فهرست مطالب

نشریه مدیریت خاک و تولید پایدار
سال نهم شماره 4 (پیاپی 30، زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/12/01
  • تعداد عناوین: 9
|
  • سمیه حمیدی نهرانی، محمدصادق عسکری*، سعید سعادت، محمدامیر دلاور، مهدی طاهری صفحات 1-24
    سابقه و هدف

    کیفیت خاک نقش مهمی در ایجاد ارتباط بین تولید بالا و پایداری منابع اراضی دارد و می تواند بر کیفیت هوا، آب و محیط زیست تاثیر گذار باشد. ارزیابی تاثیر روش های مدیریتی تحت کاربری های کشاورزی بر کیفیت خاک از فرآیندهای لازم برای دست یابی به مدیریت پایدار خاک در اکوسیستم های کشاورزی است. این پژوهش با هدف بررسی تاثیر روش های مرسوم مدیریت کشاورزی بر کیفیت خاک در استان زنجان انجام شد. 

    مواد و روش ها:

    154 نمونه خاک از 77 مزرعه در سطح استان زنجان (27 سایت در کاربری آبی و 50 سایت در کاربری دیم) از عمق 0 تا 30 و 30 تا 60 سانتی متری جمع آوری گردید. با توجه به تهدیدات اصلی در ارتباط با خاک در استان زنجان 30 ویژگی فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک اندازه گیری و به عنوان شناسه های کیفیت خاک مورد ارزیابی قرار گرفتند. شاخص تجمعی کیفیت خاک با تلفیق ویژگی های موثر بر کیفیت خاک تعیین شد. مقایسه ی تاثیر روش های متداول مدیریتی در کاربری های دیم و آبی بر کیفیت خاک با استفاده از شاخص-های آماری انجام شد. 

    یافته ها:

    در کاربری دیم و در عمق 30-0 سانتی متر پایداری خاکدانه ها و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک به ترتیب 49/49 و 04/22 درصد نسبت به کاربری آبی کم تر بود. جرم مخصوص ظاهری خاک در کاربری آبی 68/3 درصد کم تر از کاربری دیم بود. کربن آلی، کربن زیست توده ی میکروبی، تنفس خاک و شاخص ذخیره ی کربن و نیتروژن خاک در کاربری آبی بیش تر از کاربری دیم بود. کربن آلی در کاربری دیم، در عمق 30-0 سانتی متر 87/33 درصد و در عمق 60-30 سانتی متر 43/31 درصد نسبت به کاربری آبی کم تر بود. هدایت الکتریکی در عمق 30-0 سانتی متر در کاربری دیم 46/50 درصد نسبت به کاربری آبی کم تر بود. هم چنین، روی قابل جذب در کاربری دیم و در دو عمق 30-0 و 60-30 سانتی متر به ترتیب 54/66 و 43/63 درصد نسبت به کاربری آبی کم تر بود. ضریب متابولیکی در کاربری دیم بیش تر از کاربری آبی بود و در این مطالعه به عنوان یکی از ویژگی های نشان دهنده ی تخریب خاک شناسایی شد. ضریب متابولیکی در عمق 30-0 و 60-30 سانتی متر در کاربری آبی به ترتیب 40 و 33/33 درصد نسبت به کاربری دیم کم تر بود. همبستگی مثبت معنی دار بین کربن آلی و ویژگی های فیزیکی خاک شامل پایداری خاکدانه و هدایت هیدرولیکی اشباع و ویژگی های زیستی خاک شامل کربن زیست توده ی میکروبی و تنفس خاک مشاهده شد. شاخص کیفیت خاک تجمعی در عمق 0 تا 30 سانتی متر در کاربری آبی (64/0) به طور معنی داری بیش تر از کاربری دیم (55/0) بود.

    نتیجه گیری:

    نتایج این پژوهش نشان داد که از نظر کیفیت خاک، مدیریت کشاورزی آبی شرایط بهتری نسبت به مدیریت کشاورزی دیم دارد. با این وجود، هدایت الکتریکی بالاتر خاک در کاربری آبی ضرورت مدیریت بهتر کودهای شیمیایی و بررسی کیفیت آب های مورد استفاده برای آبیاری اراضی استان زنجان را نشان می دهد. کربن آلی خاک به عنوان مهم ترین ویژگی موثر بر کیفیت خاک های مورد مطالعه شناسایی شد. استفاده از روش های مدیریتی کارآمد از جمله خاک ورزی حفاظتی، اجرای تناوب زراعی مناسب و استفاده ی متعادل از کودهای شیمیایی و آلی که منجر به افزایش ماده ی آلی خاک می شود در هر دو کاربری و به ویژه در کاربری دیم ضروری است.

    کلیدواژگان: کیفیت فیزیکی خاک، کیفیت زیستی خاک، کاربری کشاورزی، مدیریت خاک
  • جمال شیخی، حسین میرسید حسینی*، حسن اعتصامی، عزیز مجیری صفحات 25-46
    سابقه و هدف

    کارایی پایین استفاده از کود های نیتروژن یک مشکل جهانی در تولید محصول است و کشاورزی ایران نیز از این قاعده مستثنی نیست. کودهای نیتروژنی به عنوان منبع نیتروژن، در آلودگی خاک، آب و هوای محیط زیست تاثیر گذار هستند. نیترات سازی یک فرایند کلیدی در اکوسیستم های کشاورزی است چرا که تبدیل آمونیوم به نیترات میتواند منجر به از دست دادن بخش قابل توجهی از نیتروژن خاک از طریق آبشویی و یا نیترات زدایی شود. استفاده از بازدارنده های نیترات سازی همراه کود نیتروژن به منظور کنترل این فرایند یکی از راهکارهای کاهش هدرروی نیتروژن است. بنابراین این پژوهش با هدف بررسی اثر بازدارنده 3 و 4 دی متیل پیرازول فسفات (DMPP) بر میزان نیترات سازی و درصد بازدارندگی آن در برخی خاکهای ایران صورت گرفت.

    مواد و روش ها

    یک آزمایش گرماگذاری به منظور بررسی اثر DMPP بر روند تغییر غلظت نیترات و آمونیوم در فواصل زمانی مختلف و فراوانی باکتری های اکسید کننده آمونیوم (AOB) و نیتریت (NOB) در پنج خاک مختلف انجام شد. فاکتورهای آزمایش شامل بازدارنده نیترات سازی (NI) در سه سطح (بدون کاربرد نیتروژن و NI، mg/kg 200 نیتروژن از منبع سولفات آمونیوم بدون NI، و mg/kg 200 نیتروژن از منبع سولفات آمونیوم حاوی 8/0 درصد NI)، پنج نوع خاک (لوم شنی 1 با 58/0 درصد کربن آلی، لوم شنی 2 با 3/0 درصد کربن آلی، لوم با 73/0 درصد کربن آلی، لوم رسی با 87/0 درصد کربن آلی، و رسی با 47/1 درصد کربن آلی) و پنج زمان نمونه برداری (0، 14، 28، 42، و 56 روز) بود.

    یافته ها

    نتایج نشان داد در همه خاک ها کاربرد نیتروژن همراه DMPP نسبت به نیتروژن بدون DMPP اثر معنی داری (P<0.001) بر کاهش میزان نیترات سازی داشت به طوریکه میزان آن را به طور میانگین 7/44 درصد کاهش داد. کارایی DMPP در کاهش نیترات سازی در خاک های مورد آزمایش با هم اختلاف معنی داری داشت . نیترات سازی در خاک های دارای رس و کربن آلی بیشتر نسبت به خاک های دارای شن بیشتر و ماده آلی کمتر سریع تر اتفاق افتاد. درصد بازدارندگی نیترات بعد از 56 روز گرماگذاری در خاک های لوم شنی 1 و 2 و لومی به ترتیب 57، 46 و 12 درصد بود ولی برای دو خاک دیگر نزدیک به صفر بود. همچنین یک همبستگی مثبت معنی دار بین تعداد باکتری های AOB و NOB با غلظت نیترات (6/0 = r)، مقدار کربن آلی (9/0 = r)، و نیتروژن کل خاک (9/0 = r) وجود داشت.

    نتیجه گیری

    می توان اظهار نمود که میزان نیترات سازی خاک تحت تاثیر عواملی مانند بافت و مقدار ماده آلی خاک متفاوت است و کارایی DMPP با برخی ویژگی ها مانند درصد رس، محتوای کربن آلی و جمعیت باکتری های نیترات ساز خاک رابطه عکس دارد. بعلاوه این خصوصیات در پیش بینی اثرات کوتاه مدت بازدارنده می تواند مورد استفاده قرار گیرد

    کلیدواژگان: بازدارنده نیترات سازی، باکتری های نیترات ساز، کربن آلی خاک، راندمان کود
  • زهرا رسایی*، جهانگرد محمدی، عبدالمحمد محنت کش، شاهرخ فاتحی صفحات 47-68
    سابقه و هدف

    خاک نقش مهمی در مسایل محیط زیستی و برنامه های مدیریت و توسعه پایدار دارد. از این رو نیاز رو به افزایشی به تهیه نقشه های خاک با قابلیت اعتماد و صحت بالا ایجاد شده است. با توجه به محدودیت های منابع، داده های موجود موروثی خاک ها به عنوان تنها منبع عظیم و در دسترس خاک ها توجه زیادی کسب کرده اند. این داده ها که حامل اطلاعات مهم در مورد حالت و ویژگی های خاک در طول زمان و مکان هستند، می توانند یک چشم انداز در راستای مدیریت بهتر منابع ایجاد کنند. با توجه به وابستگی مدیریت بهتر خاک به این اطلاعات موروثی و همچنین اهمیت استفاده از آن ها در مدیریت محیط زیست، باید تلاش های جدی برای حفظ و استفاده مجدد از این داده های قدیمی خاک صورت بگیرد. بدیهی است که برای استفاده از آن ها پیش پردازش هایی نیاز می باشد که رهانیدن (Rescue) یا تلاش برای محافظت داده های موروثی و بازسازی (Renewal) که طی آن اطلاعات موجود از خطر نابودی حفظ شده و در یک ساختار جدی قرار گرفته و کاربردی می شوند، مهم ترین فرآیندهایی هستند که قبل از هرگونه استفاده از این داده ها باید روی آن ها اعمال شوند. علی رغم تلاش های جهانی در این رابطه، در ایران تاکنون تلاش زیادی در رابطه با احیا و بازسازی این اطلاعات صورت نگرفته است. این در حالی است که ایران به دلیل داشتن سابقه طولانی مطالعات خاک مملو از اطلاعات ارزشمند خاک به ارث رسیده از خاک شناسان پیشکسوت می باشد. بنابراین این مطالعه با هدف احیا مطالعات موروثی در دسترس و بازسازی و ارزیابی کیفیت آن ها به عنوان پیش نیازهای مورد نیاز برای استفاده از آن ها در نقشه برداری رقومی اجرا می شود.

     مواد و روش ها:

     منطقه مورد مطالعه با مساحت 10480 کیلومتر مربع در مرز بین استان های اصفهان و چهارمحال و بختیاری قرار دارد. این منطقه به دلیل وجود رودخانه و سد زاینده رود از قدیم مورد توجه خاک شناسان بوده است و خاک های آن طی مطالعات زیادی بررسی شده اند. اما به دلیل عدم دسترسی به تمام مطالعات، سه مطالعه آرشیوی خاک که کل منطقه مطالعاتی را پوشش می دهند انتخاب و بررسی شدند. پس از ثبت اطلاعات این مطالعات در کامپیوتر و زمین مرجع کردن نقشه ها و رقومی کردن مرز واحدهای خاک، کیفیت نقشه های موروثی طبق استانداردهای کنترل کیفیت کرنل مورد ارزیابی قرار گرفتند. در نهایت با استفاده از نقشه ها و اطلاعات کمکی در دسترس، میزان جابجایی احتمالی مرز واحدهای خاک بررسی و تصحیح شد. هم چنین شاخص وزن دار شده تایو و صحت کلی وزن دار شده برای ارزیابی کمی کیفیت نقشه ها محاسبه شدند.

     یافته ها: 

    به منظور حفظ و نگه داری اطلاعات موروثی جمع آوری شده، نقشه های خاک و اطلاعات خاک رخ های آن ها در رایانه ثبت و با کیفیت خوبی زمین مرجع و رقومی شدند. نتایج ارزیابی کیفیت و کارایی واحدهای نقشه های خاک نشان داد مقیاس نقشه ها بزرگ تر از مقیاس ارایه شده در روی نقشه ها می باشند. همچنین راهنمای نقشه ها اطلاعات کافی مورد نیاز را در اختیار کاربران نقشه قرار می دهند. بررسی میزان جابجایی مرز واحدهای نقشه نشان داد نقشه ها از صحت مکانی خوبی برخوردار می باشند. نتایج ارزیابی آماری صحت واحدهای نقشه نشان داد در تمام مطالعات و همچنین مجموع آن ها، صحت کلی نقشه در تمام سطوح طبقه بندی بیشتر از 70% و تایو بیشتر از 50% می باشند که بیانگر دقت خوب نقشه ها می باشند. 

    نتیجه گیری: 

    نتایج این بررسی نشان داد، علی رغم تفکر عمومی که درباره کیفیت کم نقشه های موروثی خاک ها وجود دارد، نقشه های مورد بررسی در منطقه مطالعاتی از نظر ویژگی های کلی آن ها، از کیفیت خوبی برخوردار می باشند. نتایج این بررسی همچنین تایید می کنند که اطلاعات و نقشه های مطالعات موروثی خاک می توانند با درجه اطمینان خوبی در فرآیند نقشه برداری رقومی مورد استفاده قرار بگیرند. بدین ترتیب با استفاده از این اطلاعات آرشیوی در دسترس می توان از صرف هزینه های مطالعات جدید خاک صرفه جویی کرد.

    کلیدواژگان: اطلاعات موروثی خاک، معیارهای کنترل کیفیت کرنل، شاخص وزن دار شده تایو، صحت کلی وزن دار شده، نقشه برداری سنتی خاک
  • بیژن آزاد*، سیدفخرالدین افضلی صفحات 69-87
    سابقه و هدف

    جابجایی و تغییر مکان کربن ناشی از فرسایش آبی یک فاکتور مهم تاثیرگذار بر غلظت CO2 اتمسفر بیان شده است. ارزیابی اثر فرسایش آبی بر ذخیره کربن آلی خاک در طولانیمدت بدون ابزار مدلسازی مشکل هست و با توجه به اینکه مراتع ایران مساحت بزرگی از کشور را دربرگفته اند، مدلسازی اثر فرسایش آبی بر دینامیک کربن آلی خاک در مراتع میتواند راهکارهای مدیریتی شایستهای در اختیار سازمانهای مرتبط قرار دهد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف 1 بهبود کارایی مدل Century به عنوان پرکاربردترین مدل در مطالعات کربن خاک با استفاده از خروجی سه مدل فرسایش آبی GLEAMS ،WEPP و ANSWERS و 2 شبیه سازی دینامیک ذخیره کربن آلی خاک تحت تاثیر دو سناریو فرسایشی در مراتع نیمه خشک باجگاه جنوب ایران انجام گرفت.

    مواد و روش ها

    پس از پارامتریابی و واسنجی مدل Century ،میانگین درازمدت فرسایش آبی شبیهسازیشده توسط سه مدل فرسایشی WEPP ،GLEAMS و ANSWERS به عنوان ورودی در مدل Century وارد گردیدند. در نهایت یک مدل فرسایش آبی که میزان فرسایش شبیه سازی شده توسط آن موجب بهبود نتایج اعتبارسنجی مدل Century شد، انتخاب گردید و سپس اثر دو سناریو وقوع فرسایش آبی و عدم وقوع فرسایش آبی بر تغییرات ذخیره کربن آلی خاک برای دو دوره مدیریت چرای دام شامل مدیریت چرای متوسط دام دوره II از سال 1343 تا 1357 و مدیریت بدون چرای دام دوره III از سال 1358-1393 در منطقه مطالعه مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که استفاده از خروجی مدل GLEAMS باعث شده که مدل Century ،ذخیره کربن آلی خاک را بهطور دقیقتری پیشبینی کند و از خروجی این مدل فرسایشی برای شبیه سازی تغییرات ذخیره کربن آلی خاک تحتتاثیر فرسایش آبی در مدل Century استفاده شد. نتایج شبیه سازیهای مدل Century نشان داد که در سناریو بدون فرسایش در مراتع نیمهخشک باجگاه طی دوره II با شدت متوسط چرای دام روند ذخیره کربن آلی خاک با شیب زیادی از 3496 گرم بر مترمربع در سال 1343 1964 به 93/3260 گرم بر مترمربع در سال 1357 1979 کاهش یافته است و در دوره III با مدیریت بدون چرای دام ذخیره کربن آلی خاک با شیب ملایمی به 04/3356 گرم بر مترمربع در پایان سال 1393 2014 رسیده است. در سناریو فرسایش آبی نیز طی دوره II ذخیره کربن آلی خاک با شیب زیادی از 3496 گرم بر مترمربع در سال 1343 1964 به 90/3243 گرم بر مترمربع در پایان سال 1357 کاهش یافته 1979 و در دوره III ذخیره کربن آلی خاک با شیب ملایمی به 42/3350 گرم بر مترمربع در سال 1393 2014 رسیده است. همچنین نتایج شبیه سازیها نشان داد که ذخیره کربن آلی خاک در سناریو فرسایش نسبت به سناریو بدون فرسایش در پایان دوره های II و III به ترتیب 52/0 و 16/0 درصد کاهش یافت.

    نتیجه گیری

    به طورکلی در مراتع نیمه خشک باجگاه اثر فرسایش بر ذخیره کربن آلی خاک بسیار ناچیز بود و مدیریت چرای دام نقش مهمی در تغییرات ذخیره کربن آلی خاک داشت.

    کلیدواژگان: گرمایش جهانی، ترسیب کربن، ذخیره کربن آلی خاک، مدل‏سازی کربن خاک، مدل‏های ‏فرسایش آبی
  • مجید فروهر، رضا خراسانی*، امیر فتوت، حسین شریعتمداری، کاظم خاوازی صفحات 89-107
    سابقه و هدف

    امروزه استفاده از بیوچار در مدیریت پایدار حاصلخیزی خاک به عنوان یک تفکر راهبردی چند منظوره و سازگار با محیط زیست، توجه بسیاری از محققین را در سطح جهانی به خود معطوف کرده است. با توجه به اثرات بارز و در عین حال متفاوت مشاهده شده از بیوچارهای مختلف در افزایش کربن آلی خاک ، غلظت قابل استفاده برخی عناصر غذایی و رشد گیاه، ضروری است قبل از استفاده گسترده از هر نوع بیوچاری، واکنش گیاه نسبت به آن، مورد بررسی قرار گیرد. در همین راستا در تحقیق حاضر تاثیر مصرف سه نوع بیوچار مختلف و مواد اولیه آن ها، بر فراهمی پتاسیم و رشد گیاه ذرت، مورد مطالعه قرار گرفت.

     مواد و روش ها:

     این تحقیق به صورت آزمایشگاهی و گلخانه ای در قالب دو طرح کاملا تصادفی انجام شد. تیمارهای آزمایش در هردو بخش گلخانه ای و آزمایشگاهی عبارت بودند از: شاهد(بدون مصرف ماده آلی)، کمپوست زباله شهری، لجن فاضلاب، کود گاوی و بیوچارهای آن ها. در بخش آزمایشگاهی، اثرتیمارها بر پتاسیم قابل استفاده خاک و پارامترهای کمیت -شدت پتاسیم بررسی شد. دربخش گلخانه ای، اثر تیمارها بر رشد گیاه، غلظت و جذب پتاسیم در گیاه مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از نتایج هر دو بخش، ارتباط بین پتاسیم قابل استفاده خاک با پارامترهای کمیت - شدت پتاسیم و روابط بین پارامترهای گیاهی با پتاسیم قابل استفاده خاک مورد بررسی قرار گرفت.

     یافته ها:

    کود گاوی و بیوچار آن با ایجاد افزایش بیشتری در پارامترهای کمیت-شدت پتاسیم، سبب افزایش پتاسیم قابل استفاده خاک نسبت به شاهد شدند. در حالی که لجن فاضلاب و بیوچار آن با ایجاد افزایش کمتری در پارامترهای کمیت- شدت پتاسیم، پتاسیم قابل استفاده خاک را به مقدار کمتری افزایش دادند. کمپوست زباله شهری و بیوچار آن از لحاظ تاثیر بر پارامترهای کمیت-شدت پتاسیم و ایجاد افزایش در پتاسیم قابل استفاده خاک در بین این دو، قرار داشتند. در مجموع، ترتیب کلی تیمارها از لحاظ افزایش فراهمی پتاسیم، به صورت زیر بود: 1-بیوچار کود گاوی 2-کود گاوی 3- بیوچار کمپوست زباله شهری 4-کمپوست زباله شهری 5-بیوچار لجن فاضلاب و لجن فاضلاب، 6-شاهد. با این حال با توجه به وابستگی رشد گیاه به عوامل متعددی فراتر از پتاسیم قابل استفاده خاک، ترتیب تیمارها در بهبود شرایط رشد گیاه با ترتیب تیمارها در افزایش فراهمی پتاسیم، مطابقت نداشت. ترتیب برتری تیمارها در بهبود شرایط رشد گیاه و افزایش وزن خشک گیاه به صورت زیر استنتاج شد: 1-کودگاوی 2-بیوچار لجن فاضلاب و لجن فاضلاب 3- بیوچار کمپوست زباله شهری 4-بیوچارکودگاوی 5-شاهد وکمپوست زباله شهری. 

    نتیجه گیری:

     با توجه به برتری بیوچار کمپوست زباله شهری نسبت به کمپوست زباله شهری از هر دو جنبه تاثیر بر فراهمی پتاسیم و تاثیر بر وزن خشک گیاه، می توان در شرایط مشابه آزمایش، مصرف بیوچار کمپوست زباله شهری را بر مصرف کمپوست زباله شهری ترجیح داد. با توجه به کاهش رشد گیاه در بیوچار کود گاوی نسبت به کود گاوی و در عین حال برتری بیوچار کود گاوی از لحاظ تاثیر بر فراهمی پتاسیم، و با توجه به خصوصیات آن، به نظر می رسد که در مصرف بیوچار کود گاوی بایستی ملاحظاتی نظیر شوری و موازنه عناصر غذایی با دقت بیشتری مورد توجه قرار گرفته و مدیریت شود. علیرغم تشابه بیوچار لجن فاضلاب با لجن فاضلاب در افزایش رشد گیاه و مقدار پتاسیم قابل استفاده، با توجه به بالاتر بودن ظرفیت بافری بالقوه پتاسیم در این بیوچار و در نتیجه احتمال تداوم بیشتر تامین پتاسیم قابل استفاده توسط آن، می توان در شرایط مشابه آزمایش، مصرف این بیوچار را بر مصرف لجن فاضلاب ترجیح داد.

    کلیدواژگان: بهسازهای آلی، کود گاوی، کمپوست زباله شهری، لجن فاضلاب
  • لیلا قاسمی فر، احمد گلچین*، فاطمه رخش صفحات 109-126

    چکیده

    سابقه و هدف

    کادمیوم یک فلز سنگین است که اثر مخرب زیادی بر کیفیت محصول دارد. افزون بر آن یک فلز بسیار متحرک در خاک و محیط زیست می باشد و گیاهان می توانند به آسانی کادمیوم را جذب و آن را به بخش های هوایی خود منتقل کنند. با توجه به افزایش مناطق آلوده در کشور و وجود زمین های کشاورزی زیر کشت گیاهان علوفه ای مختلف و مصرف این محصولات علوفه ای در بخش دام موجب شد تا این پژوهش با هدف بررسی تاثیر مایه زنی قارچ های مایکوریز و باکتری رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی بر عملکرد و غلظت عناصر غذایی پرمصرف و کادمیوم در گیاه شبدر برسیم تحت تنش کادمیوم اجرا گردد. 

    مواد و روش ها:

    به منظور بررسی تاثیر مایه زنی قارچ های مایکوریز و رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی بر عملکرد و غلظت عناصر غذایی پرمصرف و کادمیوم در گیاه شبدر برسیم تحت تنش کادمیوم یک آزمایش با 40 تیمار و در 3 تکرار به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی اجرا شد. تیمارهای آزمایش شامل 5 سطح مختلف آلودگی خاک به کادمیوم (صفر، 10، 25، 50 و 100 میلی گرم بر کیلوگرم) و 8 سطح مایه زنی (مایه زنی جدا و مشترک با فانلی فورمیس موسه آ، ریزوفاگوس ایریگولاریس و رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی) بودند.

     یافته ها:

    نتایج نشان داد که تاثیر کادمیوم بر وزن خشک، غلظت عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسیم و کادمیوم بخش هوایی و ریشه گیاه معنی-دار (سطح احتمال 5 و 1 درصد) بود. با افزایش غلظت کادمیوم در خاک، وزن خشک بخش هوایی و ریشه و همچنین غلظت عناصر غذایی پرمصرف گیاه نسبت به تیمار شاهد (تیمار صفر کادمیوم) کاهش یافتند. بیشترین وزن خشک بخش هوایی و ریشه و غلظت عناصر غذایی نیتروژن، فسفر و پتاسیم در اثر مایه زنی مشترک با فانلی فورمیس موسه آ + رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی (MT) و تیمار صفر کادمیوم (Cd0) به دست آمدند (جدول 3). همچنین کمترین وزن خشک بخش هوایی و ریشه و غلظت عناصر غذایی پرمصرف در تیمار Cd100 و بدون مایه زنی (WI) اندازه گیری شدند. آلودگی خاک به کادمیوم موجب کاهش 94/66 و 11/71 درصدی وزن خشک بخش هوایی و ریشه گردید. کمترین غلظت کادمیوم بخش هوایی و ریشه در اثر مایه زنی مشترک با فانلی فورمیس موسه آ + رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی و تیمار صفر کادمیوم (Cd0) به ترتیب میزان 0012/0 و 0046/0 میلی گرم بر کیلوگرم به دست آمدند. همچنین بیشترین غلظت کادمیوم بخش هوایی و ریشه در تیمار Cd100 و بدون مایه زنی به ترتیب به میزان 25/11 و 80/17 میلی گرم بر کیلوگرم اندازه گیری شدند. نتایج مقایسه میانگین داده ها نشان داد که غلظت کادمیوم در ریشه بالاتر از بخش هوایی است و غلظت کادمیوم ریشه در تیمار Cd100 و بدون مایه زنی 80/36 درصد بیشتر از غلظت کادمیوم بخش هوایی بود.

     نتیجه گیری:

     بر اساس نتایج به دست آمده از این پژوهش مشاهده گردید که با افزایش سطح آلودگی در خاک از رشد گیاه کاسته شده و غلظت عناصر غذایی پرمصرف در بخش هوایی و ریشه نیز کاهش یافت. مایه زنی خاک با مخلوط قارچ ها و باکتری توانست اثر سوء آلودگی خاک به کادمیوم را بر رشد گیاه شبدر کاهش دهد. همچنین مایه زنی جداگانه قارچ های مایکوریز نیز نسبت به تیمار بدون مایه زنی باعث کاهش غلظت کادمیوم در بخش هوایی و ریشه شد ولی استفاده هم زمان از قارچ های مایکوریز و باکتری رایزوبیوم تاثیر بیشتری در کاهش غلظت کادمیوم بخش هوایی و ریشه گیاه داشت. با توجه به نتایج این مطالعه می توان در خاک های آلوده برای کاهش اثر سوء کادمیوم و افزایش عملکرد گیاه شبدر از مایه زنی مشترک فانلی فورمیس موسه آ + رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: آلودگی خاک، رایزوبیوم لگومینوزاروم تریفولی، فانلی فورمیس موسه آ، ریزوفاگوس ایریگولاریس، فلز سنگین
  • ندا مرادی*، اکبر کریمی صفحات 127-144
    پیشینه و هدف

    انباشتگی فلزهای سنگین در سال های گذشته بسته به کارکرد مردم روبه افزایش است. ریزجانداران خپیشینه و هدف انباشتگی فلزهای سنگین در سال های گذشته بسته به کارکرد مردم روبه افزایش است. ریزجانداران خاک از بخش های مهم خاک بوده که کارکرد آنها وابسته به زهری بودن فلزهای سنگین مانند کادمیوم است. فراسنجه های میکروبی می توانند برای ارزیابی کیفیت خاک های آلوده بکار روند. زغال زیستی همانند یک بهساز خاک می تواند با نشان بر زیست فراهمی فلزهای سنگین در خاک های آلوده، آسیب رسیدن آنها به زنجیره خوراکی مردم را کاهش دهد. هدف از این پژوهش بررسی نشان زغال زیستی و زغال زیستی بهسازی شده ذرت بر فراهمی کادمیوم و دگرش ویژگی های زیستی یک خاک آلوده به کادمیوم بود.

    مواد و روش ها:

    یک نمونه خاک رویین از لایه 20-0 سانتی متری نمونه برداری شد، سپس با غلظت های گوناگون کادمیوم (Cd(NO3)2) آلوده شد. خاک آلوده برای پنج ماه در تناوب های تر و خشک شدن گذاشته شد. زغال های زیستی مانده های ذرت (BC) و مانده های ذرت بهسازی شده با کلرید آهن (Fe-BC) در دمای 500 درجه سلسیوس آماده شدند و در اندازه 2 درصد وزنی با نمونه خاک آمیخته شدند. نمونه ها برای 90 روز در ظرف های پلاستیکی منفذدار، در انکوباتور و در دمای ثابت (2±25)، نگه داری شدند. در پایان آزمایش برخی ویژگی های شیمیایی خاک، غلظت فراهم کادمیوم و برخی ویژگی های زیستی خاک مانند تنفس میکروبی، تنفس برانگیخته با سوبسترا و کربن زیست توده میکروبی اندازه گیری شدند و بهره متابولیک (qCO2) تعیین شد. این پژوهش به گونه آزمایش فاکتوریل، با دو فاکتور: آلودگی کادمیوم در سه اندازه صفر، 15 و 30 میلی گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک) و چگونگی زغال زیستی در سه تیمار بدون کاربرد زغال زیستی یا گواه آزمایش (CK)، زغال زیستی مانده های ذرت (BC) و زغال زیستی مانده های ذرت بهسازی شده با کلرید آهن (Fe-BC)، در چهارچوب طرح کاملا تصادفی، در سه تکرار و در دمای آزمایشگاهی انجام شد.

    یافته ها:

    این پژوهش نشان داد که افزودن زغال زیستی و زغال زیستی بهسازی شده مایه افزایش pH خاک (به ترتیب 19/0 و 21/0 واحد)، گنجایش تبادل کاتیونی (7/6 و 9/10 درصد) و کربن آلی خاک (157 و 200 درصد) و کاهش غلظت فراهم کادمیوم در خاک (8/21 تا 5/41 درصد) شد. روی هم رفته، آلودگی کادمیوم در خاک مایه کاهش معنی دار (05/0<P) ویژگی های زیستی خاک شد. کاربرد زغال زیستی و زغال زیستی بهسازی شده تنفس میکروبی پایه (%7/58-7/24)، تنفس برانگیخته با سوبسترا (%5/42-8/16)، کربن زیست توده میکروبی (%6/58-5/24) و کارکرد آنزیم دهیدروژناز (%108-2/28) را به گونه معنی داری (05/0<P) افزایش داد. نشان تیمار Fe-BC بر دگرش فراهمی کادمیوم و ویژگی های زیستی خاک بیش تر از نشان تیمار BC بود. 

    نتیجه گیری:

    روی هم رفته، یافته های این پژوهش نشان داد که زغال زیستی ذرت بهسازی شده با کلرید آهن می تواند بهساز آلی شایسته ای برای تثبیت کادمیوم در خاک و بهبود کارکرد میکروبی در خاک های آهکی آلوده به کادمیوم باشد.

    کلیدواژگان: آلودگی کادمیوم، جاذب آلی، زیست توده میکروبی، بهسازی زغال زیستی، کارکرد دهیدروژناز
  • فاطمه مسکینی ویشکایی*، ناصر دواتگر صفحات 145-158
    سابقه و هدف

    کیفیت فیزیکی خاک، نقشی اساسی در مطالعات کیفیت خاک دارد و بررسی آن برای تولید پایدار اقتصادی، حفظ محیط زیست و جلوگیری از تخریب خاک، ضروری به نظر می رسد. در تعیین شاخص های کیفیت فیزیکی خاک و محدوده ی بهینه آن ها می بایست شرایط خاص کاربری اراضی و نوع گیاه کشت شده نیز در نظر گرفته شود. در اراضی شالیزاری برخلاف دیگر کاربری ها، با اضافه کردن آب به خاک و گلخراب کردن بسیاری از ویژگی ها و رفتارهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژی خاک تغییر می کند، از این رو انتظار بر این است که محدودیت های آن نیز با دیگر خاک ها متفاوت باشد. لذا این پژوهش با هدف بازنگری تعریف شاخص آب قابل استفاده خاک در ارزیابی کیفیت فیزیکی خاک براساس شرایط خاص گیاه برنج و عملیات آماده سازی اراضی شالیزاری انجام شد. 

    مواد و روش ها:

     40 نمونه خاک سطحی از اراضی شالیزاری استان گیلان انتخاب و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک اندازه گیری شد. علاوه بر شاخص S دکستر، شاخص آب قابل استفاده گیاه (PAW) به سه روش مختلف 1) بافرض رطوبت ظرفیت مزرعه ای در مکش 100 سانتی متر به عنوان حد بالای قابلیت دسترسی آب خاک (PAW100) 2) با فرض رطوبت ظرفیت مزرعه ای در مکش 330 سانتی متر (PAW330) و 3) بازتعریف شاخص PAW با استفاده از رطوبت اشباع و رطوبت در مکش 2000 سانتی متر به ترتیب به عنوان حد بالا و پایین آب قابل استفاده گیاه برنج (PAWrice) محاسبه شد.

     یافته ها:

    نتایج نشان داد که با فرض رطوبت ظرفیت مزرعه ای در مکش 100 و 330 سانتی متر به ترتیب 65 و 55 درصد نمونه های خاک دارای کیفیت فیزیکی مناسبی بودند. در حالی که بازنگری شاخص PAW در اراضی شالیزاری (محاسبه شاخص با استفاده از روش سوم، PAWrice) موید کیفیت فیزیکی خوب تا عالی در 5/57 درصد از نمونه های مورد مطالعه بود. در نمونه های مورد مطالعه، استفاده از PAW100 مقدار آب قابل استفاده خاک را در تمامی کلاس های بافت خاک بیش از مقدار واقعی برآورد نمود. درحالی که استفاده از مفهوم PAW330 موجب بیش برآورد آب قابل استفاده خاک در کلاس های بافت خاک متوسط (شامل بافت های لوم سیلتی و لوم رسی سیلتی) گردید. اما، با سنگین تر شدن بافت خاک، مقدار آب قابل استفاده خاک را کمتر از مقدار واقعی برآورد نمود. تغییرات میانگین شاخص S دکستر و PAWrice در کلاس های بافت خاک مورد مطالعه با روند مشابه و به صورت بافت خاک لوم سیلتی  بافت رس سیلتی  بافت لوم رسی سیلتی  بافت لوم رسی  بافت رسی مشاهده شد. بایستی به این نکته نیز توجه نمود علی رغم بازنگری در تعریف شاخص آب قابل استفاده خاک در اراضی شالیزاری مقدار شاخص S دکستر در محدوده مطلوب شاخص مذکور در خاک های مورد مطالعه بیش از 035/0 به دست آمد.

     نتیجه گیری:

     تفاوت در محدوده قابلیت دسترسی آب خاک در اراضی شالیزاری و اثر آن بر عملکرد گیاه برنج موید لزوم بازنگری در تعریف شاخص آب قابل استفاده خاک در اراضی شالیزاری بود. علاوه بر این، علی رغم بازنگری شاخص آب قابل استفاده خاک در اراضی شالیزاری، نتایج نشان داد که احتمالا حد آستانه 035/0 برای شاخص S دکستر برای ارزیابی کیفیت فیزیکی خوب خاک از لحاظ قابلیت دسترسی آب خاک برای گیاه در اراضی شالیزاری مناسب است.

    کلیدواژگان: برنج، رطوبت ظرفیت مزرعه ای، شاخص S دکستر
  • رضا اسماعیل نژاد، کامران زینال زاده* صفحات 159-172
    سابقه و هدف

    در دهه های اخیر، دریاچه ارومیه با کاهش قابل توجهی در سطح آب مواجه شده است. با ادامه این شرایط، دریاچه بطور کامل خشک و یک مسئله مهم زیست محیطی در منطقه خواهد شد. عوامل انسانی مانند تغییر کاربری اراضی، یکی از مهم ترین عوامل در شکل گیری و تشدید این بحران است. از طرفی، برای مدیریت بهینه آب و خاک و تولید پایدار در حوضه آبریز، شناخت دقیق از تغییرات کاربری و توسعه اراضی کشاورزی ضرورت دارد. هدف اصلی این تحقیق، بررسی تغییرات زمانی کاربری اراضی در یک بازه ی زمانی 26 ساله، در زیرحوضه نازلوچای یکی از زیرحوضه های مهم حوضه آبریز دریاچه ارومیه می باشد. برای این منظور، تصاویر ماهواره ای، ابزارهای GIS و داده های زمینی برای تشخیص و تحلیل تغییرات مورد استفاده قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    در این مطالعه، از تصاویر ماهواره ی لندست در سال های 1371، 1392 و 1397 استفاده شد. اولین سال، پیش از شروع دوره کاهش سطح آب دریاچه، سال 1371 انتخاب شد. با توجه به اینکه سال 1392، شروع جدی تر فعالیت ها برای احیاء دریاچه ارومیه و سیاست های ممنوعیت توسعه کشاورزی و تغییر کاربری اراضی در این حوضه می باشد، سال مذکور به عنوان دومین سال انتخاب گردید. سومین سال نیز سال 1397 (5 سال بعد از شروع جدی تر سیاست های بازدارنده توسعه) برای ارزیابی آخرین وضعیت کاربری اراضی انتخاب شد. با انجام پیش پردازش های لازم و طبقه بندی با روش حداکثر احتمال (نظارت شده)، نقشه های کاربری اراضی در نرم افزارEnvi نسخه 3/5 بدست آمدند. 

    یافته ها:

    بررسی نقشه های کاربری اراضی نشان می دهد در طول21 سال (از 1371 تا 1392) دیمزار 18049 هکتار ، باغات 3997 هکتار، زراعت آبی 1559 هکتار، سنگزار 11048 هکتار و شوره زار 639 هکتار افزایش یافته اند. درحالیکه، مراتع حدود 38001 هکتار کاهش پیدا کرده اند. همچنین، تغییرات کاربری در طول 5 سال اخیر (از 1392 تا 1397)، با بیشترین افزایش در باغات (حدود 7143 هکتار) و سپس در دیمزارها (حدود 5444 هکتار) روبه رو شده است. در مقابل، کاهش در مراتع (حدود 2725 هکتار) ، سنگزار (حدود 4902 هکتار) و زراعت آبی (حدود 5417 هکتار) مشاهده می شود.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که در طول 26 سال، تغییرات کاربری اراضی زیادی در زیرحوضه مورد مطالعه اتفاق افتاده است. در 5 سال اخیر نیز، علی رغم توجه بیشتر برای جلوگیری از توسعه اراضی کشاورزی، ضمن ادامه این روند افزایشی، تغییر اراضی زراعی به باغات، بیشترین تغییرات را در منطقه مورد مطالعه (در حدود 50 درصد) داشته است. این افزایش قابل تامل در توسعه باغات پس از سال 1392، بیانگر ضرورت تجدید نظر در مدیریت آب و خاک حوضه و توجه به عوامل موثری مانند مدیریت یکپارچه منابع آب و خاک حوضه-های آبریز و موضوعات اجتماعی و اقتصادی می باشد.

    کلیدواژگان: کاربری اراضی، سنجش ازدور، توسعه کشاورزی، دریاچه ارومیه، آذربایجان غربی
|
  • Somayeh Hamidi Nehrani, MohammadSadegh Askari *, Saeed Saadat, MohammadAmir Delavar, Mehdi Taheri Pages 1-24
    Background and Objectives

    Soil quality plays an important role in the link between high production and sustainability of land resources and can affect the quality of air, water and environment. Assessing the impact of management practices under agricultural land uses on soil quality is one of the necessary processes to achieve sustainable soil management in agricultural ecosystems. Therefore, this research was carried out with the aim of investigating the effects of conventional agricultural management systems on soil quality in Zanjan province.

    Materials and Methods

    154 soil samples were collected from 77 farms in Zanjan province (27 sites in irrigated and 50 sites in rainfed) at 0-30 and 30-60 cm depths. Considering the main threats which are associated with soil in Zanjan province, 30 soil physical, chemical and biological properties were measured and evaluated as the soil quality indicators. Additive soil quality index was determined by integrating soil quality indicators. Statistical parameters were applied to compare conventional management approaches in irrigated and rain-fed land uses on soil quality.

    Results

    Under rainfed land use, at 0-30 cm depth, the aggregate stability and saturated hydraulic conductivity were decreased 49.49% and 22.04% respectively compared to the irrigated land use. Soil bulk density in irrigated land use was 3.68% lower than rainfed land use. Organic carbon, microbial biomass carbon, soil respiration and carbon and nitrogen stock index were higher under irrigated than rainfed land use. Under rainfed land use, soil organic carbon was decreased 33.87% and 31.43%, at 0-30 cm and 30-60 cm depth respectively, compared to the irrigated land use. The electrical conductivity at 0-30 cm depth was 50.46% lower than irrigated land use. Under rainfed land use, available zinc was decreased 66.54% and 63.43%, at 0-30 cm and 30-60 cm depth respectively, compared to the irrigated land use. The metabolic quotient in rainfed land use was higher than the irrigated land use and was identified as an indicator of soil degradation in this study. The metabolic quotient was reduced in irrigated land use by 40% and 33.33% at 0-30 and 30-60 cm depth respectively, compared to the rainfed land use. A significant positive correlation was found between organic carbon and soil physical properties including aggregate stability and saturated hydraulic conductivity and soil biological properties including microbial biomass carbon and soil respiration. The additive soil quality index at 0-30 cm depth, was significantly higher in irrigated land use (0.64) than rainfed land use (0.55).

    Conclusion

    The results showed that in terms of soil productivity and quality, irrigated management has better conditions than rainfed management. However, higher soil electrical conductivity in irrigated land use indicates the necessity of better chemical fertilizer management and assessing water quality used for irrigating lands in Zanjan province. Soil organic carbon was identified as the most important indicator that influenced the quality of studied soils. Using efficient management approaches including conservational tillage, operating appropriate crop rotation and application of equivalent chemical and organic fertilizers which result in increasing soil organic material are essential for both land uses, particularly under rainfed farming.

    Keywords: soil physical quality, soil biological quality, agricultural land use, Soil management
  • Jamal Sheikhi, Hossein Mirseyed Hosseini *, Hassan Etessami, Aziz Majidi Pages 25-46
    Background and Objectives

    Low nitrogen use efficiency (NUE) is a global problem in crop production, and agriculture of Iran is not exempt in this regard. Nitrogen (N) fertilizers as a source of nitrogen can be very effective in water, soil and air environmental pollution. Nitrification is a key process in agricultural ecosystems since it results in changes of ammonium to nitrate and eventually loss of considerable amounts of soil nitrogen through leaching and denitrification. The application of nitrification inhibitors (NI) together with nitrogen fertilizers is a strategy to reduce N losses. Thus, the objective of this study were to evaluate the effect of inhibitor 3,4-Dimethylpyrazole phosphate (DMPP) on nitrification rates and nitrification inhibition percentage in some soils of Iran containing representing differences in organic matter content and texture.

    Materials and Methods

    An incubation experiment was conducted to evaluate the effect of DMPP on nitrate and ammonium concentration changes in different times and abundance of ammonium (AOB) and nitrite (NOB) oxidizer bacteria in five soils with different texture and organic carbon (O.C). The treatments of experiment included NI at three levels (without N and NI, 200 mg/kg N as ammonium sulfate without NI, and 200 mg/kg N as ammonium sulfate containing 0.8 % NI), five soil types (sandy loam 1 with 0.58% O.C, sandy loam 2 with 0.3% O.C, loam with 0.73% O.C, clay loam with 0.87% O.C, clay with 1.47% O.C), and five sampling times (0, 14, 28, 42, and 56 day).

    Results

    The results showed that application of N containing DMPP compared to N without DMPP in all soils had significant effect (P<0.001) on reducing nitrification, which was reduced 44.7% on average. DMPP efficiency on nitrification inhibition in experimented soils had significant difference, indicating that nitrification occurs rapidly in soils containing more clay and O.C compared to soils with more sand and low O.C. Nitrification inhibition percentage after 56 day incubation in SL1, SL2, and L were 57%, 46%, and 12%, but in two other soils were about zero. Also there were a positive significant correlation between abundance of AOB and NOB with nitrate concentration (r = 0.6), O.C content (r = 0.9), and total soil N (r = 0.9).

    Conclusions

    soil nitrification rate are different under influence of factors like soil textural properties and soil O.C content, and DMPP efficiency had inverse relationship with some soil properties including clay%, O.C content, and nitrifier bacterial population. Further these properties can be used in predicting the short term effects of inhibitors.

    Keywords: nitrification inhibition, nitrifier bacterial, Soil organic carbon, fertilizer efficiency
  • Zahra Rasaei *, Jahangard Mohammadi, Abdolmohammad Mehnatkesh, Shahrokh Fatehi Pages 47-68
    Background and objectives

    Soils play an important role in environmental issues and sustainable management and development programs. Then there is a growing need for the preparation of soil maps with high reliability and accuracy. Taking into account the decreasing the chance of conducting new soil surveys due to the limitation of resources, legacy soil data have been receiving a great deal of attention. These data, which carry important information about the state and properties of soil over time and place, can create a perspective for better management of different resources. Considering these issues and also the dependence of better soil management on this legacy information and the importance of using it in environmental management, serious efforts should be made to maintain and reuse these legacy soil data. Then performing some preprocesses in order to maintain and renew this information is obviously necessary, in which rescue and renewal of soil legacy inventories are the most important ones. These preprocess have to be performed before any reusing of them. In spite of global efforts in this regard, no important effort has been made to renew this valuable information so far. However, it has a good history of soil science and is full of legacy soil information inherited from pioneer soil scientists. Therefore, this study aims at rescue, renewal and evaluate available legacy soil surveys as prerequisite processes for reusing them in the framework of digital mapping.

    Materials and methods

    The 10480 km2 study area is located in the border of Isfahan and Chaharmahal-va-Bakhtiari provinces. Due to the existence of Zayandehrud river in this region, it has been surveyed a lot so far. However, because of the lack of access to all these studies, three legacy soil studies covering the whole study area were selected and examined. After recording of the information of these studies in computer and georeferencing the maps, the boundaries of soil map units were digitized. The quality of the maps was afterward evaluated according to the Cornell adequacy criteria. The spatial accuracy of soil map units was then checked and their probable dislocation was finally corrected using available axillary maps and information. Also, the weighted Tau index and overall accuracy were calculated to quantitatively evaluate the quality of the maps.

    Results

    The information of selected legacy soil maps and profile was successfully recorded in computer in order to keep them from destruction, and a table filled with the information of their soil profiles. The results indicate that the georeferencing of soil maps was done with relatively good quality. The results of quality and efficiency of soil map units’ assessment showed that the map scale is larger than the scale provided on the maps, however, the map legends provide enough information to the users of the map. The investigation of the boundary displacement of the map units showed that the maps had a high-level of spatial accuracy. The results of statistical evaluation of soil map units’ accuracy showed that in all studies as well as their total, the weighted overall accuracy and Tau index of the map at all levels of classification is more than 70% and 50%, respectively, which indicates a good accuracy of the maps.

    Conclusion

    Despite the public belief about the quality of legacy soil maps, the results of this study indicate well that the studied legacy soil maps have a good quality in terms of their general characteristics. It is also proved that the legacy information and maps can be used with a good degree of confidence in the digital mapping process. Thus, the cost of new soil studies can be saved using this legacy information.

    Keywords: Legacy soil inventories, Cornell adequacy criteria, weighted Tau index, weighted overall accuracy, conventional soil mapping
  • Bijan Azad *, Sayed Fakhreddin Afzali Pages 69-87
    Background and Objectives

    Most studies have reported a strong relationship between water erosion and soil organic carbon (SOC) losses, so that carbon displacement caused by water erosion stated as an important factor affecting the concentration of CO2 in the atmosphere. Therefore, understanding water erosion processes effect on SOC within an ecosystem is essential. Since evaluating the impacts of water erosion on SOC stock dynamic in long-term is difficult without modeling tool, studying of SOC dynamic through use of simulation models in combination with measured data is recommended. Considering that rangelands of Iran have taken a large part of the country, modeling the effect of water erosion on SOC dynamics in rangelands can provide appropriate management solutions for related organizations. The SOC modeling has not been conducted under the influence of water erosion, and this study could be basis for the future of SOC modeling. Therefore, the present study aims to: 1) improve the validation of the Century model as the most widely used model in the soil carbon studies, by using the output of three water erosion models of GLEAMS, WEPP, and ANSWERS, and 2) simulating the SOC stock dynamic under the influence of two erosion scenarios in the semi-arid rangelands of Bajgah.

    Materials and Methods

    To conduct this research, 60 soil samples were taken by randomized sampling methodfrom a depth of 0-20 cm of soil in the semi-arid rangelands of Bajgah. To determine the soil bulk density, two cylinders were collected beside each soil puddle (120 samples). After determining the volume of vegetation sampling (number of plots); aboveground biomass, litter and belowground biomass were collected in 17 plots then transferred to the laboratory. Parameterization and calibrating the Century model was performed by using 43 years of weather data, site specific data, as well as physiological and ecological parameters of rangeland. Then, the long-term average of water erosion rate simulated by WEPP, GLEAMS and ANSWERS erosion models entered as input in the Century model. Finally, a water erosion model, that its simulated erosion rate improves the validation results of the Century model, was selected then illustrated the effect of two water erosion scenarios on the changes of SOC stock for two periods of grazing management including period of nationalization of rangelands with moderate grazing management.

    Results

    The simulation results showed that use of the GLEAMS model output made the Century model more accurately predict SOC stock. Therefore, the GLEAMS erosion model output was used for simulate the SOC stock variations under the influence of water erosion. The simulation results of the Century model showed that the SOC stock in the Bajgah rangelands during the II period with moderate grazing management, decreased from 3496 to 3260.93 (g cm-2) and 3496 to 3243.90 (g cm-2) in the no-erosion and erosion scenarios, respectively and there was no significant difference between them (p<0.05). Also during the III period with no grazing management, SOC stock decreased from 3245.30 to 3356.04 (g cm-2) and 3227.37 to 3350.42 (g cm-2) in the no-erosion and erosion scenarios, respectively and there was no significant difference between them (p <0.05). Generally, water erosion decreased the SOC stock in the semi-arid rangelands of Bajgah compared with the non-erosion scenario by 0.52% and 0.16% in the end of periods II and III, respectively. The erosion resulted in a slight reduction in SOC stock in the semi-arid rangelands of Bajgah compared to the non-erosion scenario. Based on the results of this study, it can be state that the role of grazing management than the erosion in the changes and losses of SOC stock was more evident in the semi-arid rangelands of Bajgah.

    Keywords: Global Warming, carbon sequestration, Soil Organic Carbon Stock, Soil Carbon Modeling, Water Erosion Models
  • Majid Forouhar, Reza Khorassani *, Amir Fotovat, Hossein Shariatmadari, Kazem Khawazi Pages 89-107
    Background and objectives

    Today, the use of biochar in the sustainable management of soil fertility, has been drawing the attention of the scientists as a multi-purpose and environmentally friendly strategic idea. There are several scientific reports implying the outstanding positive effect of biochar on soil fertility and plant growth. On the contrary, some inconsistent reports have mentioned negative or no effect of biochar. Therefore, it is necessary to investigate the effect of any biochar on the soil and plant before any widespread use of any kind. In the present study, the effect of three different biochar and their raw materials on potassium availability and corn growth was studied.

    Materials and methods

    The study was carried out as a two-part-experiment, including laboratory and greenhouse parts. In both parts of the study, treatments included the control (soil without any biochar or its feedstock), Municipal Waste Compost (MWC), Biochar of Municipal Waste Compost (BMWC), Sewage Sludge (SS), Biochar of Sewage Sludge (BSS), Cow Manure (CM), and Biochar of Cow Manure (BCW). In each study, application rates of treatments to the soil, were 1% w/w. In the laboratory part, the effects of the treatments on available-K and parameters of Quantity/Intensity (Q/I) ratio of potassium were investigated. Also the effects of the treatments on plant growth, K-concentration and K-content of corn were investigated in the greenhouse part.

    Results

    The CM and its biochar, highly increased the available-K by highly increasing the potassium-Q/I parameters compared to the control. While the SS and its biochar lightly increased the available-K by lightly increasing the potassium-Q/I parameters. The CMW and its biochar, intermediately increased the available-K by intermediately increasing the potassium-Q/I parameters compared to the control. Treatments could improve could improve the growth, k-concentration and k-content of corn compared to the control, excepting of MWC in the case of the plant growth, and SS and BSS in the case of k-concentration. Totally, the descending order of treatments in terms of increasing K-availability was as the follows: 1-BCM, 2- CM, 3-BMWC, 4-MWC, 5-SS and BSS, 6-control. The descending order of treatments in improving plant growth conditions and increasing dry weight of the plant was as the follows: 1-CM, 2-BSS and SS, 3- BMWC, 4- BCM, 5- Control and MWC.

    Conclusion

    Considering the superiority of BMWC to MWC, in terms of affecting on K- availability and plant dry weight, BMWC can be preferred to MWC. Considering the superiority of BCM to CM in terms of the effect on K-availability, K- concentration and content of plant compared to the control, meanwhile its decreasing effect on plant growth compared to CM, it seems that some considerations such as salinity and nutritional balance must be carefully considered and managed in the case of BCM application. Despite the similarity of BSS and SS in terms of increasing plant growth, BSS application can be preferred to SS because of the more value of PBCK, and consequently, the more continuously K-supply.

    Keywords: Organic amendments, Cow manure, Municipal waste compost
  • Laila Qasemi Far, Ahmad Golchin *, Fatemeh Rakhsh Pages 109-126
    Background and objectives

    Cadmium is a very mobile element in soil that is absorbed by plant roots and translocation of cadmium from root to shoot deteriorates crop quality. It enters the food chains of humans and animals easily and is a potential threat to human health. The increase of contaminated areas in the country and the existence of farms under cultivation of various forages and the use of these forage products in the animal feed led to this study was carried out with the aim of investigating the effects of arbuscular mycorrhizal fungi and Rhizobium leguminosarum bv. trifolii on the yield of berseem clover (Trifolium alexandrium) under cadmium stress.

    Materials and methods

    A factorial experiment was conducted in the greenhouse of Faculty of Agriculture, University of Zanjan, using a completely randomized design with three replications. In this experiment, the effects of different levels of soil cadmium (0, 5, 10, 25 and 50 mg/kg) and soil inoculation (without inoculation and inoculation with Funneliformis mosseae, Rhizophagus irregularis, Funneliformis mosseae + Rhizobium leguminosarum bv. trifolii, Rhizophagus irregularis + Rhizobium leguminosarum bv. trifolii, Rhizobium leguminosarum bv. trifolii, Funneliformis mosseae + Rhizophagus irregularis and Funneliformis mosseae + Rhizophagus irregularis + Rhizobium leguminosarum bv. trifolii) on growth of berseem clover (Trifolium alexandrium) were assessed.

    Results

    The results of this study showed a significant effect (1% and 5% probability level) due to soil cadmium levels on dry weights and N, P, K and Cd concentrations of aerial parts and roots of berseem clover. The dry weights and N, P and K concentrations of aerial parts and roots of berseem clover decreased as the levels of soil Cd increased. The highest dry weights of aerial parts and roots, N, P and K concentrations were measured in treatment co-inoculated with Funneliformis mosseae and Rhizobium leguminosarum bv. Trifolii and without Cadmium. Also, the lowest dry weights of aerial parts and roots and macronutrient concentrations were observed in treatment 100 mg Cd/kg and without inoculation with microorganism. Soil contamination with Cd decreased the dry weight of aerial parts and roots by 66.49 and 71.11%, respectively. the highest Cd concentrations in aerial parts and roots were measured 11.25 and 17.80 mg/kg in treatment 100 mg Cd/kg and without inoculation with microorganism and the lowest Cd concentrations in aerial parts and roots were 0.0012 and 0.0046 mg/kg in treatment co-inoculated with Funneliformis mosseae and Rhizobium leguminosarum bv. Trifolii and without Cadmium. The results of the mean comparison of data showed that the Cd concentration in the roots was higher than the aerial parts, and in treatment 100 mg Cd/kg without inoculation with microorganism, Cd concentration of roots was 36.8% higher than the Cd concentration in aerial parts.

    Conclusion

    Based on the results obtained from this study with the increase in Cd levels of soil, the dry weights and N, P and K concentrations of aerial parts and roots of berseem clover decreased. Soil inoculation with mixture of fungi and bacteria reduced the effect of Cd stress on the growth of clover. Also, the separate inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi also reduced the concentration of Cd in the aerial parts and roots. According to the results of this study, in contaminated soils can be used co-inoculated with Funneliformis mosseae and Rhizobium leguminosarum bv. Trifolii to reduce the Cd concentration and increase the yield of plants.

    Keywords: Heavy metal, Rhizophagus irregularis, Funneliformis mosseae, Rhizobium leguminosarum bv. trifolii, Soil pollution
  • Neda Moradi *, Akbar Karimi Pages 127-144
    Background and Objectives

    In the past few decades, accumulation of heavy metals in soils has increased as a result of human activities. Microorganisms are one of the important parts of soil, that their activity can be affected by the high levels of heavy metals such as Cadmium (Cd). Soil biological parameters can be used for evaluating the quality of contaminated soils. Biochar as a soil amendment can control bioavailability of heavy metals in contaminated soils and reduce their transfer risk to the food chain. The objective of this study was to evaluate the effect of corn stover biochar and modified- corn stover biochar on cadmium (Cd) availability and microbiological properties of a Cd-contaminated soil.

    Materials and Methods

    A soil sample was collected from the surface layer (0-20 cm) and spiked with different concentrations of Cd (Cd(NO3)2). The contaminated soil was placed in periodic wetting-drying (WD) cycles for about five months in room temperature. Then, corn stover biochar (BC) and modified corn stover biochar with FeCl2 (Fe-BC) were prepared at 500°C and mixed with the Cd-contaminated soil at 2% (w/w). The soil samples were incubated for 90 days. At the end of incubation period, Cd availability and some of microbiological properties of soil including soil microbial respiration (BR), substrate induced respiration (SIR), microbial biomass carbon (MBC) and dehydrogenase activity were measured and metabolic quotient (qCO2) were determined. This study was carried out as a factorial experiment based on a randomized complete design with two factors including Cd contamination (0, 15 and 30 mg Cd kg-1 soil) and biochar type (control (CK), corn stover biochar (BC) and modified-corn stover biochar (Fe-BC)) in three replications under labratory condition.

    Results

    The results indicated that application of corn biochar and modified-corn biochar led to increase of soil pH (0.19 and 0.21 unit respectively), cation exchange capacity (6.7 and 10.9%), organic carbon (157 and 200%) and decrease of concentration of available Cd (21.8-41.5%) in the soil compared to the control. In general, soil Cd contamination led to a significant reduction in the soil microbiological properties. Application of corn stover biochar and modified-corn stover biochar significantly increased microbial respiration (24.7-58.7%), substrate-induced respiration (16.8-42.5%), microbial biomass carbon (24.5-58.6%) and dehydrogenase activity (28.8-108%). The effects of Fe-BC treatment on changes in Cd availability and soil biological properties were greater than BC treatment.

    Conclusion

    In general, results of this study indicated that FeCl2 modified-corn stover biochar can be suitable organic amendment for Cd stabilization and may improve soil microbial activities in calcareous Cd-contaminated soils.

    Keywords: Cd contamination, Organic adsorbents, Microbial Biomass, Biochar modification, dehydrogenase activity
  • Fatemeh Meskini Vishkaee *, Naser Davatgar Pages 145-158
    Background and Objectives

    Soil physical quality plays a major role in soil quality studies and it is considered necessary for sustainable economic production, conservation of the environment and prevention of soil degradation. To determine the soil physical quality indicators and their optimal range, the specific conditions of land use and type of cultivated plant should also be considered. Unlike other land uses in rice paddies, many soil physical, chemical and biological behavior and properties are altered by adding water to the soil and puddling. Hence, it is expected that its limitations will vary with other soils. Therefore, this study was conducted with the aim of reviewing the definition of soil available water index in assessing soil physical quality based on specific conditions of rice plant and land preparation operations.

    Materials and Methods

    40 soil samples were selected from rice paddies of Guilan province, and soil physical and chemical properties were measured. In addition to Dexter's S index, the soil available water index for plant (PAW) was calculated in three different ways including 1) by assumption of filed capacity at soil suction of 100 cm as upper limit of soil water availability (PAW100), 2) by assumption of filed capacity at soil suction of 330 cm (PAW330), and 3) Redefining of PAW using soil saturation moisture and soil moisture at a suction of 2000 cm as the upper and lower limits of soil available water indicator for rice, respectively (PAWrice).

    Results

    The results showed that assuming the moisture content of the field capacity at the soil suctions of 100 and 330 cm, 65 and 55 percent of the soil samples had a good physical quality, respectively. While redefining of the PAW indicator of rice paddies (PAWrice) confirmed a good to great soil physical quality in 57.5% of the studied samples. In the studied samples, the use of PAW100 overestimated the amount of soil available water in all soil texture classes. While the use of the PAW330 concept has led to an overestimation of the soil available water value in medium soil textural classes (i.e. silty loam and silty clay loam). However, as the soil texture becomes clayey, the estimated soil available water using PAW330 was less than actual value. The variation of the average values of Dexter S and PAWrice indicators in different soil texture classes was observed by the same trend and as silty loam > silty clay > silty clay loam > clay loam > clay. It should be noted that despite the redefining of the soil available water indicator in rice paddies, the value of Dexter's S index in its optimal range for studied soils was more than 0.035.

    Conclusion

    Difference in the range of soil water availability in rice paddy fields and its effect on rice yields confirmed the need to redefine soil available water indicator paddy fields. In addition, despite the redefining the soil available water indicator, the results indicated that the Threshold value of 0.035 for S index is probably suitable to evaluate soil good physical quality based on the soil water availability for plant in rice paddies.

    Keywords: Rice_Field capacity_Dexter's S index
  • Reza Esmaeilnezhad, Kamran Zeinalzadeh * Pages 159-172
    Background and objectives

    In recent decades, Urmia Lake has been faced with a significant reduction in the water level.With the continuation of these conditions, the lake will be completely dry and an important environmental issue in the region. Human factors such as land use change are one of the most important factors in the formation and intensification of this crisis. On the other hand, for the optimal management of water and soil and sustainable production in the catchment area, it is necessary to know the exact changes in land use and agricultural land development. The main purpose of this research is to investigate the temporal changes of land use in a 26-year period in the Nazlou Chai sub basin, one of the important sub basins of Urmia Lake catchment area. For this purpose, satellite imagery, GIS tools and land-based data were used to detect and analyze the changes.

    Materials and methods

    In this study, Landsat satellite images were used in 1992, 2013 and 2018. The first year, before the beginning of the lake water level reduction, was selected in 1992. Considering that 2013 is the beginning of more serious activities for the restoration of Urmia Lake and the policy of banning agricultural development and land use change in this catchment area, this year was selected as the second year. The third year was also selected in 2018 (5 years after the more serious start of development inhibitory policies) to assess the latest state of the land use. Using the necessary pre-processing and classification with the maximum likelihood (supervised) method, land use maps were obtained in Envi version 5.3.

    Results

    Investigating land use maps shows that during the 21 years (from 1992 to 2013), rainfed 18049 ha, orchards 3997ha, irrigated agriculture 1559ha, stone 11048ha, and salt 639ha have increased. While, the rangeland has decreased by 38001 ha. Also, changes in land use over the past 5 years (from 2013 to 2018) has been faced with the highest increase in orchards (about 7143ha), then, rainfed (about 5444 ha). By contrast, there is a decrease in rangeland (about 2725ha), stone (about 4902ha) and irrigated land (about 5417 ha).

    Conclusion

    The results showed that a lot of land use changes in the sub basin have occurred during 26 years. In the last 5 years, despite increasing attention to preventing the development of agricultural lands, while continuing this incremental trend, land use change in orchards has had the highest change in the study area (about 50%). This significant increase in the development of orchards after 2013 indicates the need for revision of water and soil management in the basin and attention to effective factors such as integrated management of water and soil resources in the catchment areas and socio-economic issues.

    Keywords: Land use, Remote sensing, Agricultural development, Urmia Lake, West Azerbaijan