محمدامیر دلاور
-
این آزمایش به منظور بررسی اثرات استفاده از سطوح مختلف بیوچار معدنی و محلول پاشی متیل جاسمونات بر برخی خصوصیات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی جو بهاره تحت شدت های مختلف تنش خشکی به صورت گلخانه ای انجام شد. در این آزمایش سطوح تنش، شامل آبیاری کامل (شاهد)، تنش ملایم (60 درصد ظرفیت زراعی) و تنش شدید (30 درصد ظرفیت زراعی)، سطوح بیوچار شامل صفر (شاهد)، 1/5 درصد وزن خاک و 3 درصد وزن خاک و سطوح محلول پاشی متیل جاسمونات شامل صفر (شاهد)، 75 و 150 میکرومول بر لیتر بود. تنش خشکی هم در سطح ملایم و هم در سطح شدید باعث اختلاف معنی دار در صفات مورد مطالعه شد. اعمال تنش خشکی باعث کاهش سرعت فتوسنتز، هدایت روزنه ای، کارایی مصرف آب فتوسنتزی، شاخص سبزینگی و همچنین افزایش غلظت مالون دی آلدئید، پرولین و کربوهیدرات محلول شد اما استفاده از سطوح مختلف بیوچار در خاک و همچنین محلول پاشی متیل جاسمونات باعث بهبود این شاخص ها و صفات شدند. همچنین، استفاده از سطوح بالاتر این مواد، در بعضی از صفات و شاخص ها، اثرات مثبت قابل توجهی ایجاد نکرد. به نظر می رسد که استفاده از این مواد ضد تنش، روشی مطلوب در جهت مقابله با تنش کمبود آب باشد اما استفاده از سطوح بالاتر از مطلوب باعث ایجاد اثرات منفی خواهد شد.
کلید واژگان: تعرق, تنش خشکی, فتوسنتز, کربوهیدرات محلول, محتوای نسبی آبThis experiment was conducted in order to investigation the effects of using different quantities of mineral biochar and spraying of methyl Jasmonate on some of the physiological and biochemical characteristics of spring barley under moderate and severe levels of drought stress at the experimental greenhouse of the university of Zanjan as a factorial experiment in randomized complete block design in pots in five replications in 2019-2020. In this experiment levels of stress included in three levels of drought stress (100% FC as the none stressed, 60% FC as the mild stress and 30% FC as the severe stress), biochar application before cultivation in three levels (without biochar, 1.5 % and 3% of the soil weight) and foliar spraying of methyl Jasmonate in three levels (0, 75 and 150 μmol per liter). Results showed that drought both in moderate and in severe levels caused significant difference in studied factors. Drought led to reduction in photosynthesis, stomatal conductance, photosynthetic water use efficiency, SPAD index as well as increasing in concentration of MDA, proline and soluble carbohydrate but using different levels of biochar in soil and spraying Methyl Jasmonate caused enhancement in these characteristics. Although using higher levels of these materials didn’t have considerable positive effects on studied factors. Moreover, application of higher levels of these materials, did not make considerable positive effects in some attributes and indexes. It seems that using these anti-stress substances, can be a stimulating approach against lack of water, however, utilization of higher levels can be more disastrous for crop plants.
Keywords: Drought Stress, Photosynthesis, Relative Water Content, Soluble Carbohydrate, Transpiration -
آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با پنج تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان در دو سال زراعی متوالی 1399 و 1400 بر روی گیاه جو رقم جلگه انجام شد. در این آزمایش دو سطح آبیاری (آبیاری کامل به عنوان شاهد و قطع آبیاری در مرحله گلدهی)، چهار سطح بیوچار (بدون بیوچار به عنوان شاهد، 0.25، 0.5 و یک درصد وزن خاک) و سه سطح هورمون متیل جاسمونات همزمان با گلدهی و اعمال تنش (بدون محلول پاشی به عنوان شاهد، 50 و 100 میکرومول در لیتر متیل جاسمونات) مورد استفاده قرار گرفت. بر این اساس تنش، بیوچار و متیل جاسمونات بر محتوای پرولین، کربوهیدرات، نشت الکترولیت ها، غلظت رنگ دانه های فتوسنتزی، وزن خشک کل، تعداد سنبله بارور، وزن هزاردانه و همچنین عملکرد اقتصادی جو تاثیر معنی دار گذاشتند. علی رغم اینکه غلظت پرولین و کربوهیدرات و میزان نشت الکترولیت در اثر تنش خشکی افزایش و غلظت رنگ دانه های فتوسنتزی کاهش یافت، اما استفاده از بیوچار به میزان 0.25 وزن خاک و محلول پاشی متیل جاسمونات به غلظت 50 میکرومول در لیتر در بسیاری از صفات مورد مطالعه باعث تعدیل اثرات تنش خشکی شده و در نهایت منجر به بهبود رشد و عملکرد جو شدند. از نتایج به دست آمده در آزمایش مشخص شد که استفاده از سطوح بالای این مواد ضد تنش در بعضی از موارد نه تنها نمی توانند اثرات مطلوبی در جلوگیری از اثرات مخرب تنش خشکی داشته باشند، بلکه در مواردی منجر به تشدید این اثرات شده و باعث کاهش رشد و عملکرد گیاه می شوند.
کلید واژگان: پرولین, رنگ دانه فتوسنتزی, قطع آبیاری, کربوهیدرات های محلول, تنظیم کننده رشد گیاهیIntroductionBarley (Hordeum vulgare L.) is among the most influential cereals, and a wide range of populations in several regions of the world (Sallam et al., 2019). However, there are some restrictions for accomplishment to the potential production, which the most consequential one among them, water shortage, a drastic obstacle in many regions of the world, in particular in arid and semi-arid areas. Water scarcity, results in plenty of disturbances in plant functions like cell division and elongation, water and nutrients relations, photosynthesis, enzymes activity, stomata movement, assimilate partitioning, respiration, oxidative damage, growth, and productivity, as several types of researches show that water shortage in the soil cause many disorders in plant tissues, which in turn leads to a punctual diminish in the photosynthesis rate (Todorova et al., 2022). Under circumstances of water shortage, the electron transport through PSII is prohibited, and the oxygen-evolving complex of PSII is damaged (Georgieva et al., 2005). In repercussion, depends on the times, duration of facing, and stress intensity, developmental stage, and kind of tissue, plant defenses against it differently.
Materials and methodsAn experiment as a factorial in a completely randomized block design in five replications at the experimental greenhouse of the University of Zanjan was carried out in two years 2021 and 2022. In this study two regimes of irrigation (D0, regular irrigation as the control, D1, Water Deficit for two weeks immediately after flowering), four levels of biochar (zero% as the control treatment, 0.25, 0.5 and 1 percent of soil weight) and three levels of spraying Methyl Jasmonate (zero μmol as the control treatment, 50 and 100 μmol) at the same time with flowering stage and starting withholding water, were executed.
Results and discussionResults demonstrated that utilized treatments had significant effects on studied parameters. Results illustrated that, despite the fact that proline content, carbohydrate and quantity of electrolyte leakage were elevated as a result of drought stress, and accumulation of photosynthetic pigments were dwindled, however, application of biochar in the soil and foliar spraying of methyl Jasmonate caused modulating the effects of drought stress. Lack of water can reduce the concentration of photosynthetic pigments, mainly chlorophylls and carotenoids, as it causes oxidation which leads to diminishing the biosynthesis of pigments (Pandey et al., 2012). It is claimed that using biochar ameliorates the reduction of pigments in stressed plants as a result of better surface area, higher water holding capacity, more cation exchange capacity, and useful absorptive features of biochar (Ibrahim et al., 2020). Moreover, the drought stress resulted in a substantial elevation in the concentration of proline (PC) which might be as a result of devastating impacts of drought on the performance of plasma membrane as well as the process which leads to dehydration of cytoplasm, which in turn results in boosting proline concentration in Barley plants under drought situation (Hafez et al., 2020). It is said that biochar reduces proline content, because of its impact on maintenance of plasma membrane in a stable situation, modulating the pressure of water in cell, and enhancing the ability of plants in conserving relative water content (Ahmed et al., 2016). Furthermore, methyl Jasmonate (MJ) may facilitate the strengthening of cell walls and effectively neutralize excessive increase in the level of ROS during further exposure to the stress factor, thereby preventing the damage of cellular membrane structures and changes in their permeability under stress conditions (Hayat and Ahmad., 2007).
ConclusionThe current study represents that Barley can tolerate drought stress through several mechanisms such as modulating some biochemical compounds. In this study drought was shown to have negative impacts on some of the studied physiological and biochemical parameters. Results demonstrated that the use of biochar and Methyl Jasmonate can improve the adaptation ability of Barley plants to water shortage, associated with enhancement in morpho-physiological and biochemical traits. Soil content of biochar at 0.25% w/w and Methyl Jasmonate leaf applies at 50 micro moles protected plants against drought stress. Importantly higher doses of biochar and Methyl Jasmonate had negative impacts, highlighting the need to better understand optimal doses, and mechanisms of action of these amendments.
Keywords: Photosynthetic pigment, Plant growth regulator, Proline, Soluble carbohydrates, withholding water -
طبقه بندی داده های نامتعادل به یک موضوع تحقیقاتی مهم در زمینه داده کاوی تبدیل شده است. هدف از انجام این پژوهش شناسایی صحیح نمونه های کلاس اقلیت و افزایش دقت طبقه بندی کلاس های خاک با استفاده از رویکرد مدل تجمعی در بخشی از اراضی جنوب غربی استان زنجان است. تعداد 148 خاکرخ با روش الگوی شبکه بندی منظم و میانگین فاصله 500 متر حفر، تشریح و با تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی تا سطح فامیل رده بندی گردید. مناسب ترین متغیرهای محیطی بر اساس نظر کارشناسی و رویکرد تحلیل مولفه اصلی از میان 57 متغیر شامل اطلاعات نقشه های ژیومورفولوژی و زمین شناسی، مدل رقومی ارتفاع و داده های حاصل از تصاویر ماهواره ای لندست 8 برای پیش بینی کلاس های خاک انتخاب شد. مدل سازی رابطه خاک - زمین نما با استفاده از الگوریتم های یادگیرنده جنگل تصادفی، درخت تصمیم توسعه یافته و رگرسیون لجستیک چندجمله ای و مدل تجمعی (بعد از متعادل سازی داده ها) در محیط نرم افزار "Rstudio" انجام شد. صحت کلی و ضریب کاپا برای ارزیابی کلاس های خاک در سطح زیرگروه به ترتیب در مدل های فردی رگرسیون لجستیک چندجمله ای 65 درصد و 0/41، جنگل تصادفی 65 درصد و 0/32، درخت تصمیم توسعه یافته 60 درصد و 0/35 و در مدل تجمعی 70 درصد و 0/62 به دست آمد. نتایج صحت کاربر و صحت تولیدکننده نشان داد در میان مدل های فردی، مدل رگرسیون لجستیک چندجمله ای دقت بالاتری در پیش بینی کلاس های خاک دارد.
کلید واژگان: رگرسیون لجستیک چندجمله ای, داده های نامتعادل, متعادل سازی داده, کلاس اقلیتIntroductionImbalanced data remains a widespread and significant challenge, particularly impacting machine learning algorithms. Therefore, addressing imbalanced data classification has emerged as a crucial research area within the field of data mining. This issue, often characterized by a limited number of instances in one class and a substantial number in other classes, poses substantial hurdles for machine learning algorithms. Consequently, data mining experts and machine learning professionals are actively working on refining methods and models for classifying imbalanced data with the aim of improving the accuracy of such classifications. The principal objective of this study is to precisely detect and categorize samples from the minority class, ultimately enhancing the precision of soil class classification. This research is conducted in a specific region, encompassing the southwestern territories of Zanjan province.
Materials and MethodsTo achieve this objective, a total of 148 soil profiles were excavated using a regular grid pattern with an average spacing of 500 meters (and in some locations, up to 700 meters based on expert recommendations). After the samples were air-dried, they were transported to the laboratory. Physical and chemical analyses were conducted on all collected samples, including assessments of soil texture, soil pH, calcium carbonate equivalent, cation exchange capacity, electrical conductivity, organic carbon content, and gypsum content. Subsequently, the soil samples were meticulously classified and described up to the family level, following the comprehensive standards of the soil classification system. The most appropriate covariates were selected among 57 covariates including geomorphological and geological maps, digital elevation model (DEM), and data from Landsat 8 satellite images, using principal component analysis (PCA) and expert knowledge approaches for predicting soil classes selected. Saga-GIS and ENVI software were used to extract environmental covariates. Modeling of the soil-landscape relationship was performed using three algorithms, namely multinomial logistic regression (MNLR), random forest (RF), boosted regression tree (BRT) and ensemble model (after data balancing) in “R studio” software. To check the accuracy of the used model, the data was randomly divided into training and validation data. 80% of the data (118 profiles) were used for model training and 20% (30 profiles) were used as validation data for evaluation.
Results and DiscussionThe results of the selection of covariates showed that 10 information covariates of geomorphological maps, geological information and features extracted from the digital elevation model (DEM), including Analytical hill shading (AHS), sunrise, valley depth (VD), LS Factor, Channel network distance (CND), Topographic wetness index (TWI) and Multi-resolution ridge top flatness (MRRTF) were selected as input variables. Based on the results of profile analysis, the soils of the region at the subgroup level were categorized into five classes, with imbalanced distribution, including Typic Calcixerepts, Typic Haploxerepts, Gypsic Haploxerepts, Typic Xerorthents, and Lithic Xerorthents. The results of evaluation metrics such as overall accuracy and Kappa index were 65% and 0.32 for the RF algorithm, %60 and 0.35 for the boosted regression tree algorithm, 65% and 0.41 for the MNLR algorithm and after balancing the data with the ensemble model approach, it was 70% and 0.62 respectively. The results of two statistics of user’s accuracy and producer’s accuracy showed that among individual models, the multinomial logistic regression model has higher accuracy in predicting soil classes. Although the ensemble model has succeeded in predicting the soil minority classes well, due to the fact that the two weaker models of the RF and BRT are involved in the modeling, It showed lower values compared to the individual multinomial logistic regression model, in predicting some classes of the majority of soil, especially the two classes of Typic Haploxerepts and Typic Xerorthents.
ConclusionsIn summary, the results have demonstrated that when learning algorithms are individually applied, they do not exhibit high accuracy in spatially predicting soil classes. However, when these algorithms are amalgamated into an ensemble model, they exhibit remarkable accuracy in spatial soil class prediction, outperforming individual models in terms of performance and accuracy. Moreover, the ensemble model substantially enhances prediction accuracy and reduces the occurrence of misclassifications, especially at the subgroup level. While each specific model excels in predicting a particular soil classification, the cumulative ensemble models consistently outperform individual models in terms of overall performance and accuracy, underscoring the effectiveness of ensemble modeling in improving spatial soil classification.
Keywords: Boosted Regression Trees, Data balancing, Imbalanced dataset, Minority -
بمنظور بررسی اثر منابع مختلف ترکیبات گوگردار بهمراه تلقیح باکتری تیوباسیلوس بر گیاه ذرت در شرایط تنش فلزات سرب و روی، آزمایشی بصورت فاکتوریل طرح بلوک های کامل تصادفی در گلخانه تحقیقاتی کشاورزی دانشگاه زنجان در سال 1400 اجرا گردید. تیمارهای گوگرد شامل گوگرد عنصری (75/0، 25/1 و 2 گرم برکیلوگرم خاک) گوگرد همراه باکتری تیوباسیلوس (بیوگوگرد) (1، 2 و 3گرم برکیلوگرم خاک) و سولفات پتاسیم (5/0، 1 و 5/1گرم برکیلوگرم) بود. نتایج نشان داد که صفات مورفولوژیک، آناتومیک و فیزیولوژیک در مرحله رشد رویشی در تمام تیمارهای اعمال شده معنی دار شدند. تیمارهای اعمال شده نسبت به شاهد موجب افزایش میزان کلروفیل، فلورسانس و آنزیم ها گردید. این افزایش باعث کاهش دمای برگ، افزایش طول سلول-های برگ و در نتیجه موجب افزایش سطح برگ و سرعت برگ دهی در گیاهان گردید. در تیمار گوگرد بهمراه باکتری این افزایش بیشتر بود. اما تیمارهای گوگرد عنصری 2گرم و سولفات پتاسیم 5/1 گرم در گیاه تنش ایجاد کردند و موجب کاهش میزان صفات نسبت به شاهد شدند. همچنین گیاهان در خاک آلوده دچار تنش شدند و میزان صفات ذکر شده نیز کاهش یافتند. اما با اعمال تیمارها میزان صفات کاروتنویید، پروتیین کل و پروکسیداز افزایش یافتند که موجب کاهش تنش در گیاهان شدند و به تبع آن میزان صفات و شاخص های رشدی در گیاه نسبت به شاهد در خاک آلوده افزایش یافتند. می توان نتیجه گرفت که تیمار گوگرد همراه باکتری در مقایسه با دیگر تیمارها موجب فعال شدن سیستم دفاعی آنزیمی و غیرآنزیمی و متحمل شدن گیاه به تنش گردید. و نهایتا بهبود رشد گیاه را موجب می گردد.
کلید واژگان: آنزیم, بیوگوگرد, تنش سرب و روی, سطح برگJournal of Crop Improvment, Volume:25 Issue: 4, 2023, PP 1045 -1061Investigating the effect of various sources of sulfurous compounds along with the inoculation of Thiobacillus bacteria on corn plants under stress conditions of lead and zinc metals, Factorial experiment of randomized complete blocks design was carried out in the Agricultural Research Greenhouse of Zanjan University in 2021. The treatments include elemental sulfur (0.75, 1.25 and 2 g/kg soil), sulfur with thiobacillus bacteria(biosulfur) (1, 2 and 3 g/kg soil) and potassium sulfate (0.5, 1 and 1.5 g/kg soil). The results showed traits were significant in the vegetative growth stage in all applied treatments. The treatments increased the amount of chlorophyll, enzymes compared to the control. Then decreased the leaf temperature, Increasing the length of leaf cells. also, it increases the leaf area and leaf production rate in plants. This increase was higher in sulfur treatment with bacteria. But the treatments of 2 grams of elemental sulfur and 1.5 grams of potassium sulfate caused stress in the plant and reduced the amount of traits compared to the control. Also, the plants in contaminated soil were stressed and the amount of the mentioned traits also decreased. However, with the application of treatments, the amount of carotenoid, total protein and peroxidase traits increased, which reduced the stress in plants and increased the amount of traits and growth indicators compared to control in contaminated soil. Sulfur treatment with bacteria, compared to other applied treatments, by activating the enzymatic and non-enzymatic defense system of the plant, causes the plant to tolerate stress and improve plant growth.
Keywords: biosulfur, Enzymes, Leaf surface, lead, zinc stress -
سابقه و هدف
بررسی ها نشان داده اند که آلودگی فلزات سنگین در مزارع موجب ایجاد تنش و کاهش عملکرد شده است. این موضوع سبب نگرانی بابت خطر مصرف مواد غذایی آلوده برای سلامتی انسان گردیده. نقش تنظیم کننده های گیاهی در شرایط تنش فلزات سنگین در سال های اخیر مورد توجه بوده. سرب و روی(در غلظت بالا) فلزات سمی برای گیاهان می باشند، که به راحتی توسط سیستم ریشه ایی گیاه جذب می گردند. در نتیجه موجب آسیب به رشد و توسعه گیاه و جلوگیری از فعالیت آنزیمی می شوند. ذرت جهت برداشت دانه و علوفه دارای اهمیت اقتصادی می باشد. در مناطق آلوده به تنش فلزات سنگین، جذب این قبیل فلزات توسط گیاه، نه تنها باعث کاهش عملکرد گیاه می گردد، بلکه از نظر کیفی و تغذیه ای نیز اثر خود را بجا گذارد. جهت ارزیابی تاثیر غلظت و روش-های مختلف کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید بر رشد، فتوسنتز و ویژگی های آناتومیکی و فیزیولوژیکی در ذرت تحت تنش فلزات روی و سرب و همچنین امکان کاهش خطر سمیت این عناصر آزمایشی بصورت گلخانه انجام شد.
مواد و روش هااثر کاربرد هورمون سالیسلیک اسید روی گیاهان ذرت تحت تنش فلزات سنگین مورد بررسی قرار گرفت. غلظت فلزات شامل: دو غلظت سرب (0 و 250 میلی مولار) از منبع نیترات سرب و روی (0 و 2500 میلی مولار) از منبع سولفات روی بود. سالیسیلیک اسید به دو روش محلول پاشی برگی و پرایم بذر در غلظت های صفر (آب مقطر)، 750 و 1500 میکرومولار سالیسیلیک اسید و یک گروه بذری بدون تنش و بدون اعمال تیمار بعنوان شاهد انجام گردید. آزمایش بصورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی انجام شد. صفت های اندازه گیری شده شامل صفات مورفولوژیک (ارتفاع، دمای بوته، اختلاف دمای محیط و برگ و نسبت برگ دهی) و صفات فیزیولوژی (شاخص پایداری غشاء، فلورسانس کلروفیلی، پرولین، میزان قندهای محلول، کارتنویید، پروتیین و بعضی از آنزیم ها) و همچنین میزان جذب فلزات سرب و روی در بافت ریشه و بخش هوایی بوته بود. آزمایش در شرایط کشت هیدروپونیک صورت گرفت. نتایج بدست آمده با استفاده از نرم افزار آماری SPSS مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. مقایسه میانگین داده-ها نیز با نرم افزار SPSS و آزمون دانکن انجام شد. برای رسم جداول از نرم افزار Excel 2003 استفاده گردید.
یافته هاصفاتی مانند: دمای برگ، اختلاف دمای محیط و برگ و صفات فیزیولوژیک مانند: پرولین، میزان قندهای محلول، کارتنویید، پروتیین و بعضی از آنزیم ها افزایش یافتند و بعضی دیگر از صفات مانند: ارتفاع، و نسبت برگ دهی، شاخص پایداری غشاء، فلورسانس کلروفیلی نسبت به شاهد کاهش یافتند. مقایسه روش کاربرد سالیسیلیک اسید نشان داد در شرایط بدون تنش، پرایمینگ بذر نتایج بهتری در صفات اندازه گیری شده داشت. اما کاربرد محلول پاشی برگی تحت تنش سرب و روی از طریق کاهش جذب عناصر سنگین توسط سیستم ریشه باعث بهبود کارکردهای گیاهی و کاهش اثرات تنش شدند.
نتیجه گیریسالیسیلیک اسید سیستم دفاعی گیاهان را بوسیله سنتز تعدادی پروتیین و افزایش اسمولیت های پرولین و قندهای محلول و آنتی-اکسیدانت های آنزیمی و غیرآنزیمی مانند کارتنویید فعال می کند. در نتیجه کاهش تنش اکسیداتیو و محافظت از غشای کلروپلاستی و دستگاه فتوسنتزی، تولیدات فتوسنتزی بهبود می یابد در نتیجه ارتفاع و نسبت برگ دهی افزایش یافت. سالیسلیک اسید نیز جذب فلزات سنگین توسط سیستم ریشه گیاه و انتقال آن به بخش هوایی بوته بازداری کرد که موجب کاهش علایم تنش در بخش هوایی بوته شد. با اعمال سالیسلیک اسید بعضی ویژگی های مورد بررسی بوسیله کاهش اثرات تنش بهبود یافت. کاربرد روش محلول پاشی برگی باعث بهبود صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک در دوران رشد گیاه شد و بهتر از روش پرایم بذر عمل کرد. در نتیجه، به نظر می رسد در شرایط تنش فلزات سرب و روی می توان با تیمار محلول پاشی برگی، گیاه را نسبت به تنش این دو فلز متحمل کرد.
کلید واژگان: آنزیم های آنتی اکسیدان و پروتئین, پیش تیمار بذر و محلول پاشی برگ, پرولین, سرب و روی, دمای برگBackground and objectivesInvestigations showed that the pollution of heavy metals, especially lead, in fields has caused tension and decreased yield. This issue has caused concern about the risk of consuming contaminated food for human health. The role of plant regulators in heavy metal stress conditions has been of interest in recent years. Lead and zinc (in high concentration) are toxic metals for plants, which are easily absorbed by the plant's root system. As a result, they cause damage to plant growth and development and prevent enzyme activity. Maize is economically important for harvesting seeds and fodder. However, in areas contaminated with metal stress, due to the absorption of metals by the plant, the yield of the cultivated plant in these areas decreases, for this purpose, an experiment aimed at the effect of concentration and different methods of salicylic acid hormone on growth, photosynthesis and anatomical characteristics. and physiological in corn under the stress of zinc and lead metals and also the possibility of reducing the risk of toxicity of these elements is investigated.
Materials and methodsIn order to investigate the mitigating effects of two methods of applying salicylic acid hormone on corn plants under heavy metal stress, the experiment was carried out as follows. The concentration of metals included: different concentrations of lead (0 and 250 mM) and zinc (0 and 2500 mM) and the treatments were with two methods of foliar spraying and priming in zero concentrations (distilled water), 750 and 1500 μmol salicylic acid and a group of seeds without stress and no treatment were considered as controls. By implementing a factorial design on morphological traits (height, plant temperature, temperature difference between the environment and leaves, and leafing ratio) and physiological traits (membrane stability index, chlorophyll fluorescence, proline, soluble sugars, carotenoid, protein and some enzymes) as well as the absorption of lead and zinc metals in the root tissue and the aerial part of the plant under hydroponic cultivation conditions. The obtained results were subjected to statistical analysis using SPSS statistical software. The mean comparison of experimental data was also done with Duncan's test. Excel 2003 software was used to draw the figures.
ResultsMorphological traits such as: plant temperature, difference between Environment and leaf temperature and physiological traits such as: proline, soluble sugars, carotenoid, protein and some enzymes increased and some other traits such as: height, and leafing ratio, index Membrane stability, chlorophyll fluorescence decreased compared to the control. These traits showed better results in seed priming treatment without stress. However, the use of foliar spray under lead-zinc and lead stress improved the stress effects by reducing the absorption of heavy elements by the root system.
ConclusionsSA activates the defense system of plants by synthesizing a number of proteins and increasing proline osmolytes and soluble sugars and enzymatic and non-enzymatic antioxidants such as carotenoids. As a result of reducing the oxidative stress and protecting the chloroplast membrane and the photosynthetic apparatus, the photosynthetic production is improved, resultly, the height and the proportion of the leaves increased. SA also prevents the absorption of heavy metals by the root system of the plant and its transfer to the aerial part of the plant, which reduces the signs of stress in the aerial part of the plant. By applying salicylic acid, some properties were improved by reducing the effects of stress. The use of foliar spraying improved the physiological and morphological traits during plant growth and worked better than the seed priming method. resultly, in farms with two metals lead and zinc, it is possible to tolerate the stress of these two metals by foliar spraying treatment.
Keywords: Antioxidant Enzymes, Protein, Seed Pretreatment, spray, Proline, Lead, Zinc, Leaf Temperature -
نقشه برداری رقومی از روش های نوینی است که از الگوریتم های یادگیری ماشین و متغیرهای محیطی پیروی کرده و به دلیل صرفه جویی در زمان و هزینه انجام مطالعه برای پهنه بندی خصوصیات و کلاس های خاک در سطوح مختلف طبقه بندی کاربرد گسترده ای در سطح جهانی دارد. این پژوهش باهدف مقایسه کارایی مدل های یادگیری ماشین در پیش بینی مکانی زیرگروه های خاک در بخشی از اراضی استان زنجان انجام شد. برای این منظور، بر اساس الگوی طبقه بندی تصادفی با میانگین فاصله 500 متر، 148 خاک رخ حفر و تشریح گردید و مطابق با سامانه جامع رده بندی خاک به روش آمریکایی طبقه بندی شد. خاک ها در سطح زیرگروه در پنج کلاس تیپیک کلسی زرپتز، تیپیک هاپلوزرپتز، جیپسیک هاپلوزرپتز، تیپیک زراورتنتز و لیتیک زراورتنتز طبقه بندی شد. متغیرهای محیطی شامل نقشه های ژیومورفولوژی، زمین شناسی، توپوگرافی و داده های حاصل از تصاویر سنجش ازدور بود. 57 متغیر محیطی به عنوان نمایندگان عوامل خاک سازی استخراج گردید و با استفاده از روش تحلیل مولفه اصلی و نظر کارشناسان، موثرترین متغیرهای محیطی انتخاب شد. مدل سازی خاک - زمین نما با استفاده از الگوریتم های جنگل تصادفی، درخت تصمیم توسعه یافته و رگرسیون لجستیک چندجمله ای در محیط نرم افزار Rstudio انجام شد. صحت کلی و ضریب کاپا برای ارزیابی کلاس های خاک در سطح زیرگروه به ترتیب در مدل رگرسیون لجستیک چندجمله ای 65% و 0/41%، در مدل جنگل تصادفی 65% و 0/32 و در مدل درخت تصمیم توسعه یافته 60% و 0/35 به دست آمد. صحت کاربر و صحت تولیدکننده نشان داد که مدل رگرسیون لجستیک چندجمله ای برآورد قابل قبولی در پیش بینی مکانی زیرگروه های خاک ارایه می دهد. متغیرهای عمق دره، فاصله تا شبکه آبراهه، شاخص همواری بالای پشته با درجه تفکیک بالا و شاخص طول در جهت شیب دارای بیش ترین اهمیت در مدل رگرسیون لجستیک چندجمله ای بود. کلاس های خاک با فراوانی بیشتر صحت بالاتری داشت. که نشان می دهد رابطه مستقیمی بین فراوانی کلاس های خاک در داده های آموزشی با صحت نتایج پیش بینی کلاس های خاک برقرار است.
کلید واژگان: رگرسیون لجستیک چندجمله ای, ضریب کاپا, نقشه برداری رقومی خاک, ویژگی های توپوگرافیDigital soil mapping (DSM), which uses machine learning (ML) algorithms and environmental covariates, is used worldwide for predicting soil properties and classes, due to being time-effective and cost-saving. This research was conducted to compare ML models and their efficiency in predicting the spatial distribution of soil subgroups in part of Zanjan Province. For this purpose, sampling was carried out through a regular pattern with 500 meters intervals, and 148 soil profile samples were randomly collected and classified. The soils of the region at the subgroup level were categorized in five classes, including Typic Calcixerepts, Typic Haploxerepts, Gypsic Haploxerepts, Typic Xerorthents, and Lithic Xerorthents. Environmental covariates included geomorphological and geological maps, digital elevation model (DEM), and remote sensing (RS), selected by principal component analysis (PCA) and expert knowledge approaches. Fifty-seven environmental variables were extracted as representatives of soil forming factors. Modeling of the soil-landscape relationship was performed using three algorithms, namely, multinomial logistic regression (MNLR), random forest (RF), and boosted regression tree (BRT) in Rstudio software. The results of evaluation metrics such as overall accuracy and Kappa index were 65% and 0.32 for the RF algorithm, 60% and 0.35 for the BRT, and 65% and 0.41 for the MNLR. Referring to the importance of environmental variables, results showed that the four factors of valley depth, LS-Factor, channel network distance, and multiple resolution ridge top flatness index (MRRTF) were the most important variables in MNLR algorithm. Also, the results of two statistics of user’s accuracy (UA) and producer’s accuracy (PA) showed that the MNLR model performed better in the spatial prediction of soil at subgroup level. Soil classes with higher frequency had higher accuracy. The results of the prediction accuracy of soil classes showed that the model prediction is more accurate for the more frequent types in the observations.
Keywords: Multinomial logistic regression, Kappa index, Digital soil mapping, Terrain attributes -
خشکی یکی از مهم ترین تنش های محیطی است که عملکرد و اجزای عملکرد گیاهان را به صورت چشمگیری تحت تاثیر قرار می دهد. به منظور بررسی اثرات سطوح مختلف بیوچار معدنی و هورمون متیل جاسمونات بر رشد، عملکرد و اجزای عملکرد جو بهاره تحت سطوح مختلف تنش خشکی آزمایشی به صورت گلدانی به صورت فاکتوریل 3 عاملی در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در 5 تکرار در سال زراعی 99-1398 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه زنجان انجام شد. فاکتورهای موردبررسی شامل سطح تنش خشکی در سه سطح شامل بدون تنش (در حد ظرفیت زراعی)، تنش متوسط (60 درصد ظرفیت زراعی) و تنش شدید (30 درصد ظرفیت زراعی)، کاربرد بیوچار قبل از کشت در سه سطح شامل بدون بیوچار (شاهد) و مقادیر 1.5 و 3 درصد وزن خاک و همچنین محلول پاشی متیل جاسمونات در مرحله گلدهی در سه سطح (0، 75 و 150 میکرومول بر لیتر) بود. شاخص های اندازه گیری شده شامل نشت الکترولیت، غلظت پرولین و رنگیزه های فتوسنتزی، کارایی مصرف آب و محتوای نسبی آب برگ و همچنین عملکرد اقتصادی بود. نتایج حاکی از اثر معنی دار تیمارهای اعمال شده بر اکثر این شاخص ها بود. تمامی شاخص های موردبررسی در این آزمایش ازجمله کارایی مصرف آب، محتوای نسبی آب برگ، پرولین، نشت الکترولیت، رنگیزه های فتوسنتزی و عملکرد تحت تاثیر منفی تنش خشکی قرار گرفتند. بیشترین عملکرد در شرایط آبیاری نرمال و تیمار 75 میکرومول بر لیتر متیل جاسمونات و 1.5 درصد وزن خاک بیوچار به دست آمد (0.37 گرم در بوته) و کمترین میزان عملکرد (0.19 گرم در بوته) در تنش خشکی 30 درصد ظرفیت زراعی و بدون محلول پاشی متیل جاسمونات ایجاد شد. به طور مشخص استفاده از مقادیر پایین بیوچار و متیل جاسمونات باعث بهبود وضعیت گیاهان تنش دیده هم در سطح تنش شدید و هم تنش ملایم نسبت به شاهد بدون تیمار شدند؛ اما افزایش سطح استفاده از این دو ماده اثر مثبت چندانی در گیاهان نداشت.
کلید واژگان: تنش محیطی, جو, پرولین, نشت الکترولیت, کلروفیلIntroductionBarley (Hordeum vulgare L.) is among the most important cereal crops and large portions of human populations in many parts of the world depend on them as a source of food and animal feed. Drought is one of the most important environmental stresses which affects yield and yield components of plants significantly which plants respond and adapt to drought stress by means of various morphological, biochemical and physiological changes. Nowadays Biochar has been employed for scientific and commercial usage as a soil amendment for improving the productivity of crops. Results of researchs showes that Biochar makes a great contribution in crop plant's growth. For instance investigations showed that drought stressed chickpea plants exhibited considerable reduction in uptake of nitrogen and phosphorous which was ameliorated by Biochar treatments. Jasmonic acid (JA) and its methyl ester, methyl jasmonate (MeJA) are important cellular regulators involved in many growth, developmental and physiological processes. It was found that exogenous application of MeJA improved tolerance to drought, salinity, chilling (Rehman et al., 2018) and heavy metal stresses in different plant species.
Materials and methodsIn order to investigation of the impacts of different levels of mineral biochar and methyl Jasmonate on growth, yield and yield components of spring barley under different levels of drought stress a factorial experiment in randomized complete block design in pots in 5 replications was done in 2019-2020 at the experimental field of university of Zanjan. Reviewed factors included in three levels of drought stress (100% FC as the none stressed, 60% FC as the mild stress and 30% FC as the severe stress), biochar application before cultivation in three levels (without biochar, 1.5% and 3% of the soil weight) and foliar spraying of methyl Jasmonate in three levels (0, 75 and 150 μmol per liter Studied factors included electrolyte leakage, proline and photosynthetic pigments concentration, water use efficiency, relative water content and economical yield.
Results and discussionResults showed a significant impact of used treats on most of the characteristics. All studied factors in this experiment including WUE, RWC, proline, EL, photosynthetic pigments and yield were affected by drought stress but 1.5% biochar and 75 μmole per liter methyl Jasmonate resulted in enhancement of studied factors of stressed plants both in 60% of FC and in 30% of FC in comparison to untreated plants. But increasing in usage of these materials didn’t have any positive impact on studied plants. The highest economical yield was obtained in normal irrigation circumstance with foliage application of 75 μmole per liter of methyl jasmonate and using 1.5% of biochar per soil weight and the lowest yield was obtained when we used 30% of field capacity in irrigation without using methyl jasmonate.
ConclusionWe can find out from these results that as a whole drought in middle and severe levels can be disastrous for both morphological and physiological characteristics of every plant which results in reduction in economical yield. But it's necessary to mention this point that using stress moderator materials whether materials which are used in soil like Biochar or plant growth regulators like methyl Jasmonate which are known as the anti stress substances cause moderation in the catastrophic effects of drought stress which through enhancing some indexes like the relative water content and ameliorating of water use efficiency in comparison to untreated plants with these materials can diminish the severe impacts of stress and eventually through boosting economical yield can dwindle damages of drought. Nevertheless it's absolutely comprehensible from the results of the experiment that using too much of these materials not only do not have any positive effect on growth, physiological or biochemical indicators under drought stress but also can reduce these characteristics even to lower than their quantity in untreated plants.
Keywords: abiotic stress, Barley, chlorophyll, Electrolyte leakage, Proline -
علی رغم استفاده گسترده از روش های نقشه برداری رقومی خاک در مطالعات خاکشناسی، محدودیت های مربوط به عدم تعادل کلاس های خاک مانع عملکرد موفقیت آمیز بسیاری از الگوریتم های یادگیری ماشین در این روش ها شده است. از اینرو هدف از این پژوهش بهبود عملکرد مدل سازی داده های نامتعادل خاک با استفاده از روش پیش درمانی نمونه گیری مجدد در سه مدل پیش بینی شامل جنگل تصادفی، درخت تصمیم توسعه یافته و رگرسیون لجستیک چندجمله ای در بخشی از اراضی استان زنجان است. برای این منظور موقعیت 148 خاک رخ مشاهداتی بر اساس الگوی شبکه بندی منظم با فاصله 500 متر حفر و بر اساس استانداردهای سیستم جامع رده بندی خاک تشریح و طبقه بندی گردید. متغیرهای محیطی شامل اطلاعات نقشه های ژیومورفولوژی و زمین شناسی، مدل رقومی ارتفاع و داده های حاصل از تصاویر ماهواره ای لندست 8 بودند که بر اساس نظر کارشناسی و رویکرد تحلیل مولفه اصلی تعدادی از متغیرهای محیطی به عنوان موثرترین متغیرهای محیطی و ورودی مدل انتخاب گردید. مدل سازی با استفاده از داده های نامتعادل، منجر به از دست دادن کلاس های با مشاهده های کم تعداد برای هر سه مدل بود. در این شرایط مدل رگرسیون لجستیک چندجمله ای بالاترین دقت (66%) و ضریب کاپا (0/41) را نسبت به دو مدل دیگر نشان داد. پس از نمونه برداری مجدد داده ها در قالب فرآیند متعادل سازی، مدل درخت تصمیم توسعه یافته با حفظ کلاس های کم تعداد با صحت کلی 75% و ضریب کاپا 0/64 در پیش بینی مکانی زیرگروه های خاک، برآورد قابل قبولی ارایه داد.
کلید واژگان: بیش نمونه گیری, پیش تیمار داده, درخت تصمیم توسعه یافته, کلاس اقلیت, نمونه برداری مجددDespite the great use of digital soil maps, the problems of imbalance in classification disrupt the classification performance of many machine learning algorithms, and for this reason, it has attracted the attention of many researchers. Therefore, the aim of this research is to improve the classification of unbalanced soil data using resampling pretreatment technique in three forecasting models including Random forest (RF), Boosted regression trees (BRT) and Multinomial logistic regression (MNLR) in a part of the lands of Zanjan province in Iran.Sampling was done based on a regular grid pattern with 500 meters intervals, and 148 soil surfaces were randomly studied and classified. The region's soils at the subgroup level were in five classes with imbalanced distribution, including Typic Calcixerepts, Typic Haploxerepts, Gypsic Haploxerepts, Typic Xerorthents, and Lithic Xerorthents. Environmental covariates included geomorphological and geological maps, digital elevation model (DEM), and remote sensing (RS), selected by principal component analysis (PCA) and expert knowledge methods AND a number of environmental variables including geomorphological map information, Geological information and features extracted from the DEM were selected as the most effective environmental variables for predicting soil classes and as input to the model. Extraction of environmental covariates was done in ENVI and SAGA_GIS software and modeling of soil-landscape relationship was done using the aforementioned algorithms in Rstudio software. The resampling technique was applied to the minority and majority soil classes prior to modeling.The results showed that using original data that have imbalanced classes for mapping resulted in loss of the minority classes and relatively low Kappa agreement values and overall accuracy for RF (ovrall=65%, k=0.32) and BRT models (ovrall=60%, k=0.35). However, after resampling the data, two overall accuracy and Kappa coefficient statistics increased in all models. In addition, the BRT model provided an acceptable estimate by maintaining the minority classes and the Kappa coefficient of 0.64 and the overall accuracy of 75% in the spatial prediction of soil subgroups. The producer accuracy (PA) and user accuracy (UA) results showed that the two classes of Gypsic Haploxerepts and Lithic Xerorthents, which were excluded when training using imbalanced datasets in RF and BRT algorithms, showed significant improvement after balancing the data. Results show that they were well predicted in RF algorithm (UA =100%, 78%) and BRT algorithm (UA= 60% and 70%) using treated data. Also, these minority classes showed Producer accuracy in RF algorithm (PA= 75%, 88%) and BRT algorithm (PA=100%, 78%) in compared to zero accuracy when training using imbalanced data. On the other hand, the validation results of the MNLR algorithm showed that despite maintaining the minority classes after balancing the data, the minority classes were predicted with less accuracy. Results showed that modeling using imbalanced distribution of class observation caused uncertain maps with minority classes being lost and relatively poor accuracies. After data treatment, with over- and under-sampling, all models showed significant improvement in maintaining the minority classes, in evaluations. Data resampling technique can be a useful solution for dealing with imbalanced class observations to produce more certain digital soil maps.
Despite the great use of digital soil maps, the problems of imbalance in classification disrupt the classification performance of many machine learning algorithms, and for this reason, it has attracted the attention of many researchers. Therefore, the aim of this research is to improve the classification of unbalanced soil data using resampling pretreatment technique in three forecasting models including Random forest (RF), Boosted regression trees (BRT) and Multinomial logistic regression (MNLR) in a part of the lands of Zanjan province in Iran.Sampling was done based on a regular grid pattern with 500 meters intervals, and 148 soil surfaces were randomly studied and classified. The region's soils at the subgroup level were in five classes with imbalanced distribution, including Typic Calcixerepts, Typic Haploxerepts, Gypsic Haploxerepts, Typic Xerorthents, and Lithic Xerorthents. Environmental covariates included geomorphological and geological maps, digital elevation model (DEM), and remote sensing (RS), selected by principal component analysis (PCA) and expert knowledge methods AND a number of environmental variables including geomorphological map information, Geological information and features extracted from the DEM were selected as the most effective environmental variables for predicting soil classes and as input to the model. Extraction of environmental covariates was done in ENVI and SAGA_GIS software and modeling of soil-landscape relationship was done using the aforementioned algorithms in Rstudio software. The resampling technique was applied to the minority and majority soil classes prior to modeling.The results showed that using original data that have imbalanced classes for mapping resulted in loss of the minority classes and relatively low Kappa agreement values and overall accuracy for RF (ovrall=65%, k=0.32) and BRT models (ovrall=60%, k=0.35). However, after resampling the data, two overall accuracy and Kappa coefficient statistics increased in all models. In addition, the BRT model provided an acceptable estimate by maintaining the minority classes and the Kappa coefficient of 0.64 and the overall accuracy of 75% in the spatial prediction of soil subgroups. The producer accuracy (PA) and user accuracy (UA) results showed that the two classes of Gypsic Haploxerepts and Lithic Xerorthents, which were excluded when training using imbalanced datasets in RF and BRT algorithms, showed significant improvement after balancing the data. Results show that they were well predicted in RF algorithm (UA =100%, 78%) and BRT algorithm (UA= 60% and 70%) using treated data. Also, these minority classes showed Producer accuracy in RF algorithm (PA= 75%, 88%) and BRT algorithm (PA=100%, 78%) in compared to zero accuracy when training using imbalanced data. On the other hand, the validation results of the MNLR algorithm showed that despite maintaining the minority classes after balancing the data, the minority classes were predicted with less accuracy. Results showed that modeling using imbalanced distribution of class observation caused uncertain maps with minority classes being lost and relatively poor accuracies. After data treatment, with over- and under-sampling, all models showed significant improvement in maintaining the minority classes, in evaluations. Data resampling technique can be a useful solution for dealing with imbalanced class observations to produce more certain digital soil maps.Keywords: Boosted Regression Trees, Data Pretreatment, Oversampling, Resampling Methods, Minority Class -
میکروپلاستیک ها به عنوان یکی از انواع آلاینده های نوظهور گزارش شده است و اطلاعات کمی درباره تاثیر و رفتار آنها بر خصوصیات خاک وجود داد. هدف این تحقیق بررسی تغییرات غلظت قابل تبادل (عصاره گیری شده با استات آمونیوم 1 مولار) و محلول در آب (نسبت 1 به 5/2 خاک به آب) عناصر سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم تحت تاثیر ذرات میکروپلاستیک پلی اتیلن سبک در خاک بود. آزمایش به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار اجرا شد. عوامل آزمایش شامل مقدار ذرات میکروپلاستیک (صفر، 1، 2 و 4 درصد وزنی-وزنی) و دوره انکوباسیون (3، 17، 31، 45، 90 و 180 روز) بود. نتایج نشان داد که ذرات میکروپلاستیک غلظت قابل تبادل و محلول در آب عناصر را تحت تاثیر قرار داد. ذرات میکروپلاستیک غلظت قابل تبادل سدیم، پتاسیم و کلسیم را کاهش داد. بیشترین کاهش مربوط به سطح 4 درصد میکروپلاستیک بود. به طور خلاصه، غلظت سدیم، پتاسیم و کلسیم قابل تبادل در مقایسه با خاک شاهد به ترتیب 2/7، 7/5 و 6/2 درصد کاهش یافت. از سوی دیگر، تحت تاثیر ذرات میکروپلاستیک (سطح 4 درصد) غلظت پتاسیم و کلسیم محلول در آب به ترتیب 97/6 و 4/8 درصد در مقایسه با خاک شاهد کاهش یافت. ذرات میکروپلاستیک سدیم محلول در آب را در دوره های اول (3روز) تا چهارم (45 روز) انکوباسیون کاهش داد. همچنین، ذرات میکروپلاستیک غلظت منیزیم قابل تبادل و محلول در آب را نیز کاهش داد، اما معنی دار نبود. به طور خلاصه حضور ذرات میکروپلاستیک در خاک به ویژه با مقادیر بالاتر (مانند 4 درصد)، می تواند قابلیت دسترسی عناصر کاتیونی مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم را تحت تاثیر قرار دهد.
کلید واژگان: آلاینده های نوظهور, آلودگی خاک, میکروپلاستیک, عناصر غذایی, خاک آهکیMicroplastics (MPs) have been reported as emerging contaminants. There was little information about their effect and behavior on soil properties. This study aimed to investigate the changes in exchangeable concentrations (extracted with 1 M ammonium acetate) and water-soluble (ratio of 1 to 2.5 soil to water) of sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), and magnesium (Mg) elements under the presence of Low-Density Polyethylene MPs particles in the soil. The experiment was performed as a factorial experiment based on a completely randomized design with three replications. Experimental factors included the amount of MPs particles (zero, 1, 2, and 4% w/w) and incubation time (3, 17, 31, 45, 90, and 180 days). The results showed that MPs particles affected exchangeable and water-soluble elements. MPs particles reduced the exchangeable amounts of Na, K, and Ca. The largest decrease was related to the level of 4% MPs. Briefly. In the level of 4%, the amount of exchangeable Na, K, and Ca decreased by 7.2, 5.7 and 2.6 %, respectively, in comparison with control soil (without MPs). On the other hand, water-soluble K and Ca under the influence of MPs particles (4% MPs level) decreased by 6.97 and 8.4 % respectively, as compared with control. MPs particles reduced water-soluble Na in the first (3 days) to fourth (45 days) incubation periods. Also, MPs particles reduced the amount of exchangeable and water-soluble Mg, but it was not significant. In summary, the presence of MPs particles in the soil, especially in higher amounts (ex: 4%), can affect the availability of cationic elements such as Na, K, Ca, and Mg.
Keywords: Calcareous soil, Emerging pollutants, nutrients, Microplastics, soil contamination -
خاک با از دست دادن کربن به شکل کربن دی اکسید، پتانسیل زیادی برای تشدید گرمایش زیست کره دارد. از سوی دیگر امکان ترسیب کربن در خاک، راهکار مناسبی جهت کاهش انتشار کربن دی اکسید شناخته می شود. خاک های مناطق خشک و نیمه خشک جهان اگرچه حاوی مقادیر کمی کربن آلی هستند؛ اما به واسطه وسعت زیاد، امکان ترسیب مقادیر قابل توجهی کربن آلی را دارند. از این رو جهت بررسی تغییرات ذخایر کربن آلی خاک اراضی زراعی اقلیم نیمه خشک جلگه رخ واقع در استان خراسان رضوی، مدل رتامستد با استفاده از داده های مطالعات پیشین و مقادیر اندازه گیری شده در سال 2020 اعتبارسنجی شد. مقایسه بین مقادیر کربن آلی اندازه گیری شده و شبیه سازی شده توسط مدل، نشانگر قابلیت مدل در ارایه پیش بینی هایی با دقت مناسب بود. به طوری که مقادیر ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق خطا، تفاوت میانگین و شاخص کارایی مدل به ترتیب معادل 97/0، 78/2، 11/2، 33/2 و 70/0 به دست آمدند. سپس تاثیر تغییرات اقلیمی بر انتشار کربن دی اکسید و ذخایر کربن آلی خاک منطقه مدل سازی شد. بررسی تغییرات اقلیمی منطقه در (دوره آماری 1981 تا 2020) نشانگر کاهش بارندگی و افزایش معنی دار دما طی 40 سال گذشته بوده است. مدل سازی تغییرات اقلیمی تا پایان قرن جاری با اعمال افزایش دما و کاهش بارندگی انجام شد که نتایج بیانگر کاهش همه ذخایر کربن فعال مدل بود، چنان که مخازن مواد گیاهی تجزیه پذیر، مواد گیاهی مقاوم، زیست توده میکروبی، مواد آلی هوموسی شده و کل کربن آلی خاک به ترتیب معادل 41/2، 72/2، 51/2، 04/1 و 32/1 درصد نسبت به شرایط عدم وقوع تغییرات اقلیمی کاهش و میزان انتشار تجمعی کربن دی اکسید از خاک، 26/1 درصد افزایش نشان داد. افزایش دما باعث افزایش ضریب تصحیح دما (a) به میزان 20/2 درصد شد که منجر به افزایش سرعت تجزیه کربن آلی و تلفات کربن به شکل کربن دی اکسید شده است؛ اگرچه باعث افزایش تولید خالص اولیه بوم نظام نیز گردید. کاهش بارندگی و افزایش تبخیر و تعرق پتانسیل نیز باعث کاهش ضریب تصحیح رطوبت (b) به میزان 23/0 درصد شد؛ این فرایند از یک سو با کاهش فعالیت ریزجانداران موجب کاهش تجزیه زیستی کربن و انتشار کربن دی اکسید از خاک شده است؛ اما از سوی دیگر موجب کاهش درصد پوشش گیاهی و پیرو آن به دام انداختن کربن دی اکسید طی فرایند فتوسنتز و انتقال آن به خاک می گردد.
کلید واژگان: تجزیه ماده آلی خاک, ترسیب کربن, شاخص کارایی, گرمایش جهانی, مدل رتامستدIntroductionSoil is one of the main drivers of global warming through losing carbon in the form of CO2. On the other hand, its ability to sequester carbon is a suitable option for reducing CO2 emissions. Therefore, even few changes in carbon sequestration or decomposition of soil organic carbon affect the global atmospheric CO2 content. Although the soils of arid and semi-arid regions have low organic carbon content, they can sequester substantial amounts of carbon due to the large area of these regions. So, the Rothamsted carbon model was used to predict the impact of future climate changes on the amount of CO2 emissions and low soil organic carbon stocks in the semi-arid arable lands of Razavi Khorasan province. This model is one of the most widely used models for the study of soil organic carbon turnover and has been evaluated in a variety of ecosystems including grasslands, forests and croplands and in various climate regions. The RothC model is consists of five conceptual soil carbon pools, four active fractions and a small amount of inert organic matter (IOM) that is resistant to decay. The active pools splits into: Decomposable Plant Material (DPM), Resistant Plant Material (RPM), Microbial Biomass (BIO) and Humified Organic Matter (HUM). This model is able to reveal the effect of soil texture, temperature, rainfall, evaporation, vegetation and crop management on the soil organic carbon turnover process.
Materials and MethodsThe Rothamsted carbon model was calibrated and validated using data measured in 2020 and available data from the long-term field experiments in the semi-arid agricultural lands of Jolge Rokh. Then, by analyzing the climate change of the study area, the impact of climate change until the end of the current century on the amount of CO2 cumulative emissions, total organic carbon (TOC) and active carbon pools model were modeled and compared in the current climate and also climate change conditions.
Results and DiscussionThe comparison between the measured and simulated soil organic carbon values by the model shows the potential of the model to provide predictions with acceptable accuracy. The outcome of comparisons revealed that R2, Root Mean Square Error (RMSE), Mean Difference (MD), Mean Absolute Error (MAE) and Model efficiency were 0.97, 2.78, 2.11, 2.33 and 0.70 respectively. Assessment of climate changes in the region (during 1981-2020) showed a decrease in precipitation and a significant increase in temperature over the past 40 years. Climate change simulation was carried out by temperature increasing and decreasing the precipitation until the end of the current century, indicated the decrease of all active carbon pools. It was found that DPM, RPM, BIO, HUM and TOC decreased respectively to 2.41, 2.72, 2.51, 1.04 and 1.32% compared to the current climatic conditions, while the cumulative CO2 emission increased by 1.26%. Temperature rising leads to increase the rate modifying factor (a) by 2.20%, which enhances microbial respiration and decomposition rate of organic carbon and CO2 emissions (carbon output). However, it also increases the ecosystem's net primary productivity (carbon input). Decreases in rainfall and increase in potential evapotranspiration cause a reduction of the rate modifying factor (b) to 0.23%, which on one side reduces the activity of microorganisms and carbon biodegradation; but on the other side, it decreases the vegetation cover and following that reduces CO2 trapping during the photosynthesis process and transfers it to the soil. It seems that in arid and semi-arid climates where the lack of moisture is the most important limiting factor of the plants growth; the role of precipitation in carbon decomposition and sequestration is greater than temperature.
ConclusionThe Rothamsted carbon model is suitable for regional simulations because it requires only easily obtainable inputs. Therefore RothC is an appropriate tool for estimating long-term effects of climate change and agricultural management (such as application of manures, returning plant residues to the soil, crop rotations, conservation tillage etc.). The RothC model validation in the cold semi-arid agricultural lands of the region, shows the ability of model to properly simulate the pattern of organic carbon changes. Also, simulation of soil organic carbon changes under the climate changes conditions indicates an increase in cumulative CO2 emissions and decrease in soil organic carbon pools of the study area. The methodology can be applied to other regional estimations, provided that the relevant data are available. The predictions allowed to identify the land management potential to carbon sequestration. Such information demonstrate a beneficial tool for evaluation of past land management effects on soil organic carbon trends and also estimation of future climate change effects on soil organic carbon stocks and CO2 emissions.
Keywords: Global warming, Carbon sequestration, Decomposition of soil organic matter, Model efficiency, Rothamsted carbon model -
پژوهش حاضر به بررسی و مقایسه تاثیر دو نوع بقایای گیاهی باگاس نیشکر (BG) و کلش برنج (RH) بر برخی ویژگی های شیمیایی و فعالیت های آنزیمی مرتبط با چرخه کربن و فسفر در یک خاک ورتی سول (شاهد، C) پرداخته است. آزمایش در چهار تکرار در قالب طرح فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی به صورت گلدانی در سال 1396 در گلخانه دانشگاه زنجان انجام شد. عوامل این آزمایش شامل نوع اصلاح کننده (BG و RH)، مقدار کاربرد (سه سطح با مقادیر وزنی %25/1=L1، %5/2L2= و %5=L3) و زمان (چهار سطح دو (M2)، چهار (M4)، هشت (M8) و دوازده (M12) ماه) بودند. برخی ویژگی های شیمیایی و زیست شناختی پس از اعمال تیمارها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد، مقادیر کربن آلی خاک، نسبت کربن به نیتروژن و فسفر قابل دسترس به صورت معنی دار (001/0>p) تحت تاثیر نوع اصلاح کننده، میزان کاربرد آن و مدت زمان خوابانیدن قرار گرفت. بیشترین و کمترین مقدار کربن آلی خاک در تیمارهای BGL3M2 و RHL1M12 اندازه گیری شد. تغییرات کربن آلی و نیتروژن کل با افزایش مقدار اصلاح کننده ها افزایشی و با گذشت زمان خوابانیدن کاهشی بود. نیتروژن کل در تیمار RHL3M12 نسبت به تیمارهای RHL1M12 و RHL3M2 به ترتیب دارای 6/51 درصد افزایش و 5/8 درصد کاهش بودند (01/0>p). فسفر قابل دسترس در تیمار BGL3M12 نسبت به تیمار BGL2M12 دارای افزایش معنی دار 5/21 درصدی بود. بیشترین مقدار فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی و اسیدی به ترتیب مربوط به تیمارهای RHL3M12(µg PNP g-1h-1 6/18) و BGL3M12 (µg PNP g-1h-1 1/7) بود. تیمارهای RHL3M12 و BGL1M2، به ترتیب بیشترین و کمترین فعالیت آنزیم بتاگلوکوزیداز را داشتند و نسبت به تیمار شاهد تفاوت معنی دار 5/87 و 3/70 درصدی نشان دادند. بیشترین و کمترین میزان کربن زیست توده میکروبی به ترتیب مربوط به تیمارهای RHL3M2 (mg kg-1 5/71) و BGL1M12 (mg kg-1 28) بود.
کلید واژگان: باگاس نیشکر, بتاگلوکوزیداز, فسفاتاز, کربن زیست توده میکروبی, کلش برنجThe present study investigated and compared the effects of two types of crop residues, sugarcane bagasse (BG) and rice straw (RH), on some soil chemical properties and enzymatic activities related to the carbon and phosphorus cycle in sodic vertisols (control, C). The pot experiment was conducted in four replications using the factorial structure in complete randomized design in the greenhouse of Zanjan University in 2016. The factors of this experiment included two type of organic amendment (BG and RH), three application rates (L1=1.25%, L2=2.5% and L3=5% by weight) and four incubation times (two (M2), four (M4), eight (M8) and twelve (M12) months). Some of the most important chemical and biological properties were measured after the treatments. The results showed that values of soil organic carbon (SOC), carbon to nitrogen ratio (C:N), and available phosphorus (AP) were significantly (p< 0.001) affected by the type of organic amendments, their application rate, and incubation time. The highest and lowest SOC values were measured in the BGL3M2 and RHL1M12 treatments, respectively. Changes in SOC and total nitrogen (TN) were increasing by increasing the amount of organic amendments and decreasing by increasing incubation time. Total nitrogen in the RHL3M12 treatment increased 51.6% compared to the RHL1M12 treatment and decreased 8.5% (p<0.01) compared to the RHL3M2 treatment. AP in BGL3M12 treatment had a significant increase of 21.5% compared to BGL2M12 treatment. The highest alkaline and acid phosphatase activity was related to RHL3M12 (18.6 µg PNP g-1h-1) and BGL3M12 (7.1 µg PNP g-1h-1) treatments, respectively. RHL3M12 and BGL1M2 treatments showed the highest and lowest beta-glucosidase activity, respectively, and showed a significant difference of 87.5% and 70.3% with the control treatment. The highest and lowest levels of microbial biomass carbon (MBC) were related to RHL3M2 (71.5 mg kg-1) and BGL1M12 (28 mg kg-1) treatments, respectively.
Keywords: Sugarcane Bagasse, β-glucosidase, phosphatase, Microbial biomass carbon, Rice Husk -
کربن آلی خاک یک جز کلیدی در تعیین کیفیت، سلامت و حاصلخیزی خاک است که با توجه به پیچیدگی ساختار و روابط ذخایر کربن آلی، بهره گیری از مدل ها در شناسایی واکنش این ذخایر نسبت به تغییر شرایط بوم نظام بسیار کارگشا است. از این رو با استفاده از مدل RothC، اثر گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی، بر مقادیر ذخایر کربن آلی خاک بوم نظام زراعی جنوب شرقی مشهد بررسی شد. برای این منظور ابتدا مدل با استفاده از داده های مطالعات پیشین و مقادیر اندازه گیری شده در سال 2020، مورد واسنجی و اعتبارسنجی قرار گرفت. با مقایسه بین مقادیر کل کربن آلی خاک اندازه گیری شده در مناطق مطالعاتی و مقادیر شبیه سازی شده به وسیله مدل، ضریب تبیین معادل 89/0، ریشه میانگین مربعات خطا 45/3، تفاوت میانگین 84/1، میانگین مطلق خطا 79/2 و کارایی مدل 73/0 به دست آمد. این نتایج بیانگر اعتبار و قابلیت به کارگیری مدل است. مدل سازی تغییرات اقلیمی آینده مشهد نشان داد که با کاهش بارندگی و افزایش دما و تبخیر، میزان ذخیره کل کربن آلی خاک نسبت به شرایط عدم وقوع تغییرات اقلیمی 13/1 درصد کاهش دارد. با توجه به ثابت سرعت تجزیه ذخایر چهارگانه کربن فعال مدل، هوموس با کندترین سرعت تجزیه، به میزان 96/0 درصد و بخش های مواد گیاهی تجزیه پذیر، مواد گیاهی مقاوم و زیست توده میکروبی به ترتیب 18/1، 21/2 و 10/2 درصد نسبت به شرایط اقلیمی کنونی کاهش داشتند. نتایج نشان داد که با گذشت زمان به دلیل تجزیه شدن بخش های فعال ماده آلی که به سهولت تجزیه می شوند، سرعت تجزیه کاهش می یابد.
کلید واژگان: تجزیه ماده آلی, ذخایر کربن فعال, مدل رتامستد, واسنجی و اعتبار سنجی RothCSoil organic carbon is a key element in determining soil quality, health, and fertility. Due to the complexity of the structure and relationships of soil organic carbon pools, the use of models is beneficial in identifying the reaction of these pools to the change in ecosystem conditions. So, by using the RothC model, the effect of global warming and climate change on the amount of soil organic carbon pool of the agricultural ecosystem of southeastern of Mashhad was investigated. Therefore, the model was calibrated and validated using data measured in 2020 and available long-term data. Comparing the measured values of soil organic carbon and the simulated values by the model, the coefficient of determination (R2) was 0.89. Root means square error (RMSE): 3.45, mean difference (MD): 1.84, mean absolute error (MAE): 2.79, and model efficiency (EF) was 0.73, demonstrating the validity and suitability of the model. The modeling of the future climate changes of Mashhad showed a decrease in rainfall and an increase in temperature and evaporation, leading the amount of total soil organic carbon (TOC) would decrease by 1.13% compared to the current conditions. Considering the decomposition rate constant of the model's four active carbon pools, humus exhibited the slowest decomposition rate of 0.96%. At the same time, decomposable plant materials (DPM), resistant plant materials (RPM), and microbial biomass (BIO) were decreased by 1.18%, 2.21%, and 2.10%, respectively, compared to the current climate condition. Moreover, over time, the decomposition rate decreased due to the decay of active organic matter pools that are easily decomposed.
Keywords: Decomposition of soil organic matter, Active carbon pools, Rothamsted carbon model, Calibration, Validation of RothC -
RothC یکی از موفق ترین مدل ها برای شبیه سازی تاثیر تغییرات آب و هوایی و فعالیت های مدیریتی در اکوسیستم های طبیعی در سطح محلی، منطقه ای و جهانی است. هدف این تحقیق واسنجی و اعتبارسنجی مدل RothC برای تجزیه و تحلیل ذخایر کربن آلی خاک طی سال های 1990 تا 2020 میلادی (وضعیت کنونی) و تعریف سناریوهای حفظ وضعیت کنونی (سناریو 1)، تغییر اقلیم (سناریو 2)، کوددهی با کود دامی (سناریو 3) و تغییر اقلیم همراه با کوددهی با کود دامی (سناریو 4) تا سال 2100 میلادی در کاربری های چمنزار، مرتع و اراضی کشاورزی با تناوب های زراعی گندم - آیش و گندم - نخود در ایستگاه تحقیقاتی سارال استان کردستان است. مدل با استفاده از داده های اندازه گیری شده در سال های 1389 (مرتع و چمنزار) و 1394 (اراضی کشاورزی) و داده های آب وهوای محلی پارامتریابی و با مطابقت داده های خروجی مدل با داده های مشاهده شده واسنجی گردید. مدل تغییرات ذخایر کربن آلی خاک را در سناریوهای مختلف کوددهی و تغییر اقلیم به خوبی پیش بینی کرد به طوری که میانگین جذر مربعات خطا 92/8 درصد و راندمان مدل سازی 74/0 محاسبه شد. نتایج شبیه سازی نشان داد تغییرات اقلیمی در کاربری های موردمطالعه موجب کاهش مقادیر ذخایر کربن آلی خاک در مقایسه با سناریو حفظ وضعیت کنونی تا سال 2100 میلادی خواهد شد. عملیات کوددهی با کود دامی (سناریو 3) بهترین سناریو و کاربری چمنزار پس از اعمال این سناریو با 83/59 تن در هکتار ذخیره کربن آلی خاک تا 2100 به عنوان بهترین کاربری در مقادیر ترسیب کربن بود. بیشترین مقدار نرخ ذخیره کربن آلی و تغییرات ترسیب کربن آلی طی 80 سال آینده در کاربری مرتع به ترتیب با 9/32 درصد و 16/0 تن در هکتار (سناریو 3) و کمترین در اراضی کشاورزی با تناوب زراعی گندم - آیش به ترتیب با 32- درصد و 11/0- تن در هکتار (سناریو 2) برآورد شد.
کلید واژگان: ترسیب کربن, سارال, سناریوهای مدیریتی, مدل RothCRothC is among the most successful models in terms of simulating the impacts of climate change and management activities in natural ecosystems on local and global scales. The current research was carried out to assess and validate RothC in studying SOC content from 1990 to 2020 and defining the scenarios of maintaining the current situations (scenario 1), climate change (scenario 2), manure fertilizing till 2100 (scenario 3), and climate change with manure fertilizing till 2100 (scenario 4) in grasslands, range, and croplands in Saral Research Center, Kurdistan Province, under rotations of wheat-uncultivation and wheat-pea. The parameters of the model were determined by using the measured data from the soils sampled at two years (2018 and 2019) from Saral Research Center and the local weather data, Next, the model was validated by comparison of the predicted values with the measured SOC data. Assessment of the measured and simulated data through validation for different land uses revealed that RothC could satisfactorily predict the changes in SOC contents under different fertilizing and climate change scenarios so that root mean square error (RMSE) and the simulation efficiency were calculated as 8.92% and 74.0%, respectively. The simulation results indicated that compared to scenario1, climate change in the studied land uses will cause a decrease in SOC contents till 2100. Manure fertilizing (scenario3) would be the best scenario so that by using this strategy the grassland, with 59.83 ton SOC per hectare until the end of the current century. According to the results predicted by the model, the highest SOCrate (32.9%) and the most change in SOC sequestration (ΔSOCs) (0.16 t/h) during the next 80 years were calculated in the range under scenario 3; whereas the lowest values (-32.0% and -0.11 t/h, respectively), were achieved in croplands under rotations of wheat-uncultivation under scenario2.
Keywords: Carbon sequestration, Saral, Management Scenarios, RothC -
زمینه و هدف
استفاده مطلوب و پایدار از خاک در صورتی امکان پذیر است که شناخت صحیح و کامل از خصوصیات آن داشته باشیم. این پژوهش به منظور بررسی ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و میکرومورفولوژی خاک های تشکیل شده بر روی یک ترانسکت در منطقه نیمه خشک منطقه الشتر استان لرستان انجام شد.مواد و
روشبرای انجام این پژوهش، 5 خاک رخ در امتداد یک ترانسکت در جهت شیب (فلات، واریزه های بادبزنی شکل و دشت دامنه ای)، در منطقه شناسایی و بر اساس نوع مواد مادری به واحدهای فیزیوگرافی مختلف تقسیم شدند. در هر واحد فیزیوگرافی، یک خاک رخ حفر، تشریح و نمونه برداری شد. خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و میکرومورفولوژی نمونه های خاک تعیین و در نهایت خاک ها با استفاده از سیستم رده بندی آمریکایی و طبقه بندی جهانی رده بندی شدند.
یافته هانتایج نشان داد که مقادیر کم ماده آلی در سطح و اعماق خاک به واسطه شدت تجزیه بالای این مواد در این مناطق است. کربنات کلسیم معادل در تمام خاک رخ ها روند افزایشی را با عمق نشان داد. بررسی مقاطع نازک نشان داد که از نظر نوع حفرات و پراکنش نسبی ذرات درشت به ذرات ریز (C/F) تفاوتی زیادی بین افق ها وجود ندارد. حفرات صفحه ای، وگی و کانالی بیش ترین حفرات این خاک رخ ها را تشکیل داده بودند. انباشت آهک به شکل های گوناگون مانند پوشش، پر شدگی، آهک سوزنی و نودول های آهکی دیده شد که بیانگر ثانویه بودن آهک می باشد و سبب ایجاد بی فابریک از نوع کلسیت کریستالیک شده است. ریز ساختمان دیده شده در بیشتر افق ها از نوع مکعبی زاویه دار و بدون زاویه بود. هم چنین صفحات درهم قفل شده گچ در افق Bky در واحد فیزیوگرافی فلات گچی دیده شد. با توجه به وجود گچ پدوژنیک در خاک های منطقه و اهمیت افق جیبسیک در سیستم طبقه بندی خاک و تاثیر مهم آن بر رشد گیاهان، می توان پیشنهاد کرد که زیر گروه بزرگ جدیدی در زیر رده Xerepts، تحت عنوان Gypsic Calcixerepts در سیستم رده بندی خاک گنجانده شود.
نتیجه گیرینتایج پژوهش نمایانگر نقش مهم پستی بلندی و مواد مادری در تغییرپذیری خصوصیات خاک ها می باشد.
کلید واژگان: خاک های گچی و آهکی, واحدهای فیزیوگرافی, عوارض خاک ساخت, میکرومورفولوژیBackground and ObjectivesThe optimum and sustainable use of soil is only possible with a correct and complete understanding of its properties. This study was conducted to investigate of should be omitted some physical, chemical, and micromorphology properties of soil formed on the should be added landscapes in the should be added semi-arid region of Lorestan province.
Materials and MethodsFor this study 5 profiles, a long, a should be omitted transect in the direction of slop (plateau, gravelly colluvial fan and pediment plain) were identified in the area, and divided into different physiographic unit based on the type of parent material. At each, physiographic units a profil was excavated, dissected sampled. Physicochemical together with micromorphological observations performed and Soil Taxonomy and WRB were used for soil classification.
ResultsThe results showed that should be omitted low amounts of organic carbon in the surface and depths of the soil due to the high rate of decomposition of these substances in these areas. The equivalent calcium carbonate in all profiles showed an increasing trend with depth. Thin section investigation showed that there was not much difference between the horizons in terms of the type of voids and the relative distribution of large particles (C/F). Planar, vugh and cannel voids were the most dominant voids of the profiles. Accumulation of calcite was seen in various forms such as coating, infilling, needle- shaped calcite, and nodules calcite which indicates that secondary calcite, and caused a should be omitted crystallite calcite of kind b-fabric. Soil structure in most the horizons of kind angular blocky and sub angular blocky. Also, lenticular plates gypsum was observed on the Bky horizon on the of the gypsum physiographic units plateau. According According to the existence of pedogenic gypsum in the soils of the region, and the important of the gypsum horizon in the soil classification system and its important effect on plant growth. New great groups, and subgroups of Xerepts (Gypsic Calcixerepts) are suggested to be included in soil taxonomy.
ConclusionResults of the study showed raise in topography and parent material on the variability of soil properties in the area.
Keywords: Physiographic Units, Gypsum, calcareous soils, Micromorphology, Pedogenic Effects -
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک متغیرهای مهمی در فرآیند تولید رواناب و رسوب هستند. این پژوهش با هدف شناسایی مهم ترین ویژگی های موثر خاک بر تولید رواناب و رسوب در نوارهای حاصل از کشت گندم دیم انجام گرفت. برای این منظور سه کشتزار دیم با شیب متوسط 15 درصد و تحت شرایط آیش در جنوب غربی استان کرمانشاه انتخاب شد. در هر زمین شیارهایی به طول پنج متر و عرض و عمق 30 سانتی متر به وسیله دستگاه ردیف کار ایجاد شد. برای بررسی تولید رواناب و هدررفت خاک، از جریان هایی با شدت 5/0 و 5/1 لیتر بر دقیقه به مدت 60 دقیقه در سه تکرار استفاده شد و مقدار رواناب و هدررفت خاک از شیارها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در هر دو شدت جریان، مقدار رواناب و هدررفت خاک همبستگی منفی و معنی دار با متغیرهای شن، رس، ماده آلی، نفوذپذیری و نسبت رس به سیلت داشتند (01/0p<) و در مقابل همبستگی مثبت و معنی دار با سیلت (01/0<p) و چگالی ظاهری خاک (05/0<p) داشتند. نتایج تجزیه رگرسیون خطی چندگانه نشان داد که در شدت جریان 5/0 لیتر بر دقیقه با بهره گیری از متغیرهای نسبت رس به سیلت، ماده آلی و نفوذپذیری خاک می توان مقدار رواناب و هدررفت خاک از نوارهای کشت را به ترتیب با ضریب تعیین 94/0 و 81/0 برآورد نمود. هم چنین در شدت جریان 5/1 لیتر بر دقیقه با استفاده از مقدار ماده آلی و نفوذپذیری خاک می توان مقدار رواناب و هدررفت خاک را به ترتیب با ضریب تعیین 90/0 و 94/0 برآورد نمود.
کلید واژگان: توزیع اندازه ذرات, شدت جریان, رگرسیون خطی, نفوذپذیری خاک, محتوای ماده آلیSoil physicochemical properties are important variables in runoff production and soil loss. This research was conducted to find the most important soil properties affecting runoff and soil loss in rainfed wheat furrows under fallow condition. To this end, three rainfed landswith 15% slope gradient were selected in south west of Kermanshah province. In each land, furrows with 5 m in length and 30 cm in width were created using sowing set. Runoff and sediment were measured using simulated flows with a discharge of 0.5 and 1.5 lit.min-1 for 60 minutes in three replications. The results showed that in the two flow discharges (0.5 and 1.5 lit.min-1) runoff and soil loss are negatively correlated with clay, sand, soil permeability (If), organic matter and clay to silt ratio (p<0.01), while positive correlations were found between them and silt (p< 0.01) and bulk density (p< 0.05). The results of multiple linear regression analysis showed that runoff production and soil loss by a 0.5 lit.min-1 flow discharge can be estimated using using the clay to silt ratio, organic matter and soil permeability (If) with a R2 of 0.94 and 0.81, respectively. Runoff production and soil loss by a 1.5 lit.min-1 flow discharge can be estimated using soil organic matter and soil permeability (If) with a R2 of 0.90 and 0.94, respectively.
Keywords: Flow discharge, linear regression, particle size distribution, organic matter content, soil permeability -
گوناگونی عوامل موثر بر ویژگی های خاک منجر به تغییرات زمانی در فرایند فرسایش خاک می شود. این پژوهش با هدف ارزیابی تغییرات زمانی تولید رواناب و هدررفت خاک در نوارهای کشت گندم دیم انجام گرفت. برای این منظور، سه گندم زار دیم با شیب متوسط 15 درصد و تحت آیش در جنوب غربی استان کرمانشاه انتخاب و در هر زمین شیارهایی به طول پنج متر و عرض 30 سانتی متر ایجاد شد. برای بررسی تولید رواناب و هدررفت خاک، از چهار دبی برابر 0.5، یک، 1.5 و دو لیتر بر دقیقه استفاده شد و مقدار رواناب و هدررفت خاک از شیارها در بازه های زمانی پنج دقیقه طی 60 دقیقه در سه تکرار اندازه گیری شد. بر اساس نتایج، با افزایش دبی جریان، حجم رواناب و هدررفت خاک در شیارهای کشت افزایش یافت، به طوری که کمترین مقدار هدررفت خاک در دبی 0.5 لیتر بر دقیقه (2.66 گرم بر متر مربع) و بیشترین مقدار آن در دبی دو لیتر بر دقیقه (85.33 گرم بر متر مربع) مشاهده شد. همچنین، حجم رواناب در دبی 0.5 لیتر بر دقیقه کمترین مقدار (0.47 لیتر) و در دبی دو لیتر بر دقیقه بیشترین مقدار (7.65 لیتر) بود. مجموع کل رواناب تولیدی پس از مدت زمان 60 دقیقه و همچنین، میانگین رواناب تولیدی در دبی 0.5 لیتر بر دقیقه به ترتیب 12.33 و 1.03 لیتر و در دبی دو لیتر بر دقیقه به ترتیب 43.81 و 6.79 لیتر بود. تفاوت های معنی دار در تولید رواناب و هدررفت خاک طی زمان در دبی های مورد مطالعه مشاهده شد. تولید رواناب در ابتدای آزمایش اندک بود و با گذشت زمان، بر مقدار آن افزوده شد. الگوی تغییرات زمانی هدررفت خاک متفاوت از تولید رواناب بود، به طوری که مقدار هدررفت خاک در آغاز آزمایش نسبت به زمان های پایانی بیشتر بود که علت آن را می توان به فراهمی زیاد ذرات خاک قابل انتقال در شیارها در ابتدای آزمایش نسبت داد. مقدار هدررفت خاک از آغاز آزمایش تا زمان 25 دقیقه، کاهشی شدیدی یافت و سپس، از الگوی کاهشی تدریجی پیروی کرد و در پایان به مقدار ثابتی رسید. نتایج نشان داد که فرسایش شیاری به شدت تحت تاثیر شدت جریان قرار دارد و مقدار آن طی زمان تغییر می کند و این تغییرات مستقل از تولید جریان بوده، به فراهمی ذرات قابل انتقال در شیار وابسته است.
کلید واژگان: فرسایش خاک, حجم رواناب, فرسایش شیاری, فراهمی ذرات خاک, الگوی کاهشی فرسایشTemporal changes of runoff and soil loss under different flow discharges in furrows of rainfed wheatThe variety of factors affecting soil properties leads to temporal changes in the soil erosion process. This research was conducted to assess short-term changes in runoff and soil loss in rainfed wheat furrows under fallow conditions. To this end, three rainfed lands with 15% slope gradient were selected in south west of Kermanshah Province. In each land, furrows with five m in length and 30 cm in width were created using sowing set. Runoff and soil loss were measured using simulated flows with a discharge of 0.5, 1, 1.5 and 2 L.min-1 at intervals of five minutes to 60 minutes 60 minutes in three replications. Results showed that the lowest soil loss was recorded in flow discharge of 0.5 L.min-1 (2.66 g.m-2) and the highest of soil loss was produced in flow discharge of 2 5 L.min-1 (85.33 g.m-2). Also, the lowest runoff was recorded in flow discharge of 0.5 L.min-1 (0.47 L) and the highest of soil loss was produced in flow discharge of 2 5 L.min-1 (7.65 L). The effect of time on runoff and sediment variables was significant in all flow discharge (p<0.01). Runoff production was low at the beginning of the experiment and increased over time. The pattern of temporal changes in soil loss was different from runoff production, amount of soil loss at the beginning of the experiment was higher values than the final test times, which associated with to supply of erodible soil particles in the rills in the beginning of the experiment. With starting the experiment to 25 minutes, the rate of soil loss changes drastically and then until the end of the experiment, it followed a uniform reduction pattern and in the final stages, it is almost constant. The results showed that rill erosion is strongly influenced by flow intensity and its value changes over time and these changes are independent of flow production and depended on the transmittance of soil particles transferable in the rill.
Keywords: Flow discharge, Rill erosion, runoff, Soil loss, temporal variation -
میکروپلاستیک ها ذرات پلاستیک کوچکتر از 5 میلی متر هستند که به عنوان آلاینده های نوظهور شناخته می شوند. تاکنون بیشتر تحقیقات درباره میکروپلاستیک ها در اکوسیستم های آبی انجام شده و درباره اثرات این ذرات بر ویژگی های بیولوژیکی و آنزیمی خاک اطلاعات محدودی وجود دارد. بنابراین، هدف از انجام این تحقیق، بررسی تاثیر ذرات میکروپلاستیک پلی اتیلنی بر برخی ویژگی های خاک شامل معدنی شدن کربن آلی و تنفس تجمعی خاک، کربن توده زنده میکروبی و فعالیت آنزیم های فسفاتازهای اسیدی و قلیایی خاک بود. برای این منظور، ذرات میکروپلاستیک از جنس پلی اتیلن سبک با ابعاد 1 تا 5/0 میلی متر در سطح یک، دو و چهار درصد وزنی-وزنی به خاک اضافه شد. دوره خوابانیدن برای بررسی ویژگی های بیولوژیکی و فعالیت آنزیم ها به ترتیب 87 و 45 روز بود. نتایج نشان داد که ذرات میکروپلاستیک میزان معدنی شدن کربن آلی و تنفس تجمعی خاک را افزایش داد. کربن توده زنده میکروبی خاک در اوایل دوره خوابانیدن (روزهای 3 و 17) افزایش پیدا کرد و در ادامه مقدار آن در مقایسه با تیمار شاهد کاهش یافت. ذرات میکروپلاستیک اثر منفی بر فعالیت آنزیم های فسفاتاز اسیدی و قلیایی داشت و میزان فعالیت هر دو کاهش یافت. بیشترین مقدار کاهش مربوط به سطح 4% میکروپلاستیک بود. میزان کاهش فعالیت آنزیم فسفاتاز اسیدی تحت تاثیر ذرات میکروپلاستیک، بیشتر از آنزیم فسفاتاز قلیایی بود. به طورخلاصه، نتایج مطالعه حاضر نشان داد که ذرات میکروپلاستیک می تواند میزان تنفس خاک را افزایش دهد، اما بر میزان فعالیت آنزیم های فسفاتاز اثر بازدارنده دارد.
کلید واژگان: آلاینده های نوظهور, پلاستیک, آلودگی, آنزیم خاکMicroplastics are plastic particles smaller than 5 mm that are known as emerging contaminants. Most research about microplastics has been performed in aquatic ecosystems and there is limited information about the effects of these particles on soil biological and enzymatic properties. Therefore, the aim of this research was to evaluate the effect of Microplastic particles on some soil properties included basal and cumulative respiration, microbial biomass carbon as well as soil acid and alkaline phosphatase activity. For this purpose, Low-density polyethylene (LDPE) microplastic particles (diameter 0.5 - 1 mm) added to the soil (1, 2 and 4 % w/w). Incubation times for investigation of soil properties and enzymes activity were 87 and 45 days, respectively. The results showed that the microplastic particles increased the soil basal and cumulative respiration rate. Soil microbial biomass carbon increased during the 3th to 17th days of incubation, but decreased after that when compared to control treatment. LDPE Microplastic particles had a negative effect on the activity of acid and alkaline phosphatase and decreased them. The highest decline was related to the microplastic level of 4%. The rate of decrease in acid phosphatase activity was more than alkaline phosphatase activity. Briefly, the results of the present study showed that the microplastic particles can increase soil respiration, but it has a negative effect on phosphatase activity.
Keywords: emerging contaminant, plastic, Pollution, soil enzyme -
کربن آلی خاک از مهم ترین شاخص های قضاوت کیفیت، سلامت و حاصلخیزی خاک محسوب می شود ؛ بنابراین، اندازه گیری دقیق، سریع و کم هزینه آن برای تدوین روش های مدیریتی و حفاظتی که منجر به ترسیب و افزایش کربن یا حداقل حفظ آن در خاک شود، ضروری است. روش های اندازه گیری کربن خاک به طورکلی در دو دسته خارج از منطقه نمونه برداری و روش های نوین اندازه گیری در جا، طبقه بندی می شوند. دسته اول که شامل نمونه برداری سنتی از خاک و تخریب شیمیایی آزمایشگاهی ماده آلی خاک با استفاده از روش های احتراق تر و احتراق خشک هستند، اغلب پرهزینه، وقت گیر و مخرب محیط زیست می باشند و خطاهای رایج نمونه برداری و تجزیه های آزمایشگاهی در بسیاری موارد باعث کم شدن دقت این روش ها می شوند. روش های اندازه گیری در منطقه که شامل طیف سنجی بازتاب مادون قرمز، پراکندگی ناکشسان نوترونی، طیف سنجی فروشکست القایی لیزر و سنجش ازدور هستند، با افزایش دقت و سرعت اندازه گیری و کاهش فراوان هزینه های نمونه برداری و تجزیه های آزمایشگاهی، به ویژه در مطالعات کلان ملی، بسیار راهگشا می باشند. آمارهای پایش سرتاسری کیفیت خاک های کشاورزی ایران نشان داده است که در بیش از 60 درصد اراضی، میزان کربن آلی خاک کمتر از یک درصد است و بررسی های متوالی نیز موید روند کاهشی ذخایر کربن آلی خاک های اکثر مناطق کشور است. قرار گرفتن بیش از 80 درصد مساحت ایران در اقلیم خشک و نیمه خشک و محتوی کم کربن آلی این خاک ها از یک سو و شوری مساحت قابل توجه و آهکی بودن غالب خا ک های ایران از سوی دیگر، روش صحیح اندازه گیری کربن آلی این خاک ها را به موضوعی چالشی و بحث برانگیز تبدیل کرده است. اگرچه در بین روش های اندازه گیری کربن خاک، استفاده از سنجش گرهای خودکار کربن، به عنوان روش استاندارد و مرجع شناخته می شوند؛ اما در خاک هایی که حاوی مقادیر زیادی کربنات هستند، در اغلب موارد هنگام احتراق نمونه تبدیل کربنات ها به کربن دی اکسید ناقص انجام می شود؛ بنابراین، استفاده از روش های احتراق تر، به دلیل تاثیر نپذیرفتن آن از حضور کربنات ها و محاسبه مستقیم کربن آلی مطلوب تر است. تمامی راهکارهای سنجش مقدار کربن آلی خاک نقاط قوت و ضعفی دارند که انتخاب آن ابزار یا روش اندازه گیری را منوط به ویژگی های خاک موردبررسی، هدف پروژه و بودجه تخصیص یافته می کند. لذا با توجه به عدم وجود مطالعه ای جامع در این زمینه، این مطالعه با هدف کمک به ایجاد نگرشی بهتر نسبت به نتایج حاصل از روش والکلی بلک که اصلی ترین روش اندازه گیری کربن آلی خاک های کشور است و نیز کمک به تدوین پروتکلی استاندارد برای اندازه گیری کربن آلی خاک های شور و آهکی ایران، به ارزیابی مقایسه ای روش های اندازه گیری کربن خاک با تشریح نقاط قوت و ضعف آن ها پرداخته است.
کلید واژگان: ضریب تبدیل کربن آلی, احتراق تر, روش والکلی بلک, طیف سنجی بازتاب مادون قرمزSoil organic carbon is one of the most important basis for assessing soil quality, health, and fertility. Therefore, accurate, rapid, and inexpensive measurement of soil organic carbon is essential to determine efficient management and conservation practices, which might increase carbon sequestration or preservation in soils. Soil carbon measurement methods are generally classified into two categories: ex-situ and new in situ methods. The first category includes traditional field-collected samples and chemical laboratory degradation of soil organic matter using wet and dry combustion methods. These methods are often expensive, time-consuming, and environmentally destructive. In many cases, common sampling and laboratory errors have resulted in these approaches to be less precise. In situ methods, including infrared reflectance spectroscopy, laser-induced breakdown spectroscopy, inelastic neutron scattering, and remote sensing, are considered more efficient, especially in large-scale national studies as utilizing such methods may increase the speed and accuracy of measuring and significantly reduce the cost of conventional field sampling and laboratory analysis. National quality monitoring of Iranian agricultural soils showed that in more than 60% of lands, soil organic carbon content is less than one percent and further studies have confirmed the declining trend of organic carbon storages in most parts of the country. On one hand, more than 80% of Iran's land area is located in an arid and semi-arid climate whose soils are low in organic carbon content, and on the other hand, the salinity and predominance of calcareous soils in vast areas of Iran have become controversial issues, which have made the attempts to find the correct method of measuring the organic carbon of these soils more complicated. Although the use of an automated carbon analyzer is considered as the standard method for comparing the ex-situ soil carbon measurements, the incomplete conversion of carbonate to CO2 under the combustion conditions in highly calcareous soils might happens which is problematic. Therefore, the use of wet combustion methods is more popular because it’s not affected by the presence of carbonates and the direct calculation of organic carbon. All soil organic carbon measurement methods have strengths and weaknesses, so its choice depends on the characteristics of the studied soils, the purpose of the project as well as the financial considerations, and the allocated budget. Considering the lack of comprehensive studies in this field, the present study aims to help to gain a better understanding of the results of the Walkley Black method, as the basic method of measuring soil organic carbon in Iran, and to assist with developing a standard and robust protocol for measuring the organic carbon of saline and calcareous soils of Iran, and finally to comparatively evaluate the soil carbon measurement methods by outlining their strengths and weaknesses.
Keywords: SOC to SOM conversion factor, Wet combustion, Walkley Black method, Infrared reflectance spectroscopy -
در پژوهش حاضر، امکان اصلاح برخی ویژگی های شیمیایی یک خاک شور و سدیمی طی افزودن سطح پنج درصد وزنی بقایای یونجه و دو نوع بیوچار تولید شده از باگاس نیشکر و پوست گردو به صورت مستقل و همزمان با گچ، سولفات آلومینیم و مخلوط این دو بررسی شد. این پژوهش در سه تکرار در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی به صورت گلدانی انجام شد. نمونه های خاک پس از اعمال تیمارها به مدت چهار ماه در رطوبت ظرفیت مزرعه خوابانیده و برخی از مهم ترین ویژگی های شیمیایی خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که بقایای یونجه بیشترین کارایی را در کاهش پ هاش خاک داشته و کاربرد مخلوط این نوع بقایا با گچ مقدار پ هاش خاک را از 13/9 در تیمار شاهد به 24/7 کاهش داد. تیمارهای گچ، سولفات آلومینیم و مخلوط این دو با افزایش غلظت یون هایی از جمله کلسیم و سولفات موجب افزایش غلظت الکترولیت خاک و درنتیجه افزایش قابلیت هدایت الکتریکی تا حدود سه برابر بیشتر از تیمار شاهد شدند. تیمارهای مورد استفاده با جایگزینی برخی یون ها به جای سدیم تبادلی موجب افزایش غلظت سدیم محلول و درنتیجه بالا رفتن نسبت جذب سدیم خاک شدند. بیشترین افزایش نسبت جذب سدیم را کاربرد همزمان بیوچار پوست گردو و گچ رقم زده و این ویژگی را از 6/22 در تیمار شاهد تا 3/54 افزایش داد. آزادسازی پتاسیم از تیمارهای آلی و بهبود شرایط عمومی خاک در پی افزودن تیمارهای شیمیایی موجب افزایش پتاسیم تبادلی خاک شد؛ درحالی که افزایش فسفر قابل دسترس خاک کمتر تحت تاثیر کاربرد تیمارهای شیمیایی قرار گرفت. در مجموع، به نظر می رسد که اثرات اصلاحی تیمارهای آلی و معدنی مورد استفاده تکمیل کننده یکدیگر هستند و از این رو، کاربرد همزمان آنها نه تنها ویژگی های نامطلوب شیمیایی خاک های شور و سدیمی را بهبود می دهد، بلکه افزایش کیفیت حاصلخیزی این خاک ها را نیز رقم می زند.
کلید واژگان: اصلاح خاک, باگاس نیشکر, پوست گردو, زغال زیستی, گرماکافتThe present study was intended to improve the chemical properties of a saline-sodic soil using the individual application of alfalfa residue and two biochars produced from sugarcane bagasse and walnut shell, at the weighting ratio of 5%; their concomitant application with gypsum, aluminum sulfate and the mixture of these two chemical amendments was considered. The experiment was conducted in three replications using the factorial experiment in a completely randomized design. After four months of incubation, the soil samples were measured for their main chemical properties. The results showed that alfalfa residues were the most effective treatment to reduce the soil pH; so the concomitant application of this organic amendment with gypsum lowered the soil pH from 9.13 in the control (untreated soil) to 7.24. It was also observed that the addition of gypsum and/or aluminum sulfate to the soil led to the increase of the soil electrolyte concentration and consequently, the increase of soil electrical conductivity to three times greater than control, through an increase of ions, like calcium and sulfate in the soil solution. Increasing the soluble sodium concentration by replacing exchangeable sodium by other similar ions showed that the studied treatments enhanced the sodium adsorption ratio (SAR), which could be regulated by washing. Concomitant application of the walnut-shell biochar with gypsum had the most increasing effect on the soil SAR, enhancing it from 22.6 in the control to 54.3. Potassium was released from organic amendments, improving the soil general conditions; addition of chemical amendments elevated soil exchangeable potassium contents; however, the elevated soil available phosphorus contents were less influenced by chemical amendments application. As the conclusion, it seems that the positive impacts of the applied chemical and organic amendments would supplement each other; as a result, the concurrent use of both treatments not only improves the bad soil chemical properties, but also enhances the soil fertility.
Keywords: Soil remediation, Sugarcane bagasse, Walnut shell, Biochar, Pyrolysis -
در چند دهه اخیر ارزیابی مدل ها و نقشه های موضوعی مختلف تولید شده شامل محاسبه درصد صحت یا شاخص کاپای توافق است. این شاخص بیان گر نسبت صحیح بوده و فاقد هر گونه اطلاعات مفیدی می باشد که بتواند به کارشناسان برای تصمیم گیری در زمینه میزان اعتبار مدل ساخته شده، کمک کند. لذا نیاز به روش های جدید یا تکمیلی که قادر باشند، علاوه بر بیان میزان تطابق و اختلاف دو نقشه، نشان دهند که چه طور نقشه هایی با دقت بالا ایجاد کنیم، بسیار ضروری است. هدف این پژوهش معرفی و مقایسه شاخص های مختلف دو مولفه توافق و عدم توافق به جای نمایه کاپا در قالب تهیه نقشه رقومی خاک و مقایسه آن با نقشه خاکی می باشد که با روش سنتی و رایج تهیه شده است. بدین منظور از تجزیه و تحلیل ماتریس خطای دو نقشه مرجع و رقومی تولید شده در محیط نرم افزار IDRISI SELVA استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد، ارایه سطوح توافق کمی و مکانی مدل به دست آمده با اطلاعات مرجع به صورت یک ماتریس و تغییر سطوح اطلاعات مکانی و کمی سلول های مدل، علاوه بر بیان اختلاف موجود در بین دو نقشه به مفسر کمک می کند تا اقدامات لازم برای کاهش میزان اختلاف از لحاظ کمی و مکانی را به عمل بیاورد. هر چه مقدار شاخص (P(m) - K(m)) بیشتر باشد، میزان نیاز به بازآرایی سلول های نقشه مدل بیشتر خواهد بود. از گروه شاخص های توافق، توافق بر پایه شانس برابر با 6.7%، توافق کمی 9.7% و مقدار توافق در سطح پیکسل های نقشه 44.3% به دست آمد. همچنین در بین شاخص های عدم توافق، عدم توافق کمی برابر با 12.8%، عدم توافق مکانی در سطح پیکسل های نقشه 26.5% ، شاخص کاپای استاندارد 53% ، 61% = K allocation strata و 62.5% = K allocation محاسبه گردید. توصیه می شود که در زمینه بررسی مدل های مکانی تولید شده با روش های مختلف که نیاز به مقایسه با داده مرجع و اعتبار سنجی دارند، از شاخص های توافق و عدم توافق کمی و مکانی و مولفه های آن ها استفاده شود.
کلید واژگان: اعتبارسنجی, بازآرایی مکانی, توافق کمی, عدم توافق مکانی و نقشه های موضوعیIntroductionIn the last few decades, thematic maps and models were usually assessed using Kappa index of agreement. The index gives us the relative observed agreement among raters (identical to accuracy), but lacks any useful information to make practical decision making about the model’svalidity easier. In other words, Kappa index does not provide an explanation about classification quality or an idea about increasing theaccuracyof the predicted map. Moreover, the index does not explain the causes of disagreement.Thus, giving indices of agreement without any interpretation will not be satisfactory. Today, new complementary methods are required to show the quantitative and spatialagreement and disagreement between two maps. It is necessary to show how a modeled map can be produced with better accuracy. The present study seeks to introduce and explain concepts of agreement and disagreement components with an example. Finally, these components are introduced as a useful method for the validation of digital maps.
Materials and MethodsAn area of 410 hectares which belongs toZanjanUniversity was used to express the findings of this study. The area is located 5 km before the beginning of Zanjan-Miyaneh Road at 48.4° eastern latitude and 36.68° northern longitude. A digital soil mapin which probability distribution of different soil classes is obtained using multinomial logistic regression algorithm and a reference soil mapproduced with the conventional methods are usedto explain the concepts and investigate the spatial and quantitative agreement and disagreement indices. Validation and calculation of quantitative and spatial agreement and disagreements are performed using IDRISI software (SELVA version). To simplify the process, two maps with a grid structure (3 x 3) are introduced as a reference map and a predicted map. The reference map is used for spatial and quantitative evaluation and validation of the predicted map cells. Each map contains 9 cells and each grid cell has a membership value of either white or gray categories.
Results and DiscussionIn the validation process of two maps, most researchers seek to find answers to two important questions: 1- How much agreement is there between the cells of each mapping class group? And 2- How much agreement is there between the map used in modeling and the reference map regarding the position of the cells in each class? The present study expresses agreement between the two soil maps using an index of (M (m)) which equals 60.69%. With an average level of quantitative and spatial information about different classes of the digital soil map (DSM), the H (m) index equals46.4%. Results indicate that if the produced map is modified or rearranged (provided that the level of quantitative information remains unchanged but the amount of spatial information increases), the agreement between the maps increases dramatically and reaches 87.17%. Quantitative and spatialagreement and disagreement between the digital and traditional soil maps also equal 61% (M(m) = 61%) and 39%, respectively. The DSM accuracy can be increased to 87% (P (m) = 87%) compared to thetraditional soil map through spatial modification of cells(without changing quantitative information).
ConclusionEvaluating the accuracy and validity of digital maps are considered to be an important and sensitive stepof research projects. Therefore, introducing more accurate indices is very important. According to the results of the present study, displayingquantitative and spatialagreement and disagreement in the form of a matrix and according to the different levels of quantitative and spatial information can be a new strategy to verify modeling methods. The method presented here not only introduces and interprets sources of (quantitative and spatial)error, but also provides information on the possible ways of reducing these errors. Thus, introducing the amount of error without any scientific interpretation cannot be useful for predicted maps. Unfortunately, researchers does not concur on how to report agreement and disagreement. However, it seems thatwhen it comes to explaining errors and finding a method to reduce such errors,the components of disagreement and its related parameters are more useful than agreement component and its indices. Therefore, it is recommended tointerpretdisagreement components before other components of agreement. The advantage of this method is that complex analyses can be reported in a simple form. Finally, this assessment and validation method is expected to be used in different studies as an appropriate and alternative method.
Keywords: Validation, Spatial rearrangement, Quantitative agreement, Spatial disagreement, Thematic maps -
تثبیت شیمیایی آرسنیک با استفاده از جاذبهای مختلف، یکی از روش های جدید پالایش آرسنیک خاک است. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی نانوذرات مگنتیت، سولفات آهن، فروسیلیس، فروسیلیس منیزیم و خاک آهن در کاهش تحرک آرسنیک در خاکهای آلوده انجام شد. یک آزمایش فاکتوریل با دو فاکتور نوع اصلاح کننده (نانوذرات مگنتیت، فروسیلیس، فروسیلیس منیزیم، خاک آهن گل گهر، خاک آهن اسفوردی و سولفات آهن) و مقدار اصلاح کننده در چهار سطح (صفر، 1/0، 2/0 و 3/0 درصد آهن)، در یک خاک آلوده به آرسنیک (20 میلی گرم بر کیلوگرم) در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد. پس از گذشت یک ماه، غلظت آرسنیک، آهن، روی و مس فراهم خاک با استفاده از اسید کلریدیک 1/0 مولار استخراج و با دستگاه جذب اتمی و ICP اندازه گیری شد. سطح 3/0 درصد اصلاح کننده بیشترین کاهش غلظت آرسنیک فراهم خاک را نشان داد. کمترین غلظت آرسنیک قابل جذب در خاک مربوط به مقدار 3/0 درصد آهن نانوذرات مگنتیت و بیشترین آن مربوط به تیمار شاهد بود. افزایش اصلاح کننده ها باعث افزایش غلظت آهن و روی خاک شد، بیشترین غلظت آهن و روی در تیمار 3/0 درصد فروسیلیس، خاک آهن گل گهر و اسفوردی مشاهده شد. کاربرد نانوذرات مگنتیت آرسنیک قابل استخراج با اسید کلریدریک 1/0 مولار را بیشتر از سایر جاذب ها کاهش داد و در بین اصلاح کننده های مورد استفاده، نانوذرات مگنتیت کارایی بیشتری در تثبیت شیمیایی آرسنیک خاک نشان داد. سایر اصلاح کننده ها نیز توانستند بخشی از آرسنیک خاک را تثبیت کنند و با توجه به فراهمی و قیمت مناسب، امکان استفاده از اصلاح کننده های حاوی آهن در اراضی آلوده به آرسنیک پیشنهاد می شود.
کلید واژگان: اسفوردی, تثبیت شیمیایی, سولفات آهن, فلزات سنگین, گل گهرJournal of water and soil, Volume:34 Issue: 6, 2021, PP 1231 -1242IntroductionHigh concentrations of As in contaminated soils represent a potential risk for groundwater sources and threat the food chain. It has been found that the iron-containing compounds used in remediation of As contaminated soils have distinct effects on the solubility of As and can be used as adsorbents for As removal from aqueous and soil solutions. The objectives of this study were to determine As stabilization in soil, with iron-containing compounds and also to compare the fixation of magnetite nanoparticles, ferrous sulfate, ferrosilicon, magnesium ferrosilicon and iron oxide in fixation of arsenic in contaminated soils.
Materials and MethodsA factorial experiment was conducted using a completely randomized design with three replications. The experimental factors were the amendment types and levels. The modifiers used were magnetite nanoparticles, ferrous sulfate, ferrosilicon, magnesium ferrosilicon, Sfordi, and Golgohar iron soil containing 0, 0.1, 0.2 and 0.3% iron. The soil was artificially contaminated with As (20 mg/kg) using Na2HAsO4.7H2O salt and incubated for 1 month. At the end of incubation time, the modifiers were added to the As contaminated soils and after 3 months, the available fractions of arsenic, iron, zinc and copper were extracted using 0.1 M HCl and measured with ICP.
ResultsThe results showed that the type and the amount of the modifiers had a significant effect on the available fraction of arsenic and iron in soil (extractable fraction with 0.1 M hydrochloric acid). The available fraction was reduced due to the addition of all modifiers: Magnetite nanoparticles > iron sulfate > magnesium ferrosilicon > ferrosilicon > Esfordi iron soil and Golgohar iron soil, respectively. The highest decrease in the concentration of available arsenic occurred in the soils treated with 0.3% of modifier. Application of 0.3% levels of magnetite nanoparticles, iron sulfate, ferrosilicon, ferrosilicon magnesium, Golgohar iron soil and Esfordi iron soil stabilized 91, 63, 57, 32 and 48% of arsenic extractable with 0.1 M HCl, respectively. Application of 0.3% of magnetite nanoparticles reduced available arsenic more than other adsorbents. Among the studied modifiers, magnetite nanoparticles showed more efficiency in chemical stabilization of arsenic in soil. The application of magnetite nanoparticles increased the Fe available fraction in soil. Golgohar iron soil, ferrosilicon, Esfordi iron soil, magnesium ferrosilicon, ferrous sulfate and Magnetite nanoparticles, increased the iron extractable with 0.1 M HCl of the soil, respectively. The highest Fe concentrations were observed in 0.3% of Gol Gohar soil, ferrosilicon, Esfordi soil and ferrosilicon. Increasing the modifiers decreased soil copper extractable with 0.1 M hydrochloric acid concentration and increased soil zinc extractable with 0.1 M hydrochloric acid concentration, which was not statistically significant.
ConclusionApplication of magnetite nanoparticles reduced arsenic concentration more than other adsorbents and showed more efficiency in chemical stabilization of soil arsenic. Other modifiers have also been able to stabilize the arsenic in the soil, suggesting the possibility of using iron-containing modifiers in arsenic-contaminated soils. The use of modifiers increased the iron concentration in the soil. Due to their reasonable price and availability, iron sulfate and magnesium ferrosilicon are recommended for soil arsenic stabilization. At 0.3% soil level, Gol Gohar and Esfordi iron soil were able to reduce 32% and 48% the arsenic concentration, respectively and are recommended for arsenic stabilization in contaminated soil. Golgohar, ferrosilicon, Esfordi and magnesium iron soils caused the highest increase in soil iron concentration. Due to the concentration of other soil elements and the price of modifiers, the level of 0.2% of iron sulfate, Gol Gohar and Esfordi iron soil, ferrosilicon and magnesium ferrosilicon is recommended for stabilization of arsenic in contaminated soil.
Keywords: Chemical fixation, Iron sulfate, Heavy metals, Golghohar, Esfordi -
برای جهان پر از دگرگونی، چالشهای بیشماری در نقشهبرداری رقومی خاک وجود دارد. یکی از این چالشها، روش نمونهبرداری است که نقش مهمی در فراهم آوردن اطلاعات مناسب برای نقشهبرداری رقومی خاک و افزایش کارآیی آن ایفا میکند. روش نمونهبرداری کارآمد، با در نظر گرفتن تعداد نمونه، تغییرات مکانی و هزینه، راهی برای شناسایی مجموعهای از مکانهای پراکنده نمونهبرداری در یک فضای جغرافیایی است که پوشش مکانی مناسبی از ویژگیها را همراه داشته باشد. پوشش مکانی مناسب ویژگیها برآورد دقیق پارامترهای رگرسیونی را پشتیبانی و موجب میشود تا میان یابی مکانی موثری واقع شود. در ارزیابی خاک، شمار نمونههای جمعآوریشده، بیشتر با محدودیتهای زمان و هزینه روبرو است. همچنین، کمبود جادههای دسترسی، پوشش گیاهی انبوه و زمینهای ناهموار، در بازدید از مناطق خود باعث محدودیتهای بیشتری میشوند. این کمبودها، انگیزه به کارگیری روشهای نمونهبرداری نیرومندتری را ایجاد میکند تا بتوان تغییرات مکانی خاک و ویژگیهای آن را برای کاهش شمار نمونه، زمان و هزینه مورد نیاز، بهخوبی فراهم کند. به گونه ای که، کیفیت پایانی نقشهها پشتیبانی شود. این مقاله برخی از مهم ترین روش های مختلف نمونه برداری های آماری و هندسی که الگوی نمونهبرداری هندسی در یک فضای جغرافیایی را بهینهسازی میکند، بررسی و نقاط قوت و ضعف این روشها را با توجه به پوشش مکانی، سادگی، دقت و کارآیی بیان می کند. نتایج نشان داد که از نظر دقت و کارایی، نمونهبرداری تصادفی طبقهبندیشده بالاترین دقت و صحت را داشته و بهطور گسترده استفاده شده است. نمونهبرداری پوشش مکانی، از نظر پوشش مکانی بهترین روش است. نمونهبرداری تصادفی ساده، نمونهبرداری شبکهای و نمونهبرداری پوشش مکانی، از نظر سادگی در مراحل طراحی و پیاده سازی، ساده ترین روشهای نمونهبرداری هستند. در میان روشهای نمونهبرداری مطالعه شده، روش نمونهبرداری مکعب لاتین مشروط، رایجترین روش استفاده و بسیار توصیه شده است و نمونهبرداری تصادفی طبقهبندیشده و نمونهبرداری پوشش مکانی، بهعنوان کارآمدترین روشهایی هستند که الگوی نمونهبرداری را در فضای جغرافیایی بهینهسازی میکنند.
کلید واژگان: نمونهبرداری کلاسیک, نمونهبرداری آماری, نمونهبرداری هندسیApplied Soil Reseach, Volume:8 Issue: 3, 2020, PP 202 -219There are innumerable challenges for digital soil mapping in the world full of change. One of these challenges is the sampling method which plays an important role in providing appropriate information for digital soil mapping and increasing its efficiency. Sampling method efficiency, with considering the number of samples, space changes, and cost, is a way to identify a set of scattered sampling locations in geographical space that have good location coverage of features. A good space coverage of features ensures accurate estimation of regression parameters and it makes effective spatial interpolation. In soil evaluation, the number of samples collected is limited by time and cost. Also, lack of roads, dense vegetation, and rugged terrain are caused more restrictions when visiting the area. These deficiencies lead to the use of stronger sampling methods. Methods that can provide a good description of space changes of soil and its features to reduce the number of samples, time, and cost are needed. So that it supports the final quality of the maps. Here are checked several methods of statistical sampling and geometric that optimize the geometric sampling pattern in geographical space. The strengths and weaknesses these methods considering spatial coverage, simplicity, accuracy, and efficiency briefly expressed. The results showed in terms of accuracy and efficiency; classified random sampling has the highest accuracy and has been widely used. In terms of spatial coverage; spatial coverage sampling is the best method. Due to the simplicity in the design and implementation stages; Simple random sampling, network sampling, and spatial sampling are the simplest sampling methods. Among the sampling methods studied, the Latin conditional sampling method is the most common method. It is widely used and recommended, and stratified random sampling and spatial sampling are the most efficient methods that optimize the sampling pattern in geographical space.
Keywords: Classical Sampling, Statistical Sampling, Geometric Sampling -
پژوهش حاضر به بررسی تاثیر بیوماس کلش برنج (RH) و بیوچار حاصل از آن (RHBC) بر برخی ویژگی های شیمیایی و فعالیت های آنزیمی دخیل در چرخه کربن و فسفر در یک خاک شنی آهکی (U) بعد از دو (M2)، چهار (M4)، هشت (M8) و دوازده (M12) ماه انکوباسیون می پردازد. برای این منظور آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در چهار تکرار و دو تیمار (RH و RHBC) انجام شد. اصلاح کننده های آلی با مقادیر وزنی %25/1=L1، %5/2=L2 و %5=L3 به خاک افزوده شدند. نتایج نشان داد مقادیر کربن آلی خاک (SOC) به صورت معنی دار (001/0> p) تحت تاثیر نوع اصلاح کننده، میزان کاربرد آن و مدت زمان انکوباسیون قرار گرفت. بیشترین و کمترین مقدار SOC به ترتیب در تیمارهای RHBCL3M2 و RHL1M12 با 3/96 و 2/73 درصد افزایش نسبت به تیمار شاهد اندازه گیری شد. تغییرات SOC و نیتروژن کل (TN) با گذشت زمان انکوباسیون مشابه یکدیگر و کاهشی بود. بیشترین مقدار فعالیت آنزیم بتاگلوکوزیداز مربوط به تیمار RHL3M12 (μgPNP.gr-1h-1 6/1) و کمترین آن مربوط به تیمار RHBCL1M2 (μgPNP.gr-1h-1 6/0) بود. تیمارهای RHBCL3M8 و RHL1M2 به ترتیب بیشترین (mgGlu.g-13h-1 6/590) و کمترین (mg Glu.g-13h-1 6/109) فعالیت آنزیم اینورتاز را نشان دادند؛ به طوری که بیشترین فعالیت این آنزیم در ماه هشتم انکوباسیون مشاهده شد. تیمار RHL3M12 دارای بیشترین فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی و اسیدی بود که به ترتیب 1/78 و 7/81 درصد افزایش در مقایسه با تیمار شاهد داشت. به طورکلی، افزودن بیوچار با کیفیت مناسب به خاک به دلیل کربن بسیار بالای آن نسبت به بیوماس می تواند منبع بسیار مناسبی برای جبران کمبود کربن آلی خاک و در نتیجه بهبود خصوصیات شیمیایی و بیوشیمیایی باشد. بر اساس نتایج به دست آمده، اثرات کلش برنج و بیوچار حاصل از آن در افزایش میزان SOC و هم چنین فعالیت های آنزیمی خاک، این اصلاح کننده های آلی برای بهبود کیفیت خاک های شنی پیشنهاد می شوند.
کلید واژگان: اینورتاز, بتاگلوکوزیداز, فسفاتاز, کلش برنج, کیفیت خاکThe present study was conducted to investigate the effects of rice husk biomass (RH) and its biochar (RHBC) on some chemical properties and enzymatic activities involved in carbon and phosphorus cycling of a calcareous sandy soil (control, U) after two (M2), four (M4), eight (M8), and twelve (M12) months incubation. For this purpose, a factorial experiment with a randomized complete block design and four replications and two treatments (RH and RHBC) was performed. Three levels of organic amendments (L1= 1.25%, L2= 2.5% and L3= 5%) were added to the soil. The results showed that the amount of soil organic carbon (SOC) was significantly (p < 0.001) affected by the types of organic amendments, their application rate and incubation time. The highest and the lowest values of SOC were observed in RHBCL3M2 and RHL1M12 treatments with 96.3% and 73.2% increase as compared to the control treatment, respectively. The trend of changes in SOC and TN was similar and decreased with incubation time. The highest and the lowest activity of β-glucosidase were corresponded to the treatments of RHL3M12 (1.6 μgPNP.gr-1h-1) and RHBCL1M2 (0.6 μgPNP.gr-1h-1), respectively. The RHBCL3M8 and RHL1M2 treatments exhibited the highest (590.6 mg Glu.g-13h-1) and the lowest (109.6 mg Glu.g-13h-1) invertase enzyme activity, respectively. So that, the highest enzyme activity was observed in 8th month of incubation. The highest activity of alkaline and acid phosphatases activities were found in RHL3M12 treatment which were 78.1% and 81.7% higher than that in control treatment, respectively. In general, the addition of good quality biochars to the soil could be a very good source for compensation of soil organic carbon deficiency and thereby improving chemical and biochemical properties and soil health, because of its higher carbon content than its biomass. Therefore, based on the effects of rice biomass and its biochar on the increasing of SOC content as well as enzymatic activities, these organic amendments are suggested to improve the quality of sandy soils.
Keywords: Invertase, β-glucosidase, phosphatase, Rice Husk, Soil quality -
شاخص کیفیت خاک به عنوان ابزاری کمی برای ارزیابی تاثیر کاربری و سیستم های مدیریتی بر شرایط خاک مورد استفاده قرار می گیرد. هدف از این تحقیق کمی کردن کیفیت خاک در بوم سازگان های کشاورزی استان زنجان با استفاده از تحلیل های چند متغیره می باشد. 154 نمونه خاک از 77 مزرعه در سطح استان زنجان (27 نمونه در کاربری آبی و 50 نمونه در کاربری دیم) از عمق صفر تا 30 و 30 تا 60 سانتی متری جمع آوری شد. 24 ویژگی فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک اندازه گیری شدند. روش تجزیه به مولفه های اصلی به منظور شناسایی حداقل ویژگی های موثر ((MDS بر کیفیت خاک استفاده شد. دو گروه از حداقل ویژگی های موثر با بررسی جداگانه ی ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی ((MDS1 و بررسی کل ویژگی ها (MDS2) تعیین شد و قابلیت روش های خطی و غیر خطی جهت تهیه شاخص کیفیت خاک مورد بررسی قرار گرفت. چهار شاخص برای کیفیت خاک با استفاده از MDS1 و MDS2و روش امتیازدهی خطی و غیر خطی محاسبه شد. نیتروژن کل، فسفر، سدیم، روی و مس قابل جذب، کربن زیست توده میکروبی، شاخص سهم میکروبی، میانگین وزنی قطر خاکدانه و جرم مخصوص ظاهری به عنوان MDS1 تعیین شدند. کربن آلی، فسفر، سدیم، روی و مس قابل جذب، شاخص سهم میکروبی، میانگین وزنی قطر خاکدانه و ضریب جذب پذیری خاک به عنوان MDS2 شناسایی شدند. هر دو روش کارایی کافی برای شناسایی حداقل ویژگی های موثر بر کیفیت خاک را داشتند. شاخص های خطی کیفیت خاک (p˂0.001) نسبت به شاخص های غیر خطی(p˂0.01) قابلیت بیشتری برای تفکیک کیفیت خاک بین دو کاربری دیم و آبی نشان دادند. شاخص کیفیت محاسبه شده با استفاده از تابع خطی و MDS1 نشان داد کیفیت خاک در کاربری آبی (524/0) شرایط بهتری نسبت به کاربری دیم (433/0) دارد. شاخص کیفیت خاک محاسبه شده با استفاده از MDS2 نیز روند مشابهی را بین کاربری آبی (515/0) و دیم (433/0) نشان داد.
کلید واژگان: کاربری آبی, کاربری دیم, مدیریت خاک, تجزیه به مولفه های اصلیApplied Soil Reseach, Volume:8 Issue: 2, 2020, PP 158 -173Soil quality (SQ) index is used as a quantitative tool for assessing the impact of land use and management systems on soil condition. The aim of this study was to quantify SQ under agricultural ecosystems in Zanjan province using multivariate analyses. 154 soil samples were collected from 77 farms in Zanjan province (27 sites under irrigated and 50 sites under rain-fed land use) at 0-30 and 30-60 cm depths. 24 soil physical, chemical and biological properties were measured. Principal component analysis was used to identify minimum data set (MDS) for assessing SQ. Two groups of MDS were determined by considering physical, chemical and biological properties separately (MDS1), and by using all measured soil properties (MDS2). The capability of linear or non-linear approaches to develop SQ index was investigated. Four SQ indices were calculated using MDS1 and MDS2, linear and non-linear scoring methods. Total nitrogen, available phosphorus, sodium, zinc and copper, microbial biomass carbon, microbial quotient index, aggregate stability and bulk density were determined as the MDS1. Soil organic carbon, available phosphorus, sodium, zinc and copper, microbial quotient index, aggregate stability and sorptivity were identified as the MDS2. Both methods had enough efficiency to identify MDS for assessing SQ. The linear SQ indices (p˂0.001) showed higher capability than non-linear indices (p˂0.01) to differentiate SQ between rain-fed and irrigated land uses. The SQ index calculated using linear function and MDS1 indicated SQ of irrigated land use (0.524) had a better condition compared to rainfed land use (0.433). The SQ index calculated using MDS2 also indicated a similar trend between irrigated (0.551) and rainfed land use (0.433).
Keywords: Irrigated land use, principal component analysis, Rainfed land use, Soil management
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.