روابط بين انتقال هيدروليك پوسته‌هاي سطح و مديريت خاك در يك ‌هاپلودالف نمونه

خلاصه
اثر مديريت خاك مختلف برحسب كشت و چرخش محصول بر روي پوسته شدن خاك بابه كارگيري باران دائمي مصنوعي براي زمينهاي آزمايشي تارسيدن به شرايطي با حالت ثابت بررسي شدند. مقايساتي با زمينهاي باير كه درمعرض بارندگي طبيعي براي يك دوره ۴ ماهه قرار گرفتند صورت گرفت. اختلافات مهم در زبري خاك بين شخم و عمليات كلوخ شكني منجر به نفوذ بيشتر و زمانهاي طولاني تر جريان اصلي آب براي عمليات شخم زني هرچند اختلافاتي درزبري و نفوذ سطح و

ميزانهاي جريان آب درميان طرز عمل درزماني كه به شرايط حالت ثابت تنها بعد از دو ساعت رسيدند غير مهم بودند. انتقالات پوسته كه درمحل اندازه گيري شد به طور مهمي در شخم و ديسك و عمليات كلوخ شكني براي پوشش چمني درمقايسه با چرخش دائمي ذرت كمتر بودند .پوسته‌ها درزمان شكل گرفتن دربالاي كلوخ‌ها درمقايسه با پوسته‌هاي شكل گرفته شده بين

كلوخ‌ها در عمليات شخم زني ضريب هدايت بالاتري داشتند و انتقالات پوسته‌هاي شكل گرفته تحت بارندگي آزمايشي كوتاه مدت با انرژي زياد به طور مهمي متفاوت از آنهايي نبود كه تحت شرايط طبيعي شكل گرفتند و بعدي با بارندگي متناوب كم انرژي درطول يك دوره۴ ماهه مشخص شد. هرچند ريخت شناسي آنها به طور مهمي متفاوت بود. نمونه‌هاي رسوبي و تاثير انرژي كه با بارندگي ارتباط داشتند توسط بسياري از محققان مورد مطالعه قرار گرفتند .بسياري از آزمايشات درارتباط با جريان آب و فرسايش خاك گزارش شدند. پديده پوسته شدن خاك و مراحل فيزيكي

مربوطه كه با حركت آب با خاك زيرين ارتباط دارد مورد توجه كمي واقع شده است . مكانيسم‌هاي شكل گيري پوسته پيشنهاد شده بودند. و تاثير پوسته شدن برروي نفوذ اثبات شد. اما براي نشان دادن تاثير پوسته شدن بر روي فرسايش خاك يا ارزيابي كردن سابقه دروكردن و عمليات كشت برروي پوسته شدن و نفوذ مربوطه و جريان آب تحقيق كمتري انجام شده است. به طور مهمتري اكثر اين مطالعات درمورد خاكها درمحل انجام شدند و نتايج و استنتاجات مشتق شده از مطالعات

آزمايشگاهي بعضي اوقات با موقعيتهاي زمين مقايسه ميشوند. ميزان پوسته شدن خاك و حركت مايع مرتبط با خاك زيرين بزرگي جريان آب و فرسايش را در خاك باير تعيين كردند. ازاينرو هدف ازاين مطالعه مشخص كردن مرحله پوسته شدن خاك و تاثيرات آن برحسب تراوش و جريان آب و فرسايش به عنوان تابعي از فاكتورهاي عملي يعني عمليات كشت و چرخش‌هاي محصول است. ميزان پوسته شدن خاك برحسب انتقال هيدروليك پوسته بيان شد. تحليلهاي ريخت شناسي ريز براي توضيح دادن اختلافات فيزيكي صورت گرفتند.

مواد وروشها :
مطالعه برروي آبليز لاي ميامي انجام شد. AP‌ افقي ۲۶درصد رس و ۶۱درصد لاي و ۱۳درصد ماسه داشت. دو چرخش محصول و ۲روش كشت مطالعه شدند. چرخش‌ها پوشش چمني براي ۵سال بودند كه براي ۲ سال به دنبال ذرت آمدند. در۱۹۷۴ خاك دوباره براي اولين بار بعد از ۵سال شخم زده شد. ۲- ذرت دائمي . ۷سال قبل ذرت كاشته شد و بياين وجود برنامه‌هايي وجود ندارد كه اين زمين را به پوشش چمني تبديل كنيم. رو خاك در چرخش پوشش چمني ۵٫۵ درصد كربن آلي داشت و روخاك درچرخش ذرت پيوسته ۵درصد كربن آلي داشت .روشهاي كشت عبارت بودند از شخم زدن تنها و كشت قراردادي . شخم زدن در پوشش چمني كلوخ‌هاي بزرگي را به وجود آورد وفضاهاي درون كلوخ را ايجاد كرد ( اندازه متوسط ۳۰ سانتيمتر يا بيشتر ) و پوشش چمني به طور ناقصي مدفون شد. زراعت در يك خاك اين روش را آماده كرد و به علت مسائلي با كاشت و رويش تخم و علفهاي هرزه اين روش ظاهرا بدون كشت بيشتر غير احتمالي بود. عمليات پوشش چمني سرسري شخم زدن ازاينروسه عمليات ديگر را كه درجداول از يك تا ۶ شماره گذاري شده بودند مد نظر قرار نداد. سه عمليات براي تحريك كردن پوسته شدن سطح و جريان آب درمعرض بارندگي

مصنوعي قرار ميگيرند. خاك تازه شخم زده شده با لايه‌هاي پولي اتيلني سياه درمي ۱۹۷۴ در زمينهاي تصادفي انتخاب شده جهت حفاظت كردن از مصالح دانه اي حاصل از فروپاشيدگي تحت بارندگي طبيعي پوشش داده شدند و اندازه گيري‌هاي درمحل درماه ژوئن و ژانويه انجام شدند. درطول دوره مي‌تا اوت ۱۹۷۴ سه عمليات درمعرض بارندگي طلبيعي قرار گرفتند. اندازه گيري‌هاي درمحل دراوت ۱۹۷۴ انجام شد. انرژي كلي بارندگي به كار رفته براي عمليات ۱و ۲و ۳ ( بعد از زمانيكه به شرايط تراوش و جريان آب با حالت ثابت رسيدند تقريبا ميانگين ۰۳ joules /cm2 بودند.

ثبت‌هاي بارندگي طبيعي براي دوره مي‌تا اوت ۱۹۷۴ بررسي شد و و براي هرساعت در هرروز مقدار بارندگي را به ليست درآوردند . جمع بندي انرژي بارندگي كلي كه توسط زمينهاي طبيعي دراين دوره ۴ ماهه دريافت شد يك مقدار ۰٫۷۵ joules / cm2 را به وجود آوردند. سه زمين ( هر كدام ۶۰ در ۶۰ سانتي متر ) براي هريك از ۶ عمليات مشخص شدند. يك وسيله اي براي اندازه گيري زبري سطح ، يك شبيه ساز باران و تجهيزاتي براي اندازه گيري انتقال پوسته در محل و جريان آب براي مطالعه مورد نياز بودند.
زبري سطح خاك :
يك شاخصي از زبري سطح خاك ترتيب كلوخ‌ها و فضاهاي درون كلوخ را نشان ميدهد و ازاينرو ميزاني از ذخيره سازي كاهش يافته باران است. انحراف معيار و خطاي استاندارد ارتفاعهاي چهار گوش به عنوان نشانه‌هايي از زبري سطح خاك مورد استفاده قرار گرفتند. انحراف معيار دراين مطالعه مورد استفاده قرار گرفت و ارتفاعات با به كارگيري يك وسيله چهار گوش اندازه گيري شدند ساده تر اما دراصل مشابه با آني بودند كه توسط بورول توضيح داده شد. دوازده چهار گوش ۵٫۱‌سانتي متر جدا در يك مقياس نصب شدند كه هر ۵٫۱ سانتي متر درپايين طول هر زمين طولاني ۶۰ سانتي متري حركت كردند و براي هرزمين ۱۴۴ نقطه اطلاعاتي را ايجاد كردند. اندازه گيري‌هاي زبري دركليه زمينهاي عملياتهاي ۱و۲و۳ قبل و بعد از باران شبيه سازي شده و در كليه زمينهاي عمليات ۴و۵و۶ بعد از درمعرض بارندگي طبيعي قرار گرفتن انجام شدند.
شبيه سازي باران :
بارندگي با به كارگيري يك افشانك ۸۰۱۰۰-veejet كه به نوسان درآمدند شبيه سازي شدند طوري كه نمونه اسپري درسرتاسر يك زمين زير افشانك حركت كرد. افشانك تقريبا در ۲٫۴m بالاي زمين قرار گرفت و ذر فشار ۴٫۱۲N/cm2 براي يك پخش قطره اي معين به كار انداخته شد. شدت بارندگي بادوره اسپري زدن درزمين كنترل شد. شبيه ساز بارندگي شامل يك مجوعه افشانك و يك مكانيسم كوبش ميشود كه بر روي برج افشانك نصب شدند. ( يك فريم يا قالب افقي كه با ۴ پايه پشتيباني شده است) جزئيات ساخت ميتواند از طريق محققان به دست آيد. شبيه ساز براي يك شدت ميانگين بارندگي درحدود ۸٫۵ cm/hr در ماديسون درجه بندي شد و ويسكانسين يك شدت پيك ۳۰دقيقه اي است با يك فاصله بازگشت ده ساله است انرژي جنبشي اين بارندگي شبيه سازي شده ۲۰٫۹ ژول بر سانتي متر بود. اين درحدود ۷۳درصد از انرژي بارندگي طبيعي در ۸٫۵ cm /hr توسط هودسون گزارش شد. چنين تقريبي براي اكثر مطالعات فرسايش مقايسه اي كافي

 

درنظرگرفته شد. خاكها در معرض ۸٫۵cm /hr بارندگي شبيه سازي شده قرار گرفتند تا جريان آب ثابت شود. يك ميزان جريان آب ثابت ممكن است زماني رخ دهد كه ميزان كاربرد آب از انتقال آب درحالت اشباع زيادتر ميشودو ازاينرو به طور ضروري با پوسته شدن سطح ارتباط ندارد .هرچند اندازه گيري‌هاي درمحل انجام شده در اين مطالعه رخداد شرايط پوسته زير اشباع نشده رادرطول جريان ثابت آب نشان داد و اينها ميتوانند تنها با فرض كردن وجود يك مانع هيدروليك براي جريان داشتن در سطح خاك ، يك پوسته توضيح داده شوند. مكانيسمهاي پوسته شدن سطح فشردگي و آبرفت و رسوب و جهت گيري ذرات كه ممكن است منجر به كاهش پرمنفذي خاك يادرتغييرات مهم توزيع منفذي داخل پوسته ميگردد قابليت هدايت هيدروليك را كاهش ميدهد.

تجهيزاتي براي اندازه گيري انتقال هيدروليك پوسته‌ها:
انتقال هيدورليك پوسته با يك روش جديدا توسعه يافته تعيين شدند كه از روش آزمايش پوسته مشتق شدند. نفوذسنج استفاده شده ارتفاع ۱۰ سانتي و قطر داخلي هفت و نيم سانتي داشت واز ورق فلزي ضخيم يك و نيم ميليمتري ساخته شدند. استوانه يك لبه دوونيم سانتي متري وسيع داشت كه ۴ پيچ ماشيني با فاصله برابر به هم جوش خوردند. يك لايي لاستيكي برروي لبه متناسب شد كه يك درزگير ناتراوا را تهيه كردند و قتي كه سرپوش يا كلاهك پرسپكس برروي استوانه پيچ ميشود. يك حفره كشش سنج ۰٫۶۵cm قطر در ۷٫۵cm بالاي استوانه حفاري شد. كلاهك استوانه پرپكس تقريبا ۱سانتي متر ضخامت و ۱۲٫۵cm قطر داشت. علاوه بر منافذي كه با پيچهاي لبه استوانه متناسب ميشوند همچنين يك مدخل آب ويك دريچه هوا در كلاهك وجود داشت كه بعدي درطول پركردن استوانه مورد استفاده قرار گرفت. درطول عمليات مدخل آب به لوله اي متصل شدكه آب ازآن طريق از يك لوله شيشه اي درجه دار ( بور ت ) جريان پيدا كرد كه يك وسيله ماريوت براي تنظيم كردن سر فشار آب در پوسته داشتند. كشش سنج‌هاي استفاده شده با كلاهك‌هاي سراميكي منفذ دار به طول ۵cm و قطر خارجي ۶ميلي متر و يك منفذ ۰٫۸ Mm ازنوع t‌ بودند .روشهاي ساخت و نصب كشش سنج‌ها به طور جزئي توسط بوما بحث شدند. انتقال پوسته با اندازه گيري جريان از طريق پوسته زيربار آبي مثبت با يك نيروي بالقوه رطوبتي زير پوسته با حالت ثابت تعيين شد. پوسته با ضخامت Zc اشباع شد به شرطي كه پتانسيل رطوبت ازمقدار ورودهواي پوسته تجاوز نكند. جريان qc معادله زير است.
Qc= – kc( h0 + zc-M /zc) كه h0 بار آبي با فشار مثبت دربالاي پوسته و kc‌انتقال هيدروليك پوسته درزمان اشباع است .اگر h0 و Zc درارتباط با پتانسيل رطوبت زير پوسته نا محسوس باشد ازاينرو qc=kc- M/Zc= C.M ميباشد درجايي كه C=Kc/Zc ميباشد. بعد ازاينكه زمينها به طور كافي بعد از بارندگي مصنوعي زهكشي شدند ستونها با ابعاد استوانه تراوش سنج كنده شدند. دربالاي ستون قطر براي جلوگيري كردن از ترك خورن پوسته درزمان متناسب شدن استوانه دراطراف ستون كاهش يافت. خمير سنگ گچ براي درزبندي كردن لبه پوسته با ديواره استوانه جهت جلوگيري كردن از جريان مرزي مورد استفاده قرار گرفت. جريان qc=Q/A درجايي كه Q ميزان جريان حجم در حالت ثابت ازطريق پوسته است كه به عنوان جريان خارجي بورت درواحد زمان با تراوش سنج استوانه پرشده از آب اندازه گيري شد.A يك منطقه مقطعي پوسته است. پتانسيل رطوبت زير پوسته

درمحل با يك رطوبت سنج خاك اندازه گيري شد.در خاك زبر شخم زده شده انتقال پوسته دربالاي كلوخ‌ها و در فضاهاي دورن كلوخ اندازه گيري شد. اين وضعيتها قبل از كاربرد بارندگي شبيه سازي شده تعيين شدند. دركليه زمينهاي ديگر كه باران طبيعي يا شبيه سازي شده را دريافت ميكنند سه وضعيت با اندازه گيريهاي تصادفي صورت گرفت. يك پوسته با يك انتقال نزديك به ميانگين سه براي تحليل ريخت شناسي انتخاب شد. توده‌هاي كوچك خاك به طور دقيقي درزمين نم

نه برداري شدند و با هوا خشك شدند. بخشهاي نازك به طور طبيعي با سطح خاك برش داده شدندو با توضيح اوانس و بول آماده شدند.
جريان آب :
جريان آب ازبارندگي درزمين حاصل ميشود و با تجهيزات زير جمع آوري ميشود. يك قالب با ورقه فلزي منطقه زمين را ازبقيه خاك جدا ميكند .قالب ۶۰در۶۰ سانتي متري بود وارتفاع ۲۰سانتي متري داشت و درجلويش يك لبه داشت كه شيب پاييني داشت. بالاي جلوي قالب با سطح ميانگين سطح خاك با آب شسته شد طوري كه جريان آب مستقيما از سطح زمين ازطريق لبه به يك ابرو جريان پيدا كرد كه به طرف شيشه‌هاي جمع آوري شده ۹۰ميلي متري هدايت شد. جريان آب به طور دائمي هر۵دقيقه جمع آوري و اندازه گيري شد. فقدان خاك با اندازه گيري محتواي خاك جريان آب تعيين شد. روش آب سنج براي به دست آوردن بافت اصلي خاك مورد استفاده قرار گرفت.
نتايج :
نتايج درجدول‌هاي ۱تا ۳ به عنوان انحرافات ميانگين و معيارشان ارائه شدند. اختلافات توضيح داده شده مهم به ۹۵درصد سطح احتمالي ارتباط دارند. اگر پايينتر باشند درصد نشان داده ميشود. براي آسان كردن بحث‌ها تركيباتي از عمليات شماره گذاري شدند و به جدول يك اشاره ميكنند.
زبري سطح خاك :
نشانه‌هاي زبري اندازه گيري شده و انحرافات معيار آنها درجدول يك گزارش شدند. نتيجه گيري‌هاي زير ميتواند گرفته شود و دوروش اول به ويژگيهاي قبل از بارندگي وآخرين روش به اندازه گيري‌هاي پس از باران ارتباط دارد . ۱- شاخش زبري به طور مهمي طبق انتظار درعمليات سرسري شخم زدن بالاترين است. Disking و كلوخ شكني هرتاثير مهم چرخش پوشش چمني را برروي زبري سطح ازبين بردند. ( مقايسه كردن ۱و ۳ درجدول ۱) اختلاف درزبري بين شخم و كلوخ شكني ديسكي شخم زدن بعد از بي حفاظي دربرابر بارندگي شبيه سازي شده مهم نيست. هرچند اختلاف بعدي در۸۰درصد از سطح احتمالي مهم است. ازاينرو ذخيره سازي كاهش يافته ازآنجائيكه به زبري ارتباط دارد تحت شرايط طبيعي دوام بيشتري دارند احتمالا زيرا بارندگي طبيعي متناوب است و نسبت به بارندگي شبيه سازي شده دراين مطالعه فرسايش كمتري دارد .
پوسته شدن :
انتقالات پوسته كه درجدول ۲گزارش شد به طور مهمي در عمليات ذرت كلوخ شكني ديسك شخم زني درمقايسه با عمليات پوشش چمني بيشتر بود. زبري قبل از بارندگي به علت كشت دردو عمليات مشابه بودند اختلافات در انتقالات ازاينرو ممكن است با چرخش محصول ارتباط داشته باشد. درعمليات سرسري شخم زدن انتقال دربالاها بيشتر از اينهايي است كه در دره‌ها اندازه گيري شدند. اين نتايج مهمي براي نفوذ به خاك شخم زده شده دارد كه به طور اصولي ازطريق دره‌ها رخ ميدهد. انتقال كم پوسته ثابت كه دردره شكل گرفته است نشان ميدهد كه زمانيكه ذخيره كاهش يافته يك بار آبي با فشار مثبت را فراهم ميكند كه مساعد نفوذ است انتقال پوسته نسبتا كم نفوذ را كاهش ميدهد. پوسته‌هاي نازك دربالا‌هاي مصالح دانه اي درعمليات ۲ ظاهراً با جريان آب رسوب ميكنند و منافذ بزرگتري را وصل ميكنند كه به طور اوليه با سطح خاك امتداد

مي‌يابد. قالب طبيعي خاك با منافذ رويه نرم بين دانه‌هاي لاي مشخص ميشوند. فشردگي سطح رخ نميدهد زيرا ترتيب طبيعي ذرات اوليه اجازه انباشتگي نزديكتر را نميدهد. درعوض مصالح دانه اي ريز كوچك به محض اثرباران از خاك جدا ميشوند وبا كاهش يافتن ميزان جريان آب با آب پايين اطراف كلوخ‌هاي رسوب كرده حركت كردند. اين پوسته‌هاي نازك متشكل از مصالح دانه اي خيلي كوچك با لاي خيلي نرم و تركيب داخلي خاك رس و ماده آلي بودند. بعدي به پلاسماي خاك اشاره دارد .حذف حتي چند منفذ نسبتا بزرگ ميتواند به طور شديدي ميزان تراوش را كاهش دهد.