بررسي شدت آبگريزي خاك و تغييرات زماني آن پس از آتش سوزي تجويزي در مناطق جنگلي آبخيز توشن استان گلستان

Assessment of Soil Water Repellency Intensity and Its Temporal Variability after Prescribed Fire in Forest Areas of Toshen Watershed, Golestan Province

سابقه و هدف: آب‌گريزي خاك (SWR) يكي از خصوصيات پوياي خاك است كه نفوذ آب در خاك را كاهش داده و يا از آن جلوگيري مي‌كند. در مناطق جنگلي شمال كشور، آتش‌سوزي يكي از نگراني‌هاي محيطي بسيار مهم و از عوامل اصلي تغيير در پديده آب‌گريزي خاك است. لذا، اين مطالعه با هدف بررسي اثر آتش‌سوزي تجويزي بر خاك مناطق جنگلي آبخيز توشن استان گلستان و همچنين بررسي تغييرات زماني و برهم‌كنش آن بر خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك انجام شد. مواد و روش‌ها: خاك مناطق جنگلي در طبقه شيب 30-15 درصد و عمق 5-0 سانتي‌متري سطح خاك، در قالب 30 تكرار در محيط آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفت. جهت بررسي اثر آتش بر روي آب‌گريزي خاك در شرايط آزمايشگاهي، آتش‌سوزي تجويزي اعمال شد. خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك از جمله اجزاي بافت خاك (درصد رس، سيلت و شن)، درصد مواد آلي خاك، pH، EC و پايداري خاكدانه (MWD) قبل و پس از آتش‌سوزي بررسي شدند. آبگريزي خاك قبل و پس از آتش‌سوزي با دو آزمون زمان نفوذ قطره آب (WDPT) و روش مولاريته محلول آب و الكل (MED) تعيين شد. يافته‌ها: نتايج دو آزمون WDPT و MED نشان داد كه، قبل از آتش‌سوزي 100 % نمونه‌ها آب‌دوست بودند (به ترتيب كلاس 1 و 0). همچنين مطابق با آزمون WDPT يك روز پس از آتش‌سوزي تمام كرت‌ها كلاس آب‌گريزي جزئي از خود نشان دادند (كلاس 2 و 3) اما نتايج آزمون MED پس از آتش‌سوزي قدري متفاوت بود و يك روز پس از آتش‌سوزي شدت آبگريزي افزايش يافت؛ به طوري كه 30% كرت‌ها آبگريزي جزئي (كلاس 1)، 50% كرت‌ها آبگريزي متوسط (كلاس 2) و 20% كرت‌ها آبگريزي نسبتاً قوي (كلاس 3) را نشان دادند. بررسي روند تغييرات زماني هر دو شاخص آبگريزي نيز نشان داد كه كلاس آبگريزي پس از آتش‌سوزي به صورت موقتي بود و تا يك ماه پس از آن سطح آن به ميزان بسيار زيادي كاهش پيدا نمود. نتايج نشان داد كه دو آزمون آبگريزي پس از آتش‌سوزي همبستگي خوبي با هم داشتند. نتايج نشان داد كه همبستگي متوسطي بين دو آزمون آبگريزي WDPT و MED با برخي خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك از جمله pH، EC، MWD و درصد مواد آلي خاك وجود دارد. همچنين مشخص شد كه بين دو آزمون آبگريزي و اجزاي بافت خاك همبستگي ضعيف وجود دارد. مقادير همبستگي نسبتاً ضعيف آبگريزي با خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك نشان مي‌دهد كه اين تغييرات احتمالاً نمي‌توانند عامل اصلي تغييرات آبگريزي خاك باشد. بخشي از اين تغييرات را مي‌توان با تغييرات پايداري خاكدانه پس از آتش‌سوزي تبيين كرد. اين تغييرات در پايداري مكانيكي ساختمان خاك مي‌تواند در اثر دو مكانيسم اصلي ايجاد شود: (1) تغيير تركيبات بافت خاك و افزايش نيروهاي هم‌چسبي بين ذرات در خاكدانه‌ها كه نتيجتاً موجب پايداري ساختمان خاك در مقابل نيروهاي مخرب فيزيكي شود. (2) تغيير در برخي خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك مثل افزايش EC كه موجب جلوگيري از پراكنش ذرات رس شده و مانع تخريب فيزيكي خاكدانه‌هاي ريز مي‌شود. نتيجه‌گيري: به طور كلي نتايج اين تحقيق نشان داد كه با وجود آبدوستي خيلي زياد در خاك‌هاي لسي، آتش‌سوزي مي‌تواند به عنوان يك عامل خارجي موجب افزايش ضعيف و آني در كلاس آبگريزي شود. كلاس آبگريزي ضعيف احتمالاً مي‌تواند به دلايل زير باشد: اولاً آبگريزي بيشتر در خاك‌هاي درشت دانه با مواد آلي بالا رخ مي‌دهد. دوم اينكه نمونه‌هاي مطالعه شده از لايه سطحي خاك (5-0 سانتي‌متري) برداشت شده‌اند در حالي كه آتش‌سوزي مي‌تواند موجب تراكم برخي مواد آلي در لايه‌هاي زيرسطحي شده و موجب ايجاد آبگريزي در افق‌هاي پايين‌تر شود.

Background and objectives: Soil Water Repellency (SWR) is one of the dynamic soil characteristics that either reduce water penetration in the soil or prevent it. In the northern forest areas of Iran, fire is one of the most important environmental concerns and one of the main factors of the change in soil water repellency phenomenon. Therefore, this study aims to investigate prescribed fire effect on the soil of forest areas of Toshen's watershed, temporal variability and its interaction with physical and chemical properties of soil in Golestan Province. Materials and methods: Soil of forest areas in the slope class of 15-30% and depth of 0-5 cm of soil surface was studied in 30 replications in laboratory. Physical and chemical properties of soil, including percent of clay, silt and sand, soil organic matter, pH, EC and aggregate stability (MWD) were investigated before and after fire. In order to study the effects of fire on soil water repellency in laboratory conditions, prescribed fire was applied. SWR was determined with Water dro‎p Penetration Time and Molarity of an Ethanol dro‎plet tests, before and after fire. Results: According to the WDPT test, before the fire, 100% of plots were wettable (class 1), but one day after the fire, 100% of the plots were showed slightly water repellent (class 2 and 3). The MED test showed that all plots were wettable (class 0) before the fire. One day after the fire, the intensity of SWR increased, so that 30, 50 and 20 % of the plots were slightly water repellent (class 1), moderately water repellent (class 2) and less strongly water repellent (class 3), respectively. Investigating the process of temporal variability of both SWR indices showed that the SWR class after the fire is temporary and up to one month after that, the SWR classes is greatly reduced. The results showed that there are good correlations between two post-fire hydrophobic tests. (R2=0.85). There was a moderate correlation between two WDPT and MED SWR tests with pH, EC, MWD and soil organic matter, but as for soil texture components, there was poor correlation. Relatively poor SWR correlations with soil physical and chemical characteristics indicate that these changes are not likely to be the main cause of SWR changes. Some of these changes can be explained by the variability of aggregate stability after the fire. These changes in the mechanical stability of the soil structure can be caused by two main mechanisms: (1) Changes in the composition of the solid components in the soil that increase the cohesion forces between the particles in the aggregates. Consequently, the stability of the soil structure against the physically destructive forces increases. (2) Changes in the physicochemical properties of the soil solution (an increase in the EC) that prevent clay dispersion and microaggregate destruction (physicochemical mechanism). Conclusion: Finally, the results of this study showed that despite the high wettability in loess soils, fire can be an external factor that causes a weak and immediate increase in SWR. The slightly soil water repellent may be due to the following: (i) SWR often occur in coarse soils with high organic matter. (ii) The samples were taken from the soil surface layer (0-5 cm), while the fire can cause some organic matter to accumulate in the subsurface layers and cause SWR on lower horizons.