شاخص کیفیت خاک
در نشریات گروه کشاورزی-
زمینه و هدف
فشردگی خاک از بدترین نشانه های فروپاشی فیزیکی خاک است که اثرهای گسترده ای در کاهش کیفیت فیزیکی آن دارد. از سوی دیگر، پارامترهایی مانند پایداری خاکدانه، جرم مخصوص ظاهری، هدایت هیدرولیکی و تخلخل که از مهم ترین نشانگر های کیفیت فیزیکی خاک هستند، به دلیل شرایط محیطی مناطق خشک و نیمه خشک معمولا نسبت به مدیریت نامناسب آسیب پذیرترند. در دهه های اخیر و به دلیل هماهنگ نشدن با تکنولوژی نوین، کشاورزان برای افزایش تولید به کاربرد بی رویه ماشین و مواد شیمیایی کشاورزی در زمین روی آورده اند. از پیامدهای مدیریت نامناسب زمین فشردگی لایه زیرین عمق شخم است که در سال های اخیر تقریبا در هر جایی از زمین های استان کرمانشاه دیده می شود. این مطالعه به عنوان یک گام اولیه در بررسی این مشکل انجام شد.
روش پژوهش:
دشت سنجابی کرمانشاه به وسعت حدود 67000 هکتار به عنوان منطقه مطالعاتی در نظر گرفته شد. تعداد 102 نقطه به روش سیستماتیک ساده مشخص شد. نمونه های دست خورده از دو لایه سطحی و لایه فشرده زیرین، و نمونه های دست نخورده با استوانه های فلزی از لایه فشرده زیرین برداشته شد. پس از انجام آزمایش های فیزیکی و شیمیایی خاک، پایداری خاکدانه ها در دو حالت خشک و تر بررسی شد. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرم افزار آماری SPSS تعیین شد. ضریب همبستگی به روش پیرسون همراه با آزمون همبستگی به دست آمد. شاخص های کیفیت تجمعی (IQI) و کیفیت نمورو (NQI) در دو مجموعه کل داده ها (TDS) و حداقل داده ها (MDS) از طریق روش تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) به دست آمد. سپس پهنه بندی شاخص های کیفیت خاک جهت ارزیابی مکانی کیفیت خاک به روش کریجینگ انجام شد.
یافته هادر لایه سطحی و لایه فشرده زیرین به ترتیب 10 و 8 مولفه اصلی توانستند 02/85 و 18/80 درصد کل واریانس را برآورد کنند. ضریب همبستگی IQI کل داده ها با حداقل داده در لایه سطحی و لایه فشرده زیرین به ترتیب 76/0 و 61/0 و برای شاخص نمورو 72/0 و 58/0 به دست آمد. برتمامی شاخص های کیفیت خاک در دو مجموعه حداقل و کل داده ها در دو لایه سطحی خاک و لایه فشرده زیرین مدل کروی برازش داده شد و همبستگی مکانی قوی نشان دادند. قسمت های شمال تا شمال غرب و هم چنین شمال شرق منطقه دارای خاک با کیفیت بالاتر بود. دیگر قسمت های منطقه به دلیل خاکورزی زیاد، کاهش ماده آلی، کاهش پایداری خاکدانه ها و به دنبال آن افزایش تراکم و جرم مخصوص ظاهری دارای خاک با کیفیت کم تا متوسط بودند.
نتایجبه طور کلی سرشت خاک به دلیل اثر قاطع مواد مادری موجب گونه ای یکنواختی شده که در بافت، آهکی بودن و کانی شناسی بخش رس آشکار بود. عملیات کشاورزی پیوسته و فشرده به این یکنواختی دامن زده است. در نواحی با مقادیر رس بالا در لایه سطحی خاک به دلیل هم آوری رس و ماده آلی و در پی آن افزایش پایداری خاکدانه ها، کیفیت خاک مناسب تر بود. و اما در لایه فشرده زیرین کشت و کار مداوم در منطقه به دلیل مقادیر کم کربن آلی و مقادیر بالای رس صرفا باعث تراکم هر چه بیش تر خاک شده است. نتایج مطالعات همبستگی نشان داد که در دو لایه سطحی و لایه فشرده زیرین می توان MDS را با اطمینان قابل قبولی به جایTDS در بررسی کیفیت خاک به کار برد. این اطمینان در لایه فشرده زیرین کمتر بود که دلیل آن تخریب بیش از حد ساختمان خاک در نتیجه تراکم و یک دست شدن آن است.
کلید واژگان: کیفیت فیزیکی خاک، تجزیه به مولفه های اصلی، شاخص کیفیت خاکIntroductionSoil compaction is one of the worst signs of soil physical collapse, which has multiple effects on reducing its physical quality. On the other hand, parameters such as aggregate stability, bulk density, hydraulic conductivity and porosity, which are the most important indicators of soil physical quality, are usually more vulnerable to improper management due to the environmental conditions of arid and semi-arid areas. In recent decades, due to not being in tune with new technology, farmers have turned to more use of machines and agricultural chemicals in order to increase production. One of the consequences of improper land management is the compaction of the bottom layer of the plowing depth, which can be seen in almost every part of the land in Kermanshah province in recent years. This study was done as a first step in investigating this problem.
MethodsSanjaabi plain of Kermanshah with an area of about 67,000 hectares was considered as the study area. The number of 102 points was determined by a simple systematic method. Disturbed samples were taken from the two surface layers and the bottom of the plow, as well as undisturbed samples were taken by metal cylinders from the depth of the plow pan. After Laboratory analyses, the aggregate stability was checked in both dry and wet conditions. Statistical analysis was determined using SPSS statistical software. The correlation coefficient was obtained by the Pearson method along with the correlation test. Cumulative quality indices (IQI) and Nemoro quality indices (NQI) were obtained in two collections of total data (TDS) and minimum data (MDS) through the method of principal component analysis (PCA). Then, variography and zoning of soil quality indicators were done for the spatial evaluation of soil quality using kriging method.
ResultsIn the surface layer and bottom of the plow, 10 and 8 principal components were able to estimate 85.02 and 80.18 percent of the total variance, respectively. The IQI correlation coefficient of the total data set with the minimum data set in the surface layer and bottom of the plow were 0.76 and 0.61, respectively, and the Nemoro index was 0.72 and 0.58 respectively. A spherical model was fitted to all the soil quality indicators in two minimum and total data sets in two surface layers of the soil and the bottom of the plow and showed a strong spatial correlation. The parts from the north to the northwest as well as the northeast of the region had higher quality soil. Other parts of the region have low to medium quality soil due to heavy tillage, reduction of organic matter, reduction of stability of aggregate and then increase of bulk density and soil compaction.
ConclusionIn general, the nature of the soil, due to the decisive effect of the parent materials, has caused a uniform type, which was evident in the texture, calcareousness and mineralogy of the clay part. Continuous and intensive agricultural operations have fueled this uniformity. In the areas with high amounts of clay in the surface layer of the soil, due to the flocculating of clay and organic matter and the subsequent increase in the aggregate stability, the quality of the soil was more suitable. But in the bottom of the plow, continuous cultivation in the region has caused the soil to become even more dense due to the low amounts of organic carbon and high amounts of clay. The results of the correlation studies showed that MDS can be used with acceptable reliability instead of TDS in the soil quality assessment in the two layers of the surface and bottom of the plow. This confidence was less in the plowing bottom, which is probably due to the excessive destruction of the soil structure as a result of its compaction and homogenization.
Keywords: Soil Physical Quality, Principal Component Analysis, Soil Quality Index -
خاک یکی از اجزای مهم اکوسیستم جنگل به شمار می رود و می تواند تحت تاثیر پوشش گیاهی قرار گیرد. شناخت کیفیت خاک می تواند به عنوان راهنمایی برای تحلیل سلامت اکوسیستم جنگل مورد استفاده قرار گیرد. از آنجا که ویژگی های خاک تحت تاثیر تیپ های مختلف جنگلی قرار دارند، هدف از مطالعه حاضر بررسی کیفیت خاک در چهار تیپ مازودار خالص، برودار-ویول همراه سایر گونه ها، ویول خالص و ویول-مازودار در جنگل های زاگرس شمالی بود. برای این منظور 15 ویژگی فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک از افق A به عنوان مجموعه کل داده ها (Total Data Set) انتخاب شدند. سپس با استفاده از تجزیه مولفه های اصلی 4 ویژگی شامل نیتروژن، فسفر، پتاسیم قابل جذب خاک و بهره متابولیکی به عنوان مجموعه حداقل داده (Minimum Data Set) انتخاب شدند. شاخص کیفیت خاک (Soil Quality Index) در این دو مجموعه داده ارزیابی شد. نتایج نشان داد که میانگین شاخص کیفیت خاک چهار تیپ جنگلی از 0/23 (مازودار خالص) تا 0/44 (برودار-ویول همراه سایر گونه ها) متغیر بود. برای تیپ های ویول خالص و ویول-مازودار شاخص کیفیت خاک به ترتیب 0/25 و 0/24 بود. ضریب تبیین بین مجموعه حداقل داده و مجموعه کل داده ها برای شاخص کیفیت خاک برابر 0/8 است، که بیانگر قابل اطمینان بودن استفاده از مجموعه حداقل داده به جای مجموعه کل داده ها می باشد. بنابراین استفاده از موثرترین ویژگی های خاک در مطالعات ارزیابی کیفیت خاک ضمن کاهش زمان مطالعات خاک شناسی زمینه صرفه اقتصادی در بحث مطالعات جنگل شناسی را فراهم می نماید.
کلید واژگان: تجزیه مولفه های اصلی، جنگل شناسی، شاخص کیفیت خاک، مجموعه حداقل دادهSoil is one of the important components of the forest ecosystem and can be affected by vegetation. Knowing the quality of the soil can be used as a guide to analyze the health of the forest ecosystem. Since soil characteristics are influenced by different forest types. The purpose of this study was to investigate the soil quality in four types of (Pure Quercus infectoria), (Quercus brantii-Quercus libani and other species) (Pure Quercus libani), and (Quercus infectoria-Quercus libani) in the forests of north Zagros. For this purpose, 15 physical, chemical and biological characteristics of soil from a horizon were selected as the Total Data Set. Then, using principal components analysis, 4 characteristics including nitrogen, phosphorus, soil absorbable potassium and the metabolic quotient were selected as the minimum data set. Soil Quality Index was evaluated in these two datasets. The results showed that the average soil quality index of four forest types was calculated from 0.23 (Pure Quercus infectoria) to 0.44 (Quercus brantii-Quercus libani and other species). The soil quality index was 0.25 and 0.24 for the pure Quercuslibani and Quercus libani- Quercus infectoria types, respectively. The coefficient of explanation between the Minimum Data Set and the Total Data Set is equal to 0.80, which indicates the reliability of using the Minimum Data Set instead of the Total Data Set Therefore, the use of the most effective soil characteristics in soil quality assessment studies, while reducing the time of soil science studies, provides the basis for economic savings in the discussion of forestry studies.
Keywords: Forestry, Minimum Data Set, Principal component analysis, Soil Quality Index -
هدف از این پژوهش ارزیابی و مقایسه اثرات دو گونه بومی و غیر بومی کهور (Prosopis cineraria و P. juliflora) بر مشخصه های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در استان سیستان و بلوچستان است. جهت نمونه برداری، از هر گونه درختی، 30 پایه انتخاب و نمونه های خاک از عمق 30-0 سانتی متری در زیر و بیرون تاج پوشش آن ها برداشت شد و سپس پنج نمونه خاک در زیر یا بیرون تاج با یکدیگر ترکیب شدند و برای آنالیز آزمایشگاهی در دمای مناسب نگهداری شدند. رطوبت اشباع، اسیدیته، هدایت الکتریکی، کربن آلی، نیتروژن کل، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و تنفس میکروبی پایه و برانگیخته، زی توده میکروبی کربن، پتانسیل نیتریفیکاسیون و فعالیت آنزیم های اوره آز، دهیدروژناز، فسفاتاز قلیایی و اسیدی سنجش و با استفاده از تجزیه واریانس یک طرفه مقایسه شد. نتایج نشان داد که به طور معنی داری بیشترین مقادیر رطوبت اشباع، نیتروژن کل، تنفس برانگیخته و فعالیت آنزیم دهیدروژناز در زیر تاج کهور ایرانی و بیشترین مقادیر منیزیم، پتانسیل نیتریفیکاسیون و فعالیت آنزیم فسفاتاز اسیدی در زیر تاج پوشش درخت کهور آمریکایی مشاهده شد این در حالی است که کمترین مقدار آن ها به بیرون تاج پوشش هر دو گونه تعلق داشت. شاخص کیفیت خاک بیانگر این است که کیفیت خاک در زیر گونه کهور ایرانی بالاتر از کهور آمریکایی و مناطق بدون پوشش است. گونه های درختی کهور بومی، حاصل خیزی و اسیدیته خاک را بهبود بخشیده و کیفیت خاک در زیر تاج پوشش آن از نظر عددی بیشتر از پوشش کهور آمریکایی بوده است. بنابراین حفظ جنگل های طبیعی این گونه و جنگلکاری با آن جهت حفظ و بهبود کیفیت خاک در استان سیستان و بلوچستان توصیه می شود.
کلید واژگان: پتانسیل نیتریفیکاسیون، شاخص کیفیت خاک، فعالیت های آنزیمی، مناطق خشکThe purpose of this research is to evaluate and compare the effects of two native and non-native species of Prosopis (Prosopis cineraria and P. juliflora) on the physical, chemical, and biological characteristics of soil in Sistan and Baluchistan province in Iran. For sampling, 30 trees from each species were selected, and soil samples were taken from a depth of 0-30 cm both under and outside their canopy. After combining all 5 soil samples for each species, samples were obtained for laboratory analysis. Soil properties such as saturated moisture (SM), pH, electrical conductivity (EC), organic carbon (OC), total nitrogen (TN), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), microbial respiration (SMR), substrate-induced respiration (SIR), microbial biomass carbon (MBC), nitrification potential (PN), as well as urease, dehydrogenase, alkaline phosphatase, and acid phosphatase enzyme activity were measured in the laboratory. Based on these measurements, a soil quality index was calculated. The results significantly showed that the highest values of SM, TN, SIR, and dehydrogenase enzyme were found under the canopy of P. cineraria, while the highest values of Mg, P, TN, and acid phosphatase enzymes were observed under the canopy of P. juliflora species. The lowest values of these parameters were observed outside the canopy of both species. The soil quality index indicates that soil quality under the P. cineraria tree is higher than under the P. juliflora tree and outside the crown canopy of both species. The conclusion suggests that native Prosopis tree species improve soil fertility and acidity, with soil quality under their canopy being numerically higher than under non-native Prosopis. Therefore, preserving natural forests of P. cineraria species and afforestation with it are recommended to maintain and improve soil quality in Sistan and Baluchestan province.
Keywords: Arid region, Enzymic activity, Nitrification potential, Soil Quality Index -
ارزیابی و تعیین مجموعه حداقل داده ها جهت بررسی کیفیت خاک به لحاظ صرفه جویی در هزینه و زمان بسیار با اهمیت و ارزشمند است. این تحقیق با اهداف اصلی ارزیابی شاخص کیفیت خاک های تحت کشت متوالی و دراز مدت گندم توسط یک مدل معتبر (Integrated quality index)، تعیین مجموعه حداقل داده برای ارزیابی کیفیت خاک های این منطقه و ارزیابی رابطه مابین شاخص کیفیت خاک و اجزای عملکردی گندم در اراضی کشاورزی منطقه پیرانشهر استان اذربایجان غربی انجام گرفت. 18 ویژگی فیزیکی و شیمیایی و حاصلخیزی در خاک سطحی این اراضی که دارای سه رده خاک مالی سول، اینسپتی سول و ورتی سول می باشد با بررسی و مطالعه 40 پروفیل اندازه گیری شد. کل متغیرهای موثر بر کیفیت خاک (TDS) تعیین و حداقل داده موثر (MDS) با استفاده از روش تجزیه مولفه های اصلی (PCA) مشخص شدند. شاخص کیفیت خاک با استفاده از تکنیک میان یابی، متناسب با رشد گیاه به پنج کلاس تقسیم بندی شد. بر اساس نتایج تجزیه به مولفه های اصلی، پنج ویژگی کربن آلی، رس، نسبت جذب سدیم، کربنات کلسیم معادل و سیلت دارای ارزش ویژه بزرگ تر از یک بوده و به عنوان شاخص های MDS انتخاب شدند. بیش ترین مقدار IQITDS و IQIMDS در خاک رده ی اینسپتی سول ها سپس بترتیب در رده مالی سول و ورتی سول مشاهده شد. ارتباط معنی داری (p< 0.05) مابین اجزای عملکرد گندم (عملکرد دانه و بیولوژیک گندم) با مدل های IQITDS و IQIMDS یافته شد که نشان دهنده ی تآثیر مثبت و معنی دار شاخص کیفیت خاک بر اجزای عملکرد گندم بود. همچنین مدل IQITDS نسبت به مدل IQIMDS به علت ضریب اطمینان (R2) بیشتر از دقت بیشتری برای پیش بینی عملکرد اجزای گندم برخوردار بود. با این وجود به علت همبستگی مثبت و معنی دار مابین IQITDS و IQIMDS (R2 = 0.9)، مدل IQIMDS مدل اقتصادی و بهتری برای ارزیابی کیفیت خاک های این منطقه است.
کلید واژگان: شاخص کیفیت خاک، مجموعه کل داده ها، مجموعه حداقل داده ها، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیکیEvaluating and determining the minimum data set to evaluate soil quality is very important, valuable in terms of cost, and time save. The aims of this study were to assess the quality index of soils under successive, and long-term cultivation of wheat by a valid model (Integrated quality index= IQI), determine the minimum data set to evaluate the quality of soils in this region, and evaluate the relationship between soil quality index and wheat yield components. For these purposes, 18 physical, chemical, and fertility properties of the surface soil belonging to 40 soil profiles were determined in the croplands from Piranshahr region of West Azerbaijan province. The soils were classified in the three order of Mollisols, Inceptisols, and Vertisols. Total variables affecting soil quality (TDS) were determined, and minimum effective data (MDS) were estimated using principal component analysis (PCA). The soil quality index was divided into five classes according to the growth of the plant using the interpolation technique. Based on the results of PCA, five properties of organic carbon, clay, sodium adsorption ratio, calcium carbonate equivalent and silt had a specific value greater than one and were selected as MDS indicators. The highest values of IQITDS, and IQIMDS were observed in the Inceptisols, followed by Mollisols and Vertisols, respectively. A significant relationship (p <0.05) was found between wheat yield components (grain yield, and biological yield of wheat) with IQITDS and IQIMDS models, which showed a positive, and significant effect of soil quality index on wheat yield components. Moreover, the IQITDS model was more accurate than the IQIMDS model in predicting the performance of wheat components due to its higher R2. However, due to the positive, and significant correlation between IQITDS and IQIMDS (R2 =0.9(, the IQIMDS model is an economic and better model for evaluating the quality of soils in the region.
Keywords: Soil quality index, Total Data Set, Minimum data set, Grain yield, Biological Yield -
با توجه به نقش و اهمیت ارزیابی کیفیت خاک در کشاورزی و پایداری محیط زیست، این مطالعه با هدف ارزیابی شاخص کیفیت خاک (SQI) در کاربری های مختلف شهرستان ملایر صورت گرفت. بدین منظور، تعداد 36 نمونه از 6 کاربری جمع آوری و 11 ویژگی فیزیکی و شیمیایی خاک اندازه گیری شد. شاخص کیفیت خاک براساس معیارها تعیین شد. با استفاده از روش تحلیل مولفه های اصلی (PCA)، از بین 11 پارامتر فیزیکی و شیمایی خاک دو پارامتر کربنات کلسیم و پتاسیم محلول با توجیه واریانس کل 63/08 درصد به عنوان مهم ترین پارامتر ها جهت ارزیابی شاخص کیفیت خاک با استفاده روش مجموعه حداقل داده (MDS) معرفی شدند. در نهایت کیفیت خاک در کاربری های مختلف تعیین و مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که کاربری پارک و فضای سبز بیشتر ین شاخص کیفیت خاک را در شهرستان ملایر به خود اختصاص داده است اما کاربری های کشاورزی-آبی و صنعتی دارای کمتر ین کیفیت خاک بودند که لازم است مدیریت و افزایش کیفیت خاک در این دو کاربری به منظور جلوگیری از تخریب و فرسایش بیش از حد خاک مد نظر قرار گیرد. با توجه به اینکه حفظ و افزایش کیفیت خاک یکی از معیارهای پایداری اکوسیستم های مختلف است، لزوم پایش کیفیت خاک در کاربری های مختلف و مستعد آسیب در شهرستان ملایر پیشنهاد می گردد.کلید واژگان: کاربری اراضی، شهرستان ملایر، مجموعه حداقل داده، تحلیل مولفه های اصلی، شاخص کیفیت خاکConsidering the role and importance of soil quality assessment in economic success and environmental sustainability, this study was conducted to evaluate the soil quality index (SQI) in different land use of Malayer province. For this purpose, 36 samples from 6 the land use were collected and 11 physical and chemical properties of soil were measured. The Soil quality index was determined based on criteria. Using the principal component analysis (PCA) method among 11 physical and chemical parameters of soil, two parameters of CaCO3 and K with a total variance justification of 63.08% as the most important parameters to evaluate the soil quality index were introduced using the Minimum Data Set (MDS) method. Finally, soil quality in different land uses was determined and compared. The results showed that the park and green spaces land use has the highest soil quality index in Malayer province, but irrigated farming and industrial land uses had the lowest soil quality, which requires management and increasing soil quality in these two land uses in order to prevent excessive soil degradation and erosion. Considering that maintaining and increasing soil quality is one of the criteria for the sustainability of different ecosystems, the need to monitor this parameter in different land use and prone to damage in Malayer province is suggested.Keywords: Land Use, Malayer Province, Minimum Data Set, Principal Component Analysis, Soil Quality Index
-
تخریب محیط زیستی ناشی از استفاده نامناسب اراضی از جمله مشکلات جهانی است. به منظور ارزیابی اثر کاربری اراضی بر تخریب کیفیت خاک، شاخص حساسیت، نسبت لایه بندی و شاخص کیفیت خاک بر اساس مجموعه داده حداقل و توسط روش های نمره دهی خطی و غیرخطی تعیین شد. نتایج نشان داد که اثرکاربری اراضی تنها بر عامل فرسایش پذیری خاک به روش استواری معنی دار بود و کاربری جنگل در مقایسه با کاربری مرتع و زراعی دارای کم ترین میزان عامل فرسایش پذیری خاک بود. شاخص حساسیت ویژگی های خاک نشان داد که کلسیم کربنات معادل، ماده آلی، میانگین وزنی قطر خاکدانه و شاخص پایداری ساختمان خاک نسبت به سایر ویژگی ها به تغییر کاربری حساس تر بودند. نسبت لایه بندی ماده آلی و شاخص پایداری ساختمان خاک نیز نشان داد که این ویژگی ها به خوبی می توانند تخریب کیفیت خاک در اثر تغییر کاربری را نشان دهند. جرم مخصوص ظاهری خاک، ماده آلی، میانگین وزنی قطر خاکدانه و عامل فرسایش پذیری خاک به روش استواری به عنوان مجموعه داده حداقل انتخاب شدند. ارزیابی کیفیت خاک نشان داد که در رابطه با اثر کاربری اراضی بر شاخص کیفیت خاک، روش نمره دهی غیرخطی بر نمره دهی خطی برتری دارد، به نحوی که کاربری جنگل و زراعی به ترتیب از بیش ترین و کم ترین شاخص کیفیت خاک به روش نمره دهی غیرخطی برخوردار بودند و با افزایش عمق، شاخص کیفیت خاک کاهش یافت. با توجه به حساسیت زیاد کیفیت خاک به تغییر کاربری اراضی پیشنهاد می شود به منظور پایداری زیست بوم از جنگل تراشی و تغییر کاربری اراضی در منطقه مورد مطالعه جلوگیری شود.
کلید واژگان: عامل فرسایش پذیری خاک، شاخص حساسیت، نسبت لایه بندی، شاخص کیفیت خاک، مجموعه داده حداقلIntroductionSoil is one of the important parts of ecosystem. Land use change and developed agriculture can lead to soil loss and land degradation because they have damaging effects on soil properties including soil organic carbon, aggregate stability and soil erodibility factor. Soil erodibility factor can be measured by different methods including experimental plots. It shows that the problem should be dealt directly and it demands high amount of cost and time. The factor can be calculated by soil properties such as soil organic matter and particle size distribution. They play a crucial role for sustainable ecosystem and decreased soil erosion. Since a few decades ago, deforestation has caused increased soil degradation and it has had devastative effects on soil surface and subsurface properties. This study investigated soil erodibility factor by different methods in three land uses including forest, grassland, and cropland at two depths in Sidasht of Guilan province. Soil quality index was calculated for evaluation of effects of land use on soil quality degradation.
Materials and MethodsThe study area is located in Tootkabon in Guilan province (latitude 36º 50' 10" N, longitude 49º 39' 15" E). Parent material is limestone and geomorphologic units that are comprised of hill land and plateau. The soil moisture and temperature regimes are xeric and thermic, respectively. In order to reach the goals of the study, samples were collected from three land uses of forest, grassland, and cropland at two depths of 0 to 10 and 10 to 20 cm in regards to parent material, slope class, and equal slope aspect. Soil samples were prepared in two categories: the disturbed soil and the undisturbed ones. After becoming air drying, the disturbed samples were sieved by a 2 mm sieve. Soil properties such as soil texture, bulk density, soil organic carbon, CaCO3, and soil stability were measured. Soil erodibility factor is calculated by nomograph, Vaezi and Ostovari methods. Also sensitivity index and stratification ratio were taken into account. Soil quality index was determined using linear and nonlinear scoring methods based on minimum data set. All soil parameters were tested using one-way analysis of variance and the differences among means were analyzed using Duncan's significant difference test at the probability level of 0.05.
Results and DiscussionResults showed that the effects of land use and soil depth on bulk density, soil texture and soil erodibility factor using nomograph method were non-significant (p ≤ 0.05). The amount of organic matter, soil structure stability index and soil erodibility factor of Vaezi method were significantly decreased by increasing the depth. MWD and GMD at forest were higher than cropland, and CaCO3 and soil erodibility factor of Ostovari method at forest were lower than cropland. In comparison with other methods, soil erodibility factor of Ostovari method demonstrated that the effect of land use was significant (p ≤ 0.05). Soil properties including bulk density, MWD, organic matter, and soil erodibility factor of Ostovari method were selected as the minimum data set. Results of nonlinear scoring method were better than linear scoring method because the linear scoring method just showed the effects of soil depth on soil quality index (p ≤ 0.05). The soil quality index using linear scoring method was decreased by increasing the depth. However, soil quality index using nonlinear scoring method in forest was higher than cropland, and it was decreased by increasing the soil depth. It was found that non linear scoring methods are superior to linear and soil quality index using the nonlinear scoring method showed better the soil quality among different land uses.
ConclusionSensitivity index and stratification ratio values showed that land use change and soil depth effect on soil properties including CaCO3, organic matter, structure stability index and MWD. The stratification ratio values more than 1.5 for organic matter and soil structure stability index can be stated that these properties can show the degradation of soil quality due to land use change. Soil quality evaluation showed that in relation to the effect of land use on soil quality index, nonlinear scoring method is superior to linear scoring, so that forest and agricultural land use had the highest and lowest soil quality index by nonlinear scoring method, respectively. Therefore, due to the high sensitivity of soil quality to land use change, preventing land use change is one of the necessary measures for sustainable soil management in the study area.
Keywords: Soil erodibility factor, Sensitivity index, Stratification ratio, Soil quality index, minimum data set -
این مطالعه با هدف ارزیابی شاخص کیفیت خاک در دو سطح لایه شخم و خاک رخ (عمق 0 تا 100 سانتی متر)، در اراضی مرتعی و کشاورزی با مدیریت های خرده مالک، عمده مالک شخصی و اراضی شرکت کشاورزی و دامپروری بینالود در نیشابور انجام شد. 21 خاک رخ در سامانه های مدیریتی مزبور، حفر و از افق های آن ها نمونه برداری گردید. پرسش نامه های لازم به کمک کشاورزان و کارشناسان منطقه به روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، تهیه و تحلیل های مورد نظر انجام گرفت. از بین ویژگی های موثر بر کیفیت خاک، کربنات کلسیم معادل، کربن آلی، درصد رس، شن، سیلت، قابلیت هدایت الکتریکی، pH، نیتروژن کل، فسفر و پتاسیم قابل استفاده، سدیم و مجموع کلسیم و منیزیم مورد تجزیه آزمایشگاهی قرار گرفت. شاخص کیفیت خاک در مجموعه حداقل داده (MDS) به دو روش تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) و نظر کارشناس (EO) و به دو شیوه تجمعی و وزنی محاسبه شد. برای رسیدن به یک مقدار واحد از هر ویژگی در هر خاک رخ، از دو روش میانگین وزنی و ضریب وزنی استفاده گردید و به منظور بررسی صحت ارزیابی، ارتباط بین شاخص کیفیت خاک با عملکرد یونجه و کلزا نیز به روش رگرسیون خطی بررسی شد. نتایج نشان داد که بیشترین شاخص کیفیت تجمعی و وزنی خاک در هر دو سطح لایه شخم و خاکرخ، در هر دو روش PCA و EO مربوط به اراضی مرتعی و سیستم عمده مالک بود. در تمام واحدهای مدیریتی نیز شاخص وزنی محاسبه شده به روش EO، بیشترین کیفیت خاک سطحی و خاک رخ (به روش ضریب وزنی) را به خود اختصاص داد. ارتباط بین شاخص کیفیت خاک با عملکرد یونجه و کلزا نیز نشان داد که در مجموعه EO، شاخص وزنی خاک رخ (به روش ضریب وزنی) نسبت به خاک سطحی، توانسته است ارتباط بیشتری با عملکرد محصول، به خصوص کلزا، در سیستم مدیریتی عمده مالک (خاک سطحی R2 = 0.75 و خاک رخ R2 = 0.68) و شرکت بینالود (خاک سطحی R2 = 0.65 و خاک رخ R2 = 0.63) نشان دهد. ارتباط نسبتا خوب عملکرد محصولات مورد مطالعه، با شاخص کیفیت خاک نشان داد که به منظور افزایش عملکرد، نیازمند یک مدیریت اصولی در جهت حفظ و بهبود کیفیت خاک، به خصوص در سیستم خرده مالکی در جهت تامین نیازهای تغذیه ای که نقش مهم تری دارند، هستیم.
کلید واژگان: تجزیه به مولفه اصلی، سامانه مدیریتی، شاخص کیفیت خاک، عملکرد محصول، کارشناس خبرهIntroductionThe type of management operations and land use systems are the key parameters affecting the soil quality and sustainable land use. The exploitation systems by efficient use of soil and water recourse can decrease productions costs and increase the yield as well as conserve the natural resources. However, farmers and stakeholders need to be aware that through their management practices, they affect soil quality and, with the short-term goal of production and greater profitability, lead to soil degradation. They can both use the land economically and improve and maintain soil quality by balancing production inputs and refining their management approaches. There are different management systems of productivity in agricultural lands in Neyshabour plain in northeastern Iran. In addition to the water and soil limitations in the study area, the prevalence of the smallholder system and the unwillingness of farmers to integrate smallholder, has further increased the destruction of soils in the study area. The objective of this study was to assess the changes in soil quality index in surface soil and profile (0-100 cm) and calculate the correlation between soil quality index and alfalfa and rapeseed yield in rangeland and agricultural areas managed by smallholders, total owners, and Binalood Company in the study area.
Materials and MethodsA total of 21 soil profiles were described in the total owner, smallholder and Binalood company management system and sampled from the alfalfa and rapeseed lands. Questionnaires were prepared with the help of farmers and experts in the study area based on Analytic Hierarchical analysis (AHP) method. The physical and chemical characteristics of the soil samples were determined. The important soil characteristics affecting plant growth were determined by interviewing farmers and experts study area. Soil quality index in the minimum data set (MDS) was calculated by two methods of principal component analysis (PCA) and expert opinion (EO), by additive and weighted methods in surface soil and profile. To achieve a single value for each soil properties in the soil profile, two methods of weighted mean and weighted factor were used. To evaluate the accuracy of the assessment, the correlation between soil quality index and alfalfa and rapeseed yield was investigated of the various management system.
Result and DiscussionThe results showed that the highest additive and weighted soil quality index at both surface and soil profile in both PCA and EO methods were in rangeland. It was due to lack of cultivation and maintaining organic matter comparing to agricultural land. The total owner management system due to its economic power and the use of appropriate and scientific methods comparing to smallholder management system, showed the highest additive and weighted soil quality index. In all management system, the EO-calculated weight index by weighted factor method had the highest value due to assigning the suitable weight for soil characteristics. The correlation analyses soil quality indices with canola and alfalfa indicated that the EO soil quality calculated by weighted factor for the soil profile were more correlated than surface soil in total owner system and the Binalood company. Weight coefficient method due to the application of different weights to each layer based on their importance, showed a higher soil quality index in both EO and PCA sets than the weighted average method. The reason for better EO performance probably is that the PCA is a reducing the dimensions, meanwhile, the minimum data selection in the EO method is based on regional experts which are familiar with cause-and-effect relationship of the soil properties. Due to the relatively good correlation of the yield of the studied products, with the soil quality index, an appropriate management needs to maintain and improve soil quality, especially in the smallholder system, as well as meeting the nutritional needs of these products.
ConclusionSoil quality assessment in this study indicated that calculation of the soil quality index only considering the surface soil properties may not provide complete information for the farmers and land managers. Then inclusion of both surface and profile soil properties with farmers' knowledge and study area experts are essential for sustainable soil management. On the other hand, the differences in the management system also affected the soil quality index. Although the smallholder management system due to low input, especially chemical fertilizers, water and agricultural implements, had a high potential concerning environmental issues, but in terms of production, total owner and Binalood company management systems because of their high economic strength had the higher soil quality index. The farmers and stakeholders of the total owner management systems should be considered despite the proper management, however due to high inputs of fertilizer and water, especially in the Binalood company, the production may not be sustainable. Therefore, for further studies, calculating the water consumption in the desired management systems is recommended.
Keywords: Crop Yield, Expert opinion, Management system, Principal component analysis, Soil quality index -
آگاهی از توزیع مکانی کیفیت خاک، از مهم ترین موضوعات در شناسایی، برنامه ریزی، مدیریت و بهره برداری از منابع خاک است. در این مطالعه، نمونه های خاک سطحی (30-0 سانتی متر) از 50 کشتزار (m 1650 × m 1650) در منطقه ساوجبلاغ استان البرز برداشت گردید و ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک اندازه گیری شد. کل متغیرهای موثر بر کیفیت خاک استخراج، و کمترین متغیرها با استفاده از روش تجزیه مولفه های اصلی (PCA) انتخاب شدند. معیارهای کیفیت خاک شامل کیفیت تجمعی وزنی (SQIw) و تجمعی ساده (SQIa) و شاخص کیفیت نمورو (NQI) با استفاده از کل ویژگی ها (TDS) و کمترین ویژگی ها (MDS) تعیین شدند. تغییرات مکانی شاخص های کیفیت با استفاده از روش زمین آمار تحلیل و توزیع مکانی آنها با استفاده از روش کریجینگ معمولی تعیین شد. نتایج نشان داد که بهترین مدل برازش یافته برای شاخص NQI با استفاده از کمترین ویژگی ها مدل گوسی (93/0=R2)، و برای بقیه شاخص ها با استفاده از کمترین ویژگی ها و کل ویژگی ها، مدل نمایی (99/0-79/0=R2) بود. همچنین، دامنه تغییرات مکانی برای شاخص های SQIa،،SQIWوNQI به ترتیب 2/6-6 ، 65/3-7/2 و 2/7-5/4 کیلومتر بود. شاخص NQIبا استفاده از کل ویژگی ها، دقت بالاتری بر اساس آماره های R2 برابر با 85/0 و ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (01/0=NRMSE) برای تهیه نقشه کیفیت خاک داشت. قسمت وسیعی از منطقه کیفیت بالا داشت (کلاس II) و مناطقی محدود کیفیت متوسط (کلاس III) و بسیار بالا (کلاس I) داشتند. شاخص های کیفیت در منطقه وابستگی مکانی متوسطی داشتند (70/0-31/0). با توجه به پایین بودن ماده آلی و پایداری ساختمان خاک منطقه، با انتخاب روش مدیریتی مناسب مانند افزودن ماده آلی و سیستم خاک ورزی حفاظتی، می توان کیفیت خاک را بالا برد.
کلید واژگان: تجزیه مولفه های اصلی، تغییرات مکانی، شاخص کیفیت خاک، وابستگی مکانی، کمترین تعداد داده هاKnowledge on the spatial distribution of soil quality is one of the most important issues in recognition, planning, management and optimal exploitation of soil resources. In this study, physical, chemical and biological properties of topsoil (0-30 cm) were measured in 50 fields (1650 m × 1650 m) in Savojbolagh region, Alborz province. All of the factors influencing soil quality were selected using the principal component analysis (PCA). The Weighted Additive Soil Quality Index (SQIw), the Additive Soil Quality Index (SQIa) and the Nemero Soil Quality Index (NQI) were quantified using either the total data set (TDS) or the minimum data set (MDS). Spatial variability of these soil quality indices were analyzed using geostatistical technique. In addition, spatial distribution of them were determined using the Ordinary Kriging method. The results showed that for the NQI index, the best fitted model was the Gaussian (R2= 0.93) when MDS was used, whereas, the exponential (R2= 0.79-0.99) model was strongly fitted to the other indices obtained from MDS and TDS. Furthermore, the effective range of spatial variability for SQIa, SQIw and NQI indices was 6-6.2, 2.7-3.65 and 4.5-7.2 kilometers, respectively. The NQI obtained from the TDS appeared to have the higher accuracy in the area (R2= 0.85, normalized root mean squares error (NRMSE) = 0.01). A large part of the area has high quality (class II) as well as to some extent areas have medium quality (class III) and very high (class I). Soil quality indices in the region were in moderate spatial dependence (0.31-0.7). So, the soil quality in the region is affected by both natural and external factors. Therefore, regarding the low organic matter as well as the weak structural stability of soil in the study area, one may expect that by implementing appropriate management methods such as adding organic matter, the soil quality will be increased.
Keywords: principal component analysis, Spatial variability, Soil quality index, Spatial dependence, Minimum data set -
سلامت خاک وابسته به منشا تشکیل دهنده، کاربری و مدیریت آن است. در این پژوهش، اثرات فعالیت جایگاه دفع زباله سراوان رشت، گیلان، از طریق شاخص های کیفیت تجمعی ساده، وزنی و نمرو بررسی شد. براساس فاصله از جایگاه، شیب، ارتفاع و مسیر حرکت شیرابه، 32 نمونه مرکب از عمق 15-0 سانتی متر با پوشش گیاهی یکسان در سه تکرار برداشت گردید. 17ویژگی خاک به عنوان مجموعه کل داده ها اندازه گیری شدند. میانگین ویژگی های آهن و فسفر قابل دسترس، هدایت الکتریکی و نیتروژن کل به طور معنی داری بیشتر از شاهد و میانگین روی و مس قابل دسترس، کربن آلی، تنفس پایه، کربن زیتوده ی میکروبی و فعالیت آنزیم های اوره آز و فسفاتاز قلیایی به طور معنی داری کمتر از شاهد بود (01/0p <). از طریق تجزیه به مولفه اصلی، از چهار مولفه با سهم %73 از واریانس کل، شش ویژگی (کربن زیتوده میکروبی، سیلت، فسفر و مس قابل دسترس، رس و هدایت الکتریکی)، به عنوان مجموعه حداقل داده ها انتخاب شدند. میانگین شاخص کیفیت تجمعی ساده و وزنی از طریق مجموعه کل داده ها در مسیر عبور شیرابه (به ترتیب 54/0 و 51/0) و اراضی کشاورزی پایین-دست (به ترتیب 55/0 و 52/0) با درجه کیفیت به ترتیب III و IV، تفاوت معنی داری با شاهد (به ترتیب 62/0 و 63/0) با درجه کیفیت به -ترتیب II، III داشته و مبین کاهش کیفیت خاک در مسیر شیرابه و اراضی کشاورزی پایین دست است. درجه کیفیت با مجموعه حداقل داده ها برای همه شاخص های کیفیت خاک در معرض فعالیت جایگاه و شاهد یکسان بود. براساس نتایج، تغییر کاربری عرصه های جنگلی به جایگاه دفع زباله سبب کاهش کیفیت خاک در مسیر حرکت شیرابه و اراضی پایین دست شده است.
کلید واژگان: سری حداقل داده ها، تجزیه به مولفه اصلی، شاخص کیفیت خاک، فعالیت آنزیمی، درجه کیفیت خاک، ضریب متابولیکIntroductionOne of the most important results of population growth, urbanization, and industrialization is the increase of urban waste. Accumulation of municipal solid waste produces toxic leachate that can transfer contaminants to the soil and alter its quality, especially in vulnerable forest ecosystems. This study was carried out to determine the properties of the soil of the Saravan municipal solid waste disposal site that is located in a part of the Hyrcanian forests, Rasht, Guilan province, which have been affected by the activity of the open dumpsite; Determining the minimum data set (MDS) and evaluating the quality adjacent soil to the dumpsite, the route affected by leachate and downstream lands, through soil quality indices such as simple integrated quality index (IQISA), weighted integrated quality index (IQIW) and Nemoro quality index using total data set (TDS) and MDS, and comparing them with each other.
Materials and MethodsBased on the distance from the disposal site, slope, height, and the route of leachate, from 32 sampling points with the same vegetation, a total of 32 composite samples were prepared in plots 10×10 from (five sub-samples from four heads and the middle by a polyethylene hand auger) a depth of 0-15 cm in June 2019.The soil properties including pH, clay, silt, sand, available phosphorus (Pava), copper (Cuav), zinc (Znav), and iron (Feav), total nitrogen (N), cation exchange capacity (CEC), electrical conductivity (EC), organic carbon (OC), basal respiration (BR), microbial biomass carbon (MBC), the metabolic quotient (qCO2) and enzymatic activities of Urease (UR) and alkaline phosphatase (ALP) were measured. One-way analysis of variance (ANOVA) and independent comparison tests was used to compare the results of the soil samples in areas exposed to dumpsite activities and control. Six properties were selected as MDS using principal component analysis (PCA). The models of the simple integrated quality index (IQIsa), weighted integrated quality index (IQIW), and the Nemoro index were used to determine soil quality. One-way ANOVA and Duncan’s multiple range tests were used to compare the mean soil quality indices in the areas around the disposal site, leachate-affected route, and downstream lands. The possible relationship between chemical, physical and biological properties was investigated by calculating Pearson’s correlation coefficients.
Results and DiscussionThe results showed that the value of soil properties including Feav, EC, Pav, N, Znav, Cuav, OC, BR, MBC, the enzymatic activities of UR and ALP is significantly different from the control (p < 0.01). The properties of Pav, Cuav, EC, clay, silt and MBC were selected as MDS, which can describe 73% of changes in the soil quality. Evaluation of the soil quality through Nemoro index, using MDS and TDS (IV and III, respectively) at different distances from the dumpsite was the same as the control. The values of IQIsa and IQIw using MDS did not show any significant difference with the control in all routes exposed to the activity of the disposal site, except around the dumpsite. However, the degree of soil quality through the overall average IQIsa and IQIw, using MDS in all areas exposed to the dumpsite was the same as the control. The results of IQIsa and IQIw, using TDS were so different so that the values of IQIsa and IQIw, using TDS in the path of leachate and lands downstream of the disposal site showed a significant difference with the control (p < 0.01). Also, the quality degree through the overall mean value of IQIsa and IQIw, using TDS (III and IV, respectively), around the disposal site and the path of leachate were different from the control (II and III, respectively).The Saravan municipal waste disposal site is located in an area, with a Mediterranean climate, with high relative humidity and rainfall. It has increased the possibility of leachate production. On the other hand, with the leachate flowing along the sloping path of 15%, especially after each rainfall in the area, the soil is contaminated by leachate and transfer downstream. Also, Leachate is discharged from the disposal site downstream, into the river, which is used to irrigate agricultural land downstream of the dumpsite. The results of changes in IQIsa and IQIw by TDS can indicate the possible consequence of the leachate effect from the disposal site on the path to the soil of downstream farms.
ConclusionAccording to the objectives of the research, it seems that soil properties including Feav, Pav, EC, N, BR, MBC, and the enzymatic activities of UR and AIP have been affected by the activity Saravan solid waste disposal site. Investigating the results of the quality indices using MDS and TDS showed that IQIsa and IQIw, using TDS can better represent the effect of waste disposal site activity on soil quality. Significant differences of the IQIsa and IQIw, in the leachate route and downstream agricultural lands with the control can probably be due to the effect of leachate and leaching of soil around the leachate route and its transfer downstream. Considering the same quality results in the area exposed to the activity of the disposal site with the control through the Nemoro index, using MDS, TDS, it can be concluded that Nemoro index does not have the required sensitivity to describe the effect of waste disposal activity on the quality adjacent soil. This study showed that the change of use of the forest area to waste disposal site affected its soil quality in the path of leachate and downstream lands. Therefore, to protect the areas of Hyrcanian forests in the Saravan region and to prevent the reduction of soil quality in the region, taking the necessary measures to separate the municipal solid waste from the origin, to establish leachate collection systems and treatment of leachate before flowing in the forest areas should be carried out.
Keywords: minimum data set, Principal component analysis, Soil quality index, Enzymatic activity, Soil quality grade, Metabolic quotient -
انتخاب مهم ترین ویژگی های فیزیکی کیفیت خاک و تجمیع آنها در قالب یک شاخص، می تواند به اخذ تصمیمات صحیح مدیریتی منابع و اراضی کمک شایانی نماید. این پژوهش با هدف تعیین شاخص کیفیت فیزیکی خاک در پنج کلاس بافتی لوم، لوم شنی، لوم سیلتی، لوم رسی و لوم رسی سیلتی در ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی طرق در استان خراسان رضوی انجام شد. پس از نمونه برداری های لازم از خاک 30 نقطه و انجام اندازه گیری های صحرایی و آزمایشگاهی، تعداد 35 ویژگی فیزیکی خاک تعیین و با استفاده از روش آماری تجزیه مولفه های اصلی، مهم ترین ویژگی های فیزیکی کیفیت خاک تعیین گردید. سپس با وزن دهی و استفاده از دو روش امتیازدهی خطی به ویژگی های منتخب، شاخص کیفیت فیزیکی خاک در قالب یک مقدار عددی محاسبه شد. نتایج نشان داد که تنها شش ویژگی فیزیکی خاک شامل میانگین قطر منافذ، آب قابل استفاده (ظرفیت مزرعه در مکش 100 سانتی متر)، تخلخل کل، انرژی انتگرالی دامنه رطوبتی با حداقل محدودیت (ظرفیت مزرعه در مکش 330 سانتی متر)، شاخص پایداری خاک دانه و آب قابل استفاده (ظرفیت مزرعه در مکش 330 سانتی متر) می توانند حدود 90 درصد تفاوت خاک های مورد مطالعه را توجیه نمایند. مقایسه روش های مختلف محاسبه شاخص عددی کیفیت فیزیکی خاک نشان داد که بیش ترین مقدار ضریب حساسیت مربوط به روش انتخاب متغیرها با استفاده از تجزیه مولفه های اصلی و وزن دهی آنها و استفاده از روش امتیازدهی در محدوده بین صفر و یک بوده و شاخص محاسبه شده با این روش به عنوان مناسب ترین معیار جهت طبقه بندی خاک های مطالعه شده در قالب چهار کلاس کیفیت خاک می باشد.کلید واژگان: شاخص کیفیت خاک، کوچک ترین مجموعه داده، مولفه اصلیIntroductionSoil quality can be considered as a comprehensive index for sustainable land management assessment. Studying the most important soil physical properties and combining them as an index of soil physical quality (SPQI) could be used as an appropriate criteria for evaluating and monitoring soil physical changes. In this regard, this study was conducted to determine the most important soil physical properties and calculate the SPQI of medium to coarse-textured soils of Khorasan-Razavi province.Materials and MethodsTorogh Agricultural and Natural Resources Research and Education Station of Khorasan-Razavi province is located in south-east of Mashhad city (59° 37' 33"-59° 39' 10" E, 36° 12' 31"-36° 13' 56" N). Soil texture variability in this research station is one of its outstanding features. The soil textures are classified into loam, silt loam, silty clay loam, clay loam, and sandy loam. More than 90% of agricultural soils in Khorasan-Razavi province are classified in these five texture classes. Using the available data, 30 points with different soil textures and OC contents were selected. The soil samples were collected from 0-30 cm soil depth at each point. Intact soil cores (5 cm diameter by 5.3 cm length) were used for sandbox measurements, and disturbed soil samples were used to determine other properties. Required laboratory analysis and field measurements were conducted using standard methods. In this research, 35 soil physical properties as total data set (TDS) including: soil moisture release curve (SMRC) parameters, particle size distribution and five size classes of sand particles, soil bulk and particle density, dry aggregates mean weight diameter (MWD) and stability index (SI), S-index, soil porosity and air capacity, location and shape parameters of soil pore size distribution (SPSD) curves, relative field capacity (RFC), plant available water measured in matric pressure heads of 100 and 330 hPa for the field capacity (PAW100 and PAW330), least limiting water range measured in matric pressure heads of 100 and 330 hPa for the field capacity (LLWR100 and LLWR330), integral water capacity (IWC) and integral energy (EI) of different soil water ranges were measured and calculated for 30 soil samples. The most important soil physical properties were selected using principal component analysis (PCA) method by JMP (9.02) software. Selected physical properties as minimum data set (MDS) were weighted and scored using PCA results and scoring functions, respectively. In this study, three types of linear scoring functions were used. The soil physical quality index (SPQI) was calculated by two scoring and two weighting methods for each soil sample and the differences between these four SPQIs were tested by sensitivity index.Results and DiscussionPrincipal component analysis results showed that among 35 soil physical properties (TDS) which were studied at this research, six properties of mean pore diameter (dmean), PAW100, total porosity (PORT), EI LLWR330, SI and PAW330 accounted for about 90% of the variance between soil samples. Weight of the selected properties (MDS) was calculated by the ratio of variation in the data set explained by the PC that contributed the selected property to the total percentage of variation explained by all PCs with eigenvalue ˃ 1. In this research, the parameters of PAW100, total porosity (PORT), SI and PAW330 were scored using scoring function of more is better, EI LLWR330 was scored using scoring function of less is better and dmean was scored using scoring function of optimum by two scoring methods with score ranges of 0.1-1 and 0-1. Considering unweighted and weighted MDS and two ranges of scores, four SPQIs were calculated for each soil sample. The results showed that SPQIs which were calculated by the MDS derived from PCA method and scoring weighted MDS at the range of 0-1, had the highest sensitivity index and could represent the differences between the studied soil samples better than other SPQIs. By this method, maximum and minimum SPQI values for the studied soils were 0.82 and 0.12, respectively. SPQI is a relative comparison criterion to quantify the soil physical quality which could be applied only for the studied soils with specific characteristics.ConclusionThe results of this research showed that minimum data set (MDS) explained about 90% of the variance between soil samples. Combining MDS into a numerical value called soil physical quality index (SPQI) could be used as a physical comparison criterion for the studied soils. From the SPQI based on the MDS indicator method, soil quality was evaluated quantitatively. Soil samples with grade I, II, III, and IV accounted for 10%, 36.7%, 30%, and 23.3% of the soil samples, respectively.Keywords: Minimum data set, Principal component analysis, Soil quality index
-
مصرف بی رویه سموم دفع آفات در سال های اخیر و ادامه آن در آینده ممکن است اثرات زیانبار بر جامعه میکروبی خاک، به عنوان شاخص سلامت خاک و یکی از اجزای اصلی محیط زیست، داشته باشد. هدف از این مطالعه، بررسی تاثیر سه حشره کش پرمصرف (دیازینون، کلروپیریفوس و ایمیداکلوپرید) بر شاخص های اکوفیزیولوژیک و شیمیایی خاک بود. آزمایش به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد که شامل فاکتور حشره کش در چهار سطح (سه نوع حشره کش متفاوت به همراه خاک شاهد، بدون مصرف حشره کش) و فاکتور زمان در سه سطح (قبل، سه ماه و شش ماه پس از کاربرد آفت کش) بود. غلظت حشره کش ها (1/0، 1 و 67/0) میلی گرم در هر کیلوگرم خاک به ترتیب برای ایمیداکلوپرید، دیازینون و کلروپیریفوس بود. برخی از شاخص های زیستی و اکوفیزیولوژیک خاک در ابتدای آزمایش، سه و شش ماه پس از شروع آزمایش اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در اثر کاربرد حشره کش ها پس از گذشت سه ماه، شاخص های زیستی شامل فعالیت آنزیم دهیدروژناز، بهره متابولیکی، تنفس پایه، تنفس برانگیخته و همچنین کربن آلی نسبت به شاهد به ترتیب 2/92 %، 7/46 %، 7/24 %، 8/15 % و 61/7 % کاهش داشته و شاخص های فعالیت آنزیم اوره آز، کربن زیتوده میکروبی، نیتروژن زیتوده میکروبی، نسبت کربن به نیتروژن زیتوده و بهره میکروبی خاک نسبت به شاهد 67/6 %، 1/32 %، 6/15%، 5/16% و 9/58 % افزایش داشت. همچنین نتایج نشان داد که در بین حشره کش های مورد استفاده در این تحقیق کلروپیریفوس بیشترین و دیازینون کمترین تاثیر منفی را بر شاخص های اندازه گیری شده داشته است. بکارگیری حشره کش های دیازینون، کلروپیریفوس و ایمیداکلوپرید حداقل در کوتاه مدت تاثیر منفی بر شاخص های اکوفیزیولوژیک خاک دارد. همچنین حساس ترین شاخص ها در تعیین تاثیر منفی حشره کش ها بر جامعه میکروبی خاک، فعالیت آنزیم دهیدروژناز، بهره متابولیکی، تنفس برانگیخته و تنفس پایه بودند.کلید واژگان: آفت کش، شاخص کیفیت خاک، فعالیت آنزیمی خاک، فعالیت زیستی خاک، کیفیت خاکThe excessive use of pesticides in recent years and their continuation in the future may have harmful effects on the microbial population of the soil, as an indicator of soil health and one of the main components of the environment. The purpose of this study was to investigate the effect of three mostly used insecticides (Diazinon, Chlorpyrifos and Imidacloprid) on ec-ophysiological and chemical indices of soil. The experiment was conducted as a factorial in a completely randomized design which included the pesticide factor at four levels (three insecticides plus control soil) and time factor at three levels (before, three months and six months after pesticide application). Concentrations of insecticides (0.1, 1 and 0.67) mg per kilogram of soil were used for imidacloprid, diazinon, and chlorpyrifos, respectively. Some biological and ec-ophysiological indices of the soil were measured at the beginning of the experiment, three and six months after the beginning of the experiment. The results showed that, the application effect of insecticides after three months affected the biological indices including dehydrogenase enzyme activity, metabolic quotient, basal respiration, substrate-induced respiration and also organic carbon decreased compared to the control -92.2%, -46.7%, -24.7%, 15.8% and -7.61%, respectively and urease enzymes activity, microbial biomass carbon, microbial biomass nitrogen, carbon to nitrogen ratio and soil microbial quotient increased compared to control 6.67%, 32.1%, 15.6%, 16.5% and 58.9. Also, the results showed that among the insecticides Chlorpyrifos and Diazinon had the highest and the least negative effect on the indices, respectively. The application of insecticides Diazinon, Chlorpyrifos and Imidacloprid at least in the short term, had a negative effect on soil ecophysiological indices and the most sensitive indices for determining the negative impact of insecticides on the soil microbial community were the dehydrogenase enzyme activity, metabolic quotient, substrate-induced respiration and basal respiration.Keywords: Pesticides, Soil quality index, Soil enzymatic activity, Soil biological activity, soil quality
-
رشد سریع جمعیت و به دنبال آن افزایش نیاز غذایی، شناخت روابط عملکرد و شرایط خاک را ضروری می سازد. یکی از شاخص هایی که شرایط خاک و ویژگی های مربوط به آن را به خوبی نشان می دهد شاخص کیفیت خاک است. این پژوهش به منظور تعیین اثر کیفیت خاک بر عملکرد برنج در شمال ایران (استان گیلان) انجام گردید. 64 نمونه خاک از مزراع برنج، برای اندازه گیری ویژگی های فیزیکی و شیمیایی موثر برکیفیت خاک تهیه و همچنین عملکرد برنج نیز در مزارع مذکور با استفاده از پلات گذاری تعیین شد. سپس عملکرد کل منطقه به سه کلاس با عملکردهای کمتر از 4000 کیلوگرم بر هکتار (کلاس یک)، 4000 تا 4500 کیلوگرم بر هکتار (کلاس دوم) و بالاتر از 4500 کیلوگرم بر هکتار (کلاس سوم) تقسیم شد. برای تعیین شاخص کیفیت خاک از میان ویژگی های مطالعه شده 16 ویژگی به عنوان شاخص های انتخابی روش کل داده ها (TDS) و پنج ویژگی با استفاده از تجزیه به مولفه های اصلی به عنوان شاخص های انتخابی روش مجموعه حداقل داده ها (MDS) انتخاب شد. از منطق فازی برای نمره دهی و مفهوم شاخص اشتراک برای وزن دهی شاخص ها استفاده و در نهایت تلفیق آنها با استفاده از روش افزایشی وزن دار انجام شد. بررسی نتایج شاخص کیفیت، همبستگی مثبت و بالا در دو روش TDS و MDS را نشان داد (R2=0.87). نتایج ضریب همبستگی بین عملکرد و SQI به روش TDS (R2=0.52) بالاتر از SQI به روش MDS (R2=0.28) بود. در روش MDS نیز مانند روش TDSشاهد روند افزایشی در مقدار SQI کلاس های بالاتر عملکرد بوده، اما اختلاف معنی دار در بین کلاس دوم و سوم دیده نشد. تفاوت در بین کیفیت خاک با عملکردهای پایین تر با روش MDS معنی دار است اما این تفاوت در سطوح بالاتر عملکرد کمتر قابل تمیز می باشد، زیرا با کاهش تعداد شاخص ها دقت و حساسیت ارزیابی کیفیت خاک کاهش می یابد.
کلید واژگان: تجزیه به مولفه های اصلی، مزارع برنج، شاخص کیفیت خاکRapid growth of population, followed by increasing food demand, necessitates knowledge of the relationship between yield and soil conditions. The soil quality index (SQI) is one of the indicators showing the soil conditions and the related properties very well.This study was performed to determine the effect of soil quality on rice yield in north of Iran (Gilan province). 64 soil samples from rice fields were prepared to measure the physical and chemical properties affecting soil quality and also the yield of rice in the mentioned fields were determined using plot. Then the total yields were divided into three classes with yields of less than 4000 kg/ha (first class), 4000-4500 kg/ha (second class) and more than 4500 kg/ha (third class). Among the studied properties, 16 properties as selected indicators of total data method (TDS) and five properties using principal component analysis as selected indicators of minimum data set method (MDS) were selected to determine the soil quality index. Fuzzy logic was used for scoring and the concept of communality index was used to weight the indicators and finally they were combined using weighted additive method. The results of quality index showed a positive and high correlation between TDS and MDS methods (R2 = 0.87). The results of correlation coefficient between yield and SQI by TDS method (R2 = 0.52) were higher than the SQI by MDS method (R2 = 0.28). In the MDS method, simmilar to TDS method, there was an increasing trend in the SQI value of higher yield classes, but there is no significant difference between the second and third classes. The difference between soil quality and lower yields with MDS method is significant, but this difference is not significant at higher yield levels, because as the number of indicators decreases, the accuracy and sensitivity of soil quality assessment decreases.
Keywords: Principal component analysis, Rice fields, Soil Quality Index -
فعالیت های کشاورزی به ویژه گندم دیم یکی از عوامل اصلی تخریب مراتع طبیعی در غرب ایران است. این پژوهش با هدف بررسی اثر درازمدت تغییر کاربری مرتع به گندم دیم (40 سال) بر برخی ویژگی های خاک در ایستگاه تحقیقات کشاورزی سارال واقع در استان کردستان انجام شد. نمونه های خاک از عمق صفر تا 25 سانتیمتری به صورت تصادفی جمع آوری شدند. برخی از ویژگی های خاک شامل بافت خاک، جرم مخصوص ظاهری، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها، ظرفیت تبادل کاتیونی، هدایت الکتریکی، pH، کربنات کلسیم معادل، کربن آلی و نیتروژن کل و همچنین میزان قابل دسترس عناصر منیزیم، کلسیم، پتاسیم، فسفر، نیترات و آمونیوم اندازهگیری شد. نتایج نشان داد که تغییر کاربری از مرتع بکر به زمین کشاورزی سبب کاهش معنیدار کیفیت خاک در مورد تمامی شاخص های مورد بررسی، به غیر از جرم مخصوص ظاهری، کربنات کلسیم معادل، فسفر، منیزیم، آمونیوم و نیترات شد. تعیین شاخص کیفیت خاک (SQI) با استفاده از تجزیه و تحلیل مولفههای اصلی (PCA) نشان داد که کربن آلی، نیتروژن کل، رس و سیلت در حدود 90 درصد واریانس کل را به خود اختصاص داده اند، که به عنوان مجموعه حداقل دادهها در محاسبه SQIانتخاب شدند. نتایج شاخص SQI نشان داد که میزان این شاخص در مرتع بکر (58/1) به طور چشم گیری بیشتر از زمین زراعی (72/0) است، که نشان دهنده تخریب کیفیت خاک در نتیجه عملیات کشت و کار است.
کلید واژگان: تغییر کاربری زمین، شاخص کیفیت خاک، مجموعه حداقل داده ها، ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاکApplied Soil Reseach, Volume:8 Issue: 2, 2020, PP 201 -213Agricultural activities, especially rainfed wheat, is one of the main reason of the destruction of natural rangeland in the west of Iran. This study aimed to investigate the effect of changing natural rangeland to rainfed wheat for 40 years on some soil properties at the Saral Agricultural Research Station in Kurdistan province. Soil samples were collected from 0–25 cm depth randomly. Some soil properties such as soil texture, bulk density, mean weight diameter, cation exchange capacity, electrical conductivity, pH, calcium carbonate equivalent, total nitrogen, total organic carbon and available amount of Mg, Ca, K, P, NO3 and NH4 were measured. The results showed that land use change from rangeland to rainfed wheat significantly reduces soil quality with regard to all investigated properties except bulk density, calcium carbonate equivalent, P, K, NO3 and NH4. Determination of soil quality index (SQI) using Principal Component Analysis (PCA) showed that total organic carbon, total nitrogen, clay and silt almost justify more than 90% of the variance, which were selected as the minimum data set in the SQI calculation. The results of SQI showed that the index was significantly higher in rangeland (1.58) than in cropland (0.72), indicating degradation of soil quality by cultivating operations.
Keywords: Land use change, Physical, chemical properties of soil, Soil quality index, Minimum data set -
زمینه و هدف
هدف از این تحقیق بررسی تاثیر پنج علف کش (تری بنورون متیل، متریبوزین، تریفلورالین، هالوکسی فوپ آرمتیل و توفوردی) بر فعالیت آنزیم های دهیدروژناز و اوره آز خاک بود.
روش بررسیآزمایش به صورت طرح کاملا تصادفی با پنج تیمار علف کش و خاک شاهد در سه تکرار و به مدت شش ماه انجام شد و فعالیت آنزیم ها در ابتدای آزمایش، سه و شش ماه پس از شروع آزمایش اندازه گیری شد. غلظت علف کش ها 27/0، 67/0، 67/0، 67/0 و 1/0میلی گرم در کیلوگرم خاک به ترتیب برای هالوکسی فوپ، متریبوزین، تریفلورالین، توفوردی و تریبنورون متیل بود.
یافته هابین علف کش ها از لحاظ تاثیر بر فعالیت آنزیم ها تفاوت معنی داری (01/0p 14≤">) وجود داشت. اثر علف کش ها پس از سه ماه کاهش فعالیت آنزیم اوره آز نسبت به شاهد (9/34 14 μgN.g-1">) بود که بیشترین تغییرات معنی دار مربوط به تریفلورالین (8/24 14 μgN.g-1">) بود که نسبت به شاهد 9/28 درصد کاهش داشت. فعالیت آنزیم اوره آز پس از شش ماه نسبت به سه ماه افزایش داشت و در مورد علف کش های تریفلورالین (1/35 14 μgN.g-1">) این افزایش به میزان 5/41 درصد بود که نسبت به همین تیمار در مدت سه ماه تفاوت معنی داری داشت؛ در حالی که تغییرات در شاهد در شش ماه نسبت به سه ماه معنی دار نبود. در مورد آنزیم دهیدروژناز همه علف کش ها موجب کاهش معنی دار فعالیت این آنزیم پس از سه ماه نسبت به شاهد (6/0 14 μgTPF.g-1">) شدند به طوری که کمترین فعالیت آنزیم در تیمار هالوکسی فوپ با 01/0 14 μgTPF.g-1"> مشاهده شد که کاهش 98% نسبت به شاهد نشان داد. فعالیت این آنزیم در مورد همه تیمارها پس از شش ماه نسبت به سه ماه افزایش معنی داری داشت به طوری که بیشترین فعالیت آنزیم در تیمار توفوردی (44/1 14 μgTPF.g-1">) مشاهد شد که به طور معنی داری از شاهد بیشتر بود.
نتیجه گیرینتایج نشان می دهد که علف کش های مورد مطالعه در طول دوره سه ماه موجب کاهش معنی دار در فعالیت آنزیم ها نسبت به شاهد شده که این فعالیت آنزیمی پس از شش ماه مجددا به سطح قبل از مصرف علف کش ها رسیده است. این موضوع احتمالا به این دلیل بوده است که زمان ماندگاری علف کش ها در خاک کمتر از شش ماه بوده است.
* فرمول ها به درستی نمایش داده نمی شوند.
کلید واژگان: آفت کش، آلودگی خاک، شاخص کیفیت خاک، فعالیت آنزیمی خاکBackground and ObjectiveThis study aimed to investigate the effect of five herbicides (Tribenuron-methyl, Metribuzin, Trifluoralin, Haloxyfop-methyl, and 2, 4-D (on the soil dehydrogenase and urease activities.
MethodThe experiment was conducted as a completely randomized design with five herbicides and a control with three replicates for six months and the enzyme activities were measured at beginning of the experiment, and after three and six months. The concentration of herbicides was 0.27, 0.67, 0.67, 0.67, and 0.1 mg/kg soil for Haloxyfop-methyl, Metribuzin, Trifluoralin, 2, 4-D, and Tribenuron-methyl, respectively.
FindingsThe results showed that the effect of herbicides on the enzyme activities was significantly different (p0.01). After 3 months, the herbicides decreased the urease activity in comparison to the control (34.9 µgN.g-1). The most reduction was related to Trifluoralin (24.8 µgN.g-1) which was 28.9% lower than the control. Urease activity increased after six months compared to three months, and this increase was 41.5% for Trifluoralin herbicides (35.1 µgN.g-1). Urease activity in control treatment in six months was not significant compared to the three months. All of the herbicides significantly reduced the dehydrogenase activity after three months compared to the control (0.6 µgTPF.g-1), so that the dehydrogenase activity was observed in Haloxyfop treatment with 0.01 µgTPF.g-1, which was 98% lower than the control. In all treatments, dehydrogenase activity after six months was significantly higher than that in the three months, so that the highest dehydrogenase activity was observed in 2,4-D treatment (1.44 µgTPF.g-1), which was significantly higher than the control.
ConclusionThe results show that the herbicides significantly decreased the activity of the enzymes compared to the control during the three months. After six months the enzyme activities recovered to the level before herbicides application. Probably this was due to a short lifetime of herbicide in the soil which was less than six months.
Keywords: pesticides, Soil pollution, Soil quality index, Soil enzymatic activity -
در تحقیق حاضر، تغییرات میان مدت کیفیت خاک در مقیاس مزرعه مورد بررسی قرار گرفت. منطقه ی مورد مطالعه، مزرعه ی آموزشی و پژوهشی دانشگاه تهران به مساحت 260 هکتار واقع در کرج با رژیم رطوبتی-حرارتی خاک اریدیک-ترمیک می باشد. در این تحقیق تغییرات شاخص تجمعی کیفیت خاک در دو عمق (20-0 و 40-20 سانتی متری) در سال 1379 و سال 1396 مورد مقایسه قرار گرفت. مجموعه حداقل داده ها با استفاده از روش تجزیه مولفه های اصلی دو مرحله ای تعیین و تعریف توابع امتیازدهی استاندارد و توابع عضویت فازی غیرخطی در نرم افزار متلب انجام شد. برای وزن دهی متغیرهای منتخب در تعیین شاخص تجمعی کیفیت خاک، از روش اشتراک واریانس مبتنی بر همبستگی استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در بیشتر نقاط تطبیقی بین مطالعات دو مقطع زمانی، تغییرات میان مدت شاخص کیفیت خاک در عمق های اول و دوم خاک انطباق خوبی داشتند. در پروفیل های شماره 1، 5، 11 تحقیق گذشته که 3/27% از نمونه ها را شامل می شود، و در پروفیل های شماره 1، 5، 7، 9 و 18 نمونه برداری حاضر که 83/20% از نمونه ها را شامل می شود، شاخص کیفیت خاک در عمق اول کم تر از عمق دوم تعیین گردید. تعیین کلاس کیفیت خاک در نمونه های تحقیق حاضر و گذشته در دو عمق نشان دهنده کاهش کیفیت کل خاک است. به نحوی که کیفیت خاک از کلاس های III (45% اراضی) و IV (54% اراضی)؛ به کلاس IV (75-73% اراضی) تنزل یافته است.
کلید واژگان: تجزیه مولفه های اصلی، توابع امتیازدهی استاندارد، شاخص کیفیت خاکIn the present study, mid-term variations in soil quality were studied on the farm scale. The studied area was a research-educational farm of the Agricultural and Natural Resources Campus of University of Tehran covers 260 hectares, with thermic soil temperature and aridic soil moisture regimes, respectively. In this study, the process of improving or destruction of the integrated soil quality index at two depths (0-20 and 20-40 cm) in years of 1379 and 1396 was compared. The minimum data set was determined using the method of two-phases PCA. Definition of standard scoring functions and non-linear fuzzy membership functions were performed through programming in the MATLAB software environment. Covariance-correlation method was used for weighing the selected variables in determining Soil Quality Integrated (SQI) index. The results of this study showed that in most of the adaptive areas of the soil, the incremental and decreasing pattern of the soil quality index in the first and second depths of the previous and present studies were consistent and in some places, this pattern was almost constant. In profiles No. 1, 5, 11 of the previous research which include 27.3% of the samples, and in profiles No. 1, 5, 7, 9 and 18 of the present study which include 20.83% of the samples, the soil quality index at the first depth was less than the one in the second depth. Classification of the soil quality classes for all samples in both years revealed a reduction in soil quality index. So that the soil quality reduced from grade III (45%) and IV (54%) to grade IV (73-75%).
Keywords: PCA, SQI, Standard scoring functions -
ارزیابی جامع کیفیت خاک های کشاورزی برای تصمیم گیری های خردمندانه که سبب تولید پایدار و حفظ محیط زیست می شود، ضروری است. بسیاری از مطالعات نشان دادند که شاخص کیفیت خاک که بر اساس ترکیبی از ویژگی های خاک است در مقایسه با ویژگی های فردی خاک بهتر می تواند شرایط خاک را توصیف نماید. در این تحقیق برای ارزیابی کیفیت خاک اراضی شالیزاری نیمه جنوبی دشت فومنات ابتدا با استفاده از تجزیه به مولفه های اصلی یک مجموعه داده های حداقل تهیه و سپس ویژگی های کمی خاک از طریق نمره دهی کیفی شد. در نهایت با وزن دهی به هر ویژگی (از طریق روش تجزیه به مولفه های اصلی) ، شاخص کیفیت خاک (SQI) بدست آمد و در نرم افزار GIS به پهنه تبدیل شد. نتایج نشان داد، بیشتر خاک ها (97 درصد نمونه خاک ها) هدایت الکتریکی کمتر از 2 دسی زیمنس بر متر در گروه خاک های طبیعی و بدون محدودیت قرار داشتند. بیشتر خاک های اراضی شالیزاری مورد مطالعه دارای pH مناسب و بدون محدودیت خاص بود. میانگین حسابی غلظت فسفر قابل استفاده به علت وجود تعدادی نمونه با غلظت زیاد از حد بحرانی آن (12 میلی گرم در کیلوگرم) بیشتر بود، اما در بیش از 50 درصد منطقه وضعیت نامطلوب فسفر وجود داشت. نزدیک به 76 درصد مناطق مورد بررسی دارای نیتروژن کل بالاتر از 0/2 درصد بودند که نشان دهنده ی کفایت نسبی این عنصر غذایی در بیشتر اراضی است. غلظت پتاسیم قابل استفاده در بیشتر مناطق مورد بررسی کمتر از حد بحرانی بود. بازنمایی شاخص کیفیت خاک نشان داد که بخش محدودی از اراضی شالیزاری که دارای کیفیت حاصلخیزی بدی بودند عمدتا متاثر از محدودیت عوامل ذاتی وایستای خاک مانند رس، کربن آلی و گنجایش تبادل کاتیونی خاک بودند، اما بیشتر اراضی مورد مطالعه دارای کیفیت حاصلخیزی متوسط بوده و مهمترین عامل محدود کننده آن کمبود عناصر غذایی فسفر و پتاسیم قابل استفاده است. این در حالیست که مصرف کودهای فسفر و پتاسیم در این ناحیه کم است.
کلید واژگان: پهنه بندی با جی آی اس، تجزیه به مولفه های اصلی، شاخص کیفیت خاک، استان گیلانA comprehensive assessment of agricultural soils quality is essential for making wise decision that leads to sustainable production and environmental preservation. Many studies have shown that soil quality index, based on a combination of soil characteristics, can describe soil conditions better than individual soil characteristics. In this study, to evaluate the soil quality, first, a minimum data set was made by using the principal component analysis. Then, quantitative characteristics of the soil were quantified through scoring. Finally, by weighting each attribute (through the principal component analysis), soil quality index (SQI) was obtained and converted to map by GIS software. The results showed that most of the soils (97% of soil samples) had electrical conductivity less than 2 dS/m and they were in the group of natural soils without limitation. Most of the studied paddy soils had a good pH and no special limitation. The average of available phosphorus concentration was more than the critical level (12 mg/kg) because of the presence of a number of high concentration samples, while there was a poor phosphorous situation in more than 50% of the region. Nearly 76 percent of the studied regions had total nitrogen higher than 0.2 percent, which indicated the relative adequacy of this nutrient element in most of the land. The concentration of available potassium in most of the studied areas was less than the critical level. Mapping of the soil quality index showed that some paddy fields had poor fertility quality because of the limitation of soil intrinsic and static properties such as clay, organic carbon, and cation exchange capacity. However, most of the studied lands had moderate fertility quality and the most important limiting factor was the shortage of available phosphorus and potassium, while the use of phosphorus and potassium fertilizers was low in this area.
Keywords: Guilan province, GIS mapping, Principal component analysis, Soil quality index -
ارزیابی کیفیت خاک اراضی کشاورزی امری ضروری برای موفقیت های اقتصادی و پایداری محیط زیست در مناطق درحال توسعه می باشد. در حال حاضر انواع بسیار زیادی از روش ها برای ارزیابی کیفیت خاک استفاده می شوند که هر کدام معیارهای متفاوتی را به کار می گیرند. با توجه به اینکه قزوین یکی از مهم ترین قطب های تولید کننده در منطقه و نیز ایران می باشد و نظر به اهمیت ارزیابی کیفیت خاک به عنوان شاخصی از کشاورزی پایدار و بهره برداری بهینه از منابع طبیعی، در این تحقیق کیفیت خاک بخشی از اراضی دشت قزوین با استفاده از شاخص کیفیت خاک تجمعی (Integrated quality index) و شاخص کیفیت نمرو (Nemero quality index) در ترکیب با دو روش انتخاب معیار کل مجموعه داده ها (Total data set) و حداقل مجموعه داده ها (Minimum data set) ارزیابی شد. مجموعا 19 پارامتر خاک درروش TDS مورد استفاده قرار گرفتند. سپس این چهار ترکیب روش-های ارزیابی کیفیت خاک به منظور تعیین بهترین روش در منطقه مورد مطالعه از طریق مقایسه با عملکرد آنالیز شدند. نتایج نشان داد روش TDSIQI بیشترین همبستگی را در منطقه با میزان عملکرد دارد و نتایج حاصل از ارزیابی کیفیت خاک طبق این روش به ترتیب: 82/2% اراضی دارای درجه کیفیت خیلی خوب (I)،56/53% اراضی دارای درجه کیفیت خوب (II)،65/30% اراضی دارای درجه کیفیت متوسط (III) و 97/12% اراضی دارای درجه ضعیف (IV). همچنین روش TDSIQI بالاترین میزان همبستگی را با MDSIQI (9/77= R2) نشان داد؛ بنابراین روش MDS جایگزین خوبی برای سایر روش-های مطالعه کیفیت خاک می باشد و استفاده از آن می تواند موجب صرفه جویی در وقت و هزینه مطالعات گردد.کلید واژگان: شاخص کیفیت خاک، GIS، MDS، TDSIntroductionAssessing the soil quality of agricultural land is essential for the economic success and sustainability of the environment in developing countries. Recently, there are many types of methods for assessing soil quality, each of them uses different criteria. Considering that Qazvin plain is one of the most important regions of agricultural products in Iran as well as Middle East, so the assessment of the soil status using quantitative models of soil quality can be used as an indicator of the status of soils in relation to sustainable agriculture, optimal utilization of resources Natural and better land management. Among the quantitative models of soil quality index, cumulative model integrated quality index (IQI) and Nomero (NQI) index can be mentioned. Therefore, this study intends to evaluate the best quantitative and quality index model by examining and comparing two methods of selecting the appropriate criteria, Total data set (TDS) and Minimum (MDS) and the second order soil quality index, integrated quality index(IQI) and Nomero (NQI) index in Qazvin plain lands.
Material andMethodsThe study area with 25220 hectares is located in east of Qazvin Province. The average annual precipitation is 275 mm and the soil moisture and temperature regimes are Thermic, Dry xeric and Weak Aridic, respectively. A total of 76 samples from the depth of 0-20 cm of the soil surface were studied and based on uniformity, soil type and land use. In this study, four types of criteria that affect the quality of soil in terms of their performance, including: upper limit, lower limit, optimal limit and descriptive function were selected. To qualify (normalize), the upper limit, lower limit and peak limit were selected. In the following, the Total Data Set (TDS) and the Minimum Data Set (MDS) set of data were used. In the TDS method, all of the measured characteristics (a total of 19 physicals, chemical and biological properties of the soil) were considered. Then, the degree of soil quality indices was determined based on the combination of TDS and MDS criteria and the final NQI and IQI quality indices.
Result and Dissection: Comparison of soil types in the region showed that the Aridisols had good, moderate and poor quality (19.35% of soil with good quality, 67.76% with moderate quality and 12.94% with poor quality), Entisols have good and medium quality (53.21% of the soil with good quality and 46.79% with moderate quality) and Inceptisols have very good, good, moderate and poor quality (96.9% Soils with very good quality, 66.73% with good quality, 15.85% with moderate quality and 13.44% with poor quality).
According to the TDS standard and the NQI model, the soils with qualities I, II and III were 30.67%, 66.86%, 47.2% of the total soils of the area (lands with poor quality soil quality were not observed in TDSNQI method). Therefore, according to this method, Aridisols has a very good, good and medium quality (13.26% of the soil with a very good quality rating, 73.88% with a good quality and 12.84% with a moderate quality grade), Entisols with The good quality (100% of the soil with good quality degree) and Inceptisols have a very good and good quality (28.11% of the soil with a very good quality grade, 71.88% with a good quality grade). The results of quantitative soil quality by using the MDS standard method and IQI model were showed, soils with very good, good, moderate and poor degree are 2.45, 16.45, 48.93 and 46.3 percent of total land area respectively.
The results of the combination of the MDS and the NQI model also showed that the soils with a very good, good and average grade are 30.67%, 66.86% and 47.2% of the total land, respectively. Also, the results of the combination of the MDS and NQI model showed that the soils with very good, good and average quality are 30.67%, 66.86% and 47.2% of the total land area respectively. The results of the evaluation based on 4 indicators showed that good quality (II) was prevalent in the studied soils and accounted for about 47% of the total area studied in Qazvin plain lands. The map of distribution of soil quality degrees, the distribution of soil degrees is relatively similar to all of four combination methods, the choice of criteria and model. By examining the linear relationship between the indices obtained from TDS and MDS criteria and the IQI and NQI indexes, it is observed that the correlation coefficient is more and more reliable than the NQI model when used in the IQI model (R2 = 0.77). So the highest correlation coefficient we observed two methods for selecting the TDS and MDS criteria when using the IQI model. In general, the results of this study indicate a better performance of the MDS criteria than TDS.ConclusionsTherefore, the main results of this study suggest using the IQI model with the MDS selection method as the starting point in the global standard path for future studies. Special attention should be paid to the criteria chosen by the MDS. In addition, conducting a series of research into the future in order to modify the MDSIQI model can make it more relevant to international standards.Keywords: GIS, MDS, Soil quality index, TDS -
سابقه و هدفرشد جمعیت جهان، نیاز غذایی انسان، دخالت انسان در اکوسیستم های طبیعی و تغییر ویژگی های ذاتی خاک از طریق تخریب آن، نیاز به بررسی اثرات تغییر کاربری اراضی بر کیفیت خاک را افزایش می دهد. این مطالعه به منظور بررسی اثرات تغییر کاربری اراضی بر برخی شاخص های کیفیت خاک در مناطق تغییر کاربری یافته جنگل های زاگرس شمالی انجام گردید.مواد و روش هادر این تحقیق تعداد 96 نمونه خاک از خاک های جنگلی زاگرس شمالی و مناطق تغییر کاربری یافته هم جوار تهیه شدند. برخی خصوصیات خاک شامل تنفس پایه (BR)، تنفس برانگیخته (SIR)، کربن بیومس میکروبی (MBC)، واکنش خاک، هدایت الکتریکی، نیتروژن کل، فسفر قابل استفاده، پتاسیم محلول و تبادلی، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)، ماده آلی، نسبت جذب سدیم (SAR) و درصد سدیم تبادلی (ESP) اندازه گیری گردیدند. شاخص کیفیت خاک (SQI) با استفاده از روش تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) تعیین گردید.یافته هانتایج نشان داد در اثر تغییر کاربری جنگل به سایر کاربری ها، کربن بیومس میکروبی، تنفس پایه، تنفس برانگیخته، مقدار کلسیم و پتاسیم محلول، کلسیم، منیزیم و سدیم تبادلی، ماده آلی ، ظرفیت تبادل کاتیونی، نسبت جذب سدیم و پتاسیم به طور معنی داری کاهش یافتند. به طوریکه در اثر تغییر کاربری، مقدار ماده آلی در مرتع، باغ و زراعت در مقایسه با جنگل به ترتیب 16، 47 و 5/57 درصد کاهش یافت. شاخص کربن بیومس میکروبی نیز، در اثر تغییر کاربری جنگل به مرتع، باغ و زراعت به ترتیب 34/28، 66/48 و 28/58 درصد کاهش نشان داد. میزان نیتروژن کل، پتاسیم و ظرفیت تبادل کاتیونی در کاربری جنگل نسبت به زراعت به ترتیب 5/2، 39/1 و 4/1 برابر بیشتر بود. هم چنین، در کاربری های مختلف اثر عمق بر تمام پارامترهای اندازه گیری شده معنی دار بود. بطوریکه نتایج نشان-دهنده وجود بیشترین مقدار پتاسیم، نیتروژن، ظرفیت تبادل کاتیونی، تنفس پایه، کربن بیومس میکروبی و تنفس برانگیخته در خاک سطحی (15-0 سانتی متری) کاریری جنگل بود. تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) نشان داد از میان 16 ویژگی مورد بررسی کیفیت خاک (TDS)، ویژگی های ماده آلی، شاخص قابلیت دسترسی کربن (CAI)، نسبت کربن میکروبی به کربن آلی، فسفر قابل استفاده، اسیدیته خاک و نسبت جذب سدیم به عنوان حداقل ویژگی های موثر بر کیفیت خاک (MDS)، بیشترین تاثیر را بر کیفیت خاک های مورد مطالعه داشتند. هم چنین بر اساس مدل شاخص تجمعی کیفیت خاک (SQI)، کیفیت خاک برای جنگل (756/0) و مرتع (73/0) درجه II (محدودیت کم) و برای کاربری های زراعت (646/0) و باغ (626/0) درجه III (دارای محدودیت برای رشد گیاه) تعیین گردید.نتیجه گیریچنین استنباط می گردد که هر گونه مدیریت و تغییر کاربری (جنگل به باغ و زراعت) که باعث افزایش دست خوردگی خاک می شود، کاهش کیفیت خاک و افزایش حساسیت اراضی به فرسایش خاک را در پی دارد. لذا لازم است به منظور حفظ کیفیت خاک عملیات مدیریتی مناسبی انجام گردد.کلید واژگان: تغییر کاربری، شاخص کیفیت خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی، جنگل، کربن زیست توده میکروبیBackground And ObjectivesWorld population growth, human need of food, his interference in natural ecosystems and changing soil intrinsic properties by degradation, increases the need of evaluating land use changes impacts, on soil quality. This study was carried out to evaluate the effects of land use change on some of soil quality indicators in land use changed forest of Northern Zagros.Materials And Methodsin this study about 96 soil samples were taken from North Zagros forests as well as adjacent areas with land use changed. Some soil properties including basal respiration (BR), substrate induced respiration (SIR), microbial biomass carbon (MBC), pH, electrical conductivity, total nitrogen, available phosphorus, dissolved and exchangeable potassium, cation exchange capacity (CEC), soil organic matter (SOM), sodium adsorbtion ratio (SAR) and exchangeble sodium percent (ESP) were measured. Soil quality index (SQI) was determined using principal component analysis (PCA).ResultsThe results showed that changing forest to other land uses significantly reduced microbial biomass carbon, basal respiration, substrate induced respiration, the amount of dissolved calcium and potassium, exchangeable calcium, magnesium and sodium, organic matter, CEC, SAR and potassium. Soil organic matter amount in pasture, garden and agriculture decreased 16, 47 and 57.5 percent compared to forest, respectively. As a result of changing forest to pasture, gardens and agriculture MBC amount decreased 28.34, 48.66 and 58.28, respectively. The amount of total nitrogen, potassium and CEC in forest were 2.5, 1.39 and 1.4 times more than agriculture, respectively. Also, in different land uses, depth effect on all measured parameters was significant. As the results showed, the highest amount of potassium, nitrogen, cation exchange capacity, basal respiration, microbial biomass carbon and substrate induced respiration was seen in forest surface soils. Principal component analysis showed that between 16 properties assessed soil quality as total data set (TDS), organic matter, carbon availability, microbial carbon proportion to organic carbon, available phosphorus, pH and SAR, as the most important or the least effective properties on soil quality (minimum data set or MDS), had the greatest impact on the quality of studied soils. According to the cumulative soil quality index (SQI), soil quality for forest (0.756) and pasture (0.73) was II (lowly restricted) and for agriculture (0.646) and garden (0.626) was III (with limitation for plant growth).ConclusionTherefore, any management and land use change that increases soil disturbance, will reduce soil quality and increase land susceptibility to soil erosion. So, in order to maintain soil quality, appropriate management practices should be done.Keywords: land use change, soil quality index, cation exchangeable capacity, forest, microbial biomass carbon
-
کاربری اراضی تاثیر چشمگیری بر ویژگی های خاک ها داشته و آگاهی از این ویژگی های برای حفظ پایداری زیست بوم و افزایش بهره وری خاک ضروری است. در این تحقیق اثر کاربری زراعی، باغ سیب و جنگل بلوط (باسابقه بیش از 30 سال) بر خواص شیمیایی برخی خاک ها در استان آذربایجان غربی موردبررسی قرار گرفت. برای انجام این مطالعه، در مجموع 75 نمونه خاک در کاربری های مختلف به صورت کاملا تصادفی از عمق سطحی 20-0 سانتی متری برداشت و برخی ویژگی های شیمیایی خاک ها اندازه گیری و شاخص کیفیت خاک (SQI) در کاربری های مختلف تعیین گردید. نتایج نشان داد که میزان مواد آلی (8/2%) و نیتروژن کل خاک (20/0%) در کاربری جنگل بیشتر از دو کاربری باغ و زراعت بود. فسفر قابل استفاده در خاک کاربری باغ (2/16میلی گرم بر کیلوگرم) بیشتر از خاک کاربری زراعی (6/12میلی گرم بر کیلوگرم) و آن نیز بیشتر از خاک کاربری جنگل (6/10میلی گرم بر کیلوگرم) بود که می تواند نشان دهنده مصرف مقادیر بالای کودهای فسفاته در کاربری باغ نسبت به بقیه کاربری ها باشد. مقادیر واکنش خاک، هدایت الکتریکی و میزان کربنات کلسیم معادل در خاک کاربری جنگل نسبت به مقادیر آن ها در خاک کاربری های زراعی و باغی کمتر بودند. نتایج ارزیابی شاخص کیفیت خاک (SQI) نشان داد شاخص های مواد آلی، pH و فسفر قابل استفاده به عنوان MDS، بالاترین تاثیر را در ارزیابی کیفیت خاک های موردمطالعه داشتند. شاخص کیفیت خاک در خاک های جنگلی (4/1) به طور معنی داری بالاتر از کاربری باغی (3/1) و زراعی (2/1) بود. چنین استنباط می گردد تاثیر کاربری های موردمطالعه بر ویژگی های کیفی خاک می تواند به واسطه میزان ورودی مواد آلی و فعالیت های کشت و کار تشدید گردد.کلید واژگان: باغ، جنگل، زراعی، شاخص کیفیت خاک، کاربری اراضیLand use has considerable effect on soil properties and awareness of these properties is necessary to preserve ecosystem stability and increase the soil productivity. In this study, the effects of agronomic (alfalfa and wheat), orchard (apple) and forest (chestnut) land uses (over 30 years) on soil chemical properties in West Azerbaijan province were evaluated. About 75 soil samples were randomly collected from surface soil of each land use for the depth of 0-20 cm and some of their chemical properties as well as the soil quality index (SQI) of the soil of each land use were determined. Results showed that the soil organic carbon (2.8%) and total nitrogen (0.20%) in forest land use were significantly higher than those in the other land uses. Available phosphorous in the soil of the apple orchards (16.2 mg kg-1) was higher than those in the soils of the agronomic (12.6 mg kg-1) and forest (10.6 mg kg-1) land which can be attributed to the high phosphorous fertilizer application in the orchards. The amounts of pH, EC and CaCO3 in soil of the forest land use were less than those in soils of the other land uses. Assessment of soil quality index (SQI) showed that organic carbon, pH and available phosphorous as minimum data set (MDS) had the highest effect on quality of studied soils. Soil quality index in the forest land use (1.4) was significantly higher than those in the orchard (1.3) and agronomic (1.2) land uses. It is concluded that the land use effects on the soil qualitative propertise can be intensified with the organic matter input rates and tillage activities.Keywords: Agronomic, Forest, Land use, Orchard, Soil quality index
-
سابقه و هدفتوپوگرافی به عنوان یکی از عوامل خاک سازی در قالب جهت و موقعیت شیب بر ویژگی های فیزیکی خاک موثر است. جهت شیب از طریق تاثیر بر روی رطوبت، دما و فعالیت ریزجانداران خاک باعث تغییر ماده آلی خاک در جهت های مختلف شیب و باعث ایجاد تفاوت در کیفیت خاک می شود. درجات مختلف شیب نیز از طریق انتقال رس ها و ماده آلی به قسمت های پایین شیب و تغییر در جرم مخصوص ظاهری، کیفیت خاک را تحت تاثیر قرار می دهند (15). بررسی کیفیت خاک به منظور حداکثر بهره برداری کشاورزی با حداقل تخریب زیست محیطی و جلوگیری از فرسایش خاک ضروری است. هدف از این پژوهش بررسی کیفیت خاک در درجات مختلف دو جهت شمالی و جنوبی در حوضه سد طرق درجنوب شرق مشهد بود.
مواد و وروش هابرای ارزیابی کیفیت خاک، تعداد 40 نمونه خاک ازعمق 0 تا 30 سانتی متری دو جهت شمالی و جنوبی در شیب های کمتر از 10%، 10 تا 20 %، 20 تا 30 % و بیشتر از 30 % از حوضه سد طرق واقع در جنوب شرق مشهد برداشته شد. از هر درجه شیب 5 نمونه برداشته شد و ویژگی هایی مثل درصد ماده آلی خاک، جرم مخصوص ظاهری، مقدار آهک، نسبت جذب سدیم (SAR)، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها، رس و سیلت قابل پراکنش در آب، درصد شن، سیلت و رس خاک، واکنش خاک و شاخص پایداری ساختمان خاک (SI) اندازه گیری شدند. نمره مربوط به هر ویژگی بر اساس توابع نمره دهی و وزن هر ویژگی از تقسیم سهم هر ویژگی بر مجموع سهم تمام ویژگی ها به وسیله نرم افزارJMP4 محاسبه شد، سپس شاخص کیفیت خاک بر اساس مجموع حاصل ضرب نمره هر ویژگی در وزن آن محاسبه گردید.
نتایج و بحث: بر اساس نتایج این پژوهش، همبستگی بین شاخص کیفیت خاک با ماده آلی، آهک، رس و سیلت قابل پراکنش در آب، سیلت و رس مثبت و با شن و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها منفی و معنی دار در سطح یک درصد به دست آمد. مقدارعددی شاخص کیفیت خاک در شیب شمالی به طور معنی داری بیشتر از شیب جنوبی بود. علت بیشتر بودن شاخص کیفیت خاک در جهت شمالی شیب در محدوده بهینه قرار داشتن اکثر ویژگی ها نسبت به جهت جنوبی شیب است. بین درجات مختلف شیب جنوبی با هم تفاوت معنی داری وجود نداشت، ولی در جهت شمالی بین درجات مختلف شیب با شیب 20 تا30% تفاوت معنی داری مشاهده شد و مقادیر کیفیت خاک در این شیب کمتر از سایرشیب ها بود.نتیجه گیریدر این پژوهش کیفیت خاک بیشتر تحت تاثیر جهت شیب بود و درجات مختلف شیب تاثیری بر روی کیفیت خاک نداشتند.کلید واژگان: شاخص کیفیت خاک، رس قابل پراکنش در آب، شاخص پایداری ساختمان خاکInvestigation the effects of aspect and degree of slope on soil quality in the South East of MashhadIntroductionTopography is one of soil forming factors through the degree and aspect of slope affect on soil physical properties. The aspect of slope influences soil moisture, temperature and activity of micro organisms cause change soil organic matter in different soil aspects and therefore create different soil qualities. Different solpe degrees through transport of organic and clay particles down parts of the slope and changing bulk density affect the soil quality (15). In order to maximize utilization of agricultural lands and minimal environmental degradation and to prevent soil erosion, study soil quality is essential. The aim of this study was to evaluate soil quality in different degrees of both northern and southern slopes in catchment of Torogh dam, located south eastern of Mashhad.Materials And MethodsTo asses the soil quality, 40 soil samples were taken from 0-30 cm soil depth in both northern and southern slopes consist of less than 10%, 10-20%, 20-30% and more than 30% slope degrees in catchment of Torogh dam, located south eastern of Mashhad. 5 soil samples were collected from each slope degree and and properties such as soil organic matter content, bulk density, CaCO3, sodium adsorption ratio (SAR), mean weight diameter of aggregates, water dispersible clay and silt, sand, silt and clay percent, pH and soil structural stability index (SI ) were measured. The score of each property based on scoring functions and their weights were calculated by dividing the communality value of each property to total communality of all properties in JMP4 software. Then Soil quality index was calculated by multiplying the score and weight of the studied properties and sum of them.Results And DiscussionAccording to the results of this research, The significant correlation between the percentage of organic matter, CaCO3, water dispersible clay and silt, silt and clay with soil quality index was positive and, that of soil quality index with mean weight diameter of aggregates and percentage of sand was negative (PConclusionIn this research, the effect of slope aspect on soil quality was more than degree, and different slope degrees had no significant effect on soil quality.Keywords: soil quality index, water dispersible clay, soil structural stability index
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.