تأثير خاكپوش ماسه بادي و نانو ذرات رس در آبياري سفالي بر تغييرات رطوبت، دما و پايداري خاكدانه در مناطق خشك، منطقه مورد مطالعه: شهرستان نيمروز

Effect of sand mulch and nano-clay in buried clay pot irrigation on soil moisture, temperature and aggregate stability variations in arid region, case study: Nimroz City

كمبود نزولات جوي و خشك‌سالي از عوامل مؤثر بر بحران كم‌‌آبي در مناطق خشك بشمار مي‌رود كه اين فرايند با توجه به بالا بودن ميزان تبخير در اين مناطق ضمن كاهش ميزان بهره‌وري از آب، باعث كاهش رطوبت خاك مي‌شود. از اين‌رو، كاربرد روش‌هاي حفاظتي با كاهش ميزان تبخير و حفظ رطوبت خاك علاوه­بر بهبود رشد و عملكرد گياه، باعث افزايش بهره‌وري آب مي­شود. هدف از اجراي اين پژوهش، بررسي تأثير خاكپوش ماسه بادي و نانو رس در آبياري سفالي بر تغييرات دما و رطوبت در يكي از كانون­هاي فرسايشي منطقه سيستان است. بدين‌منظور، در ابتدا طي عمليات ميداني از رسوبات بادي انباشت شده در دشت سيستان و همچنين، رسوبات سيلابي بستر رودخانه هيرمند (رسوبات حمل شده طي سيلاب‌هاي ورودي از كشور افغانستان) نمونه‌برداري شد. با تعيين اندازه ذرات نمونه‌هاي رسوب به‌منظور تهيه خاكپوش ماسه بادي بزرگ‌ترين اندازه ذرات رسوبات بادي با استفاده از الك جدا شد. براي تهيه نانو ذرات رس نيز رسوبات سيلابي با استفاده از آسياب گلوله‌اي ضمن بررسي اندازه ذرات و تعيين عناصر اصلي (با استفاده از روش XRF) پودر شد. در ادامه، با آماده‌سازي تيمارهايي متشكل از خاكپوش ماسه بادي، نانو رس و شاهد با نصب ترمومتر و پروب در اعماق 10، 30 و 50 سانتي‌متر اقدام به اندازه‌گيري دما و رطوبت خاك (با استفاده از رطوبت‌سنج) براي يك دوره 186روزه شد. همچنين، در پايان دوره آزمايش به‌منظور بررسي شاخص‌هاي پايداري خاكدانه با نمونه‌برداري از اعماق مختلف شاخص‌ ميانگين وزني (MWD) و شاخص ميانگين هندسي (GMD) قطر خاكدانه‌ها بر اساس روش الك خشك اندازه‌گيري شد. يافته‌ها نشان داد كه در توزيع رطوبت و دما در تيمارهاي مورد مطالعه اختلاف معني‌دار در سطح پنج درصد وجود دارد. بيشترين رطوبت ذخيره شده در عمق 10 سانتي‌متر در تيمار خاكپوش ماسه بادي اندازه‌گيري شد (به­ترتيب 2/1 و 4/1 برابر بيشتر از ميزان رطوبت ذخيره شده در تيمارهاي نانو ذرات رس و شاهد). همچنين، در عمق 30 و 50 سانتي‌متر بيشترين ميزان رطوبت حفظ شده مربوط به تيمار نانو ذرات رس است (به­ترتيب 2/1 و 6/1 برابر بيشتر از لايه‌هاي فوق‌الذكر در تيمارهاي خاكپوش ماسه بادي و شاهد). در بررسي تغييرات دما در اعماق 10، 30 و 50 سانتي­متر، بيشترين و كمترين ميزان دما به­ترتيب مربوط به تيمارهاي شاهد و خاكپوش ماسه بادي مي‌باشد. بر اساس نتايج به­دست آمده، با ايجاد لايه خاكپوش ماسه بادي در سطح خاك دماي خاك در لايه سطحي نسبت به تيمارهاي شاهد و نانو ذرات رس به­ترتيب 33 و 2/17 درصد كاهش يافت. در بررسي شاخص‌هاي پايداري خاكدانه نيز يافته‌ها نشان داد كه تفاوت معني‌داري بين مقادير شاخص‌هاي ميانگين وزني و ميانگين هندسي قطر خاكدانه‌ها در تيمارهاي مورد مطالعه وجود دارد و بيشترين مقادير شاخص‌هاي مورد مطالعه مربوط به تيمار نانو رس مي‌باشد (در سطح پنج درصد). در مجموع، بر اساس نتايج به­دست آمده از اين پژوهش،‌ استفاده از خاكپوش ماسه بادي و نانو رس با كاهش دما و بهبود پايداري خاكدانه‌ها باعث افزايش 30 تا 45 درصدي رطوبت حجمي خاك در لايه‌هاي زيرسطحي و همچنين، افزايش مدت زمان حفظ رطوبت در خاك و كاهش دور آبياري در مقايسه با حالت بدون اقدام حفاظتي در خاك شده است كه كاربرد قابل توجه روش‌هاي مورد استفاده در اين پژوهش‌ با تأمين رطوبت مورد نياز گياه براي استقرار پوشش گياهي در كانون‌هاي فرسايشي منطقه مورد مطالعه است.

Shortage of rainfall and drought are among the factors affecting the water shortage crisis in arid regions due to the high rate of evaporation in these areas, while reducing the amount of water productivity, it reduces soil moisture. Therefore, the application of conservation methods by reducing the rate of evaporation and maintaining soil moisture in addition to improving plant growth and yield increases water productivity. The aim of this study was investigation of the effect of sand mulch and nano-clay in buried clay pot irrigation on temperature and humidity changes in one of the wind erosion centers of Sistan region. For this purpose, wind sediments accumulated in Sistan plain as well as flood sediments of Helmand riverbed (sediments transported during floods entering from Afghanistan) were sampled. By determining the particle size of sediment samples, the largest particle size of wind sediments was separated to prepare a sandy cover using a sieve. To prepare clay nanoparticles, Flood sediments were also pulverized using ball mill by examining the particle size and determining the main elements (using the XRF method). By preparing treatments including sand cover, nano-clay and control by installing thermometers and probes at depths of 10, 30 and 50 cm Soil temperature and humidity were measured (using TDR) for a period of 186 days. Also, at the end of the test period to evaluate soil stability indices by sampling from different depths, the mean weight diameter (MWD) and geometric mean index (GMD) of aggregate diameter were measured based on dry sieving method. The results showed that there was significant different at 5% level on soil moisture and temperature distribution between treatments. In depth 10 cm, the highest amount of retained moisture were measured in sand mulch treatment (1.2 and 1.4 times retains moisture compared to nano-clay and witness treatments, respectively). The highest amount of retained moisture in depth 30 and 50 cm is related to nano-clay treatments (45 and 68% more maintain compared to sand mulch and witness treatments, respectively). The results also show that the highest and the lowest amount of soil temperature at different depths related to witness and sand mulch treatment respectively. Mulch cover by shaping temperature equilibrium in soil profiles, caused 17.2 and 33 % reduction of temperature compared to nano-clay and witness treatments. The results also showed that, there were significant differences between treatments in mean weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) and the highest amounts of this index related to nano-clay treatment (p<0.05). Based on the results of this study, the use of sand mulch and nano-clay by reduces the temperature and improving the stability of aggregates, increases the volume of soil moisture in the subsurface layers by 30 to 45% and also increases the retention time in soil moisture and reduces irrigation frequency compared to the state without protective action in the soil. Therefore, the application of the methods used in this study, provides the required moisture to the plants to establish vegetation in the wind erosion centers of the study area.