مطالعه تکامل خاک متأثر از اقلیم و توپوگرافی در منطقه ساردوئیه – بم (جنوب استان کرمان)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ،گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

2 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

3 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه ولی‌عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: اقلیم و توپوگرافی دو عامل مهم خاکسازی محسوب می‌شوند که پیدایش، تکامل و طبقه‌بندی خاک را تحت تأثیر قرار می‌دهند. توپوگرافی با تأثیرگذاری بر ویژگی‌هایی از جمله جهت شیب، شکل شیب، درصد شیب، میزان دریافت نزولات و نفوذ در خاک، میزان رواناب، میزان فرسایش و اختلاف در شرایط زهکشی بر تکامل خاک اثر‌گذار است. از سوی دیگر، درصد کربن آلی، مقدار و نوع رس، رنگ خاک، مقدار کربنات کلسیم، درصد اشباع بازی، عمق آبشویی و حلالیت نمک‌ها در خاک‌ ارتباط تنگاتنگی با اقلیم دارد. از این رو، هدف این پژوهش بررسی تاثیر اقلیم و توپوگرافی در تغییر خصوصیات فیزیکوشیمیایی، کانی‌شناسی و میکرومورفولوژی خاک است.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در دو منطقه ساردوئیه و بم انجام شد. منطقه ساردوئیه با میانگین ارتفاع 3500 متر از سطح دریا در رژیم رطوبتی و حرارتی زریک و مزیک قرار گرفته است؛ در حالی‌ که منطقه بم با میانگین ارتفاع 900 متر در رژیم اریدیک - ترمیک واقع گردیده است. تعداد 8 خاک‌رخ شاهد بر روی مواد مادری از نوع آذرین بیرونی با ترکیب حدواسط انتخاب، نمونه‌برداری و تشریح گردید. آنالیزهای فیزیکوشیمیایی، کانی‌شناسی و میکرومورفولوژی بر روی نمونه‌های خاک انجام شد. و خاک‌ها براساس سامانه طبقه‌بندی آمریکایی و سامانه جهانی طبقه‌بندی گردیدند. مقادیر pH، بافت خاک، هدایت الکتریکی، کربنات کلسیم معادل، ظرفیت تبادل کاتیونی و گچ اندازه‌گیری شد. 8 نمونه برای مطالعات کانی‌شناسی انتخاب شد. نمونه‌ها تحت 4 تیمار‌ اشباع‌سازی با کلرور‌منیزیم، کلرورپتاسیم، تیمار با بخار اتیلن‌گلیکول روی نمونه‌های اشباع از منیزیم و تیمار حرارتی 550 درجه سانتی‌گراد روی نمونه‌های اشباع از پتاسیم قرار گرفتند. نمودار‌های پراش پرتو ایکس تیمار‌های مختلف هر نمونه به وسیله دستگاه اشعه ایکس مدل بروکر با ولتاژ40 کیلو ولت و شدت جریات 30 آمپر تهیه گردید. آنالیز میکروسکوپ الکترونی نیز صورت گرفت. نمونه‌های دست نخورده از برخی افق‌ها برای مطالعات میکرومورفولوژی انتخاب گردید.
یافته‌ها: نتایج حاکی از آن است که درصد رس، ظرفیت تبادل کاتیونی، کربن آلی، کربنات کلسیم معادل در رژیم زریک افزایش یافته؛ در مقابل در رژیم اریدیک میزان هدایت‌الکتریکی و درصد گچ افزایش نشان می‌دهد. از این رو تغییر در خصوصیات خاکی سبب تغییر در طبقه‌بندی خاک‌ها از مالی‌سول و آلفی‌سول (رژیم زریک) به اریدی‌سول (رژیم اریدیک) در سامانه آمریکایی و چرنوزم، لویسول و کلسی‌سول (رژیم زریک) به سولونچاک، ژیپسی‌سول و کمبی‌سول (رژیم اریدیک) در سامانه جهانی گردیده است. از نقاط قوت سامانه جهانی نسبت به سامانه آمریکایی توجه به طبقه‌بندی خاک‌های مدفون و استفاده از توصیف‌کننده راپتیک برای نشان دادن انقطاع سنگی است. نتایج کانی‌شناسی رسی، وجود کانی‌های ایلیت، پالیگورسکیت، کلرایت، اسمکتیت، کائولینیت، ورمیکولیت، کانی مخلوط ورمیکولیت -اسمکتیت و کوارتز را نشان می‌دهد. نتایج حاکی از کاهش کانی ایلیت و افزایش مقادیر کانی ورمی‌کولیت و اسمکتیت در رژیم زریک بود؛ در حالیکه در اقلیم اریدیک مقدار کانی ایلیت افزایش نشان می‌دهد. علاوه بر این حضور همزمان کانی پالیگورسکیت و کانی مخلوط ورمیکولیت-اسمکتیت را می‌توان به وجود خاک‌های پلی‌ژنتیک در منطقه نسبت داد. پدوفیچرهای غالب در مطالعات میکرومورفولوژی در رژیم زریک حاکی از پرشدگی، نادول و پوشش‌های زیر سطحی کلسیت و تشکیل پوشش رسی، پل رسی بین ذرات و کلاهک رسی متصل است. از سوی دیگر حضور توأم پوشش و پرشدگی کلسیت و رس همراه با کریستال‌های منفرد گچ و صفحات درهم قفل شده نشان‌دهنده نقش اقلیم گذشته در تشکیل خاک است.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که اقلیم کنونی، اقلیم مرطوب‌‌تر حاکم در گذشته منطقه و توپوگرافی نقش کلیدی در شدت هوادیدگی، مقدار کانی‌های رسی و نوع عوارض خاک‌ساخت موجود در منطقه داشته‌اند. همچنین با توجه به عدم وجود کربنات در ماده مادری، افزایش هوادیدگی در رژیم زریک تأثیر بسزایی در دگرسانی کانی پلاژیوکلاز و افزایش کربنات کلسیم ثانویه داشته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Soil evolution affected by climate and topography in Sardooeyeh-Bam Region (south of Kerman)

نویسندگان [English]

  • Najmeh Rasooli 1
  • Mohammad Hady Farpoor 2
  • Majid Mahmoodabadi 2
  • Esa Esfandyarpoor 3
1 Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman
2 Soil Science Department, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman
3
چکیده [English]

Background and objectives: Climate and topography are two important soil-forming factors that affect the genesis, evolution, and classification of soils. Topography may influence soil evolution through attributes such as the direction, shape, and percentage of the slope, the amount of precipitation, penetration, and runoff, the rate of erosion, as well as the difference in the drainage conditions. On the other hand, organic carbon, the amount and type of clay, soil color, calcium carbonate, base saturation, leaching depth, and solubility of salts in the soil are closely related to the climate. Hence, this study aimed to investigate the effect of climate and topography on changing physicochemical, mineralogical, and micromorphological properties of soil.

Materials and Methods: This research focused on two regions including, Sardooeyeh and Bam. The Sardooeyeh region, with the soil moisture-temperature regime of xeric-mesic, is about 3500m above sea level. However, the mean elevation in the Bam region, with the aridic-thermic regime, is 900m. Eight representative pedons on the extrusive igneous parent material with an intermediate composition were selected, sampled, and described. Physicochemical, mineralogical, and micromorphological analyses performed on the soil samples, and the soils were classified using Soil Taxonomy and World Reference Base for Soil Resources (WRB). Soil pH, particle size distribution, electrical conductivity, equivalent calcium carbonate, cation exchangeable capacity, and gypsum were measured, then eight samples were selected for clay mineralogy investigations. A Bruker Dh8 Advance X-ray diffractometer at 30 mA and 40 kW was used to analyze the samples. Scanning electron microscopy was performed. The undisturbed soil samples from horizons were selected for micromorphological observations.

Results: The results revealed the increase in the clay percentage, cation-exchange capacity, organic carbon, and equivalent calcium carbonate in the elevations with the xeric regime. On the other hand, an increase in the amount of electrical conductivity and gypsum percentage in the aridic regime was determined. Thus, changes in soil properties caused different soils, including a range of Mollisols and Alfisols (xeric regime) to Aridisols (aridic regime) in the Soil Taxonomy and the Chernozems, Luvisols, and Calcisols (xeric regime) to Solonchaks, Gypsisols and Cambisols (aridic regime) in the WRB system to be classified. One of the strengths of the WRB system compared to the Soil Taxonomy is the classification of buried soils and the use of the "Raptic" qualifier to indicate the lithologic discontinuity within the pedon. The results of clay mineralogy elucidate the presence of illite, palygorskite, chlorite, smectite, kaolinite, vermiculite, smectite-vermiculite interstratified minerals, and quartz. In the xeric regime, the illite mineral decreased, and vermiculite and smectite increased. However, the amount of illite increased in the aridic climate. Furthermore, the simultaneous presence of palygorskite and smectite-vermiculite interstratified minerals can be the result of the presence of polygenetic soils in this region. Calcite infilling, nodule, and calcite internal hypo-coating, with clay coatings, clay bridges, and link clay capping were among the dominant micromorphological pedofeatures observed in the xeric moisture. On the other hand, the simultaneous presence of calcite and clay coatings and infillings together with gypsum infillings and the interlocked gypsum plates prove the role of paleoclimate in soil formation.

Conclusions: Results of this study showed that the current climate, the paleoclimate prevailing in the region, and topography have key roles on the intensity of weathering, the amount of clay minerals, and the type of pedofeatures in the region. Besides, due to the lack of carbonate in the parent material, it seems that the increase of weathering in the xeric regime part of the area significantly influenced on the alteration of plagioclase mineral which in turn, increased secondary calcium carbonate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clay mineralogy
  • Micromorphology
  • Polygenetic soils
  • Soil classification

مراجع

 1.Jenny, H. 2011. Factors of Soil Formation-A System of Quantitative Pedology. Dover Inc, New York. 281p.
2.Thanachit, S., Suddhiprakarn, A., Kheoruenromne, I., and Gilkes, R.J. 2006. The geochemistry of soils on a catena on basalt at Khon Buri, northeast Thailand. Geoderma. 135: 81-96.
3.Salehi, M.H., Karimi, A.L., Esfandiarpour boroujeni, I., and Mosleh, Z. 2016. Fundamental of soil genesis and classification. Shahrekord Univ. Press, 267p. (In Persian)
4.Yousefifard, M., Ayoubi, Sh., Pochc, R., Jalalian, A., Khademi, H., and Khormali, F. 2015. Clay transformation and pedogenic calcite formation on a lithosequence of igneous rocks in northwestern Iran. Catena. 133: 186-197.
5.Rostasi, A., Raucsik, B., and Varga, A. 2011. Palaeoenvironmental controls on the clay mineralogy of Carnian sections from the Transdanubian Range (Hungary). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 300: 101-112.
6.Hameed, A., Raja, P., Ali, M., Upreti, N., Kumar, N., Tripathic, J.K., and Srivastava, P. 2018. Micromorphology, clay mineralogy, and geochemistry of calcic-soils from western Thar Desert: Implications for origin of palygorskite and southwestern monsoonal fluctuations over the last 30ka. Catena. 163: 378-398.
7.Egli, M., Mirabella, A., Sartori, G., Giaccai, D., Zanelli, R., and Plotze, M. 2007. Effects of slope aspect on transformation of clay minerals in Alpine soils. Clay Minerals. 42: 375-401.
8.Baghernejad, M. 2002. Variation in soil clay minerals of semiarid regions of Fars province in southern Iran. Iran Agricultural Research. 19: 165-180. (In Persian)
9.Khormali, F., and Ajami, M. 2011. Pedogenetic investigation of soil degradation on a deforested loess hillslope of Golestan Province, Northern Iran. Geoderma. 167: 274-283.
10.Kemp, R.A. 2013. Paleosols and wind-blown sediments/ soil micromorphology. Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. 2: 381-391.
11.Khademi, H., and Mermut, A.R. 2003. Micromorphology and classification of Argids and associated gypsiferous Aridisols from central Iran. Catena.
54: 430-455.
12.Khormali, F., Abtahi, A., and Stoops, G. 2006. Micromorphology of calcitic features in highly calcareous soils of Fars Province, southern Iran. Geoderma. 132: 31-46.
13.Aghanabati, A. 2004. The Geology of Iran. Tehran. Ministry of Industries and Mines. Press, 582p. (In Persian)
14.Banaie, M.H. 1998. Soil Moisture and Temperature Regimes Map of Iran. Soil and Water Research Institute of Iran, Iran.
15.Schoeneberger, P.J., Wysocki, D.A., Benham, E.C., and Soil Survey
Staff. 2012. Field Book for Describing and Sampling Soils, Version 3.0. Natural Resources Conservation Service, National Soil Survey Center, Lincoln, Nebraska.
16.Soil Survey Staff. 2014. Keys to Soil Taxonomy, 12th edition. United States Department of Agriculture-Natural Resources Conservation Service, Washington, D.C., USA.
17.Gee, G.W., and Bauder, J.W. 1986. Particle size analysis. P 388-409,In: A. Klute (ed.), Methods of soil analysis. SSSA, Madison, WI.
18.Nelson, R.E. 1982. Carbonate and gypsum. P181-196, In: A.L. Page (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 2.
2nd ed. Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, WI.
19.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 Analysis. Part 2. 2nd ed. Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, WI.
20.Bower, C.A., and Hatcher, J.T. 1966. Simultaneous determination of surface area and Cation-exchange capacity. Soil Science Society of America Journal.30: 525-527.
21.Jackson, M.L. 1975. Soil Chemical Analysis-advanced Course. Univ. of Wisonsin College of Agric., Dept of Soils Science, Madison, WI. 929p.
22.Kittrick, J.A., and Hope, E.W. 1963. A procedure for the particle size sepration of soil for x-ray diffraction analysis. Soil Science Society of America Journal.96: 312-325.
23.Murphy, C.P. 1986. Thin Section Preparation of Soils and Sediments. AB Academic Publishers, Berkhamsted, Herts, UK. 149p.
24.Stoops, G. 2003. Guidelines for the Analysis and Description of Soil and Regolith Thin Sections. Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin.
25.IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015 international soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. In: World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome.
26.Durand, N., Gunnell, Y., Curmi, P.,and Ahmad, S.M. 2007. Pedogenic carbonates on Precambrian silicate rocks in South India: Origin and paleoclimatic significance. Quaterny International. 162-163: 35-49.
27.Birkeland, P.W. 1999. Soils and Ggeomorphology. Oxford University Press, New York. 430p.
28.Soofi, M.B., Emami, H., Karimi Karoyeh, A.R., and Hagh Nia, Gh.H. 2016. Investigation the effects of aspect and degree of slope on soil quality in the South East of Mashhad. J. of Water and Soil Conservation. 23: 2. 300-310.
29.Jakši´c, S., Ninkov, J., Mili´c, S., Vasin, J., Živanov, M., Jakši´c, D., and Komlen, V. 2021. Influence of Slope Gradient and Aspect on Soil Organic Carbon Content in the Region of
Niš, Serbia. Sustainability.13, 8332. https://doi.org/10.3390/su13158332.
30.Solly, E.F., Weber, V., Zimmermann S., Walthert L., Hagedorn F., and Schmidt M.W.I. 2020. A critical evaluation of the relationship between the effective cation exchange capacity and soil organic carbon content in Swiss forest soils. Frontiers in Forests and Global Change. 3:98. doi: 10.3389/ffgc.2020.00098.
31.Zarate, M.A., Kemp, R.A., and Blasi, A.M. 2002. Identification and differentiation of Pleistocene paleosols in northern Pampas of Bueneos Aires, Argentina. Journal of South American Earth Sciences. 15: 303-310.
32.Durand, N., Monger, H.C., and Canti, M.G. 2010. Calcium carbonate features. P 149-194, In: G. Stoops, V. Marcelino, and F. Mees (eds.), Interpretation of micromorphological features of foils and regoliths, Elsevier. Amsterdam. Netherlands.
33.Raheb, A., Heidari, A., and Mahmoodi, S. 2017. Organic and inorganic carbon storage in soils along an arid to dry sub-humid climosequence in northwest of Iran. Catena. 153: 66-74.
34.Farpoor, M.H., Khademi, H., and Eghbal, M.K. 2002. Genesis and distribution of palygorskite and associated clay minerals in Rafsanjan soils on different geomorphic surface. Iran Agriculture Research. 21: 39-60.
 
35.Moghiseh, E., and Heidari, A. 2012. Polygenetic saline gypsiferous soils of the Bam region, Southeast Iran. Journal of Soil Science and Plant Nutrition.12: 4. 729-746.
36.Sarmast, M., Farpoor, M.H., Jafari, A, and Esfandiarpour Boroujeni, I. 2019. Tracing environmental changes and paleoclimate using the micromorphology of soils and desert varnish in central Iran. Desert. 24: 2. 331-353.
37.Farpoor, M.H., Neyestani, M., Eghbal, M.K., and Esfandiarpour Borujeni, I. 2012. Soil-geomorphology relationships in Sirjan playa, south central Iran. Geomorphology. 138: 1. 223-230.
38.Moazallahi, M., and Farpoor, M.H. 2009. Soil micromorphology and genesis along a climotoposequence in Kerman Province, central Iran. Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 3: 4. 4078-4084.
39.Moghbeli, Z., Owliaie, H.R., Sanjari, S., and Adhami, E. 2019. Genetic study of soil-landscape relationship in arid region of faryab, Kerman province. Journal of Water and Soil. 33: 2. 333-347.(In Persian)
40.Tangari, A.C., Marinangeli, L., Scarciglia, F., Pompilio, L., and Piluso, E., 2020. Volcanic holocrystalline bedrock and hydrothermal alteration: a terrestrial analogue for Mars. Minerals. 10: 12.1082. https://doi.org/10.3390/ min10121082.
41.Skiba, M., Maj-Szeliga, K., Szymański, W., and Błachowski, A. 2014. Weathering of glauconite in soils of temperate climate as exemplified by a Luvisol profile from Góra Puławska, Poland. Geoderma. 235-236: 212-226.
42.Andrade, G.R.P., Furquim, S.A.C., Nascimento, T.T.V., Brito, A.C., Camargo, G.R., and Souza, G.C. 2020. Transformation of clay minerals in salt-affected soils, Pantanal wetland, Brazil. Geoderma 371: 114380.
43.Haldar, S.K. 2020. Basic mineralogy (Chapter 3). P 109-143, In: S.K. Haldar (ed.), Introduction to Mineralogy and Petrology (Second Edition). Elsevier. Oxford.
44.Hojati, S., Khademi, H., Faz cano, A., Ayoubi, S., and Landi, A. 2013. Factors affecting the occurrence of palygorskite in central Iranian soils developed on Tertiary sediments. Pedosphere.23: 3. 359-371.
45.da Silva, M.L., Batezelli, A., and Ladeira, F.S.B. 2018. Genesis and paleoclimatic significance of palygorskite in the cretaceous paleosols of the Bauru Basin, Brazil. Catena.168: 110-128.
46.Rasooli, N., Farpoor, M.H., Mahmoodabadi, M., and Esfandiarpour Borujeni, I. 2021. Genesis and distribution of different mineral assemblages controlled by environmental factors in soils and evaporitic deposits of Lut Desert, central Iran. Environmental Earth Sciences. 80: 779.
47.Hojati, S., Khademi, H., and Faz Cano, A. 2010. Palygorskite formation under the influence of a saline and alkaline groundwater in central Iranian soils. Soil Science. 175: 6. 303-312.
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 12، شماره 2
تیر 1401
صفحه 1-22

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار