عملیات، سه طبقه شیب مسیر چوبکشی در سه تکرار انتخاب شد و سطوح متفاوت کوبیدگی با توجه به تعداد رفت و آمد تراکتور در محل نمونه‌ها اعمال شد که عبارتند از: کمتر از 5 تردد، 5-10 تردد و بیش از 10 تردد. هر بار عبور عبارت است از یک چرخه کار تراکتور یعنی حرکت خالی از دپو به محل بارگیری و حرکت با بار تا دپو. سه طبقه شیب در نظر گرفته شده عبارتند از: مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به پایین)، مسیر با شیب 10-20 درصد (رو به پایین) و مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به بالا). همچنین وزن مخصوص و مقاومت به نفوذ در ناحیه شاهد و کوبیده شده در چهار عمق 5، 10، 15 و 20 سانتی‌متری اندازه‌گیری شد.

این نمونه‌ها از خاک معدنی و سطحی و از محل رد چرخ تراکتور با استفاده از سیلندر‌های فولادی نمونه‌گیری (طول 10 سانتی‌متر و قطر داخلی 5 سانتی‌متر) جمع‌آوری شدند. در مرحله بعد این نمونه‌ها به آزمایشگاه منتقل شدند و در دمای 105 درجه سانتیگراد به مدت 25 ساعت در داخل آون خشک شدند و دوباره عمل توزین نمونه‌ها انجام شد تا وزن مخصوص ظاهری به­دست آید. در آزمایشگاه وزن مخصوص حقیقی به روش پیکنومتری اندازه‏گیری شد و با استفاده از داده‏های حاصل از وزن مخصوص ظاهری و حقیقی، درصد تخلخل محاسبه شد. مقاومت به نفوذ و تغییرات آن با استفاده از پنترومتر دستی اندازه­گیری شد (شکل1- ب). این آزمایش‌ها در قالب طرح فاکتوریل کاملاً تصادفی و در سه تکرار انجام شد. برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، ابتدا با آزمون کولموگراف- اسمیرنوف نرمال بودن داده‌ها بررسی شد. به‌منظور بررسی اثر شدت تردد تراکتور و شیب مسیرهای حمل بر مقدار وزن مخصوص ظاهری خاک از تجزیه واریانس دو طرفه و برای تعیین حداکثر کوبیدگی خاک در هر یک از شیب‌ها از تجزیه واریانس یک­طرفه استفاده شد. درصورتی‌که اثر هر یک از عوامل در تجزیه و تحلیل واریانس یک­طرفه و دو طرفه معنی‌دار باشد از آزمون مقایسه‌ای چندگانه دانکن برای گروه‌بندی استفاده می‌شود.

شکل1- طرح نمونه‌برداری برای اندازه‌گیری وزن مخصوص ظاهری و مقاومت به نفوذ (الف) در مسیرهای حمل و پنترومتر دستی برای اندازه‏گیری مقاومت به نفوذ خاک (ب)

نتایج

وزن مخصوص ظاهری خاک

جدول1 تجزیه واریانس اثر شیب، شدت ترافیک و عمق را بر روی وزن مخصوص ظاهری نشان می‌دهد. نتایج نشان داد که شیب، شدت ترافیک و عمق خاک و اثرات متقابل آنها دارای اثر معنی‌داری بر وزن مخصوص ظاهری خاک هستند (05/0>P).

جدول1- آنالیز واریانس اثر شیب، شدت تردد، عمق و اثرات متقابل آنها بر وزن مخصوص ظاهری خاک

میانگین وزن مخصوص ظاهری به طور معنی‏داری تحت تأثیر شیب، شدت تردد تراکتور و عمق خاک هستند (شکل2). مسیرهای حمل با شیب رو به بالا دارای بیشترین مقدار وزن مخصوص در بین کلاسه‏های شیب هستند. میانگین وزن مخصوص ظاهری در سه طبقه شیب مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به پایین)، مسیر با شیب 10-20 درصد (رو به پایین) و مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به بالا) به‌ترتیب 2/1، 35/1 و 46/1 گرم/سانتی‏متر³ است (شکل2-الف). نتایج نشان داد که وزن مخصوص ظاهری با افزایش تعداد تردد به طور معنی‏داری افزایش می‏یابد (شکل2-ب). بیشترین مقدار وزن مخصوص بعد از 10 تردد تراکتور و برابر با 45/1 گرم/سانتی‏متر³ است. با افزایش عمق خاک از سطح، وزن مخصوص افزایش یافته است. هرچند بیشترین افزایش در لایه 0-5 سانتی‏متری خاک رخ داده است (شکل2- ج). شکل3 اثرات متقابل شیب، شدت ترافیک و شیب x عمق خاک را بر روی وزن مخصوص ظاهری نشان می‏دهد. با افزایش تردد، وزن مخصوص در سه کلاسه شیب افزایش یافته است. صرف‌نظر از کلاسه شیب، وزن مخصوص در مسیرهای حمل در مقایسه با نقاط شاهد (کوبیده نشده) بیشتر است. بیشترین مقدار وزن مخصوص در مسیرهای حمل رو به بالا با شیب 0-10 درصد و کلاسه بیش از 10 تردد مشاهده شده است (شکل3-الف). وزن مخصوص به طور قابل توجهی با افزایش عمق خاک در هر کلاسه شیب افزایش یافته است (شکل3ب). البته وزن مخصوص در کلاسه شیب 0-10 درصد رو به بالا و عمق 20 سانتی‏متری خاک دارای بیشترین مقدار است.

شکل2- مقایسه میانگین وزن مخصوص ظاهری (گرم/سانتی‏متر³) با آزمون دانکن با توجه به شیب (الف)، شدت ترافیک (ب) و عمق خاک (ج). حروف لاتین نامتشابه نشانگر معنی‌دار بودن اختلاف میانگین‌ها در سطح احتمال 95 درصد است.

شکل3- مقایسه میانگین وزن مخصوص ظاهری (گرم/سانتی‏متر³) با آزمون دانکن با توجه به اثر متقابل بین شیب مسیر و شدت ترافیک (الف) و شیب مسیر و عمق خاک (ب). حروف لاتین نامتشابه نشانگر معنی‌دار بودن اختلاف میانگین‌ها در سطح احتمال 95 درصد است.

تخلخل خاک

جدول2 تجزیه واریانس اثر شیب، شدت ترافیک و عمق را بر روی تخلخل خاک نشان می‌دهد. نتایج نشان داد که شیب، شدت ترافیک و عمق خاک و اثرات متقابل شیب x  و شدت ترافیک دارای اثر معنی‌داری بر تخلخل خاک هستند (05/0>P).

جدول2- آنالیز واریانس اثر شیب، شدت تردد، عمق و اثرات متقابل آنها بر تخلخل خاک

متوسط تخلخل خاک به طور معنی‏داری تحت تأثیر شیب، شدت تردد و عمق خاک هستند (شکل4). میانگین تخلخل خاک در مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به بالا) دارای کمترین مقدار در بین کلاسه‏های شیب است (شکل4-الف). نتایج نشان داد که تخلخل خاک با افزایش تعداد تردد به طور معنی‏داری کاهش می‏یابد (شکل4-ب). بیشترین مقدار کاهش تخلخل خاک بعد از 10 تردد تراکتور و برابر با 6/38 درصد است. البته با افزایش عمق خاک از سطح زمین، تخلخل خاک کاهش یافته است (شکل4-ج).

شکل4- مقایسه میانگین تخلخل خاک با آزمون دانکن با توجه به شیب (الف)، شدت ترافیک (ب) و عمق خاک (ج). حروف لاتین نامتشابه نشانگر معنی‌دار بودن اختلاف میانگین‌ها در سطح احتمال 95 درصد است.

شکل5 اثرات متقابل شیب و شدت ترافیک را بر تخلخل خاک نشان می‏دهد. مقدار تخلخل خاک در مسیرهای حمل با توجه به شیب و شدت تردد از مقدار تخلخل خاک در مناطق شاهد کمتر است. در مقایسه با مناطق کوبیده نشده، مقدار کاهش تخلخل خاک در لایه 0-5 سانتی‏متری خاک در مسیرهای حمل چوب با تراکتور بین 6/1 تا 6/27 درصد است. در تمام کلاسه‏های شدت تردد، تخلخل خاک با توجه به سه کلاسه شیب کاهش می‏یابد. در مسیرهای با شیب 0-10 درصد (رو به بالا)، بیشترین مقدار کاهش تخلخل خاک، با توجه به افزایش وزن مخصوص در شدت ترافیک کمتر از 5 تردد رخ داده و برابر 5/17 درصد است. بنابراین همانند سایر کلاسه‏های شیب، افزایش بیش از 10 بار تردد، به طور معنی‏داری تخلخل خاک را افزایش نمی‏دهد.

شکل5-  مقایسه میانگین تخلخل خاک با آزمون دانکن با توجه به اثر متقابل بین شیب مسیر و شدت ترافیک. در نمودار حرف C نشانگر نمونه شاهد است. حروف لاتین نامتشابه نشانگر معنی‌دار بودن اختلاف میانگین‌ها در سطح احتمال 95 درصد است.

مقاومت به نفوذ

جدول3 تجزیه واریانس اثر شیب، شدت ترافیک و عمق را بر روی مقاومت به نفوذ نشان می‌دهد. نتایج نشان داد که شیب، شدت ترافیک و عمق خاک و اثرات متقابل آنها دارای اثر معنی‌داری بر مقاومت به نفوذ هستند (05/0>P).

میانگین مقاومت به نفوذ به طور معنی‏داری تحت تأثیر شیب، شدت تردد تراکتور و عمق خاک هستند (شکل6). مسیرهای حمل با شیب رو به بالا دارای بیشترین مقدار مقاومت به نفوذ در بین کلاسه‏های شیب هستند. میانگین مقاومت به نفوذ در سه طبقه شیب مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به پایین)، مسیر با شیب 10-20 درصد (رو به پایین) و مسیر با شیب 0-10 درصد (رو به بالا) به‌ترتیب 1525، 1705 و 1834 کیلوپاسکال است (شکل6-الف). نتایج نشان داد که مقاومت به نفوذ با افزایش تعداد تردد به طور معنی‏داری افزایش می‏یابد (شکل6-ب). البته بیشترین مقدار مقاومت به نفوذ بعد از 10 تردد تراکتور و برابر با 1922 کیلوپاسکال است. به‌طوری‌که با افزایش عمق خاک از سطح، مقاومت به نفوذ افزایش یافته است (شکل6- ج).

جدول3- آنالیز واریانس اثر شیب، شدت تردد، عمق و اثرات متقابل آنها بر مقاومت به نفوذ

شکل6- مقایسه میانگین مقاومت به نفوذ (کیلوپاسکال) با آزمون دانکن با توجه به شیب (الف)، شدت ترافیک (ب) و عمق خاک (ج). حروف لاتین نامتشابه نشانگر معنی‌دار بودن اختلاف میانگین‌ها در سطح احتمال 95 درصد است.

شکل7 اثرات متقابل شیب x شدت ترافیک و شیب x عمق خاک را بر روی افزایش مقاومت به نفوذ نشان می‏دهد. صرف‌نظر از کلاسه شیب، مقاومت به نفوذ در مسیرهای حمل در مقایسه با نقاط شاهد (کوبیده نشده) بیشتر است. در تمامی کلاسه‏های شیب، میانگین مقدار مقاومت به نفوذ به طور معنی‏داری در بین سه کلاسه شدت تردد متفاوت است. بالاترین مقدار مقاومت به نفوذ (1656 کیلوپاسکال) در شدت تردد بیش از 10 بار و شیب 0-10 درصد در جهت حمل رو به بالا اندازه‏گیری شده است (شکل7-الف). مقدار مقاومت به نفوذ برای نمونه‏های شاهد در شیب 0-10 درصد (رو به پایین) برابر 1386 کیلوپاسکال، شیب 10-20 درصد (رو به پایین) برابر 1408 کیلوپاسکال و شیب 0-10 درصد (رو به بالا) برابر 1384 کیلوپاسکال است. بعد از بیش از 10 بار تردد تراکتور، مقدار مقاومت به نفوذ در سه کلاسه شیب 0-10 درصد (رو به پایین)، شیب 10-20 درصد (رو به پایین) و شیب 0-10 درصد (رو به بالا) به‌ترتیب برابر 1656، 1927 و 2185 کیلوپاسکال است. استحکام خاک با افزایش تردد تراکتور در عمق‏های مختلف، در کلاسه شدت تردد بیش از 10 بار افزایش می‏یابد. البته مقدار مقاومت به نفوذ با افزایش عمق خاک در سه کلاسه شیب به طور معنی‏داری افزایش نمی‏یابد (شکل7-ب).

شکل7- مقایسه میانگین مقاومت به نفوذ (کیلوپاسکال) با آزمون دانکن با توجه به اثر متقابل بین شیب مسیر و شدت ترافیک (الف) و شیب مسیر و عمق خاک (ب). حروف لاتین نامتشابه نشانگر معنی‌دار بودن اختلاف میانگین‌ها در سطح احتمال 95 درصد است.

بحث

وزن مخصوص ظاهری

نتایج نشان داد که میانگین وزن مخصوص ظاهری خاک بعد از عملیات پیش حمل با تراکتور افزایش یافته است. هرچند، در کلاسه‏های شیب مختلف، مقدار آن از نظر آماری متفاوت است. اما نتایج بیشتر تحقیقات انجام شده در این زمینه با نتایج این تحقیق یکسان است (Eliasson, 2005، Gayoso & Iroume, 1991، Sidle & Drlica, 1981 و Susnjar et al., 2006). نتایج نشان داد که وزن مخصوص ظاهری به طور معنی‏داری با افزایش تردد ماشین افزایش می‏یابد. به‌طورکلی مسیرهای حمل چوب در سه کلاسه شیب دارای روند مشابه در افزایش وزن مخصوص با افزایش تعداد عبور ماشین هستند. برای تمامی تیمارها، بیشترین میزان افزایش وزن مخصوص خاک در کلاسه تردد کمتر از 5 بار عبور مشاهده شده است. بیش از 10 بار عبور، معمولا وزن مخصوص ظاهری به کندی افزایش می‏یابد (Ampoorter et al., 2010، Jamshidi et al., 2008، Horn et al., 2007 و Eliasson & Wasterlund, 2007) و تحقیقات متعددی ثابت نموده که بیشتربن اثرات کوبیدگی ناشی از ترددهای ابتدایی است (Han et al., 2009، Picchio et al., 2012 و Ampoorter et al., 2010). نتایج نشان داد که در مسیرهای با شیب 0-10 درصد رو به بالا، مقدار تغییر وزن مخصوص ظاهری خاک از حد 20 درصد افزایشی که به‌عنوان حد مضر درنظر گرفته شده، بیشتر است (Anonymous, 1998 و  Bolding et al., 2009).

نتایج نشان داد که مقدار وزن مخصوص ظاهری خاک بعد از عملیات حمل چوب به طور معنی‏داری با افزایش عمق خاک در سه کلاسه شیب افزایش یافته است. در لایه‏های بالاتر خاک، فعالیت‏های بیولوژیک (ریشه و حیوانات) می‏تواند مقاومت خاک و وزن مخصوص ظاهری را کاهش دهد، ولی بافت خاک، میزان شن و ساختمان خاک ممکن است مقاومت و وزن مخصوص خاک را در لایه‏های پایین‏تر افزایش دهد (Greacen & Sands, 1980، Picchio et al., 2012 و Ampoorter et al., 2010).

تخلخل خاک

مقدار تخلخل خاک به طور معنی‏داری با افزایش شدت ترافیک و شیب در مسیرهای پیش حمل کاهش یافته است. در طی فرایند کوبیدگی خاک، فضاهای خالی خاک فشرده شده یا از بین رفته و توده‏های سطحی شکسته و خرد می‏شوند. فضاهای بزرگ (قطر کمتر از 50 میکرون) به فضاهای متوسط (قطر بین 2/0 تا 50 میکرون) و فضاهای کوچک (قطر کمتر از 2/0 میکرون) تغییر می‏یابد. این شرایط تأیید می‏کند که مجموع تخلخل خاک در اثر کوبیدگی تا 20 درصد و 50-60 درصد فضاهای بزرگ کاهش می‏یابد (Ampoorter et al., 2010). نتایج نشان داد که مجموع تخلخل خاک کاهش یافته است که ممکن است به دلیل از دست دادن یا کاهش فضاهای بزرگ خاک باشد (Picchio et al., 2012). نتایج نشان داده است که با افزایش عمق خاک، تخلخل خاک به طور معنی‏داری کاهش می‏یابد. فضاهای خالی موجود در لایه سطحی خاک کوبیده شده و در این حالت نیروهای وارده از ماشین را جذب نموده و از لایه‏های زیرین محافظت می‏کنند. هرچند کوبیدگی ایجاد شده در لایه‏های سطحی باعث افزایش استحکام خاک شده و از کوبیدگی بیشتر لایه‏های خاک جلوگیری می‏کند. در عبورهای بعدی، نیروها به لایه‏های عمیق‏تر وارد می‏شود (Ampoorter et al., 2010 و Picchio et al., 2012).

مقاومت به نفوذ

در این تحقیق، برای ارزیابی بهم‏خوردگی خاک (فشردگی و کوبیدگی خاک)، علاوه بر اندازه‏گیری وزن مخصوص ظاهری خاک، مقاومت به نفوذ نیز اندازه‏گیری شده است. زیرا، مقاومت به نفوذ، در واقع اندازه‏گیری غیرمستقیم ارتباط بین منافذ و رشد ریشه است و در مقاومت به نفوذ 2500 کیلوپاسکال، نفوذ ریشه در انواع خاک‏ها کاهش می‏یابد. مقاومت به نفوذ نسبت به وزن مخصوص ظاهری خاک شاخص حساس‏تری برای تعیین اثر ترافیک ماشین است (Han et al., 2009) ، زیرا بازآرایی ذرات خاک پس از بهم‏خوردگی خاک، مقاومت به نفوذ را تغییر داده ولی ممکن است وزن مخصوص ظاهری تغییری نیابد (Zenner et al., 2007).

نتایج نشان داده که عملیات چوبکشی، دارای اثر قابل توجه و معنی­داری بر روی افزایش مقاومت به نفوذ است که منطبق بر نتایج سایر محققان (Ampoorter et al., 2010، Bolding et al., 2009، Greacen & Sands, 1980 و Picchio et al., 2012) است. همانطور که در مقدمه آمده است اگر مقدار 3000 کیلوپاسکال به‌عنوان آستانه فعالیت بیولوژیکی خاک در نظر گرفته شود، هیچ یک از داده‏های مقاومت به نفوذ در مسیرهای حمل از این حد آستانه بیشتر نبوده است (Bolding et al., 2009). نتایج نشان داد که مقاومت به نفوذ خاک با افزایش عمق خاک و شدت ترافیک در سه کلاسه شیب افزایش یافته است که منطبق با نتایج تحقیقات Ampoorter et al. (2010)، Bolding et al. (2009) و Picchio et al. (2012) است. رشد ریشه در بسیاری از درختان با افزایش بیش از 3000 کیلوپاسکال مقاومت به نفوذ خاک، محدود می‏شود (Bolding et al., 2009)، اگرچه کمی از ریشه‏ها تا مقدار 7000 کیلوپاسکال هنوز می‏توانند در خاک نفوذ کنند (Ampoorter et al., 2010). همچنین مقدار زیاد مقاومت به نفوذ برای فون خاک هم نامناسب است و بیشتر ارگانیسم‏های خاک دارای قدرت و توانایی زیادی برای نفوذ در خاک و حفر کردن آن نیستند (Gomez et al., 2002 و Ampoorter et al., 2010). اما نیروهای برشی وارده از لاستیک‏های تراکتور به خاک سطح زمین، ممکن است لایه سطحی را شخم زده و سست نماید (Horn et al., 2007)، به همین دلیل بین مقدار مقاومت به نفوذ در دو کلاسه عمق 0-5 و 5-10 سانتی‏متری اختلاف معنی‏داری وجود ندارد.

مقدار مقاومت به نفوذ اندازه‏گیری شده در این تحقیق می‏تواند مشکلاتی را برای استقرار زادآوری در توده‏های جنگلی ایجاد نماید. شرایط خاک به­ویژه میزان رطوبت خاک به مقدار زیادی بر روی خصوصیات و وسعت بهم‌خوردگی ظاهری خاک و تغییرات مقاومت به نفوذ آن تأثیرگذار است و قبل از عملیات چوبکشی باید این موارد ارزیابی شود. به‌علاوه اینکه یک راهکار مهم این است که از تردد ماشین در مواقعی که خاک جنگل مرطوب است و رطوبت خاک به حد روانی نزدیک است، اجتناب شود. طراحی مسیرهای چوبکشی و همچنین محدود کردن ماشین به تردد در این مسیرها، راهکار دیگری در کاهش بهم‌خوردگی و کوبیدگی خاک است. زیرا بازیابی خاک­های جنگلی کوبیده شده بسیار کند و یک فرایند طولانی مدت است.

تشکر و قدردانی

این تحقیق در قالب طرح پژوهشی شماره 3/1/28514 با استفاده از اعتبارات پژوهشی دانشگاه انجام شده است، بدین وسیله نویسندگان این مقاله مراتب تشکر و قدردانی خود را از معاونت پژوهشی دانشگاه تهران اعلان می‏نمایند.

منابع مورد استفاده

References

- Adams, P.W. and Froehlich, H.A., 1984. Compaction of forest soils. USDA Pacific Northwest Extension Publication. PNW 217, 13 p.

- Akay, A.E., Yuksel, A., Reis, M. and Tutus, A., 2007. The Impacts of ground-based logging equipment on forest soil. Polish Journal of Environmental Study, 16(3): 371-376.

- Ampoorter, E., Schrijver, A., Van Nevel, L., Hermy, M. and Verheyen, K., 2012. Impact of mechanized harvesting on compaction of sandy and clayey forest soils: results of a meta-analysis. Annals of Forest Science, 69: 533-542.

- Ampoorter, E., Van Nevel, L., De Vos, B., Hermy, M. and Verheyen, K., 2010. Assessing the effects of initial soil characteristics, machine mass and traffic intensity on forest soil compaction. Forest Ecology and Management, 260: 1664-1676.

- Anonymous, 1998. USFS. USDA Forest Service Manual, FSM 2520 (Watershed Protection and Management), R-6 Supplement No. 2500-98-1, Effective August 24, 15 p.

- Anonymous, 2010. Forest management plan of Gorazbon District, Kheyrud Educational and Research Forest in Nowshahr, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, 460 p.

- Ares, A., Terry, T.A., Miller, R.E., Anderson, H.W. and Flaming, B.L., 2005: Ground-based forest harvesting effects on soil physical properties and Douglas-Fir growth. Soil Science Society of American Journal, 69: 1822-1832.

- Aust, W.M., Reisinger, T.W., Burger, J.A. and Stokes, B.J., 1993. Soil physical and hydrological changes associated with logging a wet pine flat with wide-tired skidders. Southern Journal of Applied Forestry, 17(1): 22-25.

- Bolding, M.C., Kellogg, L.D. and Davis, C.T., 2009. Soil compaction and visual disturbance following an integrated mechanical forest fuel reduction operation in southwest Oregon. International Journal of Forest Engineering, 20(2): 47-56.

- Bustos, O. and Egan, A., 2011. A comparison of soil compaction associated with four ground-based harvesting systems. Northern Journal of Applied Forestry, 28(4): 194-198.

- Eliasson, L., 2005. Effects of forwarder tire pressure on rut formation and soil compaction. Silva Fennica, 39: 549-557.

- Eliasson, L. and Wasterlund, I.., 2007. Effects of slash reinforcement of strip roads on rutting and soil compaction on a moist fine-grained soil. Forest Ecology and Management, 252: 118-123.

- Gayoso, J. and Iroume, A., 1991. Compaction and soil disturbances from logging in Southern Chile. Annals Science Forest, 48: 63-71.

- Gent, J.A. and Morris, L.A., 1986. Soil compaction from harvesting and site preparation in the upper gulf coastal plain. Soil Science Society of American Journal, 50: 443-446.

- Gomez, A., Powers, R.F., Singer, M.J. and Horwath, W.R., 2002. Soil compaction effects on growth of young ponderosa pine following litter removal in California’s Sierra Nevada. Soil Science Society of American Journal, 66: 1334-1343.

- Grace, J.M., Skaggs, R.W. and Cassel, D.K., 2006. Soil physical changes associated with forest harvesting operations on an organic. Soil Science Society of American Journal, 70: 503-509.

- Greacen, E.L. and Sands, R., 1980. A review of compaction of forest soils. Australian Journal of Soil Research, 18: 163-189.

- Han, S.K., Han, H.S., Page-Dumroese, D.S. and Johnson, L.R., 2009. Soil compaction associated with cut-to-length and whole-tree harvesting of a coniferous forest. Canadian Journal of Forest Research, 39: 976-989.

- Horn, R., Vossbrink, J. and Becker, S., 2004. Modern forestry vehicles and their impacts on soil physical properties. Soil and Tillage Research, 79: 207-219.

- Horn, R., Vossbrink, J., Peth, S. and Becker, S., 2007. Impact of modern forest vehicles on soil physical properties. Forest Ecology and Management, 248: 56-63.

- Jamshidi, R., Jaeger, D., Raafatnia, N. and Tabari, M., 2008. Influence of two ground-based skidding systems on soil compaction under different slope and gradient conditions. Journal of Forest Engineering, 19(1): 9-16.

- Kolkaa, R.K. and Smidt, M.F., 2004. Effects of forest road amelioration techniques on soil bulk density, surface runoff, sediment transport, soil moisture and seedling growth. Forest Ecology and Management, 202: 313-323.

- Kozlowski, T.T., 1999. Soil compaction and growth of woody plants. Scandinavian Journal of Forest Research, 14: 596-619.

- Landsberg, J.D., Miller, R.E., Anderson, H.W. and Tepp, J.S. 2003. Bulk density and soil resistance to penetration as affected by commercial thinning in northeastern Washington. Research Paper PNW-RP-551. USDA Forest Service, Pacific Northwest Research Station, Portland, OR. 35 p.

- Lotfalian, M., 1996. Effects of skidding operation using TAF skidder on soil compaction. MSc thesis, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, 114 p.

- Murphy, G., Firth, J.G. and Skinner, M.F., 2004. Long-term impacts of forest harvesting related soil disturbance on log product yields and economic potential in a New Zealand forest. Silva Fennica, 38(3): 279-289.

- Naghdi, R., Raafatnia, R., Sobhany, H., Jalali, G. and Hosseini, M., 2007. Evaluation of tree length and assortment logging methods with respect to residual damage and productivity in Caspian forest (north of Iran). Reigning Ukrainsky Lisotehnichny University: 296-302

- Najafi, A., Solgi, A. and Sadeghi, S.H.R., 2009. Effect of ground skidding and skid trail slope on soil disturbance. Soil and Tillage Research, 103: 165-169.

- Nugent, C., Kanali, C., Owende, P.M.O., Nieuwenhuis, M. and Ward, S., 2003. Characteristic site disturbance due to harvesting and extraction machinery traffic on sensitive forest sites with peat soils. Forest Ecology and Management, 180: 85-98.

- Picchio, R., Neri, F., Petrini, E., Verani, S., Marchi, E. and Certini, G., 2012. Machinery-induced soil compaction in thinning two pine stands in central Italy. Forest Ecology and Management, 285: 38-43

- Raafatnia, N., Jaeger, D. and Tabari, M., 2008. Effects of ground-based skidding system on soil compaction under different slope of skid trails. Iranian Journal of Natural Resources, 61(1): 73-84.

- Rab, M.A., 1996. Soil physical and hydrological properties following logging and slash burning in the Eucalyptus regnans forest of southeastern Australia. Forest Ecology and Management, 84: 159-176.

- Rohand, K., Kalb, A.A., Herbauts, J. and Verbrugge, J.C., 2004. Changes in some mechanical properties of a loamy soil under the influence of mechanized forest exploitation in a beech forest of central Belgium. Journal of Terramechanics, 40: 235-253.

- Russell, F. and Mortimer, D., 2005. A review of small-scale harvesting systems in use worldwide and their potential application in Irish forestry. COFORD, Dublin, 105 p.

- Sidle, R.C. and Drlica, D.M., 1981. Soil compaction from logging with a low-ground pressure skidder in the Oregon Coast Ranges. Soil Science Society of American Journal, 45: 1219-1224.

- Susnjar, M., Horvat, D. and Seselj, J., 2006. Soil compaction in timber skidding in winter conditions. Croatian Journal of Forest Engineering, 27: 3-15.

- Wang, J., LeDoux, C.B. and Edwards, P., 2007. Changes in soil bulk density resulting from construction and conventional cable skidding using preplanned skid trails. Northern Journal of Applied Forestry, 24: 5-8.

- Wronski, E.B. and Murphy, G., 1994. Responses of forest crops to soil compaction. In: Soane, B.D., van Ouwerkerk, C. (Eds.), Soil Compaction in Crop Production. Elsevier, Amsterdam: 317-342.

- Zenner, E.K., Fauskee, J.T., Berger, A.L. and Puettmann, K.J., 2007. Impacts of skidding traffic intensity on soil disturbance, soil recovery, and aspen regeneration in north central Minnesota. Northern Journal of Applied Forestry, 24: 177-183.