تعيين مقدار بهينه زئوليت به منظور مهار رواناب و رسوب خاک آتش سوزي شده تحت شرايط آزمايشگاهي
الموضوعات :لیلا غلامی 1 , عطااله کاویان 2 , نبیه کریمی 3
1 - دانشيارگروه مهندسي آبخيزداري، دانشکده منابع طبيعي، دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبيعي ساري، ،ساري، ايران.
2 - استاد گروه مهندسي آبخيزداري، دانشکده منابع طبيعي، دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبيعي ساري، ايران.
3 - دانش آموخته دکتري، گروه علوم و مهندسي آبخيزداري، دانشکده منابع طبيعي، دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبيعي ساري، ايران.
الکلمات المفتاحية: اصلاح کننده هاي خاک, حفاظت خاک و آب, مقدار بهينه زئوليت, مولفه هاي رواناب و رسوب,
ملخص المقالة :
aزمينه و هدف: تغييرات رطوبت خاك و پايداري خاکدانه ها چه در کوتاه مدت و چه در بلندمدت پس از آتش سوزي به دليل نقش مهمي که در رشد و تغذيه گياه و فرسايش خاك دارند از اهميت بالايي برخوردار است. در همين راستا استفاده از افزودني ها در حفاظت خاک و آب به منظور استفاده پايدار از منابع آب و خاک ضروري است. حفاظت خاک و آب نيازمند تعيين مقدار بهينه افزودني هاي خاک مي-باشد تا از آلودگي هاي آب با کاربرد کودهاي شيميايي جلوگيري گردد. با اين وجود، تعيين مقدار بهينه افزودني هاي مختلف خاک با هدف کمّي سازي اثر آن ها بر مؤلفه هاي رواناب و هدررفت اجزای خاک کم تر توجه شده است. پژوهش حاضر به منظور تعيين مقدار بهينه زئوليت در خاک تحت تاثير آتش سوزي در شرايط آزمايشگاهي انجام شد. روش پژوهش: در پژوهش حاضر از افزودني زئوليت با مقادير 250، 500 و 750 گرم بر مترمربع در خاک برداشت شده از کاربري مرتع استفاده شد. نتايج اوليه روي خاک نشان داد که بافت خاک، ماده آلي، کربن آلي و pH به ترتيب رسي، 47/0 درصد، 27/0 درصد و 86/7 بود. بعد از آماده‌سازي خاک و قرارگيري آن در داخل کرت ها (با مقياس 5/0 مترمربع)، تيمار آتش‌سوزي روي خاک اِعمال شد. براي اين منظور مقادير حدود 250 گرم بقاياي گونه‌هاي مرتعي هوا خشک در هر مترمربع ريخته شد و سپس آتش‌سوزي اِعمال شد. کرت ها تحت سامانه شبيه ساز باران براي شدت بارش 50 ميلي متر بر ساعت قرار گرفت. سپس نمونه هاي رواناب و رسوب در کرت هاي شاهد و حفاظت شده با زئوليت در سه تکرار جمع آوري شدند. حجم کل نمونه رواناب و غلظت رسوب آن به مدت 24 ساعت در حالت ثابت نگه داري شد و حجم آب اضافي نمونه ها تخليه و در نهايت نمونه ها به مدت 24 ساعت در آون با دماي 105 درجه سانتي گراد قرار گرفت. يافته ها: نتايج آماري دلالت بر اثر معني دار افزودني زئوليت با مقادير 250، 50 و 750 گرم بر مترمربع در سطح خاک آتش سوزي روي افزايش 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 چنين نتايج نشان داد که درصد حفاظت زمان شروع رواناب در تيمار زئوليت با مقادير 250، 500 و 750 گرم بر مترمربع به ترتيب 61/1، 30/17 و 04/20 درصد بوده است. درصد تغييرات حجم رواناب در خاک آتش سوزي شده با کاربرد افزدني زئوليت با مقادير مختلف به ترتيب 00/8، 66/10 و 66/22 درصد بود. نتايج هدررفت خاک حاکي از آن است که درصد حفاظت افزودني زئوليت در خاک آتش سوزي شده پس از کاربرد زئوليت با مقادير استفاده شده به-ترتيب 24/14، 03/32 و 33/38 درصد بود. در نهايت درصد تغييرات افزودني زئوليت در خاک آتش سوزي شده روي غلظت رسوب نيز به ترتيب 13/21، 90/24 و 41/21 درصد بود. نتايج: پديده آتش سوزي در تيمار شاهد موجب کاهش تخلخل خاک و ايجاد لايه آبگريزي شده که مقدار نفوذپذيري خاک نيز کاهش يافته و همچنين منجر به خشک شدن خاک به ويژه در لايه سطحي شده و به طور قابل توجهي رواناب و انتقال رسوب را افزايش مي دهد. نتايج زيرگروه بندي تيمارهاي مختلف زئوليت روي زمان شروع رواناب نشان داد که زئوليت با مقدار 750 گرم بر مترمربع در زيرگروه سوم قرار گرفت که به عنوان مقدار بهينه براي افزايش زمان شروع و کاهش حجم رواناب در شرايط پس از آتش سوزي خاک انتخاب شد. هم چنين، بررسي اثر حفاظتي و گروه بندي مقادير مختلف زئوليت نشان داد که زئوليت با مقادير 250 و 500 گرم بر مترمربع به ترتيب روي غلظت رسوب و هدررفت خاک به دليل اثر يکسان آن با ساير مقادير و نيز بحث صرفه اقتصادي آن بهتر بودند. بنابراين براي بررسي تغييرات مولفه هاي غلظت رسوب و هدررفت خاک به عنوان مقدار بهينه و کاربردي پيشنهاد مي گردند.
Adams, J. E. (1966). Influence of mulches on runoff, erosion, and soil moisture depletion. Soil Science Society of America Journal, 30(1), 110-114.
Agbeshie, A. A., Abugre, S., Atta-Darkwa, T., & Awuah, R. (2022). A review of the effects of forest fire on soil properties. Journal of Forestry Research, 33(5), 1419-1441.
Agbeshie, A. A., Abugre, S., Atta-Darkwa, T., Awuah, R. (2022). A review of the effects of forest fire on soil properties. Journal of Forestry Research. 33(5), 1419-1441.
Aghaalikhani, M., Gholamhoseini, M., Dolatabadian, A., Khodaei-Joghan, A., & Sadat Asilan, K. (2012). Zeolite influences on nitrate leaching, nitrogen-use efficiency, yield and yield components of canola in sandy soil. Archives of Agronomy and Soil Science, 58(10), 1149-1169.
Akbarzadeh, Ghorbani, Shuja, Naderi Khorasgani, Mohammadi, Jahangard, & Taghizadeh Mehrjardi. (2017). The effect of fire on water repellency and the amount and factors of soil erosion in the forests of the southwestern shores of the Caspian Sea. Iranian Forest Journal, 9(1), 145-157. [in Persian]
Alcañiz, M., Outeiro, L., Francos, M., & Úbeda, X. (2018). Effects of prescribed fires on soil properties: A review. Science of the Total Environment, 613, 944-957.
Belcher, C. M. (Ed.). (2013). Fire phenomena and the Earth system: an interdisciplinary guide to fire science. John Wiley & Sons.
Benkova, M., Filcheva, E., Raytchev, T., Sokolowska, Z., & Hajnos, M. (2005). Impact of different ameliorants on humus state in acid soil polluted with heavy metals. Physicochemical managemnt of acid soils polluted wiyh eevy metals, 93p.
Bento-Gonçalves, A., Vieira, A., Úbeda, X., & Martin, D. (2012). Fire and soils: Key concepts and recent advances. Geoderma, 191, 3-13.
Bernardi, A., Olivera, P., Melo Monte, M., Polidoro, J.C., and Barros, F.S. (2010). Brazilian sedimentary zeolite uses in agriculture. World Congress of Soil Science, 120, 52-68.
Bhattacharyya, R., Fullen, M. A., Davies, K., & Booth, C. A. (2010). Use of palm-mat geotextiles for rainsplash erosion control. Geomorphology, 119(1-2), 52-61.
Brannvall, E. (2007). Improvement of storm water runoff treatment system with natural mineral sorbent. Geologija. Vilnius, 59, 72-76.
Brath, A., Montanari, A., & Moretti, G. (2006). Assessing the effect on flood frequency of land use change via hydrological simulation (with uncertainty). Journal of hydrology, 324(1-4), 141-153.
Certini, G. (2005). Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia, 143, 1-10.
DeBano, L.F. (2000). The role of fire and soil heating on water repellency in wildland environments: a review. Journal of Hydroly. 231,195–206.
Defersha, M. B., Quraishi, S., & Melesse, A. (2011). The effect of slope steepness and antecedent moisture content on interrill erosion, runoff and sediment size distribution in the highlands of Ethiopia. Hydrology and Earth System Sciences, 15(7), 2367-2375.
Fernández, C., & Vega, J. A. (2016). Are erosion barriers and straw mulching effective for controlling soil erosion after a high severity wildfire in NW Spain?. Ecological Engineering, 87, 132-138.
Fox, D., Berolo, W., Carrega, P., & Darboux, F. (2006). Mapping erosion risk and selecting sites for simple erosion control measures after a forest fire in Mediterranean France. Earth Surface Processes and Landforms: The Journal of the British Geomorphological Research Group, 31(5), 606-621.
Garrido-Ruiz, C., Sandoval, M., Stolpe, N., & Sanchez-Hernandez, J. C. (2022). Fire impacts on soil and post fire emergency stabilization treatments in Mediterranean-climate regions. Chilean journal of agricultural research, 82(2), 335-347.
Ghazavi, R. (2015). The application effects of natural zeolite on soil runoff, soil drainage and some chemical soil properties in arid land area. International Journal of Innovation and Applied Studies, 13(1), 172.
Gholami Gohra, R., Sadeghi, S.H.R., Mirnia, S.Kh., & Suleiman Khani, Z. (2018). The effect of mild fire on infiltration, runoff and sedimentation of pasture in Kadir region. Watershed science and engineering, 5 (17), 23-31. [in Persian]
Gholami, L., Hasanzadeh, N., Darvishan, A. K., & Younesi, H. (2022). Individual and combined application of powder and soluble nanoclay and biochar on hydrological responses and soil loss at plot scale. Arabian Journal of Geosciences, 15(1), 50-62.
Gholami, L., Karimi, N., & Kavian, A. (2019). Soil and water conservation using biochar and various soil moisture in laboratory conditions. Catena, 182, 1-10.
Gholami, L., Khaledi Darvishan, A., & Kavian, A. (2016a). Wood chips as soil conservation in field conditions. Arabian Journal of Geosciences, 9, 1-11.
Gholami, L., Sadeghi, S. H. R., & Homaee, M. (2016B). Different effects of sheep manure conditioner on runoff and soil loss components in eroded soil. Catena, 139, 99-104.
González-Pelayo, O., Gimeno-García, E., Ferreira, C. S. S., Ferreira, A. J. D., Keizer, J. J., Andreu, V., & Rubio, J. L. (2015). Water repellency of air-dried and sieved samples from limestone soils in central Portugal collected before and after prescribed fire. Plant and Soil, 394, 199-214.
Gyssels, G., Poesen, J., Bochet, E., & Li, Y. (2005). Impact of plant roots on the resistance of soils to erosion by water: a review. Progress in physical geography, 29(2), 189-217.
Heidary, J., Ghorbani Dashtaki, S., Raiesi, F., & Tahmasebi, P. (2015). Effect of rangeland fire on soil physical properties and water infiltration parameters using principle component analysis. Water and Soil, 28(5), 964-975.
Inbar, A., Lado, M., Sternberg, M., Tenau, H., & Ben-Hur, M. (2014). Forest fire effects on soil chemical and physicochemical properties, infiltration, runoff, and erosion in a semiarid Mediterranean region. Geoderma, 221, 131-138.
Kavian, A., Gholami, L., Mohammadi, M., Spalevic, V., & Soraki, M. F. (2018). Impact of wheat residue on soil erosion processes. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 46(2), 553-562.
Kavian, A., Mohammadi, M., Cerdà, A., Fallah, M., & Gholami, L. (2019). Calibration of the SARI portable rainfall simulator for field and laboratory experiments. Hydrological Sciences Journal, 64(3), 350-360.
Khaledi Darvishan, A., Sadeghi, S. H., Homaee, M., & Arabkhedri, M. (2014). Measuring sheet erosion using synthetic color‐contrast aggregates. Hydrological Processes, 28(15), 4463-4471.
Kimhi, A. (2003). Plot size and maize productivity in Zambia: the inverse relationship re-examined. 888, 1-27.
Kukal, S. S., & Sarkar, M. (2010). Splash erosion and infiltration in relation to mulching and polyvinyl alcohol application in semi-arid tropics. Archives of Agronomy and Soil Science, 56(6), 697-705.
Loáiciga, H. A., Pedreros, D., & Roberts, D. (2001). Wildfire-streamflow interactions in a chaparral watershed. Advances in Environmental Research, 5(3), 295-305.
Loures, L., Dias, S., Ramos, T., Nunes, J., & Viegas, A. (2012). Severe forest fires: Assessment methods and reclamation techniques. International Journal of Energy and Environment, 6(4), 424-432.
Lucas‐Borja, M. E., Delgado‐Baquerizo, M., Muñoz‐Rojas, M., Plaza‐Álvarez, P. A., Gómez‐Sanchez, M. E., González‐Romero, J., Peña-Molina, P.,Moya, D.,de las Heras, J. (2021). Changes in ecosystem properties after post‐fire management strategies in wildfire‐affected Mediterranean forests. Journal of Applied Ecology, 58(4), 836-846.
Lucas-Borja, M. E., Plaza-Alvarez, P. A., Xu, X., Carra, B. G., & Zema, D. A. (2023). Exploring the factors influencing the hydrological response of soil after low and high-severity fires with post-fire mulching in Mediterranean forests. International Soil and Water Conservation Research, 11(1), 169-182.
Mohabati, Nyusha, Gholami, Kavian, Atala, & Shokrian. (2021a). The effect of compost and zeolite in different periods of time on the amount of soil erosion. Journal of Water and Soil Conservation Research, 28(4), 207-224. [in Persian]
Mohabati, Nyusha, Gholami, Kavian, Atala, & Shokrian. (2021b). Changes in soil hydrophobicity using zeolite, compost and the combination of zeolite and compost. Destruction and restoration of natural lands, 2(3), 44-54. [in Persian]
Myronidis, D. I., Emmanouloudis, D. A., Mitsopoulos, I. A., & Riggos, E. E. (2010). Soil erosion potential after fire and rehabilitation treatments in Greece. Environmental modeling & assessment, 15, 239-250.
Napper, C. (2006). Burned area emergency response treatments catalog. USDA Forest Service. National technology & development program. Watershed, Soil, Air Manag. 0625, 254-271.
Norway. (1390). The effect of fire on some physical, chemical and micromorphological characteristics of forest soils in Gilan province. Master's Thesis in Soil Science, Faculty of Agriculture, Gilan University, Iran. 122p [in Persian]
Nowrozi M. and Ramadanpour h. 1391 Effects of flood and fire on some soil characteristics of Lakan forest in Gilan province. Journal of Agricultural Sciences and Techniques and Natural Resources, Water and Soil Sciences, 16, 61-75. [in Persian]
Nunes, J. P., Bernard‐Jannin, L., Rodríguez‐Blanco, M. L., Boulet, A. K., Santos, J. M., & Keizer, J. J. (2020). Impacts of wildfire and post‐fire land management on hydrological and sediment processes in a humid Mediterranean headwater catchment. Hydrological Processes, 34(26), 5210-5228.
Pan, G., Tan, S., Yu, G., and Yin, S. (1991). Some agricultural properties of natural zeolite. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 7, 31-46.
Peduto, D., Iervolino, L., & Foresta, V. (2022). Experimental analysis of the fire-induced effects on the physical, mechanical, and hydraulic properties of sloping pyroclastic soils. Geosciences, 12(5), 198.
Pereira, P., Francos, M., Brevik, E. C., Ubeda, X., & Bogunovic, I. (2018). Post-fire soil management. Current Opinion in Environmental Science & Health, 5, 26-32.
Pierson, F. B., Robichaud, P. R., Moffet, C. A., Spaeth, K. E., Williams, C. J., Hardegree, S. P., & Clark, P. E. (2008). Soil water repellency and infiltration in coarse-textured soils of burned and unburned sagebrush ecosystems. Catena, 74(2), 98-108.
Prats, S. A., Malvar, M. C., Martins, M. A. S., & Keizer, J. J. (2014). Post-fire soil erosion mitigation: a review of the last research and techniques developed in Portugal. Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters, (40), 403-427.
Qolizadeh Sarabi, sh. (2008). Water infiltration in soil with different salinities of irrigation water in different soils. Master thesis of Shiraz University. 85P. [in Persian]
Ramesh, K., & Reddy, D. D. (2011). Zeolites and their potential uses in agriculture. Advances in agronomy, 113, 219-241.
Robichaud, P. R., Ashmun, L. E. and Sims, B. D. (2010). Post-fire treatment effectiveness for hillslope stabilization. General Technical Report RMRS-GTR-240. Fort Collins, CO: Rocky Mountain Research Station, Forest Service, US Department of Agriculture, 62 p.
Robichaud, P. R., Wagenbrenner, J. W., Pierson, F. B., Spaeth, K. E., Ashmun, L. E., & Moffet, C. A. (2016). Infiltration and interrill erosion rates after a wildfire in western Montana, USA. Catena, 142, 77-88.
Sadeghi, S. H. R., Gholami, L., Sharifi, E., Khaledi Darvishan, A., & Homaee, M. (2015). Scale effect on runoff and soil loss control using rice straw mulch under laboratory conditions. Solid Earth, 6(1), 1-8.
Shakesby, R. A., Doerr, S. H., & Walsh, R. P. D. (2000). The erosional impact of soil hydrophobicity: current problems and future research directions. Journal of hydrology, 231, 178-191.
Silvério, D. V., Brando, P. M., Bustamante, M. M., Putz, F. E., Marra, D. M., Levick, S. R., & Trumbore, S. E. (2019). Fire, fragmentation, and windstorms: A recipe for tropical forest degradation. Journal of Ecology, 107(2), 656-667.
Szerement, J., Ambrożewicz-Nita, A., Kędziora, K., & Piasek, J. (2014). Use of zeolite in agriculture and environmental protection. A short review. USD, (781), 172-177.
Szerment, J., Ambrozewich-Nita, A., Kedziora, K., and Piasek, J. (2014). Use of zeolite in agriculture and environmental protection. A short review. UDC. 96, 666-691.
Turan, N. G. (2008). The effects of natural zeolite on salinity level of poultry litter compost. Bioresource technology, 99(7), 2097-2101.
Vega, J. A., Fernandez, C., Fonturbel, T., Gonzalez-Prieto, S., & Jimenez, E. (2014). Testing the effects of straw mulching and herb seeding on soil erosion after fire in a gorse shrubland. Geoderma, 223, 79-87.
Wischmeier, W. H., & Smith, D. D. (1978). Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning (No. 537). Department of Agriculture, Science and Education Administration. Wischmeier, W.H. and Smith D.D. 1978. Predicting rainfall erosion losses: A guide to conservation planning. Agriculture handbook No. 537, USDA, Washington, DC, USA. 58 p.
Xiubin, H. E., & Zhanbin, H. (2001). Zeolite application for enhancing water infiltration and retention in loess soil. Resources, conservation and recycling, 34(1), 45-52.
