استفاده از روشهاي هسته اي در تحقيقات کشاورزي

بخش اول: کاربرد فناوري هسته اي در مطالعات روابط خاک، آب و گياه
خاک
تا کنون چرخه هاي گوناگوني از عناصر غذايي نظير نيتروژن، کربن، گوگرد، فسفر و غيره در خاک شناسايي شده است که بطور مستقيم تحت تأثير ميکروارگانيسم هاي خاک قرار مي گيرند. مراحل آمونيفيکاسيون، ايموبيليزاسيون، نيتريفيکاسيون تماماً تحت تاثير موجودات زنده خاک قرار گرفته و کيفيت و کميت اينگونه تغييرات را کنترل مي نمايند. يکي از منابع اصلي تامين نيتروژن در خاک ها، فرياند تثبيت بيولوژيکي نيتروژن اتمسفر است که توسط گروهي از ميکروارگانيسم هاي

خاک انجام مي شود و ازوتوباکترها و سيانوباکترها بطور آزاد نيتروژن مولکولي هوا را تثبيت مي کنند.
ازوسپيريليوم با گياهان گرامينه همياري نموده و ريزوبيوم نيز از طريق برقراري همزيستي با گياهان لگومينوز نيتروژن مولکولي هوا را به خاک باز مي گرداند. جهت تعدل چرخه کربن، بايد حدود ۳۵ ميليارد تن دي اکسيد کربن از مواد آلي به اتمسفر بازگردد. جانوران مصرف کننده تنها ۱۰ الي ۲۰ درصد از اين تجزيه را انجام مي دهند و ۸۰ الي ۹۰ درصد باقيمانده مربوط به ميکروارگانيسم ها و باکتري هاي سبز و ارغواني فعال گرديده و فرم هاي مختلف گوگردي را در چرخه گوگرد به يکديگر

تبديل مي نمايند. و بالاخره ترشح آنزيم برون سلولي فسفاتاز از ميکروارگانيسم هاي خاک باعث قطع ارتباط استري فسفر در مواد آلي گرديده و بديت ترتيب اسيد فسفريک آزاد مي گردد. به دنبال پيشرفت هاي شگرف در علوم مهندسي ژنتيک، جهت انتقال صفات توارثي مفيد ما بين گونه هاي مختلف موجودات زنده، نقش پرتوهاي راديواکتيو نيز در ايجاد جهش هاي ژنتيکي در ميکروارگانيس

م هاي خاک بسيار حائز اهميت خواهد بود. بدين ترتيب که در اثر برخورد پرتوهاي راديو اکتيو خصوصاً پرتو گامابا ميکروارگانيسم هاي خاک، شکست کروموزومي صورت گرفته و اين امر مي تواند (بطور مستقيم) موجب جهش زايي در اينگونه موجودات گردد. پيامد اين امر وقوع تنوع ژنتيکي بوده که مي تواند کارايي ميکروارگانيسم ها را در انجام هر چه بيشتر فرايندهاي فوق ياري بخشد.
کاربرد پرتوتابي در مديريت آبياري
يکي از شايع ترين روش هاي بررسي رطوبت خاک، نمونه برداري از اعماق مختلف پروفيل خاک

و خشک نمودن نمونه ها در آون است. بدين ترتيب با تفاضل وزن نمونه قبل و بعد از حرارت مي توان برآورد دقيقي از رطوبت خاک به عمل آورد. از سوي ديگر جهت بررسي تغييرات رطوبت در طول فصل رويش گياه، نياز به نمونه برداري و حفر سوراخ هاي متعدد در اطراف گياه خواهد بود، که اين امر يکي از موارد محدود کننده اين روش به شمار مي رود. در فناوري ايوتوپي (نوترون متري) مي توان بدون بر هم زدن خاک، تعداد نامحدود قرائت را در طول فصل رشد به عمل آورد.
در دستگاه نوترون متر منبع رايدو اکتيو آمرسيم به همراه برليم قرار داده شده است. در اثر واپاشي آمرسيم، اشعه آلفا توليد مي گردد که در اثر برخورد اين پرتو به عنصر برليم، نوترون هاي سريع ساطع مي گردد. جهت استفاده از دستگاه نوترون متر، يک لوله از جنس آلومينيوم در خاک قرار داده شده و دستگاه بر روي لوله سوار مي گردد در داخل لوله به سمت پائين هدايت شده و در عمق خاصي از خاک قرار مي گيرد. نوترون هاي ساطع شده در اثر واپاشي، بصورت شعاعي در خاک حرکت نموده و به مولکول هاي آب برخورد مي نمايد. بواسطه اينکه جرم نوترون و هيدروژن

تقريباً يکسان مي باشند، در اثر برخورد بيشترين انتقال انرژي صورت گرفته و باز BF3 نوترون هاي سريع به نوترون هاي حرارتي مبدل شده و به سمت شمارشگر باز مي گردند. بدين ترتيب از طريق محاسبه تعداد نوترون هاي حرارتي بازگشت شده مي توان تعداد مولکول هاي آب در محيط مجاور لوله آلومينيومي را تخمين زد.
در فن آوري نوترون متري مي توان در مطالعات آب مصرفي، حرکت آب در خاک، تصحيح جداول آ

بياري و افزايش راندمان مصرف زراعي آب در سيستم هاي پيشرفته آبياري نظير مديريت هاي آبياري تحت فشار سود جست.
کاربرد رديابي در تغذيه گياهي
عنصر توپ پايدار موارد کاربرد
نيتروژن ۱۵ پايدار راندمان مصرف کودهاي نيتروژني، تثبيت بيولوژيکي نيتروژن،
بالانس نيتروژن، تغيير و تحول نيتروژن در خاک ها، فراهمي نيتروژن از مواد آلي، مطالعات تغذيه حيوانات
فسفر ۳۲

 

۳۳ راديواکتيو

 

راديواکتيو مطالعات راندمان مصرف و بقاياي کودهاي فسفري، فسفر قابل
تبادل در خاک، توزيع سيستم ريشه اي در خاک، ارزيابي مزرعه اي
سنگ هاي فسفات، فراهمي بقاياي کودهاي فسفري
اتوراديوگرافي ريشه، پخش فسفر در خاک، فناوري نشانه گذاري مضاعف ( در بررسي توسعه ريشه)
پتاسيم ۸۶ راديواکتيو ردياب مناسب بجاي پتاسيم، مطالعات کيفي محلهاي چايگذاري
کلسيم ۴۵ راديواکتيو کلسيم خاک (جذب يوني و کلسيم قابل تبادل)، جنبش کلسيم در گياه (اتوراديوگرافي ريشه)
منيزيم ۲۶ پايدار آلودگي محيطي، تحقيقات پزشکي و اکولوژيکي
گوگرد ۳۴

۳۵ پايدار
راديواکتيو آلودگي محيطي، تحقيقات پزشکي و اکولوژيکي
جذب گوگرد از اتمسفر، مطالعات چرخه گوگرد، فراهمي گوگرد از منبع خاک
آهن ۵۹ راديواکتيو مطالعات فرسايش خاک، جنبش هاي آهن در خاک و گياه، فراهمي آهن از منبع خاک
مس ۶۴

۶۵ راديواکتيو

 

پايدار برقراري کمپلکس در محلول خاک، جنبش هاي مس در سيستم خاک و گياه
مطالعات تغذيه در حيوانات
منگنز ۵۴ راديواکتيو برقراري کمپلکس در محلول خاک، فراهمي منگنز از منبع خاک، جنبش هاي منگنز در خاک و گياه
روي ۶۵ راديواکتيو برقراري کمپلکس در محلول خاک، فراهمي روي از منبع خاک، جنبش هاي روي در خاک و گياه
بور ۱۰ پايدار جذب لاشبرگي، بررسي فعاليت نوترون، مطالعات رطوبت خاک، شيمي خاک
موليبدن ۹۹ راديواکتيو تغذيه گياه
هيدروژن ۲

۳ پايدار
راديواکتيو جنبش آب، مطالعات بيو شيميايي، چرخه آب
جنبش، متابوليسم، آبشويي
کربن ۱۳

۱۴ پايدار

راديواکتيو مطالعات مواد آلي خاک در اکوسيستم، فتوسنتز، جابجايي کربن، چرخه کربن، راندمان مصرف آب
فتوسنتز و جابجايي کربن، مطالعات مواد آلي خاک، مطالعات موازنه کربن
اکسيژن ۱۸ پايدار فتوسنتز، تعرق، مطالعات مواد آلي خاک، مطالعات اکولوژيکي، هيرولوژي
کلر ۳۷ پايدار اثرات حشره کش ها و آفت کش ها در آب، خاک، هوا و زندگي بشر
سديم ۲۲

۲۴ راديواکتيو

راديواکتيو مطالعات خاک هاي شور و سديمي
مطالعات خاک هاي شور و سديمي
سزيم ۱۳۷ راديواکتيو فرسايش خاک و رسوب گذاري

کاربرد ايزوتوپ پايدار نيتروژن ۱۵ در مديريت خاک، آب و تغذيه گياه
عنصر نيتروژن يکي از مهمترين عناصر غذايي، از ديدگاه تغذيه گياهي به شمار مي رود. اين عنصر در ساختمان ترکيبات پروتئيني، آنزيم ها، ترکيبات حد فاصل متابوليسمي، هورمون هاي گياهي يافت مي شود. اين عنصر علاوه بر نقش خود در تشکيل پروتئين ها، يک جزء لازم مولکول کلروفيل مي باشد. و نيمه عمر کوتاه محدوديت هاي زيادي در تحقيقات تغذيه گياهي بوجود مي آورد.
استفاده از مواد ساختگي حاوي نيتروژن مي تواند اين قابليت را بدهد تا از اين عنصر به عنوان يک ردياب استفاده گردد. بواسطه اينکه هر دو ايزوتوپ نيتروژن ۱۴ و نيتروژن ۱۵ پايدار بوده و تشعشعات راديواکتيو از خود ساطع نمي کنند، کارکرد با اين عنصر خطر نداشته و ضمناً طبيعت آنها اجازه آزمايشات طولاني مدت را ممکن مي سازد.
به واسطه هزينه زياد توليد مواد نشاندار شده با نيتروژن۱۵، استعمال اين مواد در مقياسمقرون به صرفه نبوده، لذا جهت طراحي آزمايشات ايزوتوپي، قطعه اي به مساخت ۲-۱ متر مربع در نظر گرفته شده بطوري که در مجاورت قطعه فوق، گياهان غير ايزوتوپي، نقش گياهان گراد را بازي نمايند.
يکي از قابليت هاي عمده تکنيک رديابي نيتروژن ۱۵ بررسي سودمندي هاي کودهاي نيتروژني و مطالعات کارايي مصرف اينگونه مواد مي باشد. تا کنون روش ها و معادلات متعددي جهت اندازه گيري ميزان جذب عناصر غذايي از کودهاي مورد مصرف بيان شده که تنها روش مستقيم، استفاده از ايزوتوپها عنوان گرديده است.
يکي از مهمترين خصوصيات لگوم، قابليت آنها در ايجاد همزيستي با باکتري هاي ريزوبيوم جهت تثبيت نيتروژن اتمسفر مي باشد. از روش هاي متعارف اندازه گيري ميزان تثبيت نيتروژن مي تو

ان به روش هاي احياي استيلن، بالانس نيتروژن، افزايش محصول نيتروژن و رشد گياه و روش ايزوتوپي نيتروژن ۱۵ اشاره نمود که در اين ميان، روش ايزوتوپي به عنوان شاخص ترين روش به شمار مي رود.
معدني شدن نيتروژن، به فرآيند شکسته شدن مواد آلي خاک و تبديل آن به فرم هاي معدني و قابل دسترس براي گياه اطلاق مي گردد که شامل دو مرحله آمونياک سازي و نيترات سازي مي باشد. توسط روش هاي غير ايزوتوپي و از طريق موازنه وزني مي توان ميزان معدني شدن خالص

نيتروژن را برآورد نمود. معدني شدن خالص، در جريان کنترل تغيير و تحول نيتروژن خاک ها، جواب خوبي ارائه نداده و ضمناً واکنش ريشه گياهان را در اين خصوص مد نظر قرار نمي دهد. واژه معدني شدن ناخالص نيتروژن، تبديل و شکسته شدن ماده آلي را به آمونيوم بيان مي نمايد. لذا کافي است تا با استفاده از آمونيوم نشاندار، موجودي ازن عنصر در نيمرخ خاک نشاندار شود.
يکي از موارد کاربردي فناوري هسته اي، ارزيابي اتلاف نيتروژن، از سيستم هاي کشاورزي مي باشد. آبشويي نيترات، هدر رفت کودهاي نيتروژني، آلودگي آبهاي زير زميني و تسريع در اسيدي شدن خاک ها مي باشد. شاليزهاي برنج و چراگاه ها، دو سيستم عمده کشاورزي مي باشند که تصاعد گاز آمونياک در آنها به ميزان متنابهي صورت مي گيرد.
مطالعات بقاياي مواد آلي خاک
استفاده از بقاياي مواد آلي به عنوان منبع مستقيم تامين عناصر غذايي و تاثير آن در بهبود ساختمان خاک نقش ويژه در پايداري طولاني مدت خاک بر جا خواهد گذاشت. نشاندار کردن بقاياي گياهي با استفاده از تزريق نيتروژن ۱۵ در درختان، يک فناوري جديد در توليد مقادير انبوه ماده نشاندار به شمار مي رود که از صرفه اقتصادي قابل توجه نيز برخوردار خواهد بود. در اين روش، نيتروژن نشاندار به آوندهاي چوبي فعال درخت تزريق مي گردد و پس از سپري شدن دوره موازه نيتروژن، برگهاي نشاندار شده گياه جمع آوري شده و سپس مورد آزمايش قرار مي گيرد. کودهاي حيواني يک ديگر از وصر بقاياي آلي بوده که از کاربرد گسترده اي نيز برخوردار مي باشند. در اين روش، مواد گياهي نشاندار يک روش پيچيده و گرانقيمت مي باشد. چرا که اين کودها بايد در طول مدن توليد و از نظر شيميائي کاملاً يکنواخت باشند. جهت توليد اين کودها توصيه مي شود که ادرار و مدفوع حيوانات بطور جداگانه جمع آوري گردد.
فناوري غير مستقيم بررسي بقاياي مواد آلي، از جمله روش هاي مؤثر در مطالعات جذب نيتروژن توسط گياه به شمار مي رود. در اين روش، کودهاي نشاندار شده در شرايط حضور و عدم حضور

بقاياي آلي، به خاک اضافه مي گردد. در تيمار کنترل (بدون بقاياي گياهي) نتايج مويد موجودي نيتروژن خاک بوده و در تيمار حاوي ماده آلي بواسطه وقوع معدني شدن نيتروژن ترقيق ايزوتوپي صورت گرفته لذا با بررسي درصد نيتروژن موجود در گياه مشتق شده از ماده آلي مي توان اين فرآيند را آناليز کمي و کيفي نمود.

کابرد راديوايزوتوپ ۳۲ در مديريت خاک، آب و تغذيه گياه
بواسطه نقش ويژه فسفر در فرايند انتقال انرژي، تقسيم سلولي و همچنين شرکت در فرايندهاي رشد و تکامل ريشه، گلدهي، تشکيل ميوه و دانه و افزايش مقاومت به امراض، ………………….اين عنصر به عنوان دومين عنصر کليدي از نظر تغذيه گياه درآمده و از جمله

فاکتورهاي مهم در توليد محصول به شمار مي رود.
اولين مرحله در طراحي اين گونه آزمايشات ساخت ترکيبات نشاندار شده با فسفر ۳۲ مي باشد. جهت توليد اسيد فسفريک نشاندار، برخورد نوترونهاي سريع ساطع شده از راکتور، به عنصر گوگرد استفاده مي شود. بايد توجه نمود که مواد نشاندار شده در راکتور، حجم بسيار اندک و اکتيويته بسيار بالا خواهند داشت. بايد توجه نمود که مواد راديو اتيو نشاندار شده به فسفر ۳۲، آلودگي هاي محيطي توليد مي نمايند.
جهت اندازه گيري پرتوبتا حاصل از فسفر۳۲ مي توان نمونه جامدپودر شده گياهي را …………
مستقيماً در دستگاه شمارش بتا قرار داد و ميزان پرتوهاي ساطع شده را در واحد زمان شمارش نمود. همچنين مي توان نمونه گياهي را در کوره الکتريکي سوزاند و خاکستر حاصل را در اسيد کلريدريک نرمال حل نمود و سپس محلول فوق را در دستگاه شمارشگر سوسوزن مايع قرار داد. از روش هاي ديگر اندازه گيري پرتوهاي فسفر ۳۲ مي توان به شمارنده هاي کايگر مولر، چرنکو، گاما و روش اتو راديوگرافي اشاره نمود.
کميتهاي معمولاً کوچک فسفر در خاک ها و گرايش آن به واکنش با اجزاي تشکيل دهنده خاک و توليد ترکيبات نسبتاً نا محلول و در نتيجه غير قابل جذب براي گياه، فسفر را در زمينه حاصلخيزي خاک بسيار مهم مي سازد. بعضي از کودهاي فسفر قابليت نشاندار شدن را دارند. مثل اسيد فسفريک، سوپر فسفات ها، و فسفات هاي آمونيومي. اما در پاره اي مواد، نشاندار کردن کود فسفري غير ممکن مي باشد. مانند منابع کاني هاي فسفات مثل سنگهاي فسفاتي و موادآلي فسفاتي نظير کودهاي دامي و سبز؛ کمپوست، بقاياي گياهي و غيره. در خصوص منابع قابل نشاندار، کود ايزوتوپي به خاک اضافه شده و کارايي مصرف آن بطور مستقيم برآورد مي شود. اما در رابطه با منابع کودي غير قابل نشاندار، وضعيت فرق نموده و با تنظيم و اجراي يک سري تيمارهاي خاص، کارايي مصرف آن کود مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

يکي ديگر از موارد کاربرد رديابهاي نشاندار شده با فسفر ۳۲ ترسيم الگوي توزيع سيستم ريشه اي گياهان خصوصاً درختان مي باشد. اصولاً بواسطه ايستا بودن يون فسفات، حرکت آن از نقطه قرار دهي، بسيار آهسته بوده در نتيجه از تلفات آن با آبهاي فرنشتي مي توان صرفه نظر نمود. لذا با توجه به واکنش فسفر با اجزاي خاک و وقوع فرايند تثبيت در شرايط اسيدي و قيليايي، چنين به نظر مي رسد که در صورتي که فرم جامد کود فسفر ۳۲ در عمق خاصي از پروفيل خاک قرار داده شود،

کود در همان منطقه محدود باقي خواهد ماند. در صورتي که ريشه گياه رشد نموده و به آن منطقه از خاک برسد، فسفر ۳۲ را جذب نموده و به اندام هاي فوقاني خود منتقل مي نمايد. در نتيجه با شمارش پرتوهاي راديواکتيويته ساطع شده از آن اندام، حضور ريشه در آن قسمت از خاک قطعي شده و شدت پرتوهاي ساطع شده نيز مؤيد شدت فعاليت سيستم ريشه اي در آن منطقه خواهد

بود.
استفاده از فسفر ۳۲ در مطالعات بقاياي آلي خاک، اطلاعات با ارزشي را در خصوص رها شدن فسفر از اين منبع فراهم مي نمايد. در توليد کودهاي سبز نشاندار، فرمهاي مختلف کودهاي شيميايي فسفر۳۲ به خاک اضافه مي شود و سپس اندامهاي گياه برداشت شده و به صورت کود سبز به خاک غير نشاندار در جايي که گياه بعدي رشد خواهد نمود اضافه مي گردد. نشاندار کردن بقاياي گياهي با استفاده از تزريق فسفر ۳۲ در درختان، يک فناوري جديد در توليد مقادير انبوه ماده نشاندار به شمار مي رود که از صرفه اقتصادي قابل توجه نيز برخوردار خواهد بود.
فسفر از جمله عناصري است که در شرايط ويژه، جذب سطحي کلوئيدهاي خاک مي شود. عوامل محيطي متعدد، ميزان فسفر قابل تبادل را تحت تاثير قرار داده و کنترل مي کند لذا با نشاندار کردن خاک توسط کودهاي فسفري اولاً مي توان ميزان فسفر قابل تبادل از منابع مختلف کودي را مورد بررسي قرار داد. ضمناً با انتخاب روش مناسب عصاره گيري، مي توان تاثير شرايط مختلف محيطي را در جذب سطحي کلوئيدهاي خاک مورد آناليز کيفي و کمي قرار داد.
نوع ايؤوتوپ نيمه عمر فراواني
طبيعي نوع واپاشي ادوات
اندازه گيري موارد کاربرد
۱
۲C

پايدار

– ۸۹۲/۹۸%

– اسپکترومتر جرمي -بصورت مواد
تخليه شده از ايزوتوپ ۱۳ يا
غني سازي کامل ايزوتوپ ۱۲
– مطالعات مکانيسم هاي واکنش هاي مواد آلي
۱۳
C

پايدار

 

– ۱۰۸/۱%

– اسپکترومتر جرمي – ارزيابي شرايط
استرس مانند خشکي و يا شوري
– فتوسنتز
– مطالعات نقل و انتقال و چرخش کربن

 

۱۴
C

راديواکتيو ۵۷۲۰

سال


بتا LS
C – مطالعات فتوسنتز و نقل و انتقال کربن
مطالعات مواد آلي خاک
– مطالعات موازنه کربن

کاربرد ايزوتوپ پايدار کربن ۱۳ در مديريت خاک، آب و تغذيه گياه
عنصر كربن داراي سه ايزوتوپ مفيد در مطالعات روابط تغذيه گياهي مي باشد، که در اين ميان نقش ايزوتوپ کربن ۱۳ در ارزيابي شرايط استرس بسيار حائز اهميت است.
نسبت ايزوتوپي ۱۲/۱۳ کربن در بافتهاي کمتر از اين نسبت در دي اکسيد کربن اتمسفر مي باشد که اين امر مؤيد اين مطلب مي باشد که گياهان در طي فرايند فتوسنتز، نسبت به جذب دي اکسيد کربن تبعيض قايل مي گردند که علت آن سرعت پخش آهسته تر دي اکسيد کربن سنگين از طريق روزنه هاي گياهي و کاهش تمايل اين گاز در شرکت در واکنش هاي آنزيمي کربوکسيلار (سيکل کلوين) مي باشد. به عبارت ديگر تفاوت در جذب کربن۱۳ در طي فرايند فتوسنتز به دو عامل هدايت روزنه اي و پروسه هاي آنزيمي مربوط مي گردد.
يکي از کاربردهاي مهم فناوري تبعيض ايزوتوپي کربن، بررسي شاخص کارايي مصرف آب و استفاده از آن جهت توليد گونه هايي با توانايي هر چه بيشتر در مصرف آب مي باشد. تمامي آب مصرف شده توسط گياه و همچنين تمامي ماده خشک توليد شده در دوره رشد گياه اندازه گيري گردد که اين امر مستلزم زحمت و صرف وقت بسيار مي باشد و همچنين وقوع خطاهاي متعدد، از دقت اين روش خواهد کاست. لذا در برنامه هاي اصلاحي، روش تبعيض ايزوتوپي کربن به عنوان يک وسيله مناسب جهت افزايش کارايي مصرف آب عنوان گرديده است.
کاربرد ايزوتوپ هاي گوگرد در مديريت خاک، آب و تغذيه گياه
عنصر گوگرد داراي دو ايزوتوپ مفيد در مطالعات روابط تغذيه گياهي مي باشد.
نوع ايزوتوپ سودمندي ها معايب
گوگرد ۳۵
راديواکتيو -نيمه عمر مناسب
– نشر پرتو بتا نسبتاً نرم
-حساسيت دستگاه ال اس سي جهت اندازه گيري ميزان واپاشي مخاطرات راديواکتيو
گوگرد ۳۴
پايدار – قابليت باقي ماندن در خاک و تعيين خصوصيت سيستم
– تعيين نسبت ايزوتوپي به روش اي آر ام اس گران بودن کودهاي
گوگرد۳۴

از ايزوتوپ راديواکتيو گوگرد ۳۵ مي توان در مطالعات چرخه گوگرد، جذب گوگرد از اتمسفر و فراهمي گوگرد از منبع خاک استفاده نمود. روشهاي استعمال گوگرد ۳۵ بصورت نشانه گذاري مستقيم و ترقيق معکوس مي باشد.
در روش مستقيم، امکان نشاندار کردن منبع کود گوگرد با ايزوتوپ ۳۵ مقدور خواهد بود. لذا پس از ساخت انواع مختلف کود نشاندار، مي توان پارامترهاي مورد نظر نظير بهترين فرم استعمال و همچنين بهترين محل قرار دهي کود را مورد ارزيابي قرار داد.
در شرايطي که امکان ساخت يک ماده نشاندار از بعضي از منابع کود گوگردي نظير ته نشست هاي طبيعي و يا کودهاي تجارتي گوگردي وجود نداشته باشد، از روش ترقيق معکوس استفاده مي شود. در اين روش از ايزوتوپ ۳۵ به منظور نشاندار کردن استخر گوگرد قابل دسترس خاک که متعاقباً با گوگرد غير نشاندار رقيق خواهد شد استفاده مي شود. بواسطه رها شدن گوگرد از اينگونه منابع، ترقيق ايزوتوپي صورت گرفته و سپس توسط اندازه گيري تغييرات در اکتيويته ويژه گوگرد در گياهان در حال رويش پارامتر مورد نظر ثبت مي گردد. در کاربرد روش ترقيق معکوس بايد به چند نکته توجه نمود:
۱- ماده نشاندار بايد دقيقاً در پروفيلي از خاک توزيع شود که گياه گوگرد مورد نياز خود را تامين مي نمايد.
۲- ميزان جنبش ماده رادياب از پروفيل نشاندار به مناطق مجاور، نبايد در اندازه گيري ها تاثير چندان نداشته باشد.
از ايزوتوپ پايدار گوگرد ۳۴ مي توان در اندازه گيري آبشويي گوگرد، جذب گوگرد باران توسط گياهان، آلودگيهاي محيطي و تحقيقات اکولوژيکي و پزشکي استفاده نمود.
کاربرد سزيم ۱۳۷ در مطالعات فرسايش خاک
راديو ايزوتوپ سزيم ۱۳۷ از جمله رديابهايي به شمار مي رود که از کاربرد گسترده در مطالعات فرسايش خاک برخوردار مي باشد. نيمه عمر سزيم ۱۳۷ طبيعي قابل اندازه گيري در طبيعت وجود ندارد و لذا سزيم ۱۳۷ موجود در طبيعت حاصل دو پديده فعاليت بشري خواهد بود.
– آزمايشات اتمي طي سال هاي ۱۹۶۰-۱۹۵۰
– انفجار مرکز هسته اي چرنوبيل در شوروي سابق (۲۶ آوريل ۱۹۸۶).

سزيم ۱۳۷ حاصل از انفجارات اتمي موجب گرديد که اين عنصر ابتدا در لايه استراتوسفرباز گردد و از اين طريق و به وسيله آب حاصل از نزولات آسماني به پهنه اراضي وارد شود. هنگامي که سزيم ۱۳۷ از طريق نزولات آسماني به سطح خاک مي رسد به شدت جذب سطحي ذرات خاک مي شود و قدرت چسبندگي به شکلي است که انتقال آن به طبقات پائين تر خاک تحت تأثير واکنش هاي فيزيکي و شيميايي بسيار ناچيز مي باشد. سپس هنگام وقوع فرسايش و جد

ايي ذرات خاک از بستر و انتقال آنها، عنصر سزيم ۱۳۷ نيز منتقل مي گردد و بنابراين هر گونه سزيم ۱۳۷ در خاک بر محمل ذراتي خواهد بود که انتقال يافته اند. دلايل انتخاب و معايب استفاده از سزيم ۱۳۷ در ارزيابي فرسايش خاک در جدول زير آمده است.
دلايل انتخاب معايب
عدم وجود سزيم ۱۳۷ بصورت طبيعي در طبيعت هزينه زياد آزمايشات آشکار سازي و رديابي
توزيع و گستردگي آن در تمام مناطق جهان محدود بودن دستگاه هاي ردياب
قابليت بسيار بالا در جذب سطحي توسط کلوئيدهاي هوموسي و رسي عدم قطعيت فرضيات
تقريباً غير قابل تبادل ورود منابع جديد سزيم به خاک
ساطع نمودن اشعه گاما و امکان اندازه گيري راحت آن
داراي نيمه عمر مناسب جهت مطالعات فرسايش خاک (۱۷/۳۰ سال)
امکان ارزيابي فرسايش خاک در ميان مدت
سهولت نمونه برداري
ارزيابي کمي و ميزان و توزيع مکاني خاک فرسايش يافته
سهولت تجزيه نمونه خاک

استفاده از نوترون متري در مطالعات روابط آب و خاک
روشهاي بسياري جهت اندازه گيري رطوبت خاک وجود دارد که هريک داراي مزايا و معايبي مي باشند. بيشتر اين روشها بصورت غير مستقيم اين اندازه گيري را انجام مي دهند. در اين مطلب مروري بر روشهاي دسترس اندازه گيري رطوبت خاک شامل اصول کار، مزايا و معايب آنها مورد مطالعه قرار مي گيرد.
روشهاي مستقيم
اين روش بر اساس نمونه برداري وزني از خاک مي باشد. بعد از نمونه برداري از خاک د

ر اعماق مورد نظر آنها را توزين کرده در آون بمدت ۲۴ ساعت در حرارت ۱۰۵ درجه سانتيگراد قرار مي دهند. پس از اين مدت نمونه ها را توزين نموده و رطوبت وزني را بدست مي آورند. اما استفاده از اين روش مشکل و پر زحمت بوده و نتايج در روز بعد قابل دسترس مي باشد و همچنين ساختمان اوليه خاک به هم خورده، علاوه بر اين تعداد نمونه ها و محل هاي مربوط به آنها روي صحت مقادير ميانگين آنها تأثير مي گذارد.

روشهاي غير مستقيم
۱- تانسيو متر: آب از سطوح با انرژي بالا به طرف سطوح با انرژي پائين حرکت مي کند. انرژي آب خاک بوسيله تانسيومتر اندازه گيري مي شود. در مطالعات آب و خاک انرژي آب معمولاً توسط معادل انرژي آب در واحد وزن اندازه گيري مي شود که به آب هد هيدروليکي (سانتيمتر آب) مي گويند.
۲- قالب گچي: اصول کار اين قالب ها بر اساس اندازه گيري هدايت الکتريکي ايجاد شده بين دو الکترود که در يک قالب گچي يا نايلوني قرار داده شده است مي باشد. بلوک ها در اعماق مختلف خاک جهت اندازه گيري رطوبت در عمق مورد نظر قرار داده مي شود بين آب داخل بلوکها و آب موجود در خاک تعادلي بوجود مي آيد. اگر خام مجاور بلوک ها خشک باشد آب از بلوک ها خارج شده و يک تعادل جديد بوجود مي آيد. رطوبت خاک بطور غير مستقيم توسط اين بلوک ها با استفاده از منحني هاي کاليبراسيون که ارتباط آب موجود را با مقاومت الکتريکي اندازه گيري شده در بلوک ها در اختيار مي گذارد، اندازه گيري مي شود.
۳- روشهاي دي الکتريک (Dielectric Methods)
الف- روش انعکاس سنجي زماني (Time- Domain Reflectometry)
يکي از روش هاي نسبتاً جديد در اندازه گيري رطوبت خاک روش انعکاس سنجي ناميده مي شود. اين روش بر اساس ثابت دي TDR حوزه زماني که اصطلاحاً روش الکتريک آب استوار است بطور کلي دي الکتريک به معني نارسانا بودن الکتريسيته مي باشد. بر حسب تعريف ثابت دي الکتريک هر ماده عبارت است از نسبت گنجايش يک خازن که در آن از يک ماده معين به عنوان دي الکتريک استفاده شده باشد به گنجايش همان خازن در صورتي که دي الکتريک آن هوا باشد.

ب- روش ظرفيت (Capacitance) با استفاده از دستگاه Divener 2000 سنجي
يکي ديگر از روش هاي جديد که در چند سال اخير مورد استفاده جهت اندازه گيري رطوبت خاک قرار گرفته است، روش ظرفيت سنجي مي باشد. در اين روش از خواص الکتريکي مانند مقاومت و خاصيت دي الکتريک آب براي سنجش ميزان آب خاک استفاده شده است. رطوبت حجمي خاک توسط پاسخ به تغييرات دي الکتريک خاک اندازه گيري مي شود.
و تفسير داده هاي رطوبت خاک Divener 2000 نتايج حاصل از دستگاه به شرح زير اس

ت:
۱- محاسبه استفاده روزانه محصول از آب
۲- الگوي استخراج آب از لايه هاي مختلف پروفيل خاک

۳- تشخيص عمق و توزيع حوزه فعاليت ريشه گياه
۴- تغييرات بافت و ساختمان خاک
۵- استفاده از آب مورد نياز در محصولات حساس به استرس و غيره است.
۶- تعييم تغييرات پياز رطوبتي در آبياري قطره اي
۷- تعيين تماس با سطوح آب در پروفيل خاک و منطقه فعال ريشه محصولات

۸- شناخت نقطه پايان آبياري و آغاز استرس براي محصول
۴- روش هسته اي اندازه گيري رطوبت خاک
عبارت است از استفاده از پخش ذرات نوترون در خاک با استفاده از دستگاه نوترون متر. روش کاربرد گسترده اي در تحقيقات کشاورزي داشته و روشي است که بدون به هم زدن خاک، سريع تر و راحت تر پس از کاليبراسيون آن رطوبت خاک را اندازه گيري مي نمايد.
استفاده از دستگاه نوترون متر در مطالعات آب و خاک

روش هاي هسته اي مانند نوترون متر و دستگاه اندازه گير دانسيته خاک توسط اشعه گاما کاربرد گسترده اي در تحقيقات کشاورزي دارند. آنها با يک بار کاليبراسيون و بدون تخريب خاک بسيار آسان مورد استفاده قرار مي گيرند. در زير به طور خلاصه به چند مورد اشاره مي شود.
۱- تعيين ميزان ذخيره آب در ناحيه ريشه گياه
اطلاع از ميزان ذخيره آب در ناحيه ريشه گياه بطور گسترده براي تصميم در مورد انتخاب مناسب ترين نوع محصول دي يک منطقه معين مورد استفاده قرار مي گيرد. بارندگي مؤثر در انتهاي يک فصل باراني را مي توان بوسيله تغييرات در ميزان ذخيره آب قبل و بعد از بارندگي تش

خيص داد. ظرفيت نگهداري آب در خاک را که دسترسي آب براي گياه را تحت تاثير قرار مي دهد، در صورت دانستن تغييرات رطوبت در ناحيه ريشه گياه در قبل و بعد از آبياري مي توان محاسبه نمود.
۲- تعيين عمق ريشه دواني گياه
اطلاعات عمق ريشه دواني گياه براي مديريت آبياري و کاربرد کود بسيار با ارزش است، بطوريکه مهندسين آبياري در طراحي سيستم هاي آبيار عنوان موثر را بکار برده و آن ماکزيمم عمقي (Effective rooting depth) ريشه دواني از خاک است که ۸۰% آب مورد استفاده گياه را تامين مي کند، عمق موثر ريشه دواني گياه براي محاسبه عمق آب آبياري مورد نياز است، بطوريکه عمق کاربرد آب آبياري مي تواند در صورت دانستن عمق موثر ريشه به بهترين نحو تعيين و مورد استفاده گياه قرار گيرد. همچنين در انتخاب ژنوتيپ هاي گياهان مقاوم به خشکي تعيين عمق ريشه دواني گياهمي تواند مورد استفاده قرار بگيرد. عمق تخليه رطوبت خاک مي تواند بطور غير مستقيم جهت تخمين توزيع فعاليت ريشه گياه در پروفيل هاي خاک مورد استفاده قرار گيرد.
۳- اندازه گيري مشخصات هيدروليکي خاک
محاسبه دقيق جريان آب و محلول ها در خاک فقط در صورت داشتن اطلاعات درست از هدايت هيدروليکي خاک ميسر مي باشد، بيشتر مدل هاي سيمولاسيون کامپيوتري روي تغييرات آب خاک در ناحيه ريشه گياه، شستشوي کودها مسائل انتقال آلوده Waste disposal و ديگر مواد

شيميائي، (Leaching) کننده ها در خاک ها احتياج به داشتن اطلاعات هدايت هيدروليکي غير اشباع خاک ها دارد. همچنين انجام کارهاي آزمايشي روي تعيين آب مصرفي گياه به اندازه گيري هاي هدايت هيدروليکي خاک احتياج دارد. هدايت هيدروليکي خاک مزرعه از مشخصات مهم فيزيکي خاک است که ميزان نفوذ پذيري آب در خاک را مشخص نموده همچنين در مناطق مرطوب جهت انجام امور زهکشي تعيين اين فاکتور مورد نياز است.

۴- مطالعات آب مصرف گياه
در مطالعات آب مصرفي گياه روش بيلان آب يکي از آسانترين روش ها است.
۵- مطالعات راندمان آب مصرفي گياه
در مناطق خشک و نيمه خشک که منابع آب اغلب مجدود مي باشد و آب آبياري هميشه در دسترس نيست براي استفاده اپتميم از منابع آب در دسترس کشت گياهاني با راندمان مصرف آب بالا بسيار ضروري مي باشد. براي تخمين راندمان مصرف آب، تعيين آب مصرفي گياه در طول فصل رشد گياه لازم مي باشد. و همانطور که ذکر گرديد با استفاده از نوترون متر و محاسبه بيلان آب تعيين مي گردد.
چهار راه اساسي براي افزايش راندمان مصرف آب وجود دارد که عبارتند از:
۱- تغيير راندمان تعرق
۲- افزايش تعرق توسط افزايش کاربرد آب در سطح مزرعه
۳- کاهش تلفات آب غير از تعرق در صورت محدود بودن آب
۴- برنامه ريزي آبياري
معمولاً از ميزان آب قابل دسترس به عنوان يک معيار براي تصميم گيري در مورد زمان آبياري استفاده مي شود. پروفيل رطوبتي خاک که بوسيله نوترون متر اندازه گيري مي شود مي تواند ميزان ت

خليه رطوبت در دسترس را مشخص نمايد. اگر چه اين ميزان بستگي به نوع محصول متفاوت مي باشد. معمولاً آبياري موقعي شروع مي شود که آب قابل دسترس گياه تا ۵۰% کاهش يابد.
فصل دوم ۱-۲
استفاده از منابع آب و خاک شور در کشاورزي پايدار
جدول توزيع منطقه اي خاک هاي شور دنيا به ميليون هکتار
آفريقا ۱/۱۸۹۹ ۷/۳۸ ۲ ۵/۳۳ ۸/۱
آسيا
استرالياو
اقيانوسيه ۲/۳۱۰۷ ۱/۱۹۵ ۳/۶ ۶/۲۴۸ ۸
اروپا ۸/۲۰۱۰ ۷/۶ ۳/۰ ۷/۷۲ ۶/۳
آمريکاي لاتين ۶/۲۰۳۸ ۵/۶۰ ۳ ۹/۵۰ ۵/۲
خاور نزديک ۹/۱۸۰۱ ۵/۹۱ ۱/۵ ۱/۱۴ ۸
آمريکاي شمالي ۷/۱۹۲۳ ۶/۴ ۲/۰ ۵/۱۴ ۸
کل ۱۲۷۸۱/۳ ۱/۳۹۷ ۱/۳ ۳/۴۳۴ ۳/۴

اصلاح خاک هاي شور و قليا
۱) خاک هاي شور

منظور از اصلاح خاک هاي شور کاهش غلظت املاح آنها مي باشد. در مناطق خشک اگر همزمان با عملياتي که به منظور کاهش بيلان نمک در خاک صورت مي گيرد، تدابيري نيز در خصوص جلوگيري از صعود سطح ايستايي و يا صعود مويينگي آبهاي زير زميني انديشيده نشود عمليات اصلاح به نتيجه مطلوب نخواهد رسيد. در صورتي وجود آب ارزان و کافي با استفاده از روش آبشوئي و احداث شبکه زهکشي مي توان املاح اضافي و محلول را شست و آنها را به افق هاي ت

حت الارضي خاک منتقل و يا از منطقه خارج کرد. بهترين زمان براي شستشو اواخر پائيز است، چون تبخير کم وسط سفره آب زيرزميني نسبت به ديگر فصول سال پائين تر رفته است. ولي اين کار متضمن صرف وقت و هزينه بسيار است و با توجه به محدوديت منابع آب شيرين در اغلب مناطق خشک و نيمه خشک و کويري ايراناين روش مقرون به صرفه نمي باشد.
۲)خاک هاي شور و قليا

اصلاح اراضي شور با روش آبشوئي، زهکشي يا به کمک مواد شيميايي اصلاح کننده هزينه زيادي در بر دارد. اين هزينه ها شامل احداث سيستم هاي زهکشي بوده، که کاري بس دشوار

و نيازمند ماشين آلات سنگين و نيروي انساني زياد مي باشد. در مواقعي که شوري خاک کم بوده و آب مناسب با هزينه کم در دسترس باشد و يا سود ناشي از توليد محصول بالا باشد، احتمالاً اصلاح اين اراضي با روش هاي فوق مقرون به صرفه است. وليکن در اغلب مواقع بويژه در ايران، شوري خاک بسيار بالا بوده و منابع آب شيرين و مطلوب به قدر کفايت در دسترس نمي باشند. در نتيجه، غالباً اصلاح خاک مقرون به صرفه نبوده، و زمينهاي فوق به صورت باير و لم يزرع رها مي گردند. حتي اگر با روش هاي مذکور شوري خاک تا حدي پائين آورده شود که در آن محصولات رايج متحمل به شوري از قبيل گندم و جو کشت گردند، به دليل عملکرد پائين اين کار متضمن صرفه اقتصادي نخواهد بود. در واقع ارائه راهکارهاي مناسب، عملي و اقتصادي جهت بهره وري از اين نوع اراضي گامي مهم و موثر جهت بهبود وضعيت معيشتي و اقتصادي زارعين بومي است. بهترين و اقتصادي ترين (Haloculture) راهکار بهره وري از منابه آب و خاک خيلي شور، شورزي مي باشد.
۳) شوري
شوري مهمترين و متداولترين معيار تعييم کننده کيفيت آل آبياري قلمداد مي شود. اصلاح شوري، معرف غلظت کل يونها و مولکولهاي محلول در آب اعم از آب آبياري، زهکشي و زير زميني است. ترکيباتي که معرف شوري آب هستند، غالباً مرکب از کاتيون هاي کلسيم، منيزيم، سديم و آنيون هاي کلريد، سولفات، بي کربنات مي باشند. پتاسيم و نيترات در درجه دوم اهميت هستند و به ندرت از عوامل مهم شوري محسوب مي شوند و به همين جهت در ارزيابي شوري آبهاي شور از سنجش اين يون ها و سايرين، من جمله بر نيز صرفه نظر مي شود گرچه در بعضي از آبهاي زير زميني غلظت اين يون به حد بالايي مي رسد که در آن صورت بايد به آنها توجه شود. چون غلظت کل مواد محلول در آب که معرف شوري است، از نظر تائيد پذيري در سلول زنده بسيار شديد مي باشد، از اين رو غالب گياهان در حال رشد، نسبت به آن واکنش بسيار سريع نشان مي دهند. بنابراين شوري از مولفه هاي مهم در توصيف کمي و کيفي اين گروه از آب به شمار مي آيد. عموماً با افزايش شوري آب آبياري بر شوري خاک نيز اضافه مي گردد که آن نيز عوامل ديگري را در رابطه با آب و خاک تحت تاثير قرار مي دهد، نظير:

ضريب و راندمان آبشوئي، ترکيب يوني آب آبياري و همچنين خصوصيات فيزيکي خاک از قبيل ميزان تراوش، پايداري و يا فروپاشي خاکدانه ها، خواص رطوبتي و زهکشي خاک و ميزان آب مصرفي.
بنابراين بيشتر مسائل مربوط به شوري آب آبياري با آبهاي شور که از نظر کيفي و کمي، خاک و گياه را تحت تاثير قرار مي دهد ناشي از اثر يونهاي غالب و ساير يونهاي موجود و سمت و سوهايي است که اين يونها و نمکهاي محلول در آب، خاک و گياه مربوطه به جاي مي گذارد.

۴) شورزي (Haloculture)
بهره وري اقتصادي از اراضي شور ا کشت گياهان مقاوم به شوري و با استفاده از منابع آب شور را، شورزي مي نامند. در شورزي، نه تنها جنبه اقتصادي توليد يک محصول مفيد مد نظر مي باشد، بلکه احيا و اصلاح بيولوژيکي خاک نيز مد نظر است. در کشاورزي متعارف، در صورت نامساعد بودن شرايط محيطي براي رشد مطلوب محصول زراعي، زمينه را جهت رشد يک محصول خاص مهيا مي کنند. در صورتيکه در شورزي گياهي که سازگار و متناسب با شرايط تنشي موجود باشد، انتخاب و توليد مي گردد. در نتيجه، هزينه هاي اصلاح خاک و نهاده هاي کشاورزي کم و اين کار مقر

ون به صرفه مي باشد.
گياهان در درياها، باتلاق هاي نمک و حتي اراضي خشک رشد مي کنند. بنابراين مي توان گونه هايي از گياهان مقاوم را جمع و در اراضي شور کشت و توسعه داد. با کشت اين گياهان نه تنها خاک اصلاح مي شود و خصوصيات فيزيکي و شيميايي آن بهبود مي يابد، بلکه همچنين مقدار زيادي بيوماس توليد مي شود که مصارف صنعتي و کشاورزي مفيدي دارند. گونه هايي از گياهان تحت بدترين شرايط شوري قادر به رشد مي باشند اما نمک را در بافت هاي خود نگه مي دارند و اين مسئله طيف استفاده از اين گياهان را جهت مصارف مختلف محدود مي سازد. امروزه جوياي گياهاني هستند که مقاوم به نمک بوده ولي نمک را در بافت هاي خود ذخيره نکنند.
۵) تکنيک هاي هسته اي بکار گرفته شده
تکنيک هاي هسته اي ابزاري دقيق و سريع جهت رديابي و اندازه گيري عناصر غذاي در سيستم خاک و گياه، اندازه گيري رطوبت خاک و برنامه ريزي آبياري و مطالعات هيدرولوژيکي منابع آبهاي زيرزميني مي باشند.

الف) نوترون متر
اندازه گيري رطوبت خاک بنيادي ترين مسئله جهت مديريت آبياري در زمين هاي شور مي باشد. روش موسوم، گرفتن نمونه خاک و اندازه گيري رطوبت آن در آزمايشگاه مي باشد. ليکن اين روش تخريبي بوده، مستلزم زحمت و وقت زياد مي باشد. اين بدان معني است که نمي توان دوباره و يا چندبار از همان محل نمونه برداري اوليه، نمونه برداري کرد.
اين امر، پايش وضعيت رطوبت پروفيل خاک را دشوار مي سازد. روش هاي هسته اي مانند استفاده از نوترون متر، کاربرد نسبتاً گسترده اي در تحقيقات کشاورزي دارند. دستگاه نوترون متر با پخش ذرات نوترون در خاک و شمارش برگشت آن ها پس از اصابت با اتم هيدروژن، رطوبت خاک را تخمين مي زند. با اين روش، بدون به هم خوردن خاک و با يکبار کاليبراسيون به سهولت مي توان رطوبت خاک را اندازه گيري نمود. اين امر، پايش وضعيت رطوبت پروفيل خاک را بسيار دقيق و سريع مي نمايد. با اطلاعات فراوان و سريع حاصله، امر مديريت آبياري و کنترل شوري منطقه ريشه ميسر مي گردد. از نوترون متر در موارد زير براي تحقيقات کشاورزي استفاده مي شود:
۱- تعيين ذخيره آب در ناحيه ريشه گياه
۲- تعيين عمق ريشه دواني گياه
۳- اندازه گيري مشخصات هيدروليکي خاک

۴- مطالعات مصرف آب گياه
۵- مطالعات راندمان مصرف آب گياه
۶- برنامه ريزي آبياري
ب) ايزوتوپ هيدرولوژي
به منظور ايجاد کشاورزي پايدار، وضعيت هيدرولوژيکي و هيدرولوژيکي منابع آب و حوضه آبريز منطقه مورد مطالعه بايد بررسي گردد. روشهاي هسته اي يکي از راه هاي بسيار رايج و دقيق در مطالعات آبشناسي مي باشند. در اين راستا از ايزوتوپ هاي محيطي آب شامل ايزوتوپ هاي پايدار دوتريوم و کربن- ۱۴ جهت مطالعه استفاده مي شود. با کمک روش هاي هشته اي (ايزوتوپ هيدرولوژيکي) اطلاعات بسيار مفيدي در رابطه با مطالعات آبشناسي مانند: تعيين منشاء، سن، سرعت،

جهت حرکت، ميزان تجديد پذيري، زمان عبور و اقامت آب در آبخوان بدست مي آيد.
اساس کار روش رديابي ايزوتوپي محيطي، مطالعه تغييرات ترکيب ايزوتوپي منابع آب يک منطقه مي باشد. در اين روش جهت تشخيص ميزان ورود آب سطحي در سيستم آب زيرزميني و تعيين منشاء آب هاي زيرزميني و يا اختلاط ايزوتوپي بين آب هاي سطحي و زيرزميني از معيار تغييرات فصلي ترکيب ايزوتوپي آبها استفاده مي شود.
ترکيب ايزوتوپي آبها تحت شرايط مختلف جوي مانند: فشار و دما متفاوت است. در نتيجه

نسبت ايزوتوپي در مناطق مختلف (کوهستان، ساحل، بيابان، عرضهاي مختلف و تغييرات فصلي) با هم فرق دارد. اين اختلافات در پيدا کردن محل تغذيه و منشاء آبهاي زيرزميني کمک مي کند.
فصل سوم: ۱-۳
فرسايش خاک و تکنيک هاي رديابي ايزوتوپي
فرسايش سريع و متعاقب آن کاهش باروري و حاصلخيزي خاک تهديد جدي براي توسعه پايدار توليدات کشاورزي در جهاني با جمعيت سريعاً رو به رشد به شمار مي رود. طبق آمار سازمان ملل در يک بررسي ۱۵ ساله فرسايش باعث شده که ۴/۱ خاک هاي دنيا در عرض ۴۵ سال اخير حاصلخيزي طبيعي خود را از دست بدهد تخمين مي زند که ساليانه ۳ در ۱۰۶ هکتار از اراضي کشاورزي به Buringh علت فرسايش غير قابل استفاده مي شود. ضايعات فوق، تا کنون از طريق توسعه کشاورزي به اراضي جديد و استفاده از کودهاي شيميايي و نژادهاي اصلاح شده گياهان به طور مقطعي جبران مي شد اما جبران اين ضايعات در دراز مدت غير ممکن است. طب

ق نظريه براون ميزان فرسايش خاک در اراضي زراعي ساليانه ۲۳ بيليون تن بيش از شدت خاکسازي است. اين معهادل يک کاهش هفت درصدي منابع خاکي دنيا در هر دهه مي باشد. صرف نظر از خسارات محلي، افزايش بار رسوبي رودخانه ها، رسوب گذاري در آب انبارها و شبکه هاي آبياري، آبراهه ها و بنادر از اثرات نا مطلوب اوليه فرسايش در پائين دست جريان مي باشد. با توجه به موارد فوق تعيين شدت فرسايش امري ضروري است. يا تعيين شدت فرسايش مي ت

وان به اتخاذ راهکارها و تدابير مناسب به منظور حفاظت خاک دست زد.
روش هاي موجود ارزيابي فرسايش داراي محدوديت هاي زير هستند:
۱- با استفاده از اين تکنيک ها نمي توان در مورد الگوي مکاني فرسايش به اطلاعاتي دست يافت يا به ارزيابي کمي فرسايش در دراز مدت پرداخت.
۲- اين روش ها پر هزينه و وقت گيرند.
۳- در استفاده از اين روش ها به اطلاعات اوليه اي از جمله اطلاعات بلند مدت کليماتولوژي نياز است که اين گونه نهاده ها خصوصاً در کشورهاي در حال توسعه در دسترس نيستند.
در واقع در تحقيقات فرسايش خاک به روشي نياز است که جوابگوي موارد زير باشد:
۱- دسترسي سريع به اطلاعات
۲- قابليت تخمين فرسايش و رسوبگذاري توسط تمام فرايندهاي عامل و در بلند مدت.
۳- تمايز بين فرايندهاي فرسايش غالب

۴- شناخت الگوي مکاني جابجايي خاک در بلند مدت
۵- تخمين مقدار خالص خاک خارج شده از محل
۶- امکان کاربرد در سطح مزرعه و حوزه آبخيز
با نشالندار کردن ذرات خاک به يک راديو ايزوتوپ مناسب مي توان در مورد گستردگيو شدت فرسايش تحقيق کرد اخيراً از راديونوکليدهاي حاصل از ريزش هاي جوي سزيم ۱۳۷ براي مطالعات فرسايش خاک مورد توجه خاص قرار گرفته است.
سزيم- ۱۳۷ ايزوتوپ راديو اکتيو سزيم با تشعشع بتا و گاما و نيمه عمر ۱۷/۳۰ سال است. اين نيمه عمر در مقياس زمين شناسي خيلي کوتاه بوده و بنابراين سزيم قابل اندازه گيري در سنگ هاي سزيم دار وجود ندارد. راديو نوکلئيد مصنوعي فوق محصول جانبي انفجارات هسته اي دهه هاي ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ است. اين رايدو ايزوتوپ پس از توليد وارد استراتوسفر شده سپس به تروپوسفر منتقل و به همراه نزولات جوي به سطح زمين باريده است.

ميزان سزيم-۱۳۷ خاک با شکل توزيع و ميزان نزولات جوي رابطه اي مستقيم و مثبت دارد اهميت اين راديونوکلئيد به عنوان يک ردياب در مطالعات فرسايش خاک از آنجا ناشي مي ش

ود که ذرات خاک به خصوص بخش رس اين راديوايزوتوپ را به طور سريع جذب سطحي مي کنند. سزيم جذب شده روي سطح کلوئيدهاي رس به هيچ وجه قابل تبادل نيست حتي اگر غلظت کاتيون هايي که از جذب سطحي سزيم مي کاهند را در محلول خاک تا حد اشباع بالا ببريم. بنابراين جابجايي اين عنصر در محيط انعکاس مستقيمي از فرسايش و رسوب گذاري ذرات خاک از زمان ريزش اين راديوايزوتوپ به سطح زمين (اواخر دهه ۱۹۵۰ و اوايل دهه ۱۹۶۰) تا زمان نمونه برداري مي باشد. بخشي از راديوسزيم موجود در مناطقي از اروپا از حادثه چرنوبيل (۲۶ آوريل ۱۹۸۶) و ريزش هاي آن ناشي شده اند.
علت انتخاب سزيم به عنوان عامل ردياب در تحقيقات فرسايش خاک
عملکرد هسته اي سزيم- ۱۳۷ و نيز پراکنش تعريف شده راديوايزوتوپ باعث شده تا بتوان از آن به عنوان يک ابزار مناسب با قابليت هاي خاص، براي تعيين شدت فرسايش و رسوب گذاري استفاده کرد. مهمترين دلايل استفاده از اين عنصر عبارتند از:
۱- الگوي توزيع زماني معين : سزيم-۱۳۷ به صورت طبيعي در محيط وجود ندارد و بنابراين زمان ورود آن به محيط مي تواند به عنوان زمان مبنا براي تحقيقات فرسايش و رسوب گذاري در نظر گرفته شود.
۲- جذب قوي توسط ذرات خاک: کلوئيدهاي رس و هوموس مشتاقانه اين عنصر را جذب سطحي مي کنند. تبادل کاتيوني نمي تواند سزيم را از سطح کلوئيدهاي رس جدا کند.
۳- سهولت اندازه گيري: راديو سزيم تشعشع گاما دارد در نتيجه آشکار سازي و تعيين مقدار آن در خاک آسان و سرعت و دقت اندازه گيري قابل ملاحظه است.
۴- نيمه عمر نسبتاً بالا: سزيم-۱۳۷ داراي نيمه عمر ۱۷/۳۰ سال مي باشد لذا امکان استفاده از آن در تحقيقات فرسايش خاک وجود دارد ساير راديوايزوتوپ ها را به دليل بالا بودن نيمه عمرشان به سختي مي توان رديابي کرد در پاره اي ديگر از راديوايزوتوپ ها نيمه عمر کوتاه است و در نتيجه استفاده تحقيقاتي از آنها در مقياس هاي زماني مورد نظر امکان پذير نيست. استفاده از راديونوکلئيدهاي با نيمه عمر کوتاه امکان مطالعه رفتار و ديناميک فرسايش در کوتاه مدت

را فراهم مي کند. هر راديونوکلئيد ريزشي که براي اين منظور استفاده شود بايد قوياً در خاک سطحي تثبيت شود. سرب -۲۱۰ و بريليم -۷ نيز براي اين منظور مناسب بوده و امکان استفاده از آنها وجود دارد و ولي از اين راديوايزوتوپ ها کمتر در تحقيقات فرسايش خاک استفاده شده است.
مزاياي تکنيک ايزوتوپي سزيم-۱۳۷
۱- شدت تخميني فرسايش برآوردي است از عملکرد مجموع عوامل فرسايش (آب، باد، عمليات زراعي) و ميانگيني است از شدت فرسايش در ۴۰ سال اخير، به دليل اين مقياس

زماني نسبتاً بلند مدت نتايج حاصله متأثر از حوادث و شرايط محيطي آني نيستند.
۲- تحقيق در کل سطح مورد نظر و بدون به هم زدن شيب انجام مي شود.
۳- با استفاده از اين تکنيک مطالعه الگوي مکاني جابجايي خاک از ديدگاه کمي امکان پذير است.
۴- تخمين شدت فرسايش مي تواند به شکل متوسط شدت فرسايش و رسوب گذاري و همچنين مقدار خالص خاک خارج شده از محل باشد.
۵- در استفاده از اين تکنيک تنها يک بار بازديد از محل براي هر مطالعه کافي است و نتايج در زمان نسبتاً کوتاه آماده مي شوند.
۶- سطح کاربرد اين تکنيک از چند متر مربع تا سطح حوزه هاي آبخيز است. محدوديت فقط تعداد نمونه هاي خاک است که مي تواند آناليز شود.
۷- دقت نتايج بدست آمده از نقطه نظر الگوي مکاني جابجايي خاک به روش نمونه برداري بستگي دارد.
۸- دقت بالاي تکنيک به علت پائين بودن حد آشکار سازي ميزان سزيم-۱۳۷ در نمونه هاي خاک با استفاده از روش HGRS
بطور کلي تکنيک بر اصول زير استوار است:
۱- توزيع Cs-137 در طبيعت يکنواخت و متناسب با ميزان بارندگي است.
۲- Cs-137 وارد شده به خاک به شدت جذب سطحي ذرات خاک مي شود. اين عنصر غير قابل تبادل با کاتيون هاي ديگر بوده و جابجايي آن در طبيعت فقط به صورت همراه با کلوئيدهاي رس امکان پذير است.
۳- فرسايش سطحي موجب انتقال خاک ار نقاط بالاي شيب ها به پائين دست شيب مي شود و در نتيجه همراه با ذرات انتقال يافته Cs-137 نيز انتقال مي يابد.
۴- اگر بتوان بين تغيير در مقدار Cs-137 خاک و مقدار خاک جابجا شده يک رابطه کمي برقرار گردد تعيين شدت فرسايش و رسوب گذاري از طريق تعيين مقدار Cs-137 محيط ممکن خواهد بود.

سرب-۲۱۰
سرب -۲۱۰ محصول طبيعي شکافت اورانيوم- ۲۳۸ است. همچنين اين راديوايزوتوپ در اثر واپاشي رادن-۲۲۲ ايجاد مي شود. رادن-۲۲۲ دختر راديوم-۲۲۶ است.
راديم-۲۲۶ به طور طبيعي در پوسته زمين وجود دارد و در اثر شکافت سرب-۲۱۰ را توليد مي کند سرب توليد شده با والدش راديم-۲۲۶ در تعادل است. رها شدن گاز رادن به اتمسفر باعث انتقال سرب-۲۱۰ به اتمسفر مي شود. رسوب گذاري سرب -۲۱۰ در منطقه ديگر باعث اي

جاد سرب ۲۱۰- اضافي مي شود که با والد خود، راديم-۲۲۶ در تعادل نيست. اين سرب اضافي که از شکاف راديوم-۲۲۶ ناشي شده سرب حمايت نشده ناميده مي شود.
ميزان اين سرب اضافي مي تواند از طريق اندازه گيري Ra-226 و Rb-210 و سپس تفريق مقدار کل سرب- ۲۱۰ از سرب حمايت شده بدست آيد. پيشرفت هاي اخير در اسپکترومتري گاماي کم انرژي اين امر را امکان پذير کرده است.
تا به حال سرب -۲۱۰ در تعيين سن رسوبات بستر دريا بکار رفته و از آن در مطالعه فرسايش خاک کمتر استفاده مي شد. سرب – ۲۱۰ موجود در سطح خاک مرتباً جايگزين مي شود. اين موضوع باعث شده که نحوه توزيع اين دو راديونوکلئيددر پروفيل خاک متفاوت باشد. در مورد سرب-۲۱۰ حداکثر موجودي را در سطح خاک داريم. در حالي که در مورد Cs-137 حداکثر موجودي در عمق چند سانتيمتري سطح خاک ديده مي شود چون در طول ۲۰ سال اخير اين راديونوکلئيد به طور معني داري جايگزين نشده است. به طورکلي موجودي سرب ۲۱۰ خاک قدري بيش از راديوسزيم است.
Pb-210 جابجايي خاک را در صد سال اخير يا بيشتر نشان مي دهد در حالي که راديوسزيم بيانگر نحوه جابجايي خاک از اواخر دهه ۱۹۵۰ تا به حال است.
Be-7 مطالعه ديناميک فرسايش خاک
اين راديونوکلئيد به علت شکافت هسته اتم هاي اکسيژن ئ نيتروژن تحت اثر تشعشعات کيهاني در طبقات فوقاني جو تشکيل مي شود نيمه عمر اين راديونوکلئيد ۳/۵۳ روز است و به همين دليل جهت مطالعه روند فرسايش خاک در مقياس هاي زماني کوتاه استفاده مي شود Be-7 عمدتاً در ۵ ميلي ليتر خاک سطحي متمرکز شده و در نتيجه هر جا که رسوبگذاري انجام شود مي توان نتيجه گرفت گرفت که رسوبات از خاک سطحي منشاء گرفته اند يا اينکه عمق هاي بيش از ۱۰ ميلي ليتر هم تحت تاثير فرسايش قرار گرفته است.
با استفاده از اين راديونوکلئيد مي توان فرسايش ورقه اي را از ساير انواع فرسايش تشخيص داد. بررسي و ثبت تغييرات اکتيويته برليم-۷ در پلات هاي کوچک بلافاصله بعد از طدفان يا بارندگي مي توان نشان دهد که عمليات حفاظتي تا چه حد در کنترل فرسايش در محل موثر بوده اند.
بخش دوم
معرفي اصطلاحات مهم
کليه چيزهايي که در اين دنيا وجود دارد مانند هوا، آب، اجسام و مواد اطراف ما از عناصر شيميائي تشکيل شده اند که سبک ترين آنها هيدروژن و سنگين ترين آنها اورانيوم است. واحد اصلي تشکيل دهنده عناصر اتم است. و اتم يک کلمه يوناني به معني غير قابل تقسيم مي باشد. ولي امروزه با پيشرفت علم مشخص شده که اتم از اجزاء کوچکتري بوجود آمده است. افزايش چشم گير جمعيت در کره زمين بخصوص در نواحي فقير آن از يکسو و کاهش زمين هاي مناسب کشاورزي به دلايل

مختلف مثل عدم توجه به شرايط آب و هوايي و از بين رفتن خاک زراعي و جنگلها و … که کاهش فرآورده هاي کشاورزي را به دنبال دارد از سوي ديگر باعث بوجود امدن مشکل تغذيه شده است به همين دليل هر روشي که بتوان بشر را به سمت افزايش توليدات محصولات کشاورزي در واحد سطح سوق داد حائز اهميت است…