
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,502 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,640,319 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,234,666 |
بررسی خواص رئولوژیک پنج رده خاک در استان چهارمحال و بختیاری | ||
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار | ||
دوره 12، شماره 1، فروردین 1401، صفحه 1-30 اصل مقاله (2.55 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejsms.2022.19252.2025 | ||
نویسندگان | ||
فاطمه جواهری1؛ عیسی اسفندیارپور بروجنی* 2؛ ریان استوارت3؛ محمد هادی فرپور4؛ هژیر کورکی5 | ||
1دانشآموخته دکتری ، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه ولیعصر رفسنجان، رفسنجان، ایران. | ||
2گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه ولیعصر رفسنجان، رفسنجان، ایران. | ||
3دانشکده علوم گیاهی و محیطی، دانشگاه ویرجینیاتک، بلکسبورگ، آمریکا | ||
4گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران | ||
5گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران. | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: ویژگیهای رئولوژیکی خاکها (از جمله تغییرشکل و رفتارهای ویسکوالاستیک آنها در برابر تنش برشی) میتوانند اطلاعات مهمی در مورد پایداری ساختمان خاک و ریزخاکدانهها فراهم آورند. یکی از جدیدترین روشهای ارزیابی پایداری خاکدانهها، استفاده از مباحث رئومتری در این ارتباط است. بهعبارت بهتر، از رئومتری میتوان برای ارزیابی رفتار الاستیک خاک در مقابل رفتار پلاستیک آن در طیفی از تغییرشکل خاکدانهها استفاده کرد و بدین ترتیب تفسیر کمّی بیشتری از تشکیل یا پایداری خاکدانهها در برابر تنش وارده بر آنها را محاسبه نمود. در دهه اخیر، آزمون روبشی دامنه کرنش بهمنظور ارزیابی پایداری ریزساختار خاک و رفتارهای الاستیکی آن استفاده شده است. پژوهش حاضر در راستای تعیین پایداری خاکدانه و رفتار ویسکوالاستیک خاک با استفاده از رئومتر طراحی شده است. در پژوهش حاضر، ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی، کانیشناسی رس و طبقهبندی ردههای خاک غالب استان چهارمحال و بختیاری در راستای تعیین پایداری خاکدانهها و رفتار ویسکوالاستیک خاکها با استفاده از روش رئومتری، مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. مواد و روشها: پنج خاکرخ مختلف در شهرستانهای شهرکرد، فارسان و کوهرنگ تشریح و نمونهبرداری شد. پس از هواخشک و الک کردن نمونههای خاک برداشتشده از افقهای ژنتیکی این خاکرخها، ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز با استفاده از روشهای استاندارد اندازهگیری شدند. همچنین، نوع کانیهای رسی آنها به روش پراش پرتو ایکس تعیین گردید. بهعلاوه، از آزمون روبشی دامنه کرنش برای کمّیسازی مقادیر اولیه پارامترهای رئولوژیکی شامل مدولهای ذخیره (G') و اتلاف (G")، حد تغییرشکل (γL: هنگامیکه ماده شروع به تغییرشکل غیر قابل برگشت میکند)، تغییرشکل در نقطه جریان (γf: هنگامیکه ماده وارد فاز ویسکوز میشود و جریان مییابد)، ضریب اتلاف (tan δ = G''/ G') و انتگرال z (سطح بدون بُعدی که رفتار الاستیک ماده تحت تنش برشی را نشان میدهد) در راستای مطالعه پایداری ریزساختار و ریزخاکدانههای نمونههای برداشتشده از ردههای پنجگانه مزبور استفاده شد. در نهایت، ترسیم نمودار هم-بستگی بین ویژگیهای خاک و پارامترهای رئولوژیکی اندازهگیریشده با استفاده از نرمافزار R انجام گرفت. یافتهها: خاکرخهای مورد مطالعه بر مبنای سامانههای ردهبندی آمریکایی و طبقهبندی جهانی، بهترتیب در پنج رده و چهار گروه مرجع مختلف شامل انتیسول (کرایوسول در طبقهبندی جهانی)، ورتیسول، مالیسول (کاستانوزم در طبقهبندی جهانی)، آلفیسول و اینسپتیسول (کلسیسول در طبقهبندی جهانی) قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل نیمهکمّی کانیهای رسی نیز نشان داد که این خاکرخها دارای کانیهای مختلفی از جمله کائولینیت، ورمیکولیت، اسمکتیت، ایلیت، کلریت و کوارتز میباشند. نتایج حاصل از آزمون روبشی دامنه کرنش، حاکی از آن بود که حد تغییرشکل در افقهای زیرسطحی بهطور قابل توجهی بالاتر از افقهای سطحی خاک و در خاکهای رسی بیشتر از خاکهای شنی بود. خاکهای دارای خواص ورتیک، دارای محدوده بالاتری از ناحیه خطی ویسکوالاستیک (LVE) بوده که به خاصیت الاستیک بالای آنها نسبت داده شد. خاکهای دارای رس بیشتر و متکاملتر، پارامترهای رئولوژیکی بالاتری را نشان دادند که میتواند حاکی از پایداری بیشتر ریزساختار و خاکدانههای ریز این خاکها نسبت به دیگر ردههای خاک باشد. در مقابل، افقهایی که دارای درصد بالاتر شن و تکامل کمتری بودند، پارامترهای رئولوژیکی پایینتری داشتند که نشاندهنده عدم پایداری ریزخاکدانهها در این افقها بود. ضریب همبستگی پیرسون نشان داد که انتگرال z تحت تأثیر ویژگیهای مختلف فیزیکی و شیمیایی خاکها قرار میگیرد و بهطور معمول در خاکهایی با درصد رس بالاتر، نوع کانیهای رسی 2:1 غالب بههمراه میزان بالاتر ظرفیت تبادل کاتیونی، انتگرال z هم بالاتر است. نتیجهگیری: در مجموع، اندازهگیری پارامترهای رئولوژیکی نشان داد که خاکهای متکاملتر نسبت به خاکهای با ساختمان توسعهنیافته یا کمتر توسعهیافته، دارای پایداری ریزساختاری بیشتری هستند. در نتیجه، پارامترهای رئولوژیکی میتوانند برای شناسایی مهمترین عواملی که روی خاکدانهسازی تأثیر میگذارند مفید باشند. بهعلاوه، این پارامترها میتوانند بهعنوان شاخصی برای ارزیابی مقدار نسبی تکامل خاک در مطالعات آتی مد نظر قرار گیرند. | ||
کلیدواژهها | ||
رئومتری؛ آزمون روبشی دامنه کرنش؛ تکامل خاک؛ رفتار ویسکوالاستیک خاک؛ کرایوسول | ||
مراجع | ||
1.Doran, J.W., and Zeiss, M.R. 2000. Soil health and sustainability: managing the biotic component of soil quality. Applied Soil Ecology, 15: 1. 3-11.
2.Guo, Z., Zhang, L., Yang, W., Hua, L., and Cai, C. 2019. Aggregate Stability under Long-Term Fertilization Practices: The Case of Eroded Ultisols of South-Central China. Sustainability, 11: 4. 1160-1169.
3.Igwe, C.A., and Obalum, S.E. 2013. Microaggregate stability of tropical soils and its roles on soil erosion hazard prediction. Adv. Advances in Agrophysical Research., pp. 175-192. 4.Abid, M., and Lal, R. 2009. Tillage and drainage impact on soil quality: II. Tensile strength of aggregates, moisture retention and water infiltration. Soil and Tillage Research, 103: 2. 364-372.
5.Castro Filho, C.D., Lourenço, A., Guimarães, M.D.F., and Fonseca, I.C.B. 2002. Aggregate stability under different soil management systems in a red latosol in the state of Parana, Brazil. Soil and Tillage Research, 65: 1. 45-51.
6.Baumgarten, W., Dörner, J., and Horn, R. 2013. Microstructural development in volcanic ash soils from South Chile. Soil and Tillage Research, 129: 48-60.
7.Buchmann, C., and Schaumann, G.E. 2017. Effect of water entrapment by a hydrogel on the microstructural stability of artificial soils with various clay content. Plant and Soil, 414: 1-2. 181-198.
8.Ghezzehei, T.A., and Or, D. 2001. Rheological properties of wet soils and clays under steady and oscillatory stresses. Soil Science Society of America Journal, 65: 3. 624-637.
9.Jastrow, J.D., and Miller, R.M. 1991. Methods for assessing the effects of biota on soil structure. Agriculture, Ecosystems & Environment, 34: 1-4. 279-303.
10.Gyawali, A.J., and Stewart, R.D. 2019. An improved method for quantifying soil aggregate stability. Soil Science Society of America Journal, 83: 1. 27-36.
11.Six, J., Bossuyt, H., Degryze, S., and Denef, K. 2004. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics. Soil and Tillage Research, 79: 1. 7-31.
12.Six, J., Elliott, E.T., and Paustian, K. 2000. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: a mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture. Soil Soil Biology and Biochemistry, 32: 14. 2099-2103.
13.Skjemstad, J.O., LeFeuvre, R.P., and Prebble, R.E. 1990. Turnover of soil organic matter under pasture as determined by 13C natural abundance. Soil Research, 28: 2. 267-276.
14.Keller, T., Lamandé, M., Peth, S., Berli, M., Delenne, J.Y., Baumgarten, W., Rabbel, W., Radjai, F., Rajchenbach, J., Selvadurai, A.P.S., and Or, D. 2013. An interdisciplinary approach towards improved understanding of soil deformation during compaction. Soil and Tillage Research, 128: 61-80.
15.White, F.M. 2016. Fluid Mechanics, 8th edition. Published by Mc Graw Hill Education. 864p.
16.Nweke, I.A. 2014. Changes in rheological properties of for contrasting soils as Induced by Cultivation. International Journal of Agriculture Innovations and Research, 3: 373-378.
17.Jeong, S.W., Locat, J., Torrance, J.K., and Leroueil, S. 2015. Thixotropic and anti-thixotropic behaviors of fine-grained soils in various flocculated systems. Engineering Geology, 196: 119-125.
18.Mewis, J., and Wagner, N.J. 2009. Thixotropy. J. Adv. Advances in Colloid and Interface Science, 147: 214-227.
19.Zhang, X.W., Kong, L.W., Yang, A.W., and Sayem, H.M. 2017. Thixotropic mechanism of clay: a microstructural investigation. Soils and Foundations, 57: 1. 23-35. 20.Baumgarten, W., Neugebauer, T., Fuchs, E., and Horn, R. 2012. Structural stability of Marshland soils of the riparian zone of the Tidal Elbe River. Soil and Tillage Research, 125: 80-88.
21.Bower, C.A., Reitemeier, R.F., and Fireman, M. 1952. Exchangeable cation analysis of saline and alkali soils. Soil Science, 73: 4. 251-262.
22.Markgraf, W., and Horn, R., 2007. Scanning electron microscopy–energy dispersive scan analyses and rheological investigations of South‐Brazilian soils. Soil Science Society of America Journal, 71: 3. 851-859.
23.Schoeneberger, P.J., Wysocki, D.A., Benham, E.C., and Soil Survey Staff. 2012. Field Book for Describing and Sampling Soils, Version 3.0. Natural Resources Conservation Service, National Soil Survey Center, Lincoln, NE. 515p.
24.Martin, T.D., Brockhoff, C.A., Creed, J.T., and Long, S.E. 1992. Determination of metals and trace elements in water and wastes by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. Methods for Determination of Metals in Environmental Samples, pp. 33-91.
25.Walkley, A., and Black, I.A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science,37: 1. 29-38.
26.Gee, G.W., and Bauder, J.W. 1986. Particle-size analysis 1. P 383-411, In: A.L. Page (eds.), Methods of Soil Analysis (Part 1), Physical and Mineralogical Methods, Madison, Wisconsin, USA.
27.Nelson, R.E. 1982. Carbonate and gypsum. P181-197, In: A.L. Page (eds). Methods of soil analysis (Part 2). Chemical and microbiological properties, Madison, Wisconsin, USA.
28.Miller, R.H., and Keeny, D.R. 1992. Physical, Chemical and Mineralogical properties. P 65-98, In: A. L. Page (eds). Methods of Soil Analysis, (Part 1 and 2). Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin, USA.
29.Mehra, O.P., and Jackson, M.L. 1960. Iron oxide removal from soils and clays by a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate. In Clays and clay minerals: proceedings of the Seventh National Conference, pp. 317-327.
30.Jackson, M.L. 1975. Soil Chemical Analysis-advanced Course. Madison, WI: University of Wisconsin College of Agriculture, Department of Soil Science. 198p.
31.Kittrick, J.A., and Hope, E.W. 1963. A procedure for the particle-size separation of soils for X-ray diffraction analysis. Soil Science, 96: 5. 319-325.
32.Dixon, J.B., and Weed, S.B. 1989. Minerals in Soil Enviroments. 2nd ed, Published by Soil Science Society of America, Madison. USA. 89p.
33.Markgraf, W. 2011. Rheology in soils. P 1-11, In: J. Glinski, J. Horabik, and J. Lipiec, (eds). Encyclopedia of Agrophysics. Springer Press, Dordrecht-Heidelberg-London-New York. 34.Mezger, T.G. 2006. The rheology handbook: for users of rotational and oscillatory rheometers, 2nd edition. Vincentz Network GmbH and Co. KG, Hannover, Germany. 298p.
35.Stoppe, N., and Horn, R. 2018. Microstructural strength of tidal soils-a rheometric approach to develop pedotransfer functions. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 66: 1. 87-96. 36.Goebel, M.O., Bachmann, J., Woche, S.K., Fischer, W.R., and Horton, R. 2004. Water potential and aggregate size effects on contact angle and surface energy. Soil Science Society of America Journal, 68: 2. 383-393.
37.Markgraf, W., Moreno, F., and Horn, R. 2012. Quantification of microstructural changes in Salorthidic Fluvaquents using rheological and particle charge techniques. Vadose zone journal,11: 1. 100-110.
38.United States. Department of Agriculture. Soil Conservation Service. 2014. Keys to Soil Taxonomy, Twelfth edition. US Department of Agriculture. 372p.
39.IUSS Working Group WRB, 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015 International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome. 203p.
40.Thomasson, A.J., and Bullock, P. 1975. Pedology and hydrology of some surface-water gley soils. Soil Science, 119: 5. 339-348.
41.Matus, F., Amigo, X., and Kristiansen, S.M. 2006. Aluminium stabilization controls organic carbon levels in Chilean volcanic soils. Geoderma, 132: 1-2.158-168. 42.Ayoubi, S., Jalalian, A., and Eghball, M.K. 2002. Role of pedogenesis in distribution of magnetic susceptibility in two Aridisols from Isfahan, central Iran. In Proceedings of the First International Symposium on Sustainable Land Use and Management of Soils in Arid and Semiarid Regions, Cartagena, Murcia, Spain, 22nd to 26th September, pp. 49-50. 43.Hu, X.F., Wei, J., Xu, L.F., Zhang, G.L., and Zhang, W.G. 2009. Magnetic susceptibility of the Quaternary Red Clay in subtropical China and its paleoenvironmental implications. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecology, 279: 3-4. 216-232. 44.Kimble, J. (Ed.). 2004. Cryosols: Permafrost-Affected Soils. Springer Science & Business Media.
45.Owliaie, H.R. 2012. Micromorphology of calcitic features in calcareous soils of Kohgilouye Province, Southwestern Iran. Journal of Agriculture Science and Technology, 14: 225-239.
46.Khademi, H., and Mermut, A.R. 2003. Micromorphology and classification of Argids and associated gypsiferous Aridisols from central Iran. Catena, 54: 3. 439-455. 47.Tarnocai, C., and Bockheim, J. 2011. Cryosolic soils of Canada: genesis, distribution, and classification. Canadian Journal of Soil Science, 91: 5. 749-762.
48.Markgraf, W., Horn, R., and Peth, S. 2006. An approach to rheometry in soil mechanics-Structural changes in bentonite, clayey and silty soils. Soil and Tillage Research, 91: 1-2. 1-14.
49.Bronick, C.J., and Lal, R. 2005. Manuring and rotation effects on soil organic carbon concentration for different aggregate size fractions on two soils in northeastern Ohio, USA. Soil and Tillage Research, 81: 2. 239-252.
50.Holthusen, D., Reeb, D., and Horn, R. 2012. Influence of potassium fertilization, water and salt stress, and their interference on rheological soil parameters in planted containers. Soil and Tillage Research, 125: 72-79.
51.Kögel‐Knabner, I., Ekschmitt, K., Flessa, H., Guggenberger, G., Matzner, E., Marschner, B., and von Lützow, M. 2008. An integrative approach of organic matter stabilization in temperate soils: Linking chemistry, physics, and biology. Plant Nutrition and Soil Science, 171: 3. 5-13.
52.Pertile, P., Holthusen, D., Gubiani, P.I., and Reichert, J.M. 2018. Microstructural strength of four subtropical soils evaluated by rheometry: properties, difficulties and opportunities. Scientia Agricola, 75: 2. 154-162.
53.Sun, B., Dennis, P.G., Newsham, K.K., Hopkins, D.W., and Hallett, P.D. 2017. Gelifluction and thixotropy of maritime antarctic soils: small Scale measurements with a rotational Permafrost and Periglacial Processes, 28: 1. 314-321.
54.Kemper, W.D., Rosenau, R.C., and Dexter, A.R. 1987. Cohesion development in disrupted soils as affected by clay and organic matter content and temperature. Soil Science Society of America Journal, 51: 4. 860-867.
55.Horn, R., and Peth, S. 2011. Mechanics of unsaturated soils for agricultural applications. P 1-30, In: P.M. Haung, Y. Li, and M.E. Sumner, (eds). Handbook of soil sciences, 2nd edition. CRC Press: Boca Raton, FL, USA.
56.Chatterjee, S., White, D.J., and Randolph, M.F. 2012. Numerical simulations of pipe–soil interaction during large lateral movements on clay. Géotechnique, 62: 8. 693-705.
57.Lourenço, A.M., Rocha, F., and Gomes, C.R. 2012. Relationships between magnetic parameters, chemical composition and clay minerals of topsoils near Coimbra, central Portugal. Nat. Hazards Natural Hazards and Earth System Sciences, 12: 8. 2545-2555. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 668 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 166 |