Journal of Watershed Management Research

fa حفاظت خاک و آب با افزودنی آلی در دیم‌زارهای رهاشده Soil and water conservation with organic amendments in abandoned rainfed حفاظت آب و خاک حفاظت آب و خاک پژوهشي Research مقدمه و هدف: فرسایش خاک پاسخی به افزایش فشار روی زمین است که با افزایش جمعیت در حال رشد می‌باشد و استفاده نامناسب از زمین‌ها و در نهایت رهاسازی آنها موجب هدررفت خاک و شور یا قلیایی شدن آن می‌شود. دیم‌زارهای رهاشده از منابع اصلی فرسایش در مناطق نیمه‌خشک محسوب می‌شوند که در این راستا اقدامات حفاظت خاک سازگار با محیط‌زیست می‌تواند راهگشا باشد. هدررفت کمی و کیفی خاک در دیم‌زارهای شخم‌خورده واقع در دامنه‌ها جنبه‌ای از تخریب زمین است که برای زمین‌های خشک و نیمه‌خشک تهدید بزرگی محسوب می‌شود و تأثیرات منفی بر امنیت غذایی دارد. مدیریت فرسایش خاک در شرایط بحرانی و در مناطق مستعد به فرسایش دشوار است لذا استفاده از مواد تثبیت‌کننده یا اصلاحکننده خاک یکی از راه‌حل‌های اجتناب‌ناپذیر حفاظت خاک تلقی می‌شود. مهارپذیری رواناب و هدررفت خاک با کاربرد افزودنی‌های متنوع طی سال‌های گذشته بررسی شده است. تأثیر افزودنی زغال‌زیستی با منابع متنوعی از زیست‌توده اولیه بر کنترل فرسایش و ویژگی‌های مختلف خاک موضوع تحقیقات گسترده‌ای در سال‌های اخیر بوده است. آگاهی از رفتار‌، واکنش‌ها و تغییرات ایجاد شده توسط زغال‌زیستی در عرصه‌های منابع طبیعی با محوریت کنترل فرسایش به منظور مدیریت پایدار ضرورت دارد. در پی مطالعات آزمایشگاهی استفاده از افزودنی‌های آلی برای کنترل فرسایش، در این پژوهش اثر زغال‌زیستی در یک دیم‌زار رهاشده بر کاهش رواناب و کنترل هدررفت خاک ناشی از بارش‌های طبیعی ارزیابی شده است. مواد و روش‌ها: زغال‌زیستی تولید شده از سرشاخه‌های درختان صنوبر تبریزی (Populus nigra) طی فرآیند گرماکافت در دمای 420 درجه و به نسبت 44 درصد وزن اولیه به کرت‌های استاندارد USLE  2/40 مترمربعی استقرار یافته در دامنه‌‌ای از دیم‌زار رهاشده در زیرحوزه آبخیز زرینه‌رود یکی از زیرحوضه‌های بزرگ دریاچه ارومیه افزوده شد. دو تیمار شاهد و زغال‌زیستی به میزان 5/32 تن بر هکتار به ازای هر کرت هر کدام با سه تکرار در نظر گرفته شد. آزمایش در طول مدت 5/2 سال تحت شرایط طبیعی انجام شد. در این مدت هشت رویداد بارش که منجر به تولید رواناب و رسوب شده است ثبت و اندازه‌گیری شدند. مولفه حجم رواناب با اندازه‌گیری در محل آزمایش پس از وقوع و اتمام بارش‌ها و تولید رواناب، مولفه هدررفت خاک با اندازه‌گیری مقدار رسوب موجود در نمونه رواناب کرت‌ها و مولفه غلظت رسوب نیز از نسبت این مقادیر در واحد گرم بر لیتر محاسبه شده است. یافته‌ها:  پژوهش حاضر به‌منظور بررسی اثربخشی افزودنی زغال‌زیستی تهیه شده از سرشاخه‌های درخت صنوبر در حفاظت خاک و آب در قالب کرت‌های آزمایشی USLE و تحت شرایط طبیعی آب‌وهوایی در دیم‌زارهای رها شده صورت گرفته است. به این منظور مولفه‌های حجم رواناب، هدررفت خاک و غلظت رسوب در مدت آزمایش پس از رخدادهای بارش‌ موثر اندازه‌گیری و محاسبه شدند. درصد حفاطتی تیمار زغال‌زیستی برای مولفه حجم رواناب در رویدادهای اول تا هشتم بهترتیب 59/24، 92/20، 89/13، 82/17، 05/26، 07/10، 72/9 و 39/12 درصد بوده است. به‌طور میانگین تیمار حفاظتی زغال‌زیستی در مولفه حجم رواناب توانسته است تغییرات محدود و موثر 20 درصدی ایجاد کند. همچنین درصد تغییرات حفاظتی در مولفه هدررفت خاک در رویداد اول تا هشتم بهترتیب 22/27، 44/24، 32/28، 57/23، 33/34، 33/18، 6/17 و 55/19 بوده است. همچنین درصدهای حفاظتی در مولفه غلظت رسوب در رویداد اول تا هشتم بهطور میانگین 8 درصد بوده است. مقایسه میانگین‌ مؤلفه‌های مورد بررسی بین تیمارها به تفکیک رویدادهای آزمایش با استفاده از آزمون T وابسته در سطح اطمینان 99 درصد انجام گرفت و نتایج این آزمون نشان داد که کاربرد افزودنی زغالزیستی باعث کاهش معنیدار مولفههای حجم رواناب و هدررفت خاک در سطح معنیداری 99 درصد شد. همچنین نتایج مقایسه میانگینها حاکی از عدم معنیداری در مولفه غلظت رسوب میباشد که نشاندهنده تاثیرپذیری هدررفت خاک از مولفه حجم رواناب سطحی بوده است. نتیجه‌گیری: این پژوهش با هدف بررسی کاربرد افزودنی زغال‌زیستی حاصل از سرشاخه‌های درخت صنوبر در کاهش حجم رواناب، هدررفت خاک و غلظت رسوب در دیم‌زارهای رها شده در قالب کرت‌های استاندارد فرسایشی و نیز تحت شرایط طبیعی آب‌وهوایی انجام گرفته است. افزودنی زغال‌زیستی که در اغلب مطالعات در مقیاس آزمایشگاهی نتایج مثبتی در زمینه حفاظت خاک و کنترل فرسایش داشته است در این مطالعه عملکردش در عرصه طبیعی و در کرت‌های استاندارد USLE مورد آزمون قرار گرفت. در بررسی درصدهای حفاظتی افزودنی مورد مطالعه در مولفههای حجم رواناب، هدررفت خاک و غلظت رسوب به ترتیب درصدهای محدود  20، 24 و 8 درصد مشاهده میشود. همچنین افت درصدهای حفاظتی در فصل بهار و نیز در سال دوم مطالعه رخ داده است. مقایسه میانگینها نشان داد مولفههای حجم رواناب و هدررفت خاک در خاک تیمارشده با زغالزیستی اختلاف قابلتوجهی با این مولفهها در خاک شاهد داشته است، لذا مطابق با نتایج این پژوهش افزودنی زغالزیستی میتواند بهمنظور حفاظت از خاک دیمزارهای رهاشده در مناطق نیمه خشک مفید و موثر واقع شود. بهدلیل قرارگیری کرت‌ها در شرایط طبیعی آبو هوایی و نیز میدانی بودن مقیاس آزمایش بر پیچیدگی‌های چنین فرآیندهایی افزوده میشود و  لذا نیاز به طراحی مطالعات در مقیاس زمانی بزرگتر و بازه‌های زمانی کوچک‌تر به منظور کسب نتایج دقیق‌تر ضروری است.   Introduction and objective: Soil erosion is a response to the increase in pressure on the earth, which is growing with the increase in population, and improper use of land and finally its abandonment causes soil loss and salinity or alkalinity. Abandoned rain-feds are one of the main sources of erosion in semi-arid areas, and in this regard, soil protection environmentally can be helpful. Quantitative and qualitative loss of soil in plowed rain-feds located on slopes is an aspect of land degradation that is considered a great threat to arid and semi-arid lands and has negative effects on food security. It is difficult to manage soil erosion in critical conditions and in areas prone to erosion, so the use of soil amendments is considered one of the inevitable solutions for soil protection. The control of runoff and soil loss has been investigated by using various amendments during the past years. The effect of biochar with various sources of primary biomass on erosion control and different soil properties has been the subject of extensive research in recent years. It is necessary to know the behavior, reactions, and changes of biochar in the fields of natural resources with the focus on erosion control for sustainable management. Following the laboratory studies of using organic amendments to control erosion, in this research, the effect of biochar in an abandoned rainfed area on reducing runoff and controlling soil loss caused by natural rainfall has been evaluated. Material and methods: Biochar produced from the branches of Populus nigra species during the pyrolysis process at 420 degrees and in the ratio of 44% of the initial weight was added to USLE standard plots of 40.2 square meters established in a slope of the abandoned rainfed Zarrinehrood watershed, one of the largest watersheds of the Urmia Lake. Control and biochar treatments at the rate of 32.5 tons per hectare per plot were considered each with three replications. The experiment was conducted during 2.5 years under natural rainfall conditions. During this period, eight precipitation events that led to the production of runoff and sediment were recorded and measured. The runoff volume component was measured at the test site after the occurrence and completion of rainfall and runoff production. The soil loss component was calculated by measuring the amount of sediment in the runoff samples of the plots, and the sediment concentration component was also calculated from the ratio of these values in grams per liter. Results: The present study was conducted to investigate the effectiveness of biochar amendment prepared from Populus nigra species branches in soil and water protection in the form of USLE test plots and under natural weather conditions in abandoned rain-feds. For this purpose, the components of runoff volume, soil loss, and sediment concentration were measured and calculated during the test period after effective rainfall events. The conservation percentage of biochar treatment for the runoff volume in the first to eighth events was 24.59, 20.92, 13.89, 17.82, 26.05, 10.07, 9.72, and 12.39 percent, respectively. On average, the biochar conservation treatment has been able to create limited and effective changes of 20% in the runoff volume component. Also, the percentage of protective changes in the soil loss component in the first to eighth event was 27/22, 24/44, 28/32, 23/57, 33/34, 18/33, 17/6, and 19/55, respectively. Also, the protection percentages in the sediment concentration component in the first to eighth events were 8% on average. The comparison of the average of the components among the treatments according to the experimental events was done using the paired samples T-test at a significance level of 99%, and the results of this test showed that the application of biochar amendment caused a significant reduction in the components of runoff volume and soil loss at a significant level of 99%. Also, the results of comparing the averages indicate that there is no significance in the sediment concentration component, which shows that the impact of soil loss was on the surface runoff volume component. Conclusion: This research has been conducted with the aim of investigating the use of biochar amendment obtained from Populus nigra branches in reducing the volume of runoff, soil loss, and sediment concentration in abandoned rain-feds in the form of standard erosion plots and under natural weather conditions. Biochar amendment, which has had positive results in the field of soil protection and erosion control in most laboratory-scale studies, was tested in this study in the natural field and in USLE standard plots. In the investigation of the conservation percentages of the studied organic amendment in the components of runoff volume, soil loss, and sediment concentration, limited percentages of 20, 24, and 8% are observed, respectively. Also, there is a drop in conservation percentages in the spring season and in the second year of the study. The comparison of averages showed that the components of runoff volume and soil loss in the soil treated with biochar had a significant difference with these components in the control soil, therefore, according to the results of this study, the addition of biochar can be used to protect the soil of abandoned rain-feds be useful and effective in semi-arid areas. Due to the location of the plots in natural weather conditions and the field scale of the experiment, the complexity of such processes is increased, and therefore, the need to design studies on a larger time scale and smaller time intervals is necessary in order to obtain more accurate results. زغال‌زیستی, حجم رواناب, هدررفت خاک, باران‌های طبیعی, کرت‌های استاندارد فرسایشی Biochar, Runoff volume, Soil loss, Nature Rainfall, Erosion Standard plots 0 0 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-11-371-5&slc_lang=fa&sid=1 Gilda Moafi گیلدا معافی gildamoafi@yahoo.com 100319475328460016147 100319475328460016147 No Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and natural Resources University دانشگاه ساری Leila Gholami لیلا غلامی gholami.leily@yahoo.com 100319475328460016148 100319475328460016148 Yes Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and natural Resources University دانشگاه ساری Ataollah kavian عطااله کاویان a.kavian@sanru.ac.ir 100319475328460016149 100319475328460016149 No Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and natural Resources University دانشگاه ساری Hossein Khierfam حسین خیرفام h.kheirfam@yahoo.com 100319475328460016150 100319475328460016150 No Department of Rangeland and Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Urmia دانشگاه ارومیه