مقایسه تاثیر اندازه اکسیدهای آلومینیم و سیلیسیم بر میزان روان‌آب و هدر رفت خاک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی

2 دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

چکیده مبسوط
سابقه و هدف: حفاظت خاک و مهار فرسایش یکی از اولویت‌های مهم بخش کشاوری و منابع طبیعی است. روش‌های مختلفی جهت اصلاح خاک و جلوگیری از فرسایش وجود دارد. یکی از راهکارهای مدیریت خاک و آب برای بهبود ویژگی‌های فیزیکی و جلوگیری از فرسایش خاک در سال‌های اخیر، افزودن مواد اصلاح کننده به خاک می‌باشد. استفاده از نانوذرات با توجه به ویژگی‌های خاص آن‌ها مثل سطح ویژه زیاد می‌تواند در اصلاح و کنترل فرسایش خاک مورد توجه قرار گیرد. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی مقایسه تاثیر اکسیدهای آلومینیم و سیلیسیم نانو و معمولی بر میزان روان آب و هدر رفت خاک بود.
مواد و روش‌ها: به منظور بررسی اثر اکسیدهای آلومینیوم و سیلیسیم نانو و معمولی بر میزان روان‌آب، هدر رفت و ضریب روان آب بر روی یک خاک لوم سیلتی انتخاب شد. خاک مورد مطالعه از مرکز تحقیقات کشاورزی خراسان رضوی نمونه برداری و هوا خشک و بعد از عبور دادن از الک 4 میلی‌متری، در قالب طرح کاملا تصادفی با 9 تیمار و 3 تکرار اجرا شد. تیمارهای مورد بررسی شامل شاهد (بدون افزودن ماده اصلاحی) و نانو اکسیدهای آلومینیوم و سیلیسیم به صورت جداگانه با غلظت‌های 002/0، 005/0 درصد وزنی و اکسید آلومینیم و سیلیسیم معمولی با غلظت 002/0 و 005/0 درصد وزنی به خاک اضافه شدند و در جعبه‌هایی به وزن 6 کیلوگرم در دوره زمانی 4 ماه در رطوبت بین ظرفیت زراعی تا حدود 50 درصد آن و دمای بین 18 تا 25 درجه در گلخانه نگهداری شدند. سپسهر یک از تیمارهازیر دستگاه شبیه سازی باران در شدت 45 میلی‌متر در ساعت به مدت 20 دقیقه در شیب 5/2 درصد قرار داده شدند و حجم رواناب و هدر رفت خاک، ضریب روان آب و میانگین وزنی قطر خاکدانه‌ها در حالت تر (MWDwet) مربوط به هر تیمار اندازه‌گیری شد. تحلیل آماری و مقایسه میانگین‌ها در سطح پنج درصد بین تیمارهای مختلف بر اساس تجزیه واریانس یک طرفه و آزمون دانکن با استفاده از نرم افزار SPSS16 انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که افزودن هر دو نوع مواد اصلاحی نانو و معمولی اکسیدهای آلومینیم و سیلیسیم تاثیر معنی‌داری بر پارامترهای حجم روان آب، هدر رفت خاک و ضریب روان آب داشتند. کمترین حجم روان آب، هدر رفت خاک و ضریب روان آب مربوط به غلظت 005/0 درصد نانو اکسید سیلیسیم و آلومینیم بود که تفاوت معنی‌داری در سطح 5 درصد با سایر سطوح اکسیدهای سیلیسیم و آلومینیم معمولی نشان دادند. همچنین بیشترین حجم روان‌آب، هدرفت خاک و ضریب روان‌آب مربوط به تیمار شاهد بود. علاوه‌براین تفاوت معنی‌‌داری بین غلظت‌های مشابه نانو اکسید سیلیسیم و آلومینیم از نظر پارامترهای اندازه‌گیری شده وجود نداشت. غلظت‌های مختلف هر دو نوع ماده اصلاحی میانیگین وزنی قطر خاکدانه‌ها را به طور معنی‌داری نسبت به شاهد افزایش دادند.
نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج این تحقیق نشان دهنده تاثیر مثبت هر دو نوع ماده اصلاحی نانو و معمولی اکسید آلومینیم و سیلیسیم بر کاهش حجم روان آب، هدررفت خاک و ضریب روان آب می‌باشد و مواد اصلاحی در مقیاس نانو تاثیر بهتری نسبت به شکل معمولی از نظر کاهش حجم روان آب، هدررفت خاک و ضریب روان آب داشتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison the size effect of aluminum and silicon oxides on runoff and soil loss

چکیده [English]

Extended Abstract
Background and Objectives: Soil conservation and erosion control is one of the important priority in agriculture and natural resources. There is different methods for soil reclamation and erosion control. Application of amendments in soil is one of the methods for improving the soil physical properties and prevent the soil erosion in last years. Regard to unique characteristics of nano particles such as high specific area, they can be used for soil reclamation and erosion control. Therefore, the aim of this research was to compare the effect of nano silicon oxide (nSio2), nano Aluminum oxide (nAl2o3), silicon oxide (Sio2) and, Aluminum oxide (Al2o3) on runoff and soil loss.
Materials and Methods: In order to investigate the effect of aluminum silicon oxides, and nano size scale of this materials on runoff and soil loss a silt loam was selected. The studied soil was collected from Agricultural Research Center of Khorasan Razavi province, was air dried, and passed through 4.0-mm sieve. The experiment was conducted as a completely randomized design with 9 treatments and 3 replications. The studied treatments include control (without any amendment) nano aluminum oxide (0.002 and 0.005%), nano silicon oxide (0.002 and 0.005%), aluminum oxide (0.002 and 0.005%) and silicon oxide (0.002 and 0.005%). After addition the different treatments to soil in boxes of 6 Kg, they were incubated for 4 months at moisture range from field capacity (FC) to 50% of FC at 18-25oC in greenhouse condition. The experiments was performed in slope of 2.5% using rainfall simulation with rainfall intensity of 45 mm h-1 for 20 min and after then runoff volume , soil loss, runoff coefficient and mean weight diameter of wet aggregates (MWDwet) were measured. Statistical analysis by one way analysis and comparison of means at P Results: The results showed that application of both type of amendments had a significant effect on runoff, soil loss and runoff coefficient. The minimum values of runoff, soil loss and runoff coefficient were obtained by application of 0.005 % of nano silicon and -aluminum oxides and they had the significant difference with other treatments. Also, the highest values of runoff, soil loss and runoff coefficient were noted in control treatment. There was no significant difference between the similar concentrations of nano silicon oxide and nano aluminum oxide. The different concentrations of both amendments increased significantly the mean weight diameter of wet aggregates compared to the control.
Conclusion: The results of this research demonstrated the positive effects of aluminum and silicon oxides in decreasing the runoff, soil loss and runoff coefficient, and nano materials was better than coarse oxides for decreasing the runoff and soil loss.

کلیدواژه‌ها [English]

  • soil loss
  • nano-aluminum oxide
  • nano silicon oxide
  • Runoff
1.Afrasiab, P., Chari, M.M., and Hashem Zadeh Vandi, H. 2013. Effect of PAM on runoff,
soil erosion and water infiltration slopes, using a rainfall simulator. J. Water Res. Agric.
27: 2. 280-291. (In Persian)
2.Akbarzadeh, A., Gorgi, M., Refahi, H., and Rouhipour, H. 2010. Assessment the effect of
gypsum on temporary soil stabilization. Iran. J. Natur. Resour. 63: 2. 127-141. (In Persian)
3.Bennett, H.H. 1926. Some comparisons of the properties of humid-tropical and humidtemperate
American soils, with special reference to indicated relations between chemical
composition and physical properties. Soil Sci. 21: 349-375.
4.Boroghani, M., Mirnia, S.K., Vahhabi, J., Ahmadi, S.J., and Charkhi, A. 2011. Nanozeolite
Synthesis and the Effect of on the Runoff and Erosion Control under. Austr. J. Bas. Appl.
Sci. 5: 12. 1156-1164.
5.Boroghani, M., Hayavi, F., and Noor, H. 2012. Affectability of splash erosion by
polyacrylamide application and rainfall Intensity. Soil Water Res. 7: 4. 159-165.
6.Bryan, R.B. 1968. The development, use and efficiency of indices of soil erodibility.
Geoderma. 2: 1. 5-26.
7.Cochrane, B.H.W., Reichert, J.M., Eltz, F.L.F., and Norton, L.D. 2005. Controlling soil
erosion and runoff with polyacrylamide and phosphogypsum on subtropical soil. Amer. Soc.
Agric. Engin. 48: 1. 149-154.
8.Daneshvar, S., Golchin, A., and Ahmadi, Sh. 2013. The effect of water soluble polymer,
modified starch and nano clay with and without gypsum and aluminum sulfate on dispersible
clay percentage in a sodic soil. Gorgan, J. Water Soil Cons. 20: 3. 261-267. (In Persian)
9.Eltaif, N.I., and Gharaibeh, M.A. 2008. Impact of alum on crust prevention and aggregation of
calcareous soil: laboratory studies. Soil Use Manage. 24: 424-426.
10.Emami, H., and Astaraei, A.R. 2012. Effect of organic and inorganic amendments on
parameters of water retention curve, bulk density and aggregate diameter of saline-sodic soil.
J. Agric. Sci. Technol. 14: 1625-1636.
11.Hamidi Nehrani, S., and Vaezi, A.R. 2013. Effect of polyvinyl acetate on hydraulic
conductivity, runoff and sediment production in a marl soil. J. Water Soil. 27: 4. 792-801.
(In Persian)
12.Kavian, A., Azmodeh, A., Soleimani, K., and Vahabzadeh, GH. 2010. Effect of soil
properties on runoff and soil erosion in forest lands. J. Range Water. Manage. 63: 1. 89-104.
(In Persian)
13.Kavian, A., Mohammadi, M., Fallah, M., and Gholami, L. 2016. Effect of wheat straw on
changing time to runoff and coefficient in laboratory plots under rainfall simulation. J. Water
Soil Resour. Cons. 5: 2. 73-82. (In Persian)
14.Kemper, W.D., and Rosenau, R.C. 1986. Size distribution of aggregates. P 425-442, In: A.
Klute (Ed.), Methods of Soil Analysis Part 1, second Ed., Agron. Monogr. 9. ASA-SSSA.
Madison, WI.
15.Jozefaciuk, G., and Czachor, H. 2014. Impact of organic matter, iron oxides, alumina, silica
and drying on mechanical and water stability of artificial soil aggregates. Assessment of new
method to study water stability. Geoderma. 221-222: 1-10.
16.Majeed, Z.H., and Taha, M.R. 2013. A Review of stabilization of soil by using
nanomaterials. Austr. J. Bas. Appl. Sci. 7: 2. 576-581.
17.Neyshabouri, M.R., Mirzajani, M., and Oustan, Sh. 2013. Effect of Polyacrylamide and
Organic Matter on Three Structure Stability Indices in Two Fine and Medium Textured Soils
Under Various Wetting and Drying Cycles. J. Soil Water Sci. 22: 4. 161-172. (In Persian)
18.Norton, L.D. 2007. Reducing runoff vollme and concentrations of phosphorous and atrazine
with gypsum amendment. National soil Erosion Research Laboratory, USDA-ARS, Purdue
University, Pp: 1-8.
19.Page, A.L., Miller, R.H., and Keeney, D.R. 1982. Methods of soil analysis. Part 2 chemical
and microbiological properties (2nd edition). Am. Soc. Of agronomy, Soil Sci. Am.
Publisher. Madison, Wisconsin. USA, 1159p.
20.Rafahi, H.Gh. 2006. Water Erosion and Conservation. Tehran Univ. Press, 671p. (In Persian)
21.Rouhipour, H., Farzaneh, H., and Asadi, H. 2004. The effect of aggregate stability indices on
soil erodibility factors using rainfall simulator. Iran. J. Range Des. Res. 11: 3. 235-254.
(In Persian)
22.Sadeghi, S.H.R., Hazbavi, Z., and Behzadfar, M. 2013. Trend of soil loss and sediment
concentration changeability due to application of polyacrylamide. J. Water Soil Resour.
Cons. 2: 4. 53-67. (In Persian)
23.Saeediyan, H., and Moradi, H.R. 2011. Investigation on some of soil indices and land uses in
Gachsaran formation deposits using multiple variable regression. Water. Manage. Res.
(Pajouhesh and Sazandegi). 90: 78-86. (In Persian)
24.Sepaskhah, A.R., and Bazrafshan-Jahromi, A.R. 2006. Controlling Runoff and Erosion in
sloping land with Polyacrylamide under a Rainnfall simulator. Biosyst. Engin. 93: 4. 469-474.
25.Sepaskhah, A.R., and Shahabizad, V. 2010. Effects of water quality and PAM application
rate on the control of soil erosion, water infiltration and runoff for different soil textures
measured in a rainfall simulator. Biosyst. Engin. 106: 513-520.
26.Shainberg, I., Summer, M.E., Miller, W.P., Farina, W.P.W., Pavan, M.A., and Fey, M.V.
1989. Use of gypsum on soils: a review. Adv. Soil Sci. 9: 1-111.
27.Taha, M.R. 2009. Geotechnical properties of soil-ball milled soil mixtures. Nanotechnol.
Construct. 3: 377-382.
28.Taha, M.R., and Taha, O.M.E. 2012. Influence of nano-material on the expansive and
shrinkage soil behavior. J. Nanopart Res. 14: 12. 1-13.
29.Tang, Z., Lei, T., Yu, J., Shainberg, I., Mamedov, A.I., Ben-Hur, M., and Levy, G.J. 2006.
Runoff and interrill erosion in sodicsoils treated with dry PAM and Phosphogypsum.
Soil Sci. Soc. Amer. J. 70: 679-691.
30.Walkley, A., and Black, I.A. 1934. An Examination of Degtjareff Method for Determining
Soil Organic Matter and a Proposed Modification of the Chromic Acid Titration Method.
Soil Science. 37: 29-37.
31.Wischmeier, W.H., and Smith, D.D. 1978. Predicting rainfall erosion losses: a guide to
conservation planning. Agriculture Handbook No. 537. US Department of Agriculture,
Washington DC. USA, 58p.