تعیین مقدار بهینه زئولیت به منظور مهار رواناب و رسوب خاک آتش سوزی شده تحت شرایط آزمایشگاهی

زمینه و هدف: تغییرات رطوبت خاک و پایداری خاکدانه ها چه در کوتاه مدت و چه در بلندمدت پس از آتش سوزی به دلیل نقش مهمی که در رشد و تغذیه گیاه و فرسایش خاک دارند از اهمیت بالایی برخوردار است. در همین راستا استفاده از افزودنی ها در حفاظت خاک و آب به منظور استفاده پایدار از منابع آب و خاک ضروری است. حفاظت خاک و آب نیازمند تعیین مقدار بهینه افزودنی های خاک می باشد تا از آلودگی های آب با کاربرد کودهای شیمیایی جلوگیری گردد. با این وجود، تعیین مقدار بهینه افزودنی های مختلف خاک با هدف کمّی سازی اثر آن ها بر مولفه های رواناب و هدررفت اجزای خاک کم تر توجه شده است. پژوهش حاضر به منظور تعیین مقدار بهینه زئولیت در خاک تحت تاثیر آتش سوزی در شرایط آزمایشگاهی انجام شد. روش پژوهش: در پژوهش حاضر از افزودنی زئولیت با مقادیر 250، 500 و 750 گرم بر مترمربع در خاک برداشت شده از کاربری مرتع استفاده شد. نتایج اولیه روی خاک نشان داد که بافت خاک، ماده آلی، کربن آلی و ph به ترتیب رسی، 0.47 درصد، 0.27 درصد و 7.86 بود. بعد از آماده سازی خاک و قرارگیری آن در داخل کرت ها (با مقیاس 0.5 مترمربع)، تیمار آتش سوزی روی خاک اِعمال شد. برای این منظور مقادیر حدود 250 گرم بقایای گونه های مرتعی هوا خشک در هر مترمربع ریخته شد و سپس آتش سوزی اِعمال شد. کرت ها تحت سامانه شبیه ساز باران برای شدت بارش 50 میلی متر بر ساعت قرار گرفت. سپس نمونه های رواناب و رسوب در کرت های شاهد و حفاظت شده با زئولیت در سه تکرار جمع آوری شدند. حجم کل نمونه رواناب و غلظت رسوب آن به مدت 24 ساعت در حالت ثابت نگه داری شد و حجم آب اضافی نمونه ها تخلیه و در نهایت نمونه ها به مدت 24 ساعت در آون با دمای 105 درجه سانتی گراد قرار گرفت. یافته ها: نتایج آماری دلالت بر اثر معنی دار افزودنی زئولیت با مقادیر 250، 50 و 750 گرم بر مترمربع در سطح خاک آتش سوزی روی افزایش زمان شروع رواناب (در سطح اعتماد 95 درصد) و کاهش حجم رواناب (در سطح اعتماد 99 درصد)، هدررفت خاک (در سطح اعتماد 99 درصد) و غلظت رسوب (در سطح اعتماد 99 درصد) داشت. هم چنین نتایج نشان داد که درصد حفاظت زمان شروع رواناب در تیمار زئولیت با مقادیر 250، 500 و 750 گرم بر مترمربع به ترتیب 1.61، 17.30 و 20.04 درصد بوده است. درصد تغییرات حجم رواناب در خاک آتش سوزی شده با کاربرد افزدنی زئولیت با مقادیر مختلف به ترتیب 8.00، 10.66 و 22.66 درصد بود. نتایج هدررفت خاک حاکی از آن است که درصد حفاظت افزودنی زئولیت در خاک آتش سوزی شده پس از کاربرد زئولیت با مقادیر استفاده شده به ترتیب 14.24، 32.03 و 38.33 درصد بود. در نهایت درصد تغییرات افزودنی زئولیت در خاک آتش سوزی شده روی غلظت رسوب نیز به ترتیب 21.13، 24.90 و 21.41 درصد بود. نتایج: پدیده آتش سوزی در تیمار شاهد موجب کاهش تخلخل خاک و ایجاد لایه آبگریزی شده که مقدار نفوذپذیری خاک نیز کاهش یافته و همچنین منجر به خشک شدن خاک به ویژه در لایه سطحی شده و به طور قابل توجهی رواناب و انتقال رسوب را افزایش می دهد. نتایج زیرگروه بندی تیمارهای مختلف زئولیت روی زمان شروع رواناب نشان داد که زئولیت با مقدار 750 گرم بر مترمربع در زیرگروه سوم قرار گرفت که به عنوان مقدار بهینه برای افزایش زمان شروع و کاهش حجم رواناب در شرایط پس از آتش سوزی خاک انتخاب شد. هم چنین، بررسی اثر حفاظتی و گروه بندی مقادیر مختلف زئولیت نشان داد که زئولیت با مقادیر 250 و 500 گرم بر مترمربع به ترتیب روی غلظت رسوب و هدررفت خاک به دلیل اثر یکسان آن با سایر مقادیر و نیز بحث صرفه اقتصادی آن بهتر بودند. بنابراین برای بررسی تغییرات مولفه های غلظت رسوب و هدررفت خاک به عنوان مقدار بهینه و کاربردی پیشنهاد می گردند.

determining the optimal amount of zeolite in order to control runoff and sedimentation of burnt soil under laboratory conditions

background and aim: changes in soil moisture and aggregates stability both in the short term and in the long term after fire are important because of their important role in plant growth and nutrition and soil erosion. on the other hand, the conditioners usage in soil and water conservation is necessary for the sustainable usage of water and soil resources. the soil and water conservation requires the determining the optimal amount of soil conditioners in order to prevent water pollution with the application of chemical fertilizers. nevertheless, determining the optimal amount of various soil conditioners less has been note with the quantification aim of their effect on the runoff and soil loss components. the present study was conducted in order to determination of the optimal amount of zeolite in fire soil under laboratory conditions. method: in the current research, zeolite additive with amounts of 250, 500 and 750 g m 2 was used in the collected soil from the rangeland. the preliminary results on the soil showed that the soil texture, organic matter, organic carbon and ph, ec were clay, 0.47 percent, 0.27 percent, 7.86, respectively. after preparing the soil and placing inside plots (with scale of 0.5 m2), fire treatment applied to the soil surface. for this purpose, the remains of air dried rangeland species with amounts about 250 g m 2 were poured and then fire was applied. the plots were placed under rainfall simulator system for a rainfall intensity of 50 mm h 1. then, the runoff and sediment samples were collected in control and conserved plots with zeolite in three replicates. the total volume of the runoff sample and its sediment concentration were take constant for 24 h and the excess water volume of the samples was drained and finally the samples were placed in an oven at a temperature of 105˚c for 24 h. results: the statistical results indicated the zeolite conditioner with rates of 250, 50, and 750 g m 2 on the surface of fire soil had the significant effect on the increasing the time to runoff (in confidence level of 99 percent) and decreasing the runoff volume (in confidence level of 99 percent), soil loss (in confidence level of 99 percent) and sediment concentration (in confidence level of 99 percent). also, the results showed that the conservation percentage of time to runoff in zeolite treatment with rates of 250, 500 and 750 g s 2 was 1.61, 17.30 and 20.04 percent, respectively. the changes percent of the runoff volume in the fire soil with the zeolite application with different amounts was 8.00, 10.66 and 22.66 percent, respectively. the results of soil loss indicated that the conservation percent of zeolite conditioner in fire soil after the zeolite application with the used amounts was 14.24, 32.03 and 38.33 percent, respectively. finally, the changes percent of zeolite conditioner in the fire soil on sediment concentration were 21.13, 24.90 and 21.41 percent, respectively. conclusion: the fire phenomenon in the control treatment caused the decreasing the soil porosity and the creation of the hydrophobic layer, which also decreased the infiltration amount of soil and also caused to drying of the soil, especially in the surface layer, and significantly increased the runoff and sediment transportation. the subgrouping results of the different zeolite treatments on the time to runoff showed that zeolite with the amount of 750 g m 2 was placed in the third subgroup, which it was selected as the optimal amount to increasing the time to runoff and reducing the runoff volume in the post fire soil conditions. also, the investigation of the conservation effect and grouping the different zeolite amounts showed that the zeolite with the amount of 250 and 500 g m 2 were the better for sediment concentration and soil loss, respectively, its same effect with other amounts and also its discussion of the economic efficiency. therefore, they are suggested as optimal and practical values for changes study of sediment concentration and soil loss components.