بررسي تأثير پساب فاضلاب شهري بر برخي ويژگي‌هاي هيدروليکي خاک

الموضوعات :

محسن دهقانی ¹ , پریسا مشایخی ²

1 - استاديار، بخش تحقيقات خاک و آب مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي استان اصفهان، سازمان تحقيقات آموزش و ترويج کشاورزي اصفهان، ايران.
2 - استاديار، بخش تحقيقات خاک و آب مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي استان اصفهان، سازمان تحقيقات آموزش و ترويج کشاورزي اصفهان، ايران.

تاريخ الإرسال : 08 الأحد , شعبان, 1445 تاريخ التأكيد : 07 الأحد , جمادى الثانية, 1446 تاريخ الإصدار : 16 السبت , شعبان, 1446

الکلمات المفتاحية: آبياري سطحي, پساب, نفوذ,

ملخص المقالة :

زمينه و هدف: با توجه به کاهش کمّي و کيفي منابع آب کشور و خشکسالي­هاي چند سال اخير، استفاده از پساب‌ها و فاضلاب‌ها از سوي کشاورزان به­منظور آبياري مزارع و باغات مورد توجه قرار گرفته است. اين پژوهش به‌منظور بررسي تأثير آبياري با پساب  فاضلاب شهري بر برخي ويژگي‌هاي فيزيكي و هيدروليكي خاک در منطقه شمال اصفهان انجام گرديد. پارامترهاي هيدروليکي خاک از جمله سرعت نفوذ آب در خاک اهميت زيادي در مديريت بهينه آبياري جويچه‌اي دارد و اندازه‌گيري آن براي اين مزارع ضروري است.

 روش پژوهش: اين پژوهش با استفاده از پساب  فاضلاب شهري و به­صورت طرح آماري فاكتوريل با پايه بلوک كاملاً تصادفي با سه سطح تيمار آبياري (آبياري با پساب خروجي تصفيه‌خانه فاضلاب، آبياري به‌صورت تناوبي با پساب و آب چاه و آبياري با آب چاه)، در منطقه شمال اصفهان، صورت گرديد.

 يافته‌ها: تيمارهاي مختلف آبي تأثير معني­داري بر روي ميزان رطوبت خاک در ظرفيت زراعي (FC[1]) و نقطه پژمردگي دايم گياه (PWP[2]) نداشتند. مقدار وزن مخصوص ظاهري به­صورت معني­دار در سطح يک درصد، در تيمار آبياري با آب چاه  افزايش و در تيمار آبياري با پساب کاهش يافت. ميزان هدايت هيدروليکي اندازه­گيري شده در تيمار آبياري با پساب در حدود 20 درصد بيش­تر از تيمار آبياري با آب چاه بود. همچنين بيش­ترين ميزان اختلاف بين زمان پيشروي و پسروي در تيمار آبياري با پساب (4/68 دقيقه) و کم­ترين آن مربوط به آبياري با آب چاه (8/50 دقيقه) بود. نشان داد فرصت نفوذ آب به خاک در تيمار پساب بيش­تر از تيمار آبياري شده با آب چاه بوده است. روند كلي ضرايب معادله نفوذ کوستياکوف-لوييس در تيمار آب چاه نسبت به پساب كاهشي بود (به ترتيب حدود 58 و 60 درصد براي ضرايب k  و a). بيش­ترين ميزان ميانگين نفوذ تجمعي مربوط به پساب و كم­ترين مقدار مربوط به تيمار تناوبي بود. ميزان سرعت نفوذ آب به خاک در تيمار آبياري با پساب در حدود 001/0 متر بر دقيقه و در تيمار آبياري با آب چاه در حدود 0008/0 متر بر دقيقه بود که تقريباً معادل 73 درصد کاهش در سرعت نفوذ مي­باشد.

نتايج: براساس نتايج به­دست آمده از اين پژوهش، تاثير آبياري با پساب و آب چاه بر ويژگي­هاي مختلف فيزيکي خاک، تا حد زيادي به ويژگي­هاي شيميايي آب چاه و پساب و ماهيت اوليه پساب بستگي دارد. يون سديم موجود باعث تخريب ساختمان خاک و انسداد منافذ درشت شده و در کل باعث کم شدن حجم خلل و فرج موجود در خاک و متراکم­تر شدن آن و در نهايت افزايش وزن مخصوص ظاهري در خاک شد. ميزان هدايت هيدروليکي اندازه­گيري­شده در تيمار آبياري با پساب بيش­تر از تيمار آبياري با آب چاه بود. علت اين امر را مي­توان به افزايش مواد آلي خاك در اثر مصرف پساب و نيز افزايش غلظت کلسيم و منيزيم خاك، افزايش فعاليت ميکروبي خاك و بهبود ساختمان خاک نسبت داد.

 

[1] Field capacity

[2] Permanent wilting point

المصادر:

Abedi-Koupai, J., and Bakhtiarifar, A. (2003). Investigation of the effect of treated wastewater on hydraulic properties of emitters in trickle irrigation system. In: 20th Eur. Region. Conf. CD Int. Workshop Irrigation technologies and method: Research development and testing Montpellier France.
Aggelides, SM., and Londra, PA. (2000). Effects of compost produced from town wastes and sewage sludge on the physical properties of loamy soil and a clay soil. Bioresource Technology, 71,253-259.
Aiello, V. R., Martinez, C. E., & Araya, G. O. (2007). Impact of wastewater irrigation on soil physical and chemical properties in a semi-arid region of central Chile. Agriculture, Ecosystems & Environment, 119(1-2), 126-134.
Alizadeh, AME., Bazari, S., Velayati, M. Hasheminia, M., and Yaghmaei, A. (2001). Irrigation of corn with wastewater. pp. 147-154.
Ameri, A. R. and Yazdan-Panah, N. (2012). Investigating the effect of different proportions of urban sewage in irrigation water on some physical and chemical characteristics of soil. Sustainable Agricultural Science Research, 1(2): 37-47. (In Persian)
Assouline, S. and Narkis, K. (2011). Effects of long-term irrigation with treated wastewater on the hydraulic properties of a clayey soil. Water Resources Research, 47(8), 1-12.
Delibacak, S. Okur, B. and Ongum, AR. (2009). Effects of treated sewage sludge levels on temporal variations of some soil properties of a Typic Xerofluvent soil in Menemen Plain Western Anatolia. Turkey. Environmental Monitoring Assessment, 148(1), 85-95.
Elliott, R.L. and Walker, WR. (1982). Field evaluation of furrow infiltration and advance functions. Transaction ASAE, 25, 396-400.
Farmanifard, M., Qamarnia, H., Pirsaheb, M. and Fatahi, N. (2016). The effect of long-term irrigation with treated wastewater of Kermanshah city on some soil physical characteristics. Journal of Water Research in Agriculture, 31 (3), 493-508. (In Persian)
Gharbi, TL., Merdy, P., Raynaud, M., Pfeifer, HR. and Lucas, Y. (2010). Effects of long-term irrigation with treated wastewater. Part I: Evolution of soil physico-chemical properties. Applied Geochemistry, 25(2),1703–1710.
Hanifeh Lu, A. and Moazed, H. (2007). The effects of irrigation with the wastewater of Ahvaz city on soil hydraulic properties. Agricultural Engineering Research, 8(2), 62-47. (In Persian)
Hasan Oqli, A., Liaqat, A., Mirabzadeh, M., Vothoqi, M. and tomorrow, AH . (2005). Investigating the effects of irrigation with domestic wastewater on the transfer of substances to the depth of the soil and the quality of drainage water coming out of the lysimeter. Proceedings of the 11th Conference of Iran's National Irrigation and Drainage Committee. Tehran, January 3 and 4, 2012, 317-334. (In Persian)
Hasan, M. A., Al-Kaisi, M. H., & Al-Taani, A. A. (2014). Effect of long-term wastewater irrigation on soil properties in an arid region. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 49(10), 739-747.
Kabusi, K. (2013). Evaluation of medium-term effects of irrigation with treated wastewater on physical and chemical properties of soil (case study: Wastewater treatment plant of Bandar Gaz city). Journal of Land Management, 2(2), 110-95. (In Persian)
Khodadadi, N., Ghorbani Dashtaki, Sh. and Kayani, Sh. (2014). The effect of irrigation water quality on some physical characteristics of the soil in the lands cultivated with rice (Oryza Sativa) 15-28. Journal of Water and Soil Resources Protection, 4(3), 15-28. (In Persian)
Loy, S., Amjad, T. Assi., Rabi, H., Morgan, M. and Jantrania, A. (2018) .The effect of municipal treated wastewater on the water holding properties of a clayey, calcareous soil. Science of the Total Environment, 643, 807–818.
Mahmoudi, Sh. and Hakimian, M. (2000). Basics of soil science (3rd edition) Tehran University Publications, pages 33 to 57. (In Persian)
Nadav, I., Arye, G., Tarchitzky J. and Chen, Y. (2012). Enhanced infiltration regime for treated-wastewater purification in soil aquifer treatment (SAT). Journal of Hydrology, 421, 275–283.
Taghi Khoo, M. (2011). The effect of irrigation with urban sewage of Shahrekord on some physical and chemical characteristics of soil, growth and yield of red bean. Master's thesis in the field of soil engineering, majoring in physics and soil protection, Faculty of Agriculture, Shahrekord University. (In Persian)
Taghvaian, S., Alizadeh, A. and Danesh, Sh. (2007). The effect of using wastewater in irrigation on the physical and some chemical characteristics of the soil. Irrigation and Drainage, 1(1), 61-49. (In Persian)
Tunc, T. and Sahin, U. (2015). The changes in the physical and hydraulic properties of a loamy soil under irrigation with simpler-reclaimed wastewaters. Agricultural Water Management, 158, 213–224.
Valiantzas, JD., Aggelides, S., and Sassalou, A. (2001). Furrow infiltration estimation from time to a single advance point. Agricultural Water Management, 52,17-32.
Vali Nejad, M., Mostafazadeh, B. and Mirmohammadi Meybodi, SAM. (2012). The effect of Shahin Shahr treated wastewater on the agricultural and chemical characteristics of corn under rain and surface irrigation systems. Agricultural Sciences and Natural Resources, 9(1), 103-115.
Yazdani, V., Kahraman, B., Davari, K. and Fazli, A. (2013). The effect of wastewater on the physical and chemical characteristics of soil. Environmental Science and Technology, 16, 558-543. (In Persian)

نص كامل:



Print ISSN: 2251-7480 Online ISSN: 2251-7400     Journal of Water and Soil Resources Conservation  (WSRCJ)   Web site: https://wsrcj.srbiau.ac.ir   Email: [e-mail] [e-mail]           Vol. 14 No. 4 (56)           Received: 2024-02-18   Accepted: 2024-12-08       Pages: 131-142

 

Effect of Municipal Sewage Wastewater on Some Soil Hydraulic Properties

 

Mohsen Dehqani1* and Parisa Mashayekhi2

 

1 ) Assistance Professor, Soil and Water Research Department, Isfahan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Isfahan, Iran.

2) Assistance Professor, Soil and Water Research Department, Isfahan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Isfahan, Iran.

*Corresponding author email: [e-mail]

 

Abstract:

Background and Aim: Due to the quantitative and qualitative reduction of the country's water resources and the droughts of the last few years, the use of effluents and sewage by farmers to irrigate fields and gardens has been considered. This research was conducted in order to investigate the effect of irrigation with urban sewage effluent on some physical and hydraulic characteristics of soil in the northern region of Isfahan. Soil hydraulic parameters, such as infiltration is very important in the optimal management of furrow irrigation, and its measurement is necessary for these farms.

Method: This research using urban sewage effluent and in the form of a factorial statistical design based on a completely randomized block with three levels of irrigation treatment (irrigation with wastewater treatment plant effluent, intermittent irrigation with effluent and well water, and irrigation with well water) in the region North of Isfahan, was done.

 Results:Different irrigation treatments had no significant effect on the amount of soil moisture in crop capacity (FC) and permanent wilting point (PWP). The amount of apparent specific gravity was significantly increased at the level of 1% in the irrigation treatment with well water and decreased in the irrigation treatment with wastewater. The hydraulic conductivity measured in the irrigation treatment with effluent was about 20% higher than the irrigation treatment with well water. Also, the greatest amount of difference between advance and retreat time was in the treatment of irrigation with wastewater (68.4 minutes) and the lowest was related to irrigation with well water (50.8 minutes). It showed that the chance of water infiltration into the soil was greater in the wastewater treatment than in the treatment irrigated with well water. The general trend of the coefficients of the Kostiakov-Lewis infiltration equation in the treatment of well water was a decrease (about 58 and 60% for k and a coefficients, respectively). The highest amount of average cumulative infiltration was related to wastewater and the lowest amount was related to periodic treatment. The rate of water infiltration into the soil in the effluent irrigation treatment was about 0.001 m/min and in the well water irrigation treatment was about 0.0008 m/min, which is approximately equivalent to a 73% decrease in infiltration rate. 

Conclusion: Based on the results obtained from this research, the effect of irrigation with wastewater and well water on different physical characteristics of the soil depends to a large extent on the chemical characteristics of the well water and wastewater and the basic nature of the wastewater. The existing sodium ion caused the destruction of the soil structure and the blockage of coarse pores, and in general, it caused the volume of voids and pores in the soil to decrease and become denser, and finally, the apparent specific gravity of the soil increased. The reason for this can be attributed to the increase in soil organic matter as a result of wastewater consumption, as well as the increase in soil calcium and magnesium concentration, the increase in soil microbial activity and the improvement of soil structure.

Keywords: Infiltration, Surface Irrigation, Wastewater

 

 

 

 

بررسي تأثير پساب فاضلاب شهري بر برخي ويژگي‌هاي هيدروليکي خاک 

 

محسن دهقاني1* و پريسا مشايخي2

 

1) استاديار، بخش تحقيقات خاک و آب مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي استان اصفهان، سازمان تحقيقات آموزش و ترويج کشاورزي اصفهان، ايران.

2) استاديار، بخش تحقيقات خاک و آب مرکز تحقيقات و آموزش کشاورزي و منابع طبيعي استان اصفهان، سازمان تحقيقات آموزش و ترويج کشاورزي اصفهان، ايران.

* ايميل نويسنده مسئول: [e-mail]

 

چکيده:

زمينه و هدف: با توجه به کاهش کمّي و کيفي منابع آب کشور و خشکسالي­هاي چند سال اخير، استفاده از پساب‌ها و فاضلاب‌ها از سوي کشاورزان به­منظور آبياري مزارع و باغات مورد توجه قرار گرفته است. اين پژوهش به‌منظور بررسي تأثير آبياري با پساب فاضلاب شهري بر برخي ويژگي‌هاي فيزيكي و هيدروليكي خاک در منطقه شمال اصفهان انجام گرديد. پارامترهاي هيدروليکي خاک از جمله سرعت نفوذ آب در خاک اهميت زيادي در مديريت بهينه آبياري جويچه‌اي دارد و اندازه‌گيري آن براي اين مزارع ضروري است.

 روش پژوهش: اين پژوهش با استفاده از پساب فاضلاب شهري و به­صورت طرح آماري فاكتوريل با پايه بلوک كاملاً تصادفي با سه سطح تيمار آبياري (آبياري با پساب خروجي تصفيه‌خانه فاضلاب، آبياري به‌صورت تناوبي با پساب و آب چاه و آبياري با آب چاه)، در منطقه شمال اصفهان، صورت گرديد.

 يافته‌ها: تيمارهاي مختلف آبي تأثير معني­داري بر روي ميزان رطوبت خاک در ظرفيت زراعي (FC¹) و نقطه پژمردگي دايم گياه (PWP²) نداشتند. مقدار وزن مخصوص ظاهري به­صورت معني­دار در سطح يک درصد، در تيمار آبياري با آب چاه افزايش و در تيمار آبياري با پساب کاهش يافت. ميزان هدايت هيدروليکي اندازه­گيري شده در تيمار آبياري با پساب در حدود 20 درصد بيش­تر از تيمار آبياري با آب چاه بود. همچنين بيش­ترين ميزان اختلاف بين زمان پيشروي و پسروي در تيمار آبياري با پساب (4/68 دقيقه) و کم­ترين آن مربوط به آبياري با آب چاه (8/50 دقيقه) بود. نشان داد فرصت نفوذ آب به خاک در تيمار پساب بيش­تر از تيمار آبياري شده با آب چاه بوده است. روند كلي ضرايب معادله نفوذ کوستياکوف-لوييس در تيمار آب چاه نسبت به پساب كاهشي بود (به ترتيب حدود 58 و 60 درصد براي ضرايب k  و a). بيش­ترين ميزان ميانگين نفوذ تجمعي مربوط به پساب و كم­ترين مقدار مربوط به تيمار تناوبي بود. ميزان سرعت نفوذ آب به خاک در تيمار آبياري با پساب در حدود 001/0 متر بر دقيقه و در تيمار آبياري با آب چاه در حدود 0008/0 متر بر دقيقه بود که تقريباً معادل 73 درصد کاهش در سرعت نفوذ مي­باشد.

نتايج: براساس نتايج به­دست آمده از اين پژوهش، تاثير آبياري با پساب و آب چاه بر ويژگي­هاي مختلف فيزيکي خاک، تا حد زيادي به ويژگي­هاي شيميايي آب چاه و پساب و ماهيت اوليه پساب بستگي دارد. يون سديم موجود باعث تخريب ساختمان خاک و انسداد منافذ درشت شده و در کل باعث کم شدن حجم خلل و فرج موجود در خاک و متراکم­تر شدن آن و در نهايت افزايش وزن مخصوص ظاهري در خاک شد. ميزان هدايت هيدروليکي اندازه­گيري­شده در تيمار آبياري با پساب بيش­تر از تيمار آبياري با آب چاه بود. علت اين امر را مي­توان به افزايش مواد آلي خاك در اثر مصرف پساب و نيز افزايش غلظت کلسيم و منيزيم خاك، افزايش فعاليت ميکروبي خاك و بهبود ساختمان خاک نسبت داد.

کليد واژه‌ها: آبياري سطحي، پساب، نفوذ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

---

[1]  Field capacity

[2]  Permanent wilting point

مقدمه

در سال­هاي اخير، با توجه به رشد جمعيت جهاني و صنعتي شدن جوامع، بحران کمبود آب شيرين به يکي از چالش‌هاي اصلي قرن حاضر تبديل شده است. به موازات اين چالش، حجم توليد پساب‌هاي شهري نيز به طور قابل توجهي افزايش يافته است. در اين راستا استفاده مجدد از پساب تصفيه‌شده به عنوان يک منبع آبياري، به ويژه در مناطق خشک و نيمه‌خشک، به عنوان يک راهکار موثر براي مديريت پايدار منابع آب مطرح شده است. استان اصفهان به عنوان يکي از قطب‌هاي صنعتي و کشاورزي کشور، با چالش جدي کمبود آب مواجه است. کاهش شديد بارندگي در سال‌هاي اخير، کاهش ذخاير آب‌هاي زيرزميني و افزايش تقاضا براي آب در بخش‌هاي مختلف، اين استان را به يکي از مناطق بحراني از نظر منابع آبي تبديل کرده است. با اين حال، استفاده از پساب مي‌تواند بر ساختار و عملکرد خاک تأثيرگذار باشد. تغييرات در خواص هيدروليکي خاک ناشي از کاربرد پساب، مي‌تواند بر فرآيندهاي مهمي همچون نفوذ، زهکشي و ظرفيت نگهداري آب تأثير گذاشته و در نهايت بر حاصلخيزي خاک، کيفيت آب‌هاي زيرزميني و پايداري اکوسيستم‌ها اثرگذار باشد. از اين رو، درک دقيق مکانيسم‌هاي تأثير پساب بر خاک و توسعه راهکارهاي مديريت بهينه اين منبع آبي، براي تضمين امنيت غذايي و پايداري محيط زيست در سطح جهاني ضروري است.

پژوهش­هاي مختلف نشان داد که کاربرد فاضلاب تصفيه شده به عنوان منبع آبياري، با بهبود ساختار خاک از طريق افزايش تخلخل، نفوذپذيري و ايجاد ساختمان خاکي اسفنجي، منجر به ارتقاي قابل توجه خواص فيزيکي خاک مي‌گردد( Aggelides and Londra , 2000؛ Delibacak et al., 2009 و . (Nadav et al., 2012 در پژوهش انجام گرفته توسط عامري و يزدان­پناه(1391)، تأثير نسبت­هاي مختلف استفاده از پساب شهري در آبياري بر برخي ويژگي­هاي فيزيکي و شيميايي خاک، بررسي شد و نتايج نشان داد که شوري، pH و کربن آلي خاک با افزايش مدت زمان آبياري در خاک افزايش يافتند. همچنين هدايت هيدروليکي خاک در تيمار آبياري با پساب به ميزان قابل توجهي نسبت به آب چاه افزايش داشت. همچنين مشخص شد که مصرف پساب تصفيه شده فاضلاب به عنوان يکي از منابع آبهاي غير متعارف، عليرغم افزايش شوري، مي­تواند باعث افزايش ذخيره کربن آلي خاک و در نتيجه بهبود وضعيت نفوذپزيري آن شود. فرمانيفرد و همکاران(1395) با بررسي تأثير آبياري بلند مدت با فاضلاب تصفيه شده شهري کرمانشاه بر برخي ويژگي‌هاي فيزيکي خاك، به اين نتيجه رسيدند که مقادير اندازه­گيري هدايت هيدروليکي اشباع خاك اراضي تحت آبياري با پساب نسبت به آب چاه، هدايت هيدروليکي خاک را به صورت قابل ملاحظه‌اي افزايش داد (109% در عمق 0 تا 30 سانتي‌متر). همچنين بکارگيري پساب باعث افزايش محتواي رطوبتي خاك در نقاط ظرفيت زراعي و پژمردگي دائم شد، اما مقدار آب در دسترس را کاهش داد. در پژوهش انجام شده توسط خدادادي و همکاران(1393) در منطقه زرين‌شهر لنجان (استان اصفهان) آبياري با اين نوع پساب‌ها به مدت هشت سال، افزايش جرم مخصوص ظاهري خاک، کاهش قابل توجه هدايت هيدروليکي و نفوذپذيري، و تغيير شکل منحني رطوبتي خاک به سمت دوکوهانگي را به همراه داشت. اين پژوهشگران دليل اين امر را در افزايش تراکم خاک و کاهش تخلخل آن در اثر ورود مواد جامد و آلي به خاک گزارش نمودند. کابوسي (1392) افزايش نفوذپذيري خاک را در اثر آبياري با پساب فاضلاب شهري را به افزايش مواد آلي، کلسيم و منيزيم خاک، بهبود فعاليت ميکروبي و توسعه سيستم ريشه‌اي نسبت داد. نتايج پژوهش­هاي مختلف افزايش ميزان نفوذپذيري خاک در اثر استفاده از پساب را در سطوح معني­دار نشان مي­دهد(; Hanifeh Lu and Moazed, 2007 Gharbi et al., 2010). از طرفي پژوهشگران ديگري كاهش نفوذپذيري در اثر استفاده از پساب را بيان نمودند. آن‌ها علت كاهش نفوذپذيري را كيفيت فاضلاب، مواد معلق موجود در فاضلاب، افزايش سديم و SAR زياد، گرفتگي لايه سطحي خاك در اثر تغيرات شيميايي و ميكروبي و ايجاد سله در سطح خاك بيان نمودند(Alizadeh et al., 2001). در مطالعه انجام­­گرفته توسط يزداني و همکاران(1392) اثر کاربرد تاثير مصرف پساب تصفيه خانه مشهد بر برخي ويژگي‌هاي خاك بررسي شد. نتايج نشان داد با افزايش دفعات آبياري با آب چاه و پساب، نفوذپذيري اوليه كاهش يافت كه بخشي مربوط به تفاوت در رطوبت اوليه و بخشي در اثر به هم خوردگي ساختمان خاك و ايجاد سله در لايه سطحي خاك و وجود يون سديم و مقدار SAR بود. همچنين در بررسي­هاي انجام گرفته، افزايش ظرفيت نگهداري آب در لايه سطحي خاک(Loy et al., 2018) و نيز افزايش رطوبت خاک در نقاط ظرفيت زراعي و پژمردگي دائم در اثر آبياري با پساب(Tunc and Sahin, 2015) گزارش شد.

        در پژوهشي اثر 15 سال آبياري با فاضلاب بر ويژگي­هاي هيدروليکي يک خاك رسي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد که در هر سه عمق مورد مطالعه شدت نفوذپذيري و هدايت هيدروليکي در خاك تحت آبياري با فاضلاب در مقايسه آبياري با آب معمولي کمتر است (Assouline and Narkis, 2011). همچنين در بررسي انجام شده توسط حسن اوقلي و همکاران(2005)، ﻣﻴﺎﻧﮕﻴﻦ ﻫﺪﺍﻳﺖ ﻫﻴﺪﺭﻭﻟﻴﮑﻲ ﺍﺷﺒﺎﻉ ﺧﺎﮎ ﺩﺭ ﻻﻳﺴيمترﻫﺎﻱ ﻣﻮﺭﺩ ﺁﺑﻴﺎﺭﻱ ﺑﺎ ﻓﺎﺿﻼﺏ ﺧﺎﻡ، ﺑﺎﻻﺗﺮ ﺍﺯ ﻣﻴﺎﻧﮕﻴﻦ ﺁﻥ ﺩﺭ ﻻﻳﺴيمترﻫﺎﻱ ﺁﺑﻴﺎﺭﻱ ﺷﺪﻩ ﺑﺎ ﭘﺴﺎﺏ ﺗﺼﻔﻴﻪ ﺷﺪﻩ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻭ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺭﺩ ﻧﻴﺰ ﺑﺎﻻﺗﺮ ﺍﺯ ﻣﻴـﺎﻧﮕﻴﻦ ﻫـﺪﺍﻳﺖ ﻫﻴﺪﺭﻭﻟﻴﮑﻲ ﺍﺷﺒﺎﻉ ﺧﺎﮎ ﺩﺭ ﻻﻳﺴيمترﻫﺎﻱ ﺁﺑﻴﺎﺭﻱ ﺷﺪﻩ ﺑﺎ ﺁﺏ ﭼﺎﻩ بود. آبياري با پساب مي تواند با افزايش رسوب ذرات ريز، بافت خاک را تغيير داده و بر ظرفيت نگهداري آب و ويژگي هاي زهکشي خاک تأثير بگذارد(Hasan et al., 2014). آيلو و همکاران (2007) نيز گزارش کردند که چگالي ظاهري خاک نيز مي تواند تحت تأثير آبياري با پساب، به ويژه در لايه سطحي خاک قرار گيرد. تجمع مواد آلي و نمک ها مي تواند چگالي ظاهري خاک را افزايش داده و باعث کاهش نفوذ ريشه و تهويه در خاک شوند.

در چند سال اخير، خشکسالي و تخصيص آب زاينده‌رود به استان‌هاي مجاور و کاهش حق آبه کشاورزان سبب استفاده از پساب‌ها و فاضلاب‌ها از سوي کشاورزان گرديده است. از طرفي كاربرد فاضلاب و پساب آن به دليل افزودن نمک‌ها و مواد معلق (آلي و معدني) به خاك سبب مي‌شود كه ويژگي‌هاي شيميايي، فيزيكي و هيدروليكي خاك به ‌مرور زمان دستخوش تغييرات قرار گيرد. از آنجائي‌كه ويژگي‌هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك يك عامل مهم در کشاورزي و از عوامل تعيين‌کننده در برنامه‌ريزي آبياري است؛ لذا آگاهي از تأثير آبياري با پساب بر ويژگي‌هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك به‌عنوان امري اجتناب‌ناپذير در استفاده از آب‌هاي نامتعارف مطرح مي-باشد. ضمن اين­که با انجام چنين مطالعاتي، مي‌توان به درک بهتري از مکانيسم‌هاي تاثيرگذاري پساب بر خواص هيدروليکي خاک دست يافت و در نتيجه، مديريت بهينه استفاده از پساب در کشاورزي را تسهيل نمود. بنابراين پژوهش حاضر با هدف پژوهش بررسي تأثير پساب فاضلاب شهري بر برخي از مهم‌ترين ويژگي‌هاي هيدروليکي خاک در منطقه اصفهان صورت گرفت.

 

مواد و روش­ها

اين پژوهش در سال زراعي 98-1397 در يک مزرعه در مجاور تصفيه خانه فاضلاب شهري شمال شرق اصفهان اجرا شد. منطقه مورد بررسي در طول جغرافيايي 51 درجه و 45 دقيقه شرقي و عرض جغرافيايي 32 درجه و 45 دقيقه شمالي قرار داشت. اين تحقيق به صورت طرح آماري فاكتوريل با پايه بلوک كاملاً تصادفي با سه سطح تيمار آبي (آبياري با پساب خروجي تصفيه‌خانه فاضلاب و آبياري به‌صورت تناوبي با پساب و آب چاه و آبياري با آب چاه) در سه تکرار و چهار نوبت نمونه‌برداري انجام گرديد.

در زمين مورد نظر، در ابتدا با استفاده از دوربين نقشه‎برداري شيب‎بندي زمين انجام گرديد و جويچه‌ها ايجاد شد. فاصله پشته‌ها در جويچه‌هاي ايجاد شده 75 سانتي متر و طول جويچه‌ها 50 متر در نظر گرفته شد. در هر قطعه چهار مرتبه آبياري با تيمارهاي مورد نظر انجام گرفت. به منظور اندازه‌گيري دبي ورودي و خروجي و ميزان نفوذ به زمين و تحت كنترل بودن شرايط آزمايش در ابتدا و انتهاي جويچه‌ها فلوم‌ها كارگذاشته و تراز گرديد. فلوم‌ها از تيپ WSC2 انتخاب گرديد. به منظور اندازه‌گيري زمان پيشروي و پسروي فاصله بين فلوم‌ها توسط ميخ چوبي به ده قسمت مساوي تقسيم شد. به منظور اندازه‌گيري ويژگي‌هاي فيزيكي خاك از هر مزرعه نمونه برداري به صورت نمونه دست‌نخورده در سه تکرار و بعد از انجام هر نوبت آبياري (پس از رسيدن رطوبت خاک به حد تقريبي ظرفيت زراعي) انجام گرديد. براي نمونه‌برداري از حلقه هاي فلزي با قطر داخلي mm 72 و ارتفاع mm 40 استفاده گرديد. از نمونه‌هاي به‌دست آمده براي اندازه‌گيري هدايت هيدروليكي خاك، وزن مخصوص ظاهري و حقيقي خاك، ظرفيت زراعي و نقطه پژمردگي دائم استفاده گرديد. به منظور بررسي اثر تيمارهاي مختلف آبي بر ويژگي‌هاي شيميايي خاك در هر مزرعه از عمق 30-0 سانتي‌متر و توسط اوگر نمونه‌برداري انجام گرديد. در اين پژوهش براي بررسي تاثير پساب بر ويژگي‌هاي هيدروليكي خاك، نفوذ، راندمان، پيشروي و پسروي در آبياري جويچه‌اي از روش دو نقطه‌اي اليوت واكر (Elliott and Walker, 1982) استفاده شد. اين روش با تعيين نفوذ پايه (f0) از هيدروگراف دبي ورودي- خروجي، شروع مي‌شود. سپس با استفاده از اندازه‌گيري سرعت پيشروي در دو نقطه وسط و انتهاي جويچه پارامترهاي معادله نفوذ تعيين مي‌گردد. در اواخر آبياري، خاک به سرعت نفوذ پايه f0رسيده است. f0 را مي توان از رابطه زير به دست آورد.

 

رابطه 1:                                                 f0=

 

که در آن، Qin دبي هيدروگراف ورودي و Qout دبي هيدروگراف خروجي و l طول جويچه مي‌باشد.

آزمايش با وارد کردن دبي به جويچه شروع شده و همان لحظه دبي ورودي (ارتفاع آب در فلوم ورودي)، زمان رسيدن آب به ميخ‌ها (زمان پيشروي) و دبي خروجي (ارتفاع آب در فلوم خروجي) قرائت گرديد. همچنين در بين مدت آزمايش ارتفاع فلوم ورودي و خروجي قرائت گرديد. زماني‌که دبي هيدروگراف ورودي و خروجي  هر دو هم زمان ثابت ( حداقل سه قرائت با هم مساوي) شود، دبي ورودي قطع گرديد و زمان پسروي ( زمان محو شدن آب از سطح زمين ) قرائت شد.

    هدايت هيدروليكي اشباع يكي از مهم­ترين پارامترهاي هيدروليكي خاك مي­باشد كه به چند روش آزمايشگاهي و محاسباتي مي­توان به­دست آورد. اندازه‌گيري هدايت هيدروليكي در خاك­هاي سبك به روش بار ثابت و در خاك­هاي سنگين به روش بار افتان مي‌باشد. مبناي اندازه­گيري رابطه دارسي مي­باشد. در اين آزمايش از نمونه­هاي اشباع و روش بار افتان استفاده ­گرديد. هدايت هيدروليكي از رابطه 2 بدست مي­آيد.

رابطه 2:

که در آن، a : سطح مقطع لوله برحسب سانتي‌متر بر ثانيه، :L طول نمونه خاك بر حسب سانتي متر، :A  سطح مقطع نمونه خاك برحسب سانتي متر مربع و t : زمان لازم براي رسيدن بار h1 به بار h2 درلوله مدرج برحسب ثانيه مي­باشد. براي تمام جويچه‌ها جداول پيشروي و پسروي ثبت شده است. سرعت پيشروي از فاکتورهاي مهم در طراحي و شبيه‌سازي سيستم‌هاي آبياري سطحي به‌شمار مي‌رود. منحني پيشروي جبهه آب در يک جويچه را مي‌توان به صورت يک تابع تواني ساده بيان کرد. رابطه 3 تابع منحني پيشروي را نشان مي‌دهد.

 

      که در آن x فاصله جبهه پيشروي آب (متر) در زمان t (ثانيه) و p و r ضرايب ثابت معادله هستند. ضرائب p , r با استفاده از داده‌هاي جدول پيشروي و نرم افزار Curve Expert محاسبه شد. سپس با استفاده از داده‌هاي پيشروي و پسروي، منحني پيشروي پسروي براي تمام جويچه ها رسم گرديد.

براي محاسبه پارامترهاي پيشروي در وسط و انتهاي جويچه‌ها به ترتيب از روابط 4 و 5 زير استفاده گرديد.

 

رابطه 4:         Q0t0.5l=         

رابطه 5:               f0tll/(1+r) Q0tl=δyA0l + δzktlal +                                                                             

 

      زمان پيشروي تا نصف طول مزرعه، دقيقه

       زمان پيشروي تا انتهاي مزرعه،دقيقه

  r       ضريب تجربي معادله پيشروي

l       طول مزرعه برحسب متر

     فاکتور شکل ذخيره سطحي، که ثابت بوده و برابر 7/0تا 8/0 است. 

   فاكتور شكل تحت الارضي

 

مجهولات معادلات پارامترهاي k و a هستند که با لگاريتم گرفتن و حل همزمان معادلات زير به­دست مي­آيند (Valiantzas et al., 2001):

 

رابطه 3:

سپس  (فاکتور شکل تحت الارضي) مستقيما از رابطه (9) و و پارامتر k  از رابطه (10)به‌دست آمد.

رابطه 6:	=a
رابطه 7:
رابطه 8:

 

رابطه 11 فرم معادله نفوذ کوستياکف- لوئيس را نشان مي­دهد که در آن Z نفوذ تجمعي بر حسب متر مکعب بر متر مربع، t فرصت زمان نفوذ دقيقه، f0 سرعت نفوذ نهايي بر حسب متر مکعب بر متر بر دقيقه و a و K پارامترهاي تجربي، اين پارامترها از طريق برازش داده‌هاي نفوذ بر منحني نفوذ تجمعي در برابر زمان در برنامه اکسل برآورد شدند.

 

رابطه 9:
رابطه 10:	=        k

رابطه 11:

Z= k* ta + f0 t

 

نتايج و بحث

نتايج آناليز فيزيکي خاک منطقه مورد مطالعه و نيز آناليز شيميايي آب و پساب استفاده شده در اين پژوهش به ترتيب در جداول 1 و 2 ارائه شده است.همانطور که مشخص است pH پساب بالاتر از آب چاه بود که اين امر به‌علت بالا بودن غلظت يون بي‌كربنات در پساب بوده است. از سوي ديگر شوري آب چاه بالاتر از پساب بود.

 

 

 

جدول 1. ميانگين ويژگي­هاي فيزيکي خاک مزارع مورد مطالعه (قبل از آزمايش)

ويژگي­هاي مورد مطالعه	شن %	سيلت %	رس %	رطوبت حجمي در نقطه پژمردگي (%)	رطوبت حجمي در ظرفيت زراعي (%)	وزن مخصوص ظاهري gr.cm-3
خاک مزرعه	16	34	50	14	9/23	27/1

 

جدول 2. ميانگين ويژگي­هاي شيميايي آب‌هاي استفاده شده براي آبياري

	EC	pH	HCO3-	Cl	So42-	Ca+Mg	Na+	SAR
	ds.m-1		mEql-1					Mmoll-1
آب چاه	8/2	0/7	0/3	7/13	12	14	1/14	3/5
پساب	5/1	5/7	7/4	2/7	21	8	5/7	8/3

 

جدول3. نتايج تجزيه واريانس تيمارهاي مختلف آبياري بر روي برخي ويژگي­هاي شيميايي خاک در چهار نوبت آبياري

منابع تغييرات	درجه آزادي	EC	pH	بيكربنات Hco3-	كلريد Cl-	سولفات So4-	مجموع كلسيم و منيزيم Mg2++ Ca2+	سديم Na+	SAR
		ميانگين مربعات
تيمار آبياري(a)	2	**74/1	**38/1	**47/4	**02/430	**37/733	**35/471	**99/1273	**01/123
زمان نمونه­برداري (b)	3	*08/0	ns024/0	ns072/0	**57/46	**40/40	**74/28	**48/45	**06/2
A×b	6	*02/0	ns004/0	**72/0	**35/6	**08/85	**42/15	ns78/3	**329/0
خطا	22	024/0	035/0	084/0	457/0	557/0	491/0	42/0	06/0
ضريب تغييرات	-	95/4	31/2	39/7	18/5	45/3	79/3	75/3	10/4

ns، *، ** به ترتيب غير معني‌دار و معني‌داري در سطح احتمال پنج و يک درصد را نشان مي‌دهد

 

جدول 4. نتايج مقايسه ميانگين تاثير تيمارهاي مختلف آبياري بر ويژگي‌هاي شيميايي خاك 

تيمار مورد مطالعه	EC	pH	بيكربنات Hco3-	كلريد Cl-	سولفات So4-	مجموع كلسيم و منيزيم Mg2++ Ca2+	سديم   Na+	SAR
تيمار 1 (آبياري با آب چاه)	59/3a	74/7b	09/3c	66/18a	67/16c	14c	37/25a	49/9a
تيمار 2 (آبياري با پساب)	89/2b	38/8a	66/4a	75/6c	61/30a	65/25a	43/11c	23/3c
تيمار3 (مصرف متناوب آب چاه و پساب)	99/2b	27/8a	01/4b	7/13b	51/17b	84/15b	74/14b	17/5b

 

 

 

 

ويژگي‌هاي شيميايي خاك پس از اعمال تيمارها

جدول 3 نتايج تجزيه واريانس تأثير تيمار آبياري و همچنين زمان نمونه­برداري بر ويژگي­هاي شيميايي خاک را نشان مي­دهد. همان­طور که مشخص است تيمار نوع آب مورد استفاده در آبياري بر تمام ويژگي­هاي اندازه­گيري­شده در خاک تأثير معني­دار در سطح 1 درصد داشته است. همچنين نوبت آبياري به جز pH و بيکربنات، در ساير موارد تاثير معني­داري بر ويژگي­هاي اندازه­گيري­شده داشته است. همچنين جدول 4 نتايج مقايسه ميانگين تاثير نهايي تيمارهاي مختلف آبي (آبياري با آب چاه، پساب و مصرف متناوب آب چاه و پساب) را بر ويژگي­هاي شيميايي خاک مورد مطالعه نشان مي­دهد.

ميانگين‌ها در هر ستون با حروف مشابه، بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد تفاوت معني‌دار ندارند.

     آبياري با پساب سبب افزايش معني­دار اسيديته خاك شد. علت افزايش PH خاك در اثر استفاده از پساب را مي‌توان به بالا بودن غلظت بي‌كربنات در پساب نسبت به آب چاه دانست. در نمونه برداري پس از انجام آزمايش و اعمال تيمارها، شوري در خاک آبياري­شده با آب چاه از ساير تيمارها بالاتر بود. يكي از علت‌هاي بالا بودن شوري زمين آبياري شده با آب چاه به نسبت زمين‌هاي آبياري شده با آب چاه و پساب به‌صورت تناوبي و زمين‌هاي آبياري شده با پساب (جدول 4) به بالا بودن شوري آب چاه نسبت به پساب مربوط مي‌شود. آبياري با آب چاه، باعث افزايش ميزان كلر و كاهش سولفات خاك شده كه علت افزايش ميزان كلر را مي‌توان به بالا بودن مقدار اين يون در آب چاه نسبت به پساب دانست. در مقابل به‌دليل بالا بودن غلظت يون بي‌كربنات در پساب، خاك‌هاي تحت آبياري با اين منبع داراي بي‌كربنات بيش­تري نسبت به خاك‌هاي آبياري شده با آب چاه مي‌باشند.

بيش­ترين مقدار نسبت جذب سديم مربوط به ‌خاك‌هاي آبياري شده با آب چاه و برابر با 49/9 در مقايسه با پساب و تيمار تناوبي است. كم­ترين مقدار SAR مربوط به تيمار پساب و برابر با 23/3 مي‌باشد. آبياري با پساب باعث افزايش كلسيم خاك در مقايسه با آبياري با آب چاه شده ‌است. افزايش كلسيم در خاك باعث فلوكوله شدن ذرات خاك و تشكيل خاکدانه و به تبع آن بهبود خواص فيزيكي و افزايش نفوذپذيري و تهويه در خاك مي‌شود. آبياري با پساب منجر به كاهش غلظت منيزيم در خاك گرديده ‌است. علت بالا بودن غلظت منيزيم در خاك‌هاي آبياري شده با آب چاه، بالا بودن غلظت منيزيم در آب چاه مورد استفاده مي‌باشد.

 

تأثير پساب بر برخي ويژگي‌هاي فيزيكي و هيدروليكي خاك

جدول 5 نتايج تجزيه واريانس تاثير تيمارهاي مختلف آبي را بر ويژگي­هاي مختلف فيزيکي خاک در پايان انجام پروژه (پس از نوبت چهارم آبياري) نشان مي­دهد. همان­طور که مشخص است تيمارهاي مختلف آبي تاثير معني­داري بر روي ميزان رطوبت خاک در ظرفيت زراعي (FC) نداشتند. تاثير تيمارهاي مختلف آب مصرفي بر روي ميزان رطوبت خاک در نقطه پژمردگي و همچنين چگالي مخصوص ظاهري در حد 5 درصد و بر روي هدايت هيدروليکي خاک در سطح 1 درصد معني­دار بوده است.

 

 

جدول5. نتايج تجزيه واريانس تيمارهاي مختلف آبياري بر روي برخي ويژگي­هاي فيزيکي خاک

منابع تغييرات		درجه آزادي		FC		PWP		Ks		ρb
				ميانگين مربعات
تيمار(نوع آب آبياري)	2		41/0ns		94/1*		**106×502		*009/0
تکرار	2		003/0ns		141/0ns		106×4/61ns		ns000/0
خطا	4		151/0		25/0		106×73/2		001/0
ضريب تغييرات	-		60/1		46/3		62/4		62/2

ns، *، ** به ترتيب غير معني‌دار و معني‌داري در سطح احتمال پنج و يک درصد را نشان مي‌دهد

 

جدول 6.  ميانگين نتايج برخي ويژگي­هاي فيزيکي پس از اعمال تيمارهاي مختلف آبياري

تيمار	FC (%)	PWP (%)	Ks (cmsec-1)	ρb (grcm-3)
آب چاه	9/23a	14b	6-10×87c	37/1a
پساب	6/24a	6/15a	6-10×109a	26/1b
تناوب آب چاه و پساب	3/24a	5/14b	6-10×91b	32/1a

ميانگين‌ها در هر ستون که داراي حروف مشابه مي‌باشند بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد تفاوت معني‌دار ندارند.

 

 

جدول 6 نتايج مقايسه ميانگين برخي ويژگي­هاي فيزيکي اندازه­گيري شده در خاک پس از اعمال تيمارهاي مختلف آبياري (آبياري با آب چاه، پساب و مصرف متناوب آب چاه و پساب) را نشان مي­دهد. با توجه به نتايج ارائه شده در جدول 6، ميانگين جرم مخصوص ظاهري در انتهاي انجام آزمايش براي تيمارهاي آبياري شده با آب چاه، پساب و آبياري متناوب با آب چاه و پساب معادل 37/1، 20/1 و 32/1 گرم بر سانتي­متر مکعب اندازه­گيري شد. جرم مخصوص ظاهري خاک مزرعه اي كه با پساب آبياري مي‌شود كمتر از جرم مخصوص ظاهري خاک مزرعه­اي که به صورت تناوبي با آب چاه و پساب آبياري مي­شد، بدست آمد. از سوي ديگر با توجه به نتايج ارائه شده در جدول 4 (قبل از اعمال تيمارها)، مقدار وزن مخصوص ظاهري در اثر آبياري با آب چاه از 27/1 گرم بر سانتي­متر مکعب به 37/1 گرم بر سانتي­متر مکعب افزايش يافته است. دليل اين امر مي­تواند وجود شوري بالاتر و يون سديم بيشتر موجود در آب چاه نسبت به پساب باشد. همانطور که قبلا اشاره شد يون سديم موجود باعث تخريب ساختمان خاک و انسداد منافذ درشت شده و در کل باعث کم شدن حجم خلل و فرج موجود در خاک و متراکم­تر شدن آن و در نهايت افزايش وزن مخصوص ظاهري در خاک شده است. در تيمار آبياري با پساب وجود کلسيم و منيزيم بالاتر موجب بهبود وضعيت ساختمان خاک و پايداري خاکدانه­ها شده و همين امر باعث کاهش وزن مخصوص ظاهري خاک شده است. جرم مخصوص حقيقي خاك در پايان آزمايش در هر سه تيمار بدون تغيير نسبت به قبل از اعمال تيمارها و معادل 2/2 گرم بر سانتي‌متر مکعب بود. اين نتايج با تحقيقات محققين ديگر مطابقت دارد. محمودي و حکيميان(1379) بيان كردند، جرم ويژه حقيقي در يك خاك همواره ثابت بوده و با تغيير مقدار خلل و فرج خاك هيچ تغييري نمي‌كند. ميانگين هدايت هيدروليكي اندازه­گيري­شده در تيمارهاي مختلف پس از نوبت چهارم آبياري به ترتيب زياد به کم به­صورت تيمار آبياري با پساب(6-10×109 سانتي­متر بر ثانيه)، تيمار آبياري شده با آب چاه و پساب به صورت متناوب(6-10× 91 سانتي‌متر بر ثانيه) و تيمار آبياري با آب چاه(6-10×87 سانتي‌متر بر ثانيه) بوده است. علت اين امر را مي توان به افزايش جزئي مواد آلي خاك، افزايش غلظت کلسيم و منيزيم خاك، افزايش فعاليت ميکروبي خاك و بهبود رشد ريشه نسبت داد. همانطور که در قسمت قبل اشاره شد( جدول 10)، آب چاه بيشترين ميزان سديم و کمترين مقدار کلسيم و منيزيم را داشته است و اين نسبت در مورد تيمار پساب برعکس بوده است. قاعدتا با افزايش سديم به خاک و نسبت آن به کلسيم و منيزم کاهش هدايت هيدروليکي انتظار مي­رود. همچنين افزايش هدايت هيدروليكي در اثر استفاده از پساب احتمالا به‌علت بهبود خواص فيزيكي خاك و در نتيجه افزايش اندازه منافذ خاك مي‌باشد. ظرفيت نگهداري رطوبت در نقطه ظرفيت زراعي در انتهاي آزمايش (پس از نوبت چهارم آبياري) براي تيمارهاي آبياري با آب چاه، پساب و مصرف متناوب آب چاه و پساب به ترتيب معادل 9/23، 6/24 و 3/24 درصد حجمي و ظرفيت نگهداري رطوبت در نقطه پژمردگي براي تيمارهاي آبياري با آب چاه، پساب و مصرف متناوب آب چاه و پساب به ترتيب معادل 14، 6/15 و 5/14 درصد حجمي بود که نسبت به وضعيت خاک قبل از اعمال تيمارها (جدول 4) تفاوت نداشته است.

 

پيشروي، پسروي و هيدروگراف ورودي خروجي

در هر تيمار آزمايش با استفاده از نرم افزار اكسل هيدروگراف ورودي خروجي براي جويچه دوم در هر آبياري رسم گرديد. نمودارهاي پيشروي – پسروي مربوط به جويچه دوم (وسط) آبياري با تيمار آب چاه، پساب و تناوبي در زير آورده شده است (شکل­هاي 1 تا 3). در سيستم‌هاي آبياري سطحي مدت زمان نفوذ آب در يک نقطه مشخص به صورت تفاوت زماني که براي اولين بار به نقطه مي رسد(پيشروي) و زماني که پس از قطع آب به تدريج زهکش مي‌شود(پسروي) تعريف مي‌شود. به عبارت ديگر منحني پيشروي و پسروي، توزيع زماني- مکاني آب آبياري و فرصت زمان جذب در کل سطح مزرعه را مشخص مي سازد و براي ارزيابي راندمان­هاي کاربرد و يکنواختي در آبياري سطحي مي‌توان از اطلاعات فوق استفاده نمود. همچنين پيشروي آب بر روي سطح خاک پارامتر مهمي در مديريت سيستم‌هاي آبياري سطحي مي‌باشد. زماني که طول مي‌کشد تا آب به انتهاي مزرعه برسد تقريب خوبي از زمان قطع جريان آب ورودي است که بيانگر زمان پاياب مزرعه يا غرقابي شدن انتهاي مزرعه مي باشد. نمودارهاي پيشروي – پسروي و هيدروگراف ورودي خروجي از ملزومات اوليه استفاده از روش بيلان حجم در آبياري جويچه‌اي به علت تأثير ديناميک جريان در تعيين معادله نفوذ مي باشد. هيدروگراف‌هاي ورودي و خروجي که با انتگرالگيري از آن حجم آب ورودي، خروجي و از اختلاف آنها مقدار آب نفوذکرده مي‌آيد، موازنه حجمي را در حالت کلي براي هر جويچه نشان مي‌دهد. پارامتر ديگري که از هيدروگراف ورودي خروجي به­دست مي­آيد سرعت جريان ماندگار يا نفوذ پايه است که از تفاوت بين قسمت ثابت دو هيدروگراف و طول جويچه به­دست مي‌آيد. مقدار نفوذ پايه در اين تحقيق به­علت کوتاه بودن طول جويچه‌ها و نزديک بودن جريان ورودي و خروجي ناچيز به­دست آمد که در محاسبات صفر در نظر گرفته شد.

با توجه به نتايج ارائه شده در جدول 7، بيش­ترين ميزان اختلاف بين زمان پيشروي و پسروي در تيمار آبياري با پساب بود(4/68 دقيقه) و کمترين آن مربوط به آبياري با آب چاه (8/50 دقيقه)، که اين امر نشان مي‌دهد فرصت نفوذ آب به خاک در تيمار پساب بيش­تر از تيمار آبياري شده با آب چاه بوده است. فرصت نفوذ آب به خاک از زياد به کم به ترتيب شامل تيمار آبياري با پساب، آبياري متناوب با پساب و آب چاه و در نهايت آبياري با آب چاه بود.  

 

 

جدول 7. پيشروي، پسروي آبياري اول آب چاه، پساب و تناوبي

(تيمار آب چاه)		(تيمار آب پساب)		(تيمار تناوبي)		فاصله (m)
زمان پسروي (min)	زمان پيشروي (min)	زمان پسروي (min)	زمان پيشروي (min)	زمان پسروي (min)	زمان پيشروي (min)
7/62	0	8/44	0	2/41	0	0
3/72	3/1	8/67	8/2	1/51	1/3	5
8/74	5/2	9/72	7/4	0/54	5/4	10
1/78	3/5	8/75	8/6	0/65	9/5	15
5/81	2/12	2/80	8/7	2/67	5/6	20
2/83	2/16	1/84	5/8	3/68	5/6	25
1/85	5/22	7/85	5/12	8/69	5/10	30
6/87	4/28	3/87	9/15	5/71	1/12	35
4/90	3/32	1/88	3/17	1/73	7/13	40
1/94	6/38	9/88	5/19	3/75	8/14	45
1/96	3/45	8/89	4/21	1/77	3/16	50

 

 

شكل1. نمودار پيشروي- پسروي جويچه آبياري با آب چاه

 

شكل2. نمودار پيشروي- پسروي جويچه در تيمار آبياري تناوبي

 

 

شكل3.  نمودار پيشروي-پسروي جويچه آبياري با پساب

 

جدول8. نتايج تجزيه واريانس تيمارهاي مختلف آبياري بر روي ضرائب معادله نفوذ كوستياكف- لوئيس

منابع تغييرات	درجه آزادي	a	k
تکرار	2	005/.0ns	ns000/0
تيمار آبياري(a)	2	**22/1	**00/0
زمان نمونه برداري(b)	3	**25/0	**00/0
A*b	6	**76/0	**00/0
خطا	22	001/0	000/0
ضريب تغييرات	-	64/5	31/2

ns، *، ** به ترتيب غير معني‌دار و معني‌داري در سطح احتمال پنج و يک درصد را نشان مي‌دهد

 

جدول 9. ميانگين ضرائب معادله نفوذ كوستياكف- لوئيس بعد از اعمال تيمارها در نوبت­هاي مختلف آبياري

تيمار	0f	a	k
آب چاه	0	651/0b	013/0b
پساب	0	720/1a	031/0a
تناوب آب چاه و پساب	0	234/0c	008/0b

ميانگين‌ها در هر ستون که داراي حروف مشابه مي‌باشند بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد تفاوت معني‌دار ندارند.

 

 

ضرائب معادله نفوذ آب در خاك

      آبياري با پساب سبب افزايش سرعت نفوذ آب نسبت به آبياري با آب چاه شد. نفوذ پذيري خاك بستگي زيادي به درصد سديم تبادلي خاك دارد و نفوذ پذيري با افزايش سديم، كاهش مي‌يابد. پائين بودن نفوذپذيري زمين‌هايي كه با آب چاه آبياري شده‌اند نسبت به پساب به‌همين علت مي‌باشد. ﺑﺮﺧﻲ ﺍﺯ ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﭘﺴﺎﺏﻫﺎ ﺭﺍ ﺳﺒﺐ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﻧﻔﻮﺫﭘﺬﻳﺮﻱ ﺧﺎﮎ ﻣﻲﺩﺍﻧﻨﺪ(Hasan Oqli et al., 2005).

نتايج مربوط به تجزيه واريانس تاثير تيمارهاي مختلف آبياري در چهار نوبت بر روي ضرايب معادله نفوذ کوستياکوف-لوئيز در جدول 8 ارائه شده است. همانطور که مشخص است تاثير تيمار آبياري و همچنين نوبت آبياري و اثر متقابل اين­دو بر روي ضرايب معادله نفوذ كوستياكف- لوئيس در سطح 1درصد معني­دار بوده است. با توجه به كوتاه بودن طول جويچه‌ها (50 متر) و پائين بودن زمان آبياري (حدود 50 دقيقه) در تحقيق انجام شده بر طبق شرايط محاسبه نفوذ به روش اليوت واكر، مقدار نفوذ پايه در محاسبات ناچيز بدست آمد که برابر صفر در نظر گرفته شد. جدول 9 نتايج مقايسه ميانگين­هاي اين ضرايب را در تيمارهاي مختلف آبياري در چهار نوبت آبياري نشان مي­دهد.

  با توجه به جدول 8 نتايج تجزيه واريانس اثر آبياري بر روي ضريب k و a در سطح يک درصد معني دار بوده و جدول 9 نشان مي‌دهد روند كلي ضرايب k  و a در تيمار آب چاه نسبت به پساب كاهشي بوده است (به ترتيب حدود 58 و 60 درصد). علت اين امر مي تواند مربوط به وجود سديم در آب چاه ‌باشد كه سبب پراکنده شدن ساختمان خاك و كاهش نفوذپذيري مي‌گردد.

 

نفوذ تجمعي آب به خاک در اثر كاربرد تيمارها

بيشترين ميزان ميانگين نفوذ تجمعي مربوط به پساب و برابر با 057/0 مترمكعب در متر و كمترين مقدار مربوط به تيمار تناوبي با 014/0 مترمكعب در متر بود(شکل 15). در آبياري چهارم تيمار آب چاه و تناوبي به دليل استفاده از آب چاه ويژگي‌هاي فيزيكي خاك و نفوذپذيري كاهش مي‌يابد. در تيمار پساب به‌دليل بهبود ويژگي‌هاي خاك نفوذپذيري و نفوذ تجمعي افزايش يافت (شکل 4).

 

شكل 4- نفوذ تجمعي آب به خاک در تيمارها ي مورد مطالعه

 

شكل 5. سرعت نفوذ آب به خاک در اثر تيمارهاي مختلف

 

اين نتايج با نتايج محققان ديگر مطابقت داشتTaghi Khoo, 2011) ; Taghvaian et al., 2007..( 

همچنين با توجه به شكل 5 سرعت نفوذ در تيمار پساب بيشتر از تيمار آب چاه و برابر با 00084/0 مترمكعب بر متر بر دقيقه و سرعت نفوذ تيمار آب چاه بيش­تر از تيمار تناوبي و برابر با 00011/0 مترمكعب بر متر بر دقيقه بود.

در زمان ثابت شدن سرعت نفوذ آب به خاک(50 دقيقه) ميزان سرعت نفوذ آب به خاک در تيمار آبياري با پساب در حدود 001/0 متر بر دقيقه و در تيمار آبياري با آب چاه در حدود 0008/0 متر بر دقيقه بود که تقريبا معادل 73 درصد کاهش در سرعت نفوذ مي­باشد. علت بيش­تر بودن سرعت نفوذ تيمار پساب نسبت به آبياري‌هاي قبل و نسبت به تيمار آب چاه تاثير مثبت پساب بر هدايت هيدروليكي و تخلخل خاك و افزايش نفوذپذيري و نيز وجود مواد آلي بالا در پساب و بهبود ساختمان خاك مي‌باشد. در تيمار آب چاه نيز به­دليل تأثير سديم و SAR آب چاه نفوذپذيري كاهش پيدا كرده و سرعت نفوذ كم شده است. بعضي محققان نتايج مشابهي را دريافتند. (Vali Nejad et al., 2012; Abedi-Koupai and Bakhtiarifar, 2003)  

سيستم آبياري نيز اثر معني­داري بر سرعت نفوذ نهايي خاك نشان داد که با نتايج محققان ديگر مطابقت داشتNadav et al., 2012)).

نتيجه‌گيري کلي

بر اساس نتايج به­دست آمده از اين پژوهش، تاثير آبياري با پساب و آب چاه بر ويژگي­هاي مختلف فيزيکي خاک، تا حد زيادي به ويژگي­هاي شيميايي آب چاه و پساب و ماهيت اوليه پساب بستگي دارد. در اين پژوهش شوري در خاک آبياري­شده با آب چاه از ساير تيمارها بالاتر بود که به دليل بالا بودن شوري آب چاه نسبت به پساب بوده است. در همه تيمارها با گذشت زمان و انجام نوبت­هاي آبياري، تجمع املاح در خاک و در نتيجه ميزان شوري خاک افزايش پيدا کرد. بيشترين ميزان شوري و سديم و کلر در تيمار آبياري با آب چاه در نوبت چهارم بوده است. اين مساله با توجه به اثر گذاري يون سديم بر چگونگي توزيع و پراکنش منافذ موجود در خاک و در نهايت ميزان نفوذ آب در خاک، از اهميت بالايي برخوردار است. يون سديم باعث انبساط و پراکندگي ذرات رس شده و در بيشتر موارد باعث ايجاد کاهش در اندازه و تعداد منافذ بزرگتر موجود در خاک مي‌شود. به‌دليل بالا بودن غلظت يون بي‌كربنات در پساب، خاك‌هاي تحت آبياري با اين منبع داراي بي‌كربنات بيشتري نسبت به خاك‌هاي آبياري شده با آب چاه بودند و همين امر باعث افزايش معني‌دار اسيديته خاك در تيمار آبياري­شده با پساب در مقايسه با تيمار آب چاه شد. بيشترين مقادير بي‌کربنات در نوبت چهارم آبياري با پساب اندازه-گيري شد(meqL-144/8). بيشترين مقدار نسبت جذب سديم مربوط به ‌خاك‌هاي آبياري شده با آب چاه و كمترين مربوط به تيمار پساب بود. همچنين آبياري با پساب باعث افزايش كلسيم خاك در مقايسه با آبياري با آب چاه شد. افزايش كلسيم در خاك باعث فلوكوله شدن ذرات خاك و تشكيل خاکدانه و به تبع آن بهبود خواص فيزيكي و افزايش نفوذپذيري و تهويه در خاك مي‌شود. 

تيمارهاي مورد مطالعه تاثير معني­داري بر روي ميزان رطوبت خاک در ظرفيت زراعي (FC) و نقطه پژمردگي دايم گياه (PWP) نداشتند. دليل اين امر احتمالا کوتاه بودن مدت زمان انجام پروژه بوده است و احتمالا مصرف طولاني­تر تيمارهاي مورد بررسي بر روي اين دو پارامتر تاثيرگذار خواهند بود. در انتهاي انجام آزمايش جرم مخصوص ظاهري خاک در تيمار آبياري با پساب كمتر از جرم مخصوص ظاهري ساير تيمارها بود. از سوي ديگر مقدار وزن مخصوص ظاهري خاک در اثر آبياري با آب چاه از 27/1 گرم بر سانتي‌متر مکعب (قبل از اعمال تيمارها) به 37/1 گرم بر سانتي­متر مکعب افزايش يافت. دليل اين امر مي‌تواند وجود شوري بالاتر و يون سديم بيش­تر موجود در آب چاه نسبت به پساب باشد. همانطور که قبلا اشاره شد يون سديم موجود باعث تخريب ساختمان خاک و انسداد منافذ درشت شده و در کل باعث کم شدن حجم خلل و فرج موجود در خاک و متراکم­تر شدن آن و در نهايت افزايش وزن مخصوص ظاهري در خاک شده است، در مقابل در تيمار آبياري با پساب وجود کلسيم و منيزيم بالاتر موجب بهبود وضعيت ساختمان خاک و پايداري خاکدانه­ها شده و همين امر باعث کاهش وزن مخصوص ظاهري خاک شده است.

ميانگين هدايت هيدروليكي اندازه­گيري­شده در تيمارهاي مختلف پس از نوبت چهارم آبياري به ترتيب زياد به کم به­صورت تيمار آبياري با پساب، تيمار آبياري شده با آب چاه و پساب به صورت متناوب و تيمار آبياري با آب چاه بوده است. ميزان هدايت هيدروليکي اندازه­گيري­شده در تيمار آبياري با پساب در حدود 20 درصد بيشتر از تيمار آبياري با آب چاه بود. علت اين امر را مي­توان به افزايش مواد آلي خاك در اثر مصرف پساب و نيز افزايش غلظت کلسيم و منيزيم خاك، افزايش فعاليت ميکروبي خاك و بهبود ساختمان خاک نسبت داد. بيش­ترين ميزان اختلاف بين زمان پيشروي و پسروي در تيمار آبياري با پساب و کم­ترين آن مربوط به آبياري با آب چاه، که اين امر نشان مي­دهد فرصت نفوذ آب به خاک در تيمار پساب بيشتر از تيمار آبياري شده با آب چاه بوده است. روند كلي ضرايب معادله نفوذ کوستياکوف-لوييس در تيمار آب چاه نسبت به پساب كاهشي بوده است (به ترتيب حدود 58 و 60 درصد براي ضرايب k  و a). علت اين امر نيزمربوط به­وجود سديم بالاتردر آب چاه ‌بوده كه سبب پراکنده شدن ساختمان خاك و كاهش نفوذپذيري شده است. در کل بيشترين ميزان ميانگين نفوذ تجمعي مربوط به پساب و برابر با 057/0 مترمكعب در متر و كمترين مقدار مربوط به تيمار تناوبي با 014/0 مترمكعب در متر بود. در زمان ثابت شدن سرعت نفوذ آب به خاک (50 دقيقه) ميزان سرعت نفوذ آب به خاک در تيمار آبياري با پساب در حدود 001/0 متر بر دقيقه و در تيمار آبياري با آب چاه در حدود 0008/0 متر بر دقيقه بود که تقريبا معادل 73 درصد کاهش در سرعت نفوذ مي­باشد. در کل به نظر مي­رسد مصرف پساب باعث بهبود ويژگي­هاي فيزيکي خاک مورد مطالعه در اين پژوهش شده است. در نهايت پيشنهاد مي­شود که با توجه به تفاوت در ماهيت پساب‌ها لازم است تاثير انواع پساب‌ها بر ويژگي‌هاي خاك در بلند مدت مورد بررسي قرار گيرد. همچنين در عمق‌هاي مختلف خاك تأثير كاربرد پساب مورد بررسي قرار گيرد. پيشنهاد مي‌شود تأثير همزمان استفاده از پساب و كشت محصولات مختلف بر ويژگي‌هاي خاك و گياهان مورد بررسي قرار گيرد.

 

 

Reference:

Abedi-Koupai, J., and Bakhtiarifar, A. (2003). Investigation of the effect of treated wastewater on hydraulic properties of emitters in trickle irrigation system. In: 20th Eur. Region. Conf. CD Int. Workshop Irrigation technologies and method: Research development and testing Montpellier France.

Aggelides, SM., and Londra, PA. (2000). Effects of compost produced from town wastes and sewage sludge on the physical properties of loamy soil and a clay soil. Bioresource Technology, 71,253-259.

Aiello, V. R., Martinez, C. E., & Araya, G. O. (2007). Impact of wastewater irrigation on soil physical and chemical properties in a semi-arid region of central Chile. Agriculture, Ecosystems & Environment, 119(1-2), 126-134.

Alizadeh, AME., Bazari, S., Velayati, M. Hasheminia, M., and Yaghmaei, A. (2001). Irrigation of corn with wastewater. pp. 147-154.

Ameri, A. R. and Yazdan-Panah, N. (2012). Investigating the effect of different proportions of urban sewage in irrigation water on some physical and chemical characteristics of soil. Sustainable Agricultural Science Research, 1(2): 37-47. (In Persian)

 Assouline, S. and Narkis, K. (2011). Effects of long-term irrigation with treated wastewater on the hydraulic properties of a clayey soil. Water Resources Research, 47(8), 1-12.

Delibacak, S. Okur, B. and Ongum, AR. (2009). Effects of treated sewage sludge levels on temporal variations of some soil properties of a Typic Xerofluvent soil in Menemen Plain Western Anatolia. Turkey. Environmental Monitoring Assessment, 148(1), 85-95.

Elliott, R.L. and Walker, WR. (1982). Field evaluation of furrow infiltration and advance functions. Transaction ASAE, 25, 396-400.

Farmanifard, M., Qamarnia, H., Pirsaheb, M. and Fatahi, N. (2016). The effect of long-term irrigation with treated wastewater of Kermanshah city on some soil physical characteristics. Journal of Water Research in Agriculture, 31 (3), 493-508. (In Persian)

Gharbi, TL., Merdy, P., Raynaud, M., Pfeifer, HR. and Lucas, Y. (2010). Effects of long-term irrigation with treated wastewater. Part I: Evolution of soil physico-chemical properties. Applied Geochemistry, 25(2),1703–1710.

Hanifeh Lu, A. and Moazed, H. (2007). The effects of irrigation with the wastewater of Ahvaz city on soil hydraulic properties. Agricultural Engineering Research, 8(2), 62-47. (In Persian)

Hasan Oqli, A., Liaqat, A., Mirabzadeh, M., Vothoqi, M. and tomorrow, AH . (2005). Investigating the effects of irrigation with domestic wastewater on the transfer of substances to the depth of the soil and the quality of drainage water coming out of the lysimeter. Proceedings of the 11th Conference of Iran's National Irrigation and Drainage Committee. Tehran, January 3 and 4, 2012, 317-334. (In Persian)

Hasan, M. A., Al-Kaisi, M. H., & Al-Taani, A. A. (2014). Effect of long-term wastewater irrigation on soil properties in an arid region. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 49(10), 739-747.

Kabusi, K. (2013). Evaluation of medium-term effects of irrigation with treated wastewater on physical and chemical properties of soil (case study: Wastewater treatment plant of Bandar Gaz city). Journal of Land Management, 2(2), 110-95. (In Persian)

Khodadadi, N., Ghorbani Dashtaki, Sh. and Kayani, Sh. (2014). The effect of irrigation water quality on some physical characteristics of the soil in the lands cultivated with rice (Oryza Sativa) 15-28. Journal of Water and Soil Resources Protection, 4(3), 15-28. (In Persian)

Loy, S., Amjad, T. Assi., Rabi, H., Morgan, M. and Jantrania, A. (2018) .The effect of municipal treated wastewater on the water holding properties of a clayey, calcareous soil. Science of the Total Environment, 643, 807–818.

Mahmoudi, Sh. and Hakimian, M. (2000). Basics of soil science (3rd edition) Tehran University Publications, pages 33 to 57. (In Persian)

Nadav, I., Arye, G., Tarchitzky J. and Chen, Y. (2012). Enhanced infiltration regime for treated-wastewater purification in soil aquifer treatment (SAT). Journal of Hydrology, 421, 275–283.

Taghi Khoo, M. (2011). The effect of irrigation with urban sewage of Shahrekord on some physical and chemical characteristics of soil, growth and yield of red bean. Master's thesis in the field of soil engineering, majoring in physics and soil protection, Faculty of Agriculture, Shahrekord University. (In Persian)

Taghvaian, S., Alizadeh, A. and Danesh, Sh. (2007). The effect of using wastewater in irrigation on the physical and some chemical characteristics of the soil. Irrigation and Drainage, 1(1), 61-49. (In Persian)

Tunc, T. and Sahin, U. (2015). The changes in the physical and hydraulic properties of a loamy soil under irrigation with simpler-reclaimed wastewaters. Agricultural Water Management, 158, 213–224.

Valiantzas, JD., Aggelides, S., and Sassalou, A. (2001). Furrow infiltration estimation from time to a single advance point. Agricultural Water Management, 52,17-32.

Vali Nejad, M., Mostafazadeh, B. and Mirmohammadi Meybodi, SAM. (2012). The effect of Shahin Shahr treated wastewater on the agricultural and chemical characteristics of corn under rain and surface irrigation systems. Agricultural Sciences and Natural Resources, 9(1), 103-115.

Yazdani, V., Kahraman, B., Davari, K. and Fazli, A. (2013). The effect of wastewater on the physical and chemical characteristics of soil. Environmental Science and Technology, 16, 558-543. (In Persian) 

 

---