مطالعه اثرات تغییر کاربری اراضی و احداث مزارع نیشکر برخصوصیات فیزیکوشیمیایی، کانی‌شناسی و میکرومورفولوژیکی خاک در منطقه جنوب خوزستان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید چمران اهواز

2 دانشجوی دکترای خاکشناسی دانشگاه شهید چمران اهواز

3 هیات علمی- دانشگاه شهید چمران اهواز- گروه خاکشناسی

4 دانشیاردانشگاه شهید چمران اهواز

5 دانشیارعلوم خاک دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان

چکیده

سابقه و هدف: کشت گیاه نیشکر با شرایط منحصر بفرد جهت رشد مانند دوره کشت طولانی، مصرف زیاد آب و استفاده گسترده از ادوات سنگین کشاورزی در مراحل مختلف کشت و کار، می‌تواند بر خصوصیات خاک و در نتیجه حفظ منابع خاک، اثرات مختلفی داشته باشد. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر تغییر کاربری اراضی زمین‌های بایر جهت کشت نیشکر برخصوصیات فیزیکی، شیمیایی، کانی‌شناسی و میکرومورفولوژیکی جنوب خوزستان است.
مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعه مزارع کشت و صنعت امیرکبیر در 45 کیلومتری جنوب اهواز بر روی اراضی دشت خوزستان واقع شده‌ است که از لحاظ فیزیوگرافی، دشت آبرفتی رودخانه‌ای محسوب می‌شود. رژیم رطوبتی و حرارتی منطقه به‌ترتیب اریدیک و هایپرترمیک است. جهت انجام این تحقیق، ابتدا شناسنامه تمامی مزارع این کشت و صنعت بررسی شده و تعداد چهار مزرعه نیشکر با بیش از 15 سال سابقه کشت که مشکل و محدودیت خاصی نداشتند، انتخاب شد. در هر کدام از این مزارع، خاکرخی‌ حفر و مطالعات مورفولوژیکی و صحرایی بر روی آنها انجام شد. به‌همین ترتیب در زمین مجاور هر کدام از آنها نیز که در طی سال‌های مزبور بصورت دست نخورده باقی مانده‏اند، خاکرخ‌های شاهد به فاصله تقریبی30 متر حفر شد. نمونه‌برداری از خاک عمق‌های متناظر 30-0، 60-30 و 90-60 سانتی‌متری نیز جهت مقایسه میانگین اعماق مختلف، صرف‌نظر از نوع افق خاکرخ‌ها انجام شد. خصوصیات فیزیکوشیمیایی شامل پتاسیم قابل جذب، کربن آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی و توزیع اندازه ذرات اندازه‌گیری شد. در کنار آن تجزیه‌های کانی‌شناسی و میکرومورفولوژیکی نمونه‌ها نیز انجام و محاسبات آماری با نرم افزار آماری SPSS و مقایسات لازم انجام شد.
یافته‌ها: یافته‌های این پژوهش نشان داد تغییر کاربری اراضی و زیر کشت بردن زمین‌های بایر در منطقه نیشکرکاری خوزستان با خاک‌های شور و با کیفیت پایین، سبب تغییر در برخی شاخص‌های کیفیت خاک شده است اما شدت این تغییرات برای خصوصیات مختلف خاک یکسان نبود. پارامترهایی هم‌چون هدایت الکتریکی، پتاسیم قابل جذب و توزیع اندازه ذرات از جمله عواملی بودند که در غالب زمین‌های کشت شده، دستخوش تغییر شده بودند. در این تحقیق تفاوت معنی‌داری درمیزان اسیدیته خاک در اثر تغییر کاربری اراضی مشاهده نشد که این امر می‌تواند به قدرت زیاد بافری خاک و مقدار بالای کربنات‌ها در این اراضی نسبت داده شود. همچنین کشت نیشکر باعث ایجاد تغییراتی در کانی‌های رسی در منطقه مورد مطالعه شده است که غالب این تغییرات به تحول کانی‌ها در اثر کاهش در برخی عناصر از جمله پتاسیم مربوط می‌شود. برخلاف اراضی بایر تشکیل رس‌های قابل انبساط در خاک‌های کشت شده مشاهده می‌شود. تشکیل این کانی‎ها به‌خصوص در افق‌های سطحی این اراضی، اغلب از تحول ایلیت و تحول رشته‌های پالی گورسکایت حاصل شده است. تحول در افق‌های عمقی‌تر به میزان کمتری رخ داده است. مقایسه رده‌بندی خاک‌های زیر کشت نیشکر با خاک‌های بایر این منطقه نشان داد که به‌رغم تغییرات افق‌های ژنتیکی در طی سنوات کشت تغییر کاربری اراضی و کشت و کار تغییر چندانی در رده‌بندی خاک‌های این منطقه در سطح فامیل نداشته است. در بررسی میکرومورفولوژیکی مقاطع نازک افق‌های تشریح شده نیز تشکیل خاکدانه با پدالیتی ضعیف در برخی افق‌های خاک‌های کشت شده که زمین بایر مجاور آن فاقد خاکدانه بود، مشاهده شد. درصد منافذ در اغلب افق‌ها‌ی خاکرخ‌های تشریح شده زمین‌های زیر کشت در مقایسه با زمین بایر، افزایش داشته است. این تحقیق نشان داد که کشت متراکم و آبیاری سنگین در دوره طولانی باعث تغییر و تحول کانی‌ها و در نتیجه تغییر در عوامل دیگر همچون نیازهای عناصر غذایی خاک می‌شود.
نتیجه‌گیری: تغییر کاربری اراضی سبب تغییرات اساسی در برخی خصوصیات فیزیکوشیمیایی، کانی‌شناسی و میکرومورفولوژیکی خاک خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of the effects of land use change and construction of sugarcane fields on physicochemical, mineralogical and micromorphological characteristics of soil in southern Khuzestan province

نویسندگان [English]

  • SARA POURKEIHAN 2
  • MOSTAFA CHOROM 3
  • SAEID HOJATI 4
  • Siroos Jafari 5
1 Shahid Chamran University of ahvaz
2 STUDENT OF SHAHID CHAMRAN UNIVERSITY
3 Professor
4 ASSOCIATE PROFESSOR
5 Associate Pro. of Soil Science, Khozestan-Ramin Agriculture and Natural Resources University
چکیده [English]

Background and objectives: sugarcane cultivation with unique conditions for growth such as long growth season, higher water demand and using the heavy agricultural machinaries in different stages of the sugarcane cultivation can affect on soil properties and soil resources. The present research aims are physicochemical investigation and study of clay mineralogy and micromorphology properties of soils under sugarcane cultivation in comparison with noncultivated soils.
Materials and methods: Study area is located in fields of the Amir Kabir Agro-industry company about 45 km south of the city of Ahvaz on river alluvial plains. The soil moisture and temperature regimes are Aridic and Hyper thermic, respectively. At first, all field sheets of agro-industry are checked and then four fields are selected without any limitation and with more than 15 years sugarcane cultivation. Four profile was described in fields and its nearby uncultivated land (distance of approximately 30 meters from field) and were sampled according to conventional procedures. The physicochemical properties consist of available K, organic carbon, CEC and particle size distribution were determined. Also, mineralogical and micromorphological properties of samples were determined and All data were statistically analyzed using the SPSS 2012 software program and then results were compared.
Results:The results of this survey indicated that land use change and cultivation operation in non-cultivated regions have not high quality can change some properties of soil quality; But the severity of these changes were not the same for different soil characteristics. Some properties were changed in cultivated soils such as EC, available K and particle size distribution. In this study, no significant difference was seen between pH amount from land use change that can be attributed to the high buffering capacity of the soil and the high levels of carbonates in Khuzestan soils. Long-term cultivation result important changes in the clay minerals in sugarcane fields that majority of these changes are refered to mineral conversion and K element. Expandable 2:1 minerals were observed under sugarcane cultivated especially in surface horizons that are attributed to reduction in the amount of palygorskite and illite. Micromorphological study of thin sections of descripted horizons indicated aggregation with weak pedality in some cultivated soils. Also, In most descripted horizons of profiles in cultivated fields, the percentage of pores increases . The comparison between cultivated soil and noncultivated lands indicated thad there is no difference between them aspect of classification and land use change did not affect on soil family. This research showed that intensive cultivation and heavy irrigation cause alteration in mineralogy and element requirement changes of soils.
Conclution:Land use change cause some basic changes in physicochemical, mineralogical and micromorphological properties of soil in sugarcane fields.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land use change
  • micromorphological properties
  • noncultivated land
  • Sugarcane
1.Abuali Darvish, M. 2009. The effect of sugarcane cultivation in short and long time on quality
properties and soil genesys in Khuzestan province. M.Sc. Thesis. Tarbiat Modarres
University, Tehran. Iran. (In Persian)
2.Amerikhah, H., Chorom, M., Landi, A., and Jafari, S. 2010. Application of DNDC model for
estimating greenhouse carbon gases emission as effect of changing landuse in south of
Ahwaz. J. Agric. Engin. Crop, Soil Agric. Machin. 33: 1. 1-14.
3.Barthès, B.G., Kouakoua, E., Larré-Larrouy, M.C., Razafimbelo, T.M., De Luca, E.F.,
Azontonde, A., Neves, C., Freitas, P., and Feller, C.L. 2008. Texture and sesquioxide effects
on water-stable aggregates and organic matter in some tropical soils. Geoderma. 143: 14-25.
4.Behravan, H.R., Zand, E., and Shafiei Baftee, F. 2013. Good management practices manual
for the cane sugar industry. Kerdegar press (Ahvaz), 386p. (In Persian)
5.Benyarku, C.A., and Stoops, G. 2005. Guidelines for preparation of rock and soil thin sections
and polished sections. Department of Environment and Soil Science, University of Lleida,
Lleida. Spain. 75p.
6.Bostani, A.A., and Savaghebi Firoozabadi, GH.R. 2011. Study of potassium fixation capacity in
some under- cultivation sugarcane soils in Khuzestan. Mashhad, J. Water Soil 25: 5. 982-993.
(In Persian)
7.Bouyoucos, G.J. 1962. Hydrometer method improved for making particle size analysis of
soils. Agron. J. 54: 464-465.
8.Chorom, M., Baghernejad, M., and Jafari, S. 2009. Influence of rotation cropping and
sugarcane production on the clay mineral assemblage. App. C Sci. J. 46: 385-395.
9.Dhillon, S.K., Sidhu, P.S., and Bansal, R.C. 1989. Release of potassium from same
benchmark soils of India. Indian. J. Soil Sci. 40: 783-797.
10.Garside, A.L., and Nable, R.O. 1996. Sugarcane growth and yield comparisons in pair old
and new land sites. P 248-250, In: J.R. Wilson, D.M. Hogarth, J. Campbell and A.L. Garside
(Eds.), Sugarcane: Research Towards Efficient and Sustainable Production. CSIRO Division
of Tropical Crops and Pastures, Brisbane, Australia.
11.Ghorbani, Z., Jafari, S., and Khalil Moghaddam, B. 2013. The effect of soil physicochemical
properties under different land use on aggregate stability in some part of Khuzestan
province. J. Soil Manand. Sus. Pro. 3: 2. 29-51.
12.Gol, C. 2009. The effects of land use change on soil properties and organic carbon at
Dagdami river catchment in Turkey. J. Environ. Biol. 30: 825-830.
13.Hajabbasi, M.A., and Fallahzade, J. 2010. Aggregation, carbohydrate, total and particulate
organic carbon changes by cultivation of an arid soil in Central Iran. In 19th World Congress
of Soil Science, Brisbane, Australia, Pp: 1-4.
14.Hamedi, F., and Sayadian, K. 2006. Evaluation of physicochemical and micromorphological
properties of soil in long-term effects of sugarcane cultivation. 10th Congress of Soil Science
of Iran. Tehran. Iran, Pp: 325-327. (In Persian)
15.Hassan lee, A.M. 2011. Climate change and it’s sequences on water and Environment.
Iranian student book agency (Mashhad). 208p. (In Persian)
16.Jafari, S. 2005. Study of changes in structural, physico-chemical, potassium fixation & clay
minerals transformation of sugarcane, Rotational cropping & noncultivated soils
(Khuzestan). M.Sc. Thesis. Shiraz university. Iran. (In Persian)
17.Jafari, S., and Bagher Nejad, M. 2007. Effects of wetting and drying and cultivation systems
on potassium fixation in some Khouzestan soils and clays. J. Sci. Technol. Agric. Natur.
Resour. Isfahan University of Technology. 41: 75-90. (In Persian)
18.Jafari, S., and Nadian, H. 2011. The study of a toposequence soil series and clay mineral
assemblage in some soils of Khouzestan province. Research report. Ramin University of
Agricultural Sciences and Natural Resources. Iran. (In Persian)
19.Johns, W.D., Grim, R.E., and Bradley, W.F. 1954. Quantitative estimation of clay minerals
by diffraction methods. J. Sed. Petrol. 24: 242-251.
20.Karimi Dehkordi, F., Jalalian, A., Mehnatkesh, A.M., and Honarjoo, N. 2014. The effect of
land use change on mineralogy and micro-morphological properties of clay soil on lordegan
County-in Chaharmahal and Bakhtiari Province. J. Soil Manage. Sust. Prod. 4: 3. 1-32.
21.Katsvairo, T., Cox, W.J., and Van Es, H. 2002. Tillage and rotation effects on soil physical
characterisitics. Agron. J. 94: 2. 299-304.
22.Khormali, F., and Abtahi, A. 2003. Origin and distribution of clay minerals in calcareous
arid and semi-arid soils of Fars Province, southern Iran. Clay Mineral. J. 38: 511-527.
23.Kitrick, J.A., and Hope, E.W. 1963. A procedure for the particle – size separation of soils for
x-ray diffraction analysis. Soil Sci. 96: 312-325.
24.Martin, H.W., and Spark, D.L. 1985. On the behavior of nonexchangeable potassium in soils.
Methods of soil analysis. Part 3, Madison, W.I.
25.McLean, E.O. 1988. Soil pH and lime requirement. P 199-224, In: A.L. Page (Ed.), Methods
of Soil analysis. Part, American Society of Agronomy, Soil Science Society of America,
Madison, Wis.
26.Moazallahi, M., and Farpoor, M.H. 2012. Soil genesis and clay mineralogy along the xericaridic
climotoposequence in south central Iran. J. Agri. Sci. Tech. 14: 683-696.
27.Moberly, P.K., and Meyer, J.H. 1975. The amelioration of acid soils in the South African
sugar industry. Fert. Soc. S. Afr. 2: 57-66.
28.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1982. Total carbon, organic carbon and organic matter.
P 539-579, In: A.L. Page (Ed.), Methods of Soil Analyses. Chemical and Microbiological
Properties. ASA Monograph, Madison, Wisconsin USA.
29.Neaman, A., and Singer, A. 2004. The effects of palygorskite on chemical and physicochemical
properties on soils: a review. Geoderma. 123: 297-303.
30.Pagliai, M., and Vignozzi, N. 2002. Image analysis and microscopic techniques to
characterize soil pore system. In Physical Methods in Agriculture, New York, Pp: 13-38.
31.Paquet, H., and Millot, G. 1972. Geochemical evolution of clay minerals in the weathered
products and soils of Mediterranean climates. P 199-202, In: Proceedings of the International
Clay Conference, Madrid, Spain.
32.Pletsch, T., Daoudi, L., Chamley, H., Deconinck, J.F., and Charroud, M. 1996.
Palaeogeographic cotrols on palygorskite occurrence in Mid–Cretaceous sediments of
Morocco and Adjacent basins. Clay Mineral. J. 31: 403-416.
33.Ravanjoo, A. 2011. The effects of cultivation of sugarcane and groundwater level changes in
the redox potential and reduction of iron and palygorskite in some soils of Khuzestan. M.Sc.
Thesis. Ramin Agricultural and Natural Resources University, Ahvaz. Iran. (In Persian)
34.Shafiee Bafti, F., and Behravan, H.R. 2012. Environmental impacts of sugar production.
Kerdegar press (Ahvaz), 350p. (In Persian)
35.Shamsi Mahmoudabadi, S., Khormali, F., Ghorbani Nasrabadi, R., and Pahlavani, M.H.
2011. Effect of vegetation cover and the type of land use on the soil quality indicators in
loess derived soils in Agh-Su area (Golestan province). J. Water Soil Cons. 17: 4. 125-139
(In Persian)
36.Sheini dashtegol, A. 2016. Principles of practical management of water in sugarcane.
Kerdegar press (Ahvaz), 144p. (In Persian)
37.Soil survey staff. 1996. Soil survey laboratory methods manual: Soil survey investigations.
Rep. No. 42. Ver. 3. USDA. Washington. D.C.
38.SPSS. 2012. IBM ® spss statistics. Version 20. Software estadistico en format digital.
39.Stoops, G. 2003. Guideline for analysis and description of soil and regolith thin sections. Soil
Science Society of America, Madison, Wisconsin, USA, 183p.
40.Sugarcane Research and Training Institute. 2014. Annual report. Sugarcane & by product
company, 109p. (In Persian)
41.Toolabi Fard, A. 2012. The Changes in the physical components of organic matter in soils
with different uses. M.Sc. Thesis. Ramin Agricultural and Natural Resources University,
Ahwaz. Iran. (In Persian)
42.United State Salinity Laboratory Staff. 1954. Diagnosis and improvement of saline and alkali
soils. USDA Handbook. 60. Washington, DC.
43.Vahidi, M.J., Jafarzadeh, A.A., Oustan, S.H., and Shahbazi, F. 2010. Effect of Land Use on
Physical, Chemical and Mineralogical Properties of Soils in Southern Ahar. J. Water Soil
Sci. 22: 1. 33-47. (In Persian)