فهرست مطالب

مدیریت خاک و تولید پایدار - سال دهم شماره 1 (بهار 1399)
  • سال دهم شماره 1 (بهار 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/03/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • صبیره گلشاهی، احمد غلامعلی زاده آهنگر*، نوشین میر، مریم قربانی صفحات 1-25
    سابقه و هدف

    اهمیت کشاورزی، با افزایش جمعیت، بیش از هر زمان دیگری برای تمامی جوامع بشری مشخص گردیده است. عنصر آهن یکی از عناصر کم مصرف ضروری برای رشد گیاهان می باشد. در پژوهش حاضر سعی بر آن شده که علاوه بر بررسی غلظت عناصر کم مصرف در ریشه و اندام هوایی گیاه سورگوم، به پایداری غشای پلاسمایی آن در برابر ورود عناصر به درون آن و مقاومت گیاه در برابر تنش وارده به غشای درونی گیاه که این تنش میزان سطوح آهن کاربردی می باشد، توجه گردد. هدف از انجام این پژوهش مقایسه نحوه مصرف منابع آهن و تاثیر متقابل آن با غلظت و نوع کود کاربردی بر غلظت عناصر غذایی کم مصرف و پایداری غشای پلاسمایی گیاه سورگوم می باشد.

    مواد و روش ها

    به منظور بررسی نحوه مصرف منابع آهن بر خصوصیات گیاه Sorghum Bicolor (L.) Moench (سورگوم رقم اسپیدفید)، آزمایشی در شرایط گلخانه به صورت طرح فاکتوریل در قالب کاملا تصادفی در سه تکرار اجرا شد. تیمارها شامل دو سطح آهن مصرف خاکی: 270/0، 405/0 میلی گرم آهن در کیلوگرم خاک و محلول پاشی: 25/0 و 5/0 گرم آهن در لیتر همراه با شاهد در دو مرحله) از پنج منبع کودی (کلات آهن ، سولفات آهن، نانوآهن سبز (حاوی 9% آهن)، کلات آهن پلیمری، سولفات آهن پلیمری  بود.

    یافته ها

    تجزیه واریانس داده ها نشان داد که اثرات متقابل سه گانه بر اکثر صفات و اثرات متقابل دوگانه بر مقدار مس ریشه در سطح احتمال 5% معنی دار شده اند. در مصرف خاکی 270/0 میلی گرم در کیلوگرم کلات آهن، درصد پایداری غشا پلاسمایی ریشه (06/5 برابر) و در سطح 405/0 میلی گرم در کیلوگرم، غلظت روی ریشه (99/6 برابر) در تیمار نانوآهن سبز افزایش معنی داری نسبت به شاهد یافته اند. در محلول پاشی منابع آهن در سطح 25/0 گرم در لیتر میزان کلروفیل کل (95/75%)، درصد پایداری غشا پلاسمایی برگ (33/6 برابر) و غلظت آهن در اندام هوایی (99/1 برابر) به ترتیب در تیمارهای کلات آهن پلیمری، نانوآهن سبز و سولفات آهن پلیمری افزایش معنی دار و روی اندام هوایی (05/75%) در تیمار کلات آهن کاهش معنی داری نشان دادند. در سطح 5/0 گرم در لیتر آهن، غلظت منگنز اندام هوایی (67/30%) و ریشه (46/37%) به ترتیب در تیمارهای کلات آهن پلیمری و کلات آهن کاهش معنی دار و غلظت آهن ریشه گیاه (86/47%) در تیمار سولفات آهن پلیمری افزایش معنی داری در مقایسه با شاهد نشان دادند. بیشترین غلظت مس ریشه در محلول پاشی نانوآهن سبز مشاهده شد.

    نتیجه گیری

    به طور کلی با توجه به نتایج، اثرات منابع آهن بر خصوصیات فیزیولوژیک گیاه سورگوم و درصد پایداری غشا پلاسمایی گیاه، مثبت ارزیابی شد و تاثیر مثبت محلول پاشی تمامی منابع آهن را بر صفات درصد پایداری غشا پلاسمایی ریشه و برگ، کلروفیل کل و غلظت آهن اندام هوایی و ریشه تایید می کند.

    کلیدواژگان: سولفات آهن پلیمری، سورگوم، کلات آهن، محلول پاشی
  • جواد عبدالهی قره کند*، ابراهیم سپهر، ولی فیضی اصل، میرحسن رسولی صدقیانی، عباس صمدی صفحات 27-46
    سابقه و هدف

    پویایی کربن خاک پس از برگرداندن بقایای گیاهی با ویژگی های کیفی متفاوت در خاک های مختلف، به طور متفاوت تحت تاثیر قرار می گیرد. یکی از راه های صحیح و عملی برای بهبود ماده آلی خاک، مدیریت صحیح استفاده از بقایای گیاهی محصولات کشاورزی است، به گونه ای که با برگرداندن این بقایا به خاک، متوسط سالانه ورودی کربن به خاک افزایش یافته و بخشی از کربن خروجی حاصل از تجزیه میکروبی جبران می گردد. از اینرو، هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر بقایای گیاهی مختلف بر سینتیک معدنی شدن کربن و میزان کربن آلی در خاک های مختلف اطراف دریاچه ارومیه بود.

    مواد و روش ها

    این تحقیق به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با فاکتورهای نوع خاک (آهکی، سدیمی و شور-سدیمی) و بقایای گیاهی (گندم، ذرت، آفتابگردان، ماشک و شبدر) به میزان 2 درصد، به همراه تیمار شاهد (خاک بدون بقایا) در سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی به مدت 10 هفته (70 روز) در دمای 1± 25 درجه سانتی گراد و با رطوبت 50 درصد ظرفیت زراعی انکوباسیون شدند. میزان خروج CO2 به صورت منظم هفته ای یکبار به مدت 10 هفته اندازه گیری شد و سپس پارامترهای معادله سینتیکی معدنی شدن کربن (شاخص C0 (ذخیره کل کربن قابل تجزیه) و kC0 (سرعت بالقوه اولیه معدنی شدن کربن)) محاسبه شد. در نهایت، درصد کربن آلی خاک ها بلافاصله بعد از اتمام آزمایش در تمامی تیمارها اندازه گیری شد.

    یافته ها

    نتایج تجزیه واریانس نشان داد، اثر نوع خاک و بقایای گیاهی بر معدنی شدن کربن در سطح احتمال 1 درصد معنی دار بود. یشترین خروج CO2 در هفته اول انکوباسیون اتفاق افتاد و سپس روند کاهشی را تا انتهای زمان انکوباسیون نشان داد. بیشترین مقادیر تجمعی کربن معدنی شده، مربوط به بقایای ماشک و شبدر در خاک آهکی بود. همچنین، همبستگی مثبت و معنی داری بین غلظت نیتروژن بقایا و کربن معدنی شده و همبستگی منفی بین کربن معدنی شده با نسبت C/N، lignin/N، cellulose/N، hemicellulose/N، cellulose+lignin/N و N/P مشاهده شد. شاخص C0K نسبت به C0، میزان معدنی شدن کربن را در خاک های مورد بررسی بخوبی توجیه نمود. با افزودن بقایای گیاهی به خاک، مقدار کربن آلی در هر سه نوع خاک به صورت گندم> ذرت> آفتابگردان> ماشک> شبدر افزایش یافت.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان داد که، بالا بودن کربن معدنی تجمعی در خاک آهکی در بین سه نوع خاک مورد مطالعه، نشان از تجزیه بیشتر بقایا در این خاک آهکی می باشد. بنابراین باید سالیانه با بازگشت بیشتر بقایا به این نوع خاک ها (خاک های آهکی) بخشی از کربن خروجی حاصل از تجزیه میکروبی جبران گردد. با توجه به اینکه هدف اصلی از کاربرد مواد آلی در خاکها، افزایش ماده آلی خاک می یاشد، نتایج این تحقیق نشان داد که بیشترین تاثیر را در افزایش کربن آلی در هر سه خاک (آهکی، سدیمی و شور-سدیمی) بقایای گندم و سپس ذرت با نسبت C/N بالا و کمترین نقش را شبدر و ماشک با کمترین C/N داشتند. این موضوع نشان دهنده این مطلب است که افزایش مقدار کربن آلی خاک با افزودن بقایای گیاهی بیشتر به کیفیت بقایای گیاهی (C/N، lignin/N، cellulose/N، hemicellulose/N، cellulose+lignin/N و N/P) بستگی دارد. بنابراین برای ترسیب کربن در این خاکها استفاده از بقایای گیاهی با C/N بالا توصیه می شود.

    کلیدواژگان: معدنی شدن کربن، بقایای گیاهی، CO2، نسبت C، N، خاک شور-سدیمی
  • احسان غجه پور، وحیدرضا جلالی، اعظم جعفری*، مجید محمود آبادی صفحات 47-64
    سابقه و هدف

    ویژگی های خاک دارای تغییرات مکانی و زمانی در مقیاس های کوچک و بزرگ می باشند. مطالعه این تغییرات، در سطح وسیع بسیار وقت گیر و هزینه بر است. به منظور تعیین سریع و قابل اعتماد ویژگی های خاک، تکنیک های درون یابی مختلفی توسعه و به کار گرفته شده است. از تکنیک های درون یابی که به طور گسترده در علوم مختلف به کار رفته است، می توان به انواع کریجینگ اشاره کرد. تابع مفصل، یکی از تکنیک های درون یابی جدیدی است که امروزه در علومی مانند هیدرولوژی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در پژوهش حاضر سعی شده است تغییرات مکانی برخی از ویژگی های فیزیکی خاک با استفاده از تابع مفصل مورد ارزیابی قرار گیرد و نتایج حاصل از آن با تکنیک های زمین آماری مختلف مقایسه گردد.

    مواد و روش ها

    به منظور اجرای پژوهش، نمونه برداری به روش شبکه بندی منظم، از منطقه ای به وسعت 484 هکتار در 10 کیلومتری غرب شهرستان بافت استان کرمان صورت گرفت و در نهایت، 121 نمونه از لایه سطحی خاک جمع آوری شد. پس از هوا خشک نمودن نمونه ها جرم مخصوص ظاهری با استفاده از کلوخه تعیین گردید، سپس با عبور دادن نمونه های خاک از الک 2 میلی-متری، درصد شن اندازه گیری شد. برای درون یابی از چهار تابع مفصل ارشمیدسی شامل؛ توابع کلایتون، فرانک، گامبل و جو و تکنیک های زمین آماری شامل کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی، کریجینگ شاخص و کریجینگ منفصل یا گسسته و روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) استفاده شد. تحلیل نتایج با استفاده از معیارهای میانگین ریشه دوم مربعات استاندارد (RMSE)، ضریب تبیین (R2)، میانگین خطای مطلق (MAE) و میانگین خطای انحراف (MBE) صورت گرفت.

    یافته ها

    براساس توصیف آماری، توزیع متغیر جرم مخصوص ظاهری، نرمال و متغیر درصد شن، غیرنرمال تشخیص داده شد. به منظور برازش تابع مفصل بر داده ها، ابتدا تابع توزیع متغیرهای مورد مطالعه تعیین گردید. نتایج نشان داد متغیر شن از تابع توزیع Frechet (3P) و متغیر جرم مخصوص ظاهری از تابع Wakeby پیروی کردند. براساس ضریب همبستگی پیرسون، همبستگی بین جفت نقاط در فاصله کمتر از 2000 متر مشخص شد و فاصله بیش از 2000 متر به عنوان فاصله مستقل شناخته شد. مقایسه روش تابع مفصل و تکنیک های زمین آماری براساس ضریب تبیین (R2) نشان داد مقدار این ضریب برای تابع مفصل برای متغیر شن 6 درصد و برای جرم مخصوص ظاهری 8 درصد بیشتر از تکنیک های مرسوم زمین آماری به دست آمد. همچنین مقادیر خطای حاصل از پیش بینی توسط تابع مفصل کمتر محاسبه شد که نشان از برتری نسبی عملکرد تابع مفصل در تخمین پارامترهای فیزیکی خاک دارد.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که توابع مفصل نتوانسته با دقت خیلی بالایی برآورد را انجام دهد، اگرچه تابع مفصل میانه نسیت به سایر تکنیک های زمین آماری، عملکرد بهتری در برآورد ویژگی های فیزیکی خاک دارد. از مهمترین دلایل این برتری می توان به توانایی برازش تابع توزیع حاشیه ای بر داده ها در تابع مفصل اشاره کرد که در تکنیک های زمین آماری امکان برازش تابع توزیع حاشیه ای بر داده ها ممکن نیست. از دلایل دیگر می توان به توانایی بیان همبستگی بین داده ها در فواصل مختلف و عدم حساسیت تابع مفصل به داده های پرت نسبت به تکنیک های مرسوم زمین آماری را برشمرد. با توجه به ماهیت چولگی داده های خاک در طبیعت و همچنین ضرورت آنالیز و تفسیر دقیق تر داده های واقعی خاک بدون تغییر آن ها، تابع مفصل می تواند کاربرد وسیعی در تخمین ویژگی-های خاک داشته باشد.

    کلیدواژگان: تابع مفصل، تکنیک های درون یابی، پیش بینی
  • منصور چترنور، احمد لندی*، احمد فرخیان فیروزی، علی اکبر نوروزی، حسینعلی بهرامی صفحات 65-81
    سابقه و هدف

    در سال های اخیر نواحی گسترده ای از استان خوزستان به دلیل عدم پوشش سطحی و مقاومت کم خاک در برابر باد فرساینده، مستعد تولید ریزگرد هستند. در بین ویژگی های خاک، ماده آلی با اتصال ذرات خاک نقش مهمی در مقاومت به فرسایش بادی و تولید ریزگرد دارد. با توجه با سطح گسترده ی کانون های ریزگرد استان خوزستان، استفاده از روش های سنتی تجزیه و تحلیل خاک پر هزینه و زمان بر است. روش طیف سنجی به دلیل مزیت سرعت عمل و سهولت جابجایی، می تواند هزینه و زمان اندازه گیری ویژگی های خاک را کاهش دهد. بر این اساس هدف از این پژوهش بررسی رفتار طیفی کربن آلی خاک در مناطق مرکز و جنوب استان خوزستان با استفاده از دو مدل رگرسیونی چند متغیره ماشین بردار پشتیبان (SVR) و شبکه عصبی (PLS-ANN) و تعیین طول موج کلیدی کربن آلی خاک در این مناطق است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش منطقه مطالعاتی به شبکه های 2 در 2 کیلومتری تقسیم گردید و نمونه برداری به روش سیستماتیک- تصادفی انجام شد. مقدار کربن آلی نمونه های خاک در آزمایشگاه اندازه گیری گردید. طیف بازتابی نمونه ها با استفاده از دستگاه Fildspec3 در اتاقک تاریک تعیین شد و اندازه گیری طیفی با سه نوع آشکارساز در محدوده مریی تا مادون قرمز نزدیک (2500-350 نانومتر) صورت گرفت. به منظور حذف نویز در طیف بازتابی، طیف اصلی با 4 روش مشتق اول همراه با فیلتر ساویتزکی - گولای (FD-SG)، روش مشتق دوم به همراه فیلتر ساویتزکی - گولای (SD-SG)، واریانس نرمال استاندارد (SNV) و حذف پیوستار (CR) پیش پردازش شد. در ادامه عملکرد مدل های SVR و PLS-ANN در طیف اصلی و روش های پیش پردازش مورد مقایسه قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که مدل PLS-ANN دقت بیشتری نسبت به مدل SVR در برآورد کربن آلی خاک داشت. در مدل SVR روش پیش پردازش حذف پیوستار (CR) بهترین عملکرد (CR) (82/1=CAL RPD و 06/0 =CAL RMSE ،84/0 =CAL R2) و طیف اصلی (ROW) (66/1=CAL RPD و 14/0 =CAL RMSE ،74/0 =CAL R2) کمترین عملکرد را داشتند. در مدل PLS-ANN بهترین عملکرد مرتبط به روش مشتق دوم (SD-SG) (34/2=CAL RPD و 05/0 =CAL RMSE ،92/0 =CAL R2) و کمترین عملکرد در روش مشتق اول (FD-SG) (86/1=CAL RPD و 1/0 =CAL RMSE ،80/0 =CAL R2) مشاهده شد.

    نتیجه گیری

    در این پژوهش روش های پیش پردازش سبب بهبود دقت کلی مدل های SVR و PLS-ANN نسبت به طیف اصلی شدند. با توجه به عملکرد روش مشتق دوم در مدل PLS-ANN که بهترین دقت را در برآورد کربن آلی خاک داشت، طول موج های 800، 1800 و 2000 نانومتر به عنوان طول موج کلیدی کربن آلی خاک در برای مناطق مستعد تولید ریزگرد شناسایی شد.

    کلیدواژگان: ماشین بردار پشتیبان، مدل شبکه عصبی، پیش پردازش، حذف پیوستار
  • جلال الدین خال لی زاده، اسماعیل دردی پور*، مجتبی بارانی مطلق، عبدالرضا قرنجیکی صفحات 83-100
    سابقه و هدف

    زغال زیستی یک محصول غنی از کربن است که از گرماکافت بقایای آلی کربن دار در شرایط عدم وجود اکسیژن یا اکسیژن محدود تولید می شود. کاربرد زغال زیستی به دلیل ویژگی های منحصر به فرد نظیر مقادیر کربن آلی، سطح ویژه و ظرفیت تبادل کاتیونی بالا موجب افزایش قدرت جذب و نگهداری آب و عناصر غذایی و در نتیجه موجب افزایش سطح حاصلخیزی خاک می شود. بنابراین، هدف از این پژوهش بررسی اثر زغال زیستی اشباع شده با کود آهن بر رشد و جذب آهن توسط سویا در یک خاک آهکی بود.

    مواد و روش ها

    خاک آهکی دارای کمبود آهن قابل استفاده (30-0 سانتی متری) از شرق استان گلستان تهیه شد و پس از هوا خشک شدن از یک الک 2 میلی متری عبور داده شد. دونوع زغال زیستی از کاه گندم و نیوپان در دمای 300 درجه سانتی گراد تهیه و با سولفات آهن Fe2SO4.7H2O اشباع سازی شد. آزمایشی گلدانی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در چهار تکرار انجام شد. فاکتورها شامل زغال های زیستی (زغال زیستی کاه گندم (WB) و زغال زیستی نیوپان (PB) با 5/2 درصد وزنی)، زغال های زیستی اشباع شده با آهن (زغال زیستی اشباع شده کاه گندم 5/2 درصد وزنی (Fe-IWB1) و 5 درصد وزنی (Fe-IWB2)، زغال زیستی نیوپان اشباع شده 5/2 درصد وزنی (Fe-IPB1) و 5 درصد وزنی (Fe-IPB2)، کود سکوسترین آهن (S) و تیمار شاهد (C) و دو رقم سویا (ویلیامز و سامان) بود. گلدان های کشت شده به مدت 12 هفته در حدود ظرفیت مزرعه به روش وزنی نگهداری شدند. سپس ارتفاع، عملکرد وزن تر و وزن خشک، غلظت و جذب آهن کل شاخساره و مقدار آهن فراهم خاک بعد از برداشت اندازه گیری شد.

    یافته ها

    مصرف زغال زیستی اشباع شده با آهن سبب افزایش فراهمی آهن در خاک گردید. همچنین تصاویر SEM نشان داد که آهن روی سطوح زغال های زیستی جذب سطحی یا انباشته شده است. ارتفاع، وزن تر و وزن خشک هر دو رقم سویا در هر دو سطح تیمارهای زغال های زیستی اشباع شده با آهن از تیمار زغال های زیستی اشباع نشده و شاهد بطور معنی داری بیشتر بود (01/0 ≤P) ولی با تیمار سکوسترین آهن تفاوت معناداری نداشت. همچنین غلظت و مقدار جذب آهن در شاخساره در هر دو رقم سویا با مصرف زغال های زیستی اشباع شده در مقایسه با خاک شاهد و زغال های زیستی اشباع نشده افزایش معنی دار داشت (01/0 ≤P). پاسخ ارقام به زغال های زیستی اشباع شده با آهن نشان داد که وزن خشک و جذب آهن شاخساره رقم سامان در هر دو سطح زغال زیستی اشباع شده با آهن به-طور معنی دارای بیشتر از رقم ویلیامز بود.

    نتیجه گیری

    مصرف زغال زیستی اشباع شده با آهن در خاک آهکی دچار کلروز آهن باعث افزایش فراهمی آهن شد. بنابراین زغال زیستی اشباع شده با آهن علاوه بر بهبود خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک به خوبی می تواند همانند سکوسترین آهن کمبود آهن گیاه را برطرف سازد.

    کلیدواژگان: آهن، خاک، سویا، زغال زیستی، اشباع سازی
  • لیلا رسولی، کمال نبی اللهی*، روح الله تقی زاده صفحات 101-118
    سابقه و هدف

    کیفیت خاک یکی از خصوصیات بسیار مهم خاک بوده که بررسی تغییرات مکانی آن، جهت مدیریت و تخریب خاک مهم می باشد. رویکرد کمی کردن کیفیت خاک با استفاده از شاخص های کیفیت، جهت فهم بهتر اکوسیستم های خاک به طور گسترده ای به کار برده شده است. شاخص کیفیت خاک از طریق اندازه گیری یکسری خصوصیات خاک محاسبه می شود که اندازه گیری این خصوصیات گران و زمان بر می باشد که یکی از راه ها جهت این کاهش هزینه و زمان، استفاده از تکنیک نقشه برداری رقومی خاک است که می تواند خصوصیات خاک را با استفاده از داده های کمکی و مدل های داده کاوی به صورت رقومی پیش بینی کند. هدف از این تحقیق استفاده از مدل جنگل تصادفی و داده های کمکی برای نقشه برداری شاخص کیفیت خاک می باشد.

    مواد و روش ها

    بر اساس نقشه ژیومورفولوژی، 17 پروفیل خاک و 105 نمونه اوگر از عمق 20-0 سانتی متری در منطقه قروه استان کردستان (با وسعت 6500 هکتار) برداشت شد و بافت خاک، کربن آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی، هدایت الکتریکی، اسیدیته، کربنات کلسیم معادل، ازت کل، فسفر در دسترس، شدت تنفس میکروبی، نسبت جذب سطحی سدیم (SAR)، جرم مخصوص ظاهری و درصد سنگریزه اندازه گیری و محاسبه شدند و سپس شاخص کیفیت وزنی تجمعی خاک محاسبه شد. متغیرهای محیطی در این پژوهش نقشه ژیومورفولوژی، پارامترهای سرزمین و داده های تصویر +ETM بودند. نقشه ژیومورفولوژی بر اساس روش زینک تهیه شد. پارامترهای سرزمین (شامل 10 پارامتر)، شاخص تعدیل شده خاک (SAVI)، شاخص روشنایی (BI) و شاخص گیاهی نرمال شده (NDVI) به ترتیب با استفاده از نرم افزار SAGA و ArcGIS10.3 محاسبه و استخراج گردید. جهت ارتباط بین شاخص کیفیت خاک و متغیرهای کمکی از مدل جنگل تصادفی استفاده شد و با استفاده از روش اعتبارسنجی دوجانبه و پارامترهای آماری شامل ضریب تبیین، میانگین خطا و میانگین ریشه مربعات خطا مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    بر اساس آنالیز واریانس مشترک (سهم هر ویژگی) جرم مخصوص ظاهری خاک، شن، ظرفیت تبادل کاتیونی و رس دارای بیشترین وزن (1/0 ≥) و سنگریزه و SAR دارای کمترین وزن (05/0 ≤) در میان ویژگی های کیفیت خاک بودند. برای پیش بینی شاخص کیفیت خاک، متغیرهای کمکی شامل شیب، شاخص SAVI، شاخص خیسی، شاخص MrVBF، فاکتور LS، ارتفاع، شاخص NDVI و نقشه ژیومورفولوژی مهم ترین بودند. نتایج این تحقیق نشان داد که مدل جنگل تصادفی با 65/0، 042/0 و 062/ به ترتیب0برای ضریب تبیین، میانگین خطا و میانگین ریشه مربعات خطا دارای دقت نسبتا مناسب برای پیش بینی شاخص کیفیت خاک بودند. شاخص کیفیت خاک در محدوه بین 65/0 -3/0 قرار داشت و میانگین مقادیر آن در واحدهای ژیومورفولوژی (مناطق مرتفع شمال، شمال غربی و شمال شرقی) با شیب زیاد و عمق کم خاک (Mo131، Mo141 و Hi231) کمترین و در واحدهای با شیب کم و عمق زیاد خاک (Pi111،Pi311، Pi322،Pi211 و Pi312) بیشترین بود که از لحاظ آماری هم این اختلافات معنی داری می باشند.

    نتیجه گیری

    در پژوهش حاضر از مدل جنگل تصادفی جهت بررسی تغییرات مکانی شاخص کیفیت خاک در منطقه قروه استان کردستان استفاده شد. شرایط ژیومورفولوژیک منطقه مطالعاتی بسیاری از خصوصیات خاک و متعاقبا شاخص کیفیت خاک را در منطقه تاثیر قرار داده است. مدل جنگل تصادفی برآورد نسبتا دقیقی از شاخص کیفیت خاک داشت. لذا پیشنهاد می گردد جهت نقشه برداری خصوصیات خاک از تکنیک های پدومتری (همچون جنگل تصادفی) و داده های کمکی از قبیل نقشه ژیومورفولوژی، اجزاء سرزمین و تصاویر ماهواره ای استفاده شود.

    کلیدواژگان: کیفیت خاک، نقشه ژئومورفولوژی، لندست، خصوصیات سرزمین، جنگل تصادفی
  • آسیه صفری، اکرم فاطمی*، محسن سعیدی، زهرا کلاه چی صفحات 119-136
    سابقه و هدف

    انگور یکی از مهمترین محصولات باغی در دنیا و ایران است که از نظر تازه خوری و مصارف دیگر دارای ارزش اقتصادی است. کمبود آب مهمترین عامل محدود کننده رشد درختان میوه در مناطق خشک و نیمه خشک است. استفاده از راهکارهای تغذیه ای همانند استفاده از کودهای مناسب می تواند سبب بهبود عملکرد گیاه در شرایط کم آبی باشد. این تحقیق به منظور بررسی کاربرد کودهای سولفات پتاسیم، کمپوست و بایوچار بر وضعیت تغذیه ای انگور و ویژگی های حاصلخیزی خاک در سال 1396-1397 در دانشگاه رازی شهر کرمانشاه (34 درجه و 19 دقیقه شمالی و 47 درجه و 7 دقیقه شرقی) انجام شد.

    مواد و روش ها

    این تحقیق در شرایط گلخانه ای به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک کامل تصادفی با 4 تیمار کودی (شاهد، تیمارهای کودی ده گرم در گلدان سولفات پتاسیم، پنج درصد وزنی کمپوست و ده درصد وزنی بایوچار تهیه شده از سرشاخه های هرس شده درختان سیب) و 2 تیمار آبی (شاهد و تنش خشکی به ترتیب 80 و40 درصد ظرفیت زراعی) در 4 تکرار تا زمان بروز علایم تنش خشکی انجام شد.

    یافته ها

     نتایج تجزیه و تحلیل های آماری نشان داد که اثر متقابل تیمارهای تنش خشکی و کودی بر نیتروژن، منیزیم، آهن، روی و مس برگ انگور (P<0.01) معنی دار به دست آمد. نتایج تجزیه واریانس همچنین نشان داد که اثرات ساده تیمارهای کودی و تنش خشکی بر غلظت عناصر پر مصرف و کم مصرف برگ انگور معنی دار (P<0.01) به دست آمد. بیشترین غلظت نیتروژن برگ انگور درشرایط بدون تنش خشکی در تیمارهای کمپوست و سولفات پتاسیم مشاهده شد و در شرایط تنش خشکی بین تیمارها اختلاف معنی داری وجود نداشت. در شرایط بدون تنش خشکی، بیشترین غلظت منیزیم برگ انگور در تیمارهای آلی و در شرایط تنش خشکی، کمترین غلظت منیزیم برگ انگور در تیمار بایوچار مشاهده شد. در شرایط با و بدون تنش خشکی، غلظت مس برگ انگور در تیمارهای آلی بیشتر از تیمار سولفات پتاسیم بود. در شرایط با و بدون تنش خشکی، بیشترین غلظت روی برگ انگور در تیمار سولفات پتاسیم به دست آمد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر متقابل تیمارهای کودی و تنش خشکی بر هیچ یک از ویژگی های خاک (به جز کلسیم خاک) معنی داری نشد. تنش خشکی سبب کاهش فسفر و منیزیم (P<0.05) و کلسیم (P<0.001) خاک شد. اثر تیمارهای کودی بر قابلیت هدایت الکتریکی، کربن آلی، نیتروژن، فسفر، پتاسیم و سدیم (P<0.01) و کلسیم و منیزیم خاک (P<0.001) معنی دار به دست آمد. سولفات پتاسیم و کمپوست سبب افزایش به ترتیب 53/8 و 52/60 درصدی و بایوچار سبب کاهش 73/3 درصدی سدیم قابل جذب خاک شدند.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق نشان داد که در شرایط تنش خشکی با کاربرد کمپوست و بایوچار در مقایسه با سولفات پتاسیم وضعیت تغذیه ای انگور به دلیل بهبود ویژگی های خاک بهتر بود. در شرایط تنش خشکی و کاربرد سولفات پتاسیم و کودهای آلی، بیشترین غلظت و جذب پتاسیم خاک و گیاه در تیمار بایوچار به دست آمد. در شرایط تنش خشکی جذب پتاسیم در تیمارهای سولفات پتاسیم، کمپوست و بایوچار به ترتیب 85/69، 21/36 و 97/178 درصد در مقایسه با عدم کاربرد کود افزایش یافت. به دلیل نقش پتاسیم در تنظیم روابط آبی گیاه و کاهش خسارت تنش خشکی، از بین تیمارهای کودی بررسی شده در این تحقیق کاربرد بایوچار به دلیل تخلخل، سطح ویژه و وجود میکرو و ماکروپورهای زیاد و در نتیجه ظرفیت نگهداشت آب بیشتر و ماندگاری طولانی مدت در خاک همچنین کاهش اثرات تخریبی سدیم خاک توصیه می شود.

    کلیدواژگان: بایوچار، سولفات پتاسیم، کمپوست، عناصر پر مصرف، عناصر کم مصرف
  • فریبا جعفری*، حسین خادمی صفحات 137-150
    سابقه و هدف

    خاک لایه نازکی از سنگ های خرد شده و کانی ها است که سطح زمین را می پوشاند و حاصل برهمکنش اتمسفر، لیتوسفر، بیوسفر و هیدروسفر می باشد. شکل گیری، توسعه و عملکرد خاک بر پایداری اکوسیستم تاثیر می گذارد. ویژگی های منحصر به فرد خاک، آن را به یکی از موضوعات کلیدی در علوم زمین تبدیل کرده است. کانی ها جز مهمی از محیط خاک می باشند که بر بسیاری از ویژگی های خاک مانند ظرفیت نگهداری آب در خاک و ظرفیت تبادل کاتیونی خاک اثر می گذارند. هوادیدگی کانی ها یک فرآیند غالب در خاک است که عناصر غذایی را از ساختار مواد معدنی به فرم قابل جذب برای گیاهان در می آورد. کانی های میکایی از اجزای معمول خاک، رسوبات و مواد معدنی می باشند. مطالعات متعددی به بررسی خصوصیات کمپوست غنی شده با ترکیبات معدنی پرداخته اند. اما تاکنون مطالعه ای به بررسی روند تغییرات کانی های موجود در این ترکیبات نپرداخته است. به همین دلیل، این مطالعه با هدف بررسی سرعت هوادیدگی کانی فلوگوپیت در اندازه رس موجود در کمپوست غنی شده با فلوگوپیت در طی زمان های مختلف انجام شد.

    مواد و روش ها

    تیمارهای آزمایش شامل دو سطح کانی فلوگوپیت (0، 20% وزنی) و 4 بازه زمانی (45، 90، 135 و180 روز) در 3 تکرار می باشند. میزان 20 گرم مخلوط (کود گاوی + کانی) برای هر پتری دیش در نظر گرفته شد. در هر یک از بازه های زمانی 6 پتری دیش خارج گردید و محتویات در آون 30 درجه سانتی گراد خشک شده و پس از پودر شدن از الک 2 میلی متری عبور داده شد. پس از آماده سازی محتویات پتری دیش ها، مقدار کربن آلی به روش اکسیداسیون تر و مقدار نیتروژن کل نیز بر اساس روش کلدال اندازه گیری شد. مطالعه تغییرات کانی های رسی با استفاده از روش پراش پرتو ایکس صورت گرفت.

    یافته ها

    نتایج الگوهای پراش نگاشت پرتو ایکس بخش رس نشان داد که در طی فرآیند کمپوستینگ، فلوگوپیت به کانی ورمی-کولایت و تا حدی اسمکتایت تبدیل شده است. میزان این تبدیل در ابتدای فرآیند با توجه به نیمه پوسیده بودن کود گاوی با سرعت بیشتری صورت گرفته و به مرور زمان با نزدیک شدن به انتهای فرآیند کمپوستینگ، سرعت تبدیل (هوادیدگی) به یک میزان ثابتی می-رسد. تغییرات کانی شناسی با تغییرات زمانی نسبت C/N طی فرآیند کمپوستینگ هماهنگ است. نسبت C/N نیز در ابتدای کمپوستینگ با شیب زیادی کاهش یافته و با گذشت زمان به میزان ثابتی می رسد.

    نتیجه گیری

    به طور کلی نتایج حاکی از آن است که افزایش عناصر قابل استفاده همچون پتاسیم در کمپوست های غنی شده با میکا در حقیقت به واسطه هوادیدگی کانی میکایی موجود در آن ها می باشد بطوریکه سرعت هوادیدگی این کانی نیز تحت تاثیر فعالیت های میکروبی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: کمپوست غنی شده، فلوگوپیت، هوادیدگی، کود دامی، ورمی کولیتی شدن
|
  • Sabireh Golshahi, Noshin Mir, Maryam Ghorbani Pages 1-25
    Background and objectives

    The importance of agriculture has been revealed for all human societies more than ever before as the population grows. Ferrum element is one of the vital elements for plant growth and its presence is essential for plant metabolism and physiological processes of the plant. In the present study, we tried to study the stability of plasma membrane against the entry of the elements into it and the resistance of the plant to the stresses on the inner membrane of the plant, which is the amount of applied Fe levels in addition to studying the concentration of microelements in the root and shoot of the plant. The purpose of this study is to compare Fe resources intake and its interaction with the concentration and type of applied fertilizer on the concentration of microelements and the stability of the plasma membrane of the sorghum plant.

    Materials and methods

    A greenhouse experiment was conducted as a factorial design in a completely randomized design with three replications in the educational greenhouse of Zabol University in order to studying the use of Ferrum sources on the characteristics of Sorghum plant (Sorghum Bicolor (L.) Moench. Var. Speed feed). The treatments consisted of two Ferrum levels (soil application: 0.270, 0.405 mg per kg of soil and spraying: 0.25 and 0.5 g of Fe per liter, along with control) from five sources of fertilizer (Iron chelate, ferrous sulphate, Green nano Fe (include 9% Fe), Polymeric Iron chelate, Polymeric ferrous sulphate).

    Results

    The results of analysis of variance of data show that the triple interaction of all traits (except for the Cu of shoot that had no significant difference) and the dual interaction effects of Cu in the root of the plant have been statistically significant at the 5% probability level. The percentage of PMSI of the root (5.06 times) in the soil application of 0.270 mg.kg-1 Iron chelate and the concentration of Zn of the root (6.99 times) at the level of 0.405 mg.kg-1 in Green nano Fe (include 9% Fe) treatment were significantly higher than control. The total chlorophyll content (75.95%), the percentage of leaf PMSI (6.33 times), and Fe concentration in the shoot (1.99 times) had significant increase in the Polymeric Iron chelate, Green nano Fe and Polymeric ferrous sulphate respectively and the concentration of Zn in the shoots showed significant decrease (75.05%) in Iron chelate treatment in the spraying of iron sources at a level of 0.25 g.L-1. The concentration of Mn was significantly decreased in the shoot (30.67%) and in the root (37.46%) in Polymeric Iron chelate and Iron chelate respectively and the concentration of Fe in the root (47.86%) showed significant increase in polymeric ferrous sulfate treatment compared to control at the level of 0.5 g.L-1. According to the results, the highest concentrations of Cu in the root were observed in the green nano spray application.

    Conclusion

    In general, according to the results, the effects of Fe a sources on the physiological characteristics of sorghum and plant PMSI were evaluated positive and confirms the positive effect of the spraying of all Fe sources on the traits of PMSI root and leaf, total chlorophyll and Fe concentration in the shoot and root.

    Keywords: Iron chelate, Polymeric ferrous sulfate, Sorghum, Spraying
  • Javad Abdollahi Garekand *, Ebrahim Sepehr, Vali Feiziasl, MirHassan Rasouli Sadaghiani, Abbas Samadi Pages 27-46
    Background and Objectives

    Soil C dynamics will be influenced differently following incorporation of various plant residues with different qualitative characteristics. One of the most important ways to improve soil organic matter is to manage the correct use of plant residues in agricultural products, so that by bringing these residues back to the soil, the average annual carbon input to soil is increased and part of the carbon output from decomposition microbial is compensated. Hence, the purpose of this study was to investigate the effect of various plant residues on the mineralization kinetics of carbon and organic carbon content in different soils around the Urmia lake.

    Materials and Methods

    This study was conducted as a laboratory incubation experiment in a completely randomized factorial design, including three soil types (calcareous, saline-sodic and sodic) and five plant residues (corn stalks, sunflower stalks, wheat straw, clover and vetch residues) with control treatment (soil without plant residues) in three replications. Plant residues (20 g kg-1) were added to the soils and incubated for 10 weeks (70 days) at 25±1°C. CO2 emissions were measured once a week for 10 weeks, and then the parameters of the kinetic equation of mineralization of carbon were calculated. Finally, the organic carbon content of soils was measured immediately after the completion of the experiment on all treatments.

    Results

    The results of analysis of variance showed that the soil type and plant residue significantly (p < 0.01) affected C mineralization. In all treatments, the highest CO2 emissions occurred during the first week of incubation, and then there was a decreasing trend until the end of the incubation time. The highest amount of cumulative C mineralized obtained from calcareous soils treated with vetch and clover residues. There was a positive and significant correlation between plant N concentration and C mineralized, while there was a negative and significant correlation between ratios of C/N, lignin/N, cellulose/N, hemicellulose/N, cellulose+lignin/N, N/P ratio and C mineralized. Carbon mineralization in all three studied soils is better estimated with C0K than C0. Also, with the return of plant residues to the soils, the amount of organic carbon increased in all three studied soils. The order of increasing organic carbon in different treatments of plant residues in all three studied soils was wheat> corn> sunflower> vetch> clover.

    Conclusion

    The results of this study showed that the highest cumulative mineral carbon in calcareous soils among the three studied soils, indicates the further decomposition of residues in these soils. Therefore, it should be compensated annually for the return of more residues to these soils, part of the carbon output resulting from microbial decomposition. Considering that the main purpose of using organic matter in soils was to increase soil organic matter, the results of this study showed that the greatest effect was on organic carbon increase in all three soils (calcareous, sodic and saline-sodic) of wheat residues and then corn with high C/N ratios and the smallest role obtained from clover and vetch with the lowest C/N. This suggests that increasing the amount of soil organic carbon content by adding plant residues depends on the quality of plant remains (C/N, lignin/N, cellulose/N, hemicellulose/N, cellulose + lignin/N and N/P). Therefore, the use of plant residues with high C/N ratio is recommended for carbon sequestration in these soils. Keywords: Plant residues, carbon mineralization, organic carbon, C/N ratio, soil type

    Keywords: carbon mineralization, Plant residues, CO2, C, N ratio, Saline-sodic soil
  • Azam Jafari *, Ehsan Ghojehpour, Vahid Reza Jalali, Majid Mahmoudabadi Pages 47-64
    Background and objectives

    Spatial and temporal variations of soil characteristics occur in large and small scales. Study of these variations is very time-consuming and costly especially in large scales. In order to the fast and reliable determination of soil properties, various interpolation techniques have been developed and applied. The most widely used interpolation techniques in various sciences is the Kriging types. The copula function is one of the new interpolation techniques that are widely used in sciences such as hydrology. Thus, the aim of this study was to evaluate the spatial variations of some soil physical properties using copula function and to compare with geostatistics techniques.

    Materials and methods

    Sampling by regular networking was done in an area of 484 ha located in 10 km from the west of Baft city, Kerman province and finally, 121 surface soil samples were collected. After air drying, the apparent bulk density was determined using the Hunk, then the soil samples were passed through a 2 mm sieve to determine the percentage of sand. To interpolate, four functions of the Archimedean copula including the Clayton, Frank, Gumbel and Joe functions, and geostatistics techniques including simple, ordinary, universal and disjunctive Kriging and the Inverse Distance Weighting (IDW) method were used. The results were analyzed using Root Mean Square Error (RMSE), determination coefficient (R2), Mean Absolute Error (MAE), and Mean Bias Error (MBE).

    Results

    Based on the descriptive statistics, soil bulk density and soil sand followed a normal and skewed distribution, respectively. In order to fit the copula function, the distribution functions of the studied variables were firstly determined. The results showed that the sand and bulk density followed the Frechet (3P) and Wakeby distribution functions, respectively. Also, based on the Pearson correlation coefficient, the correlation between pairs of points was determined in distances less than 2000 m and distances more than 2000 m were known as an independent distance. The estimation efficiency based on the determination coefficient (R2) showed that value of determination coefficient for copula function for the sand variable, 6% and for bulk density 8%, more than conventional geostatistics techniques were obtained. Also, the estimation error of copula function was minimum that indicate good performance of copula function to estimate the spatial variation of soil physical properties.

    Conclusion

    The results of study showed that copula function, especially the median copula, have the better performance for estimation the studied soil properties. One of the most important reasons for this superiority is the ability to fit the marginal distribution function on the data in copula, while it is not possible in geostatistics techniques. Other reasons include the ability to express the correlation between the data at different intervals and the lack of sensitivity to outlier data in copula relative to conventional geostatistics techniques. Due to the skewness nature of soil data, as well as the need for more accurate analysis and interpretation of actual soil data, copula functions can be widely used to estimate of soil properties.

    Keywords: copula, interpolation techniques, prediction
  • Mansour Chatrenor, Ahmad Landi *, Ahmad Farrokhian Firouzi, Aliakbar Noroozi, Hosseinali Bahrami Pages 65-81
    Background and Objectives

    In recent years, due to the lack of surface coating and low soil resistance to wind erosion, the large area of Khuzestan province is sensitive to dust production. Among the soil characteristics, the organic matter by collecting soil particles, has important role in soil resistance to wind erosion and dust production. Since these areas are so wide, the use of traditional methods of soil analysis is really costly and time consuming. The spectroscopy approach, due to the advantage of speed and easy movement, can reduce the cost and time of measurement. The aim of this study is to investigate the spectral behavior of soil organic carbon in central and southern regions of Khuzestan province by using tow multivariate regression, Support Vector Regression) SVR( and neural network (PLS-ANN), and key wavelength determination of soil organic matter in these areas.

    Materials and Methods

    In this research, the study area was divided into 2 km square grids and systematic and random sampling Methods were performed. The soil organic matter in samples was measured in the laboratory. The Reflectance spectra of soil samples were determined using FildSpect setup in dark room. And spectral measurements were carried out with three types of detectors in range of visible to near infrared (3500-2500 nm). To eliminate the noise in normal reflectance spectra, the main spectra were preprocessed by four methods, including the first derivative with the Savitzky-Golay filter (FD-SG), the second derivative with the Savitzky-Golay filter (SD-SG), the standard normal variant method (SNV) and the continuum removed method (CR). Next, the performance of SVR and PLS-ANN models in main spectra preprocessed method were compared.

    Results

    The results showed that the PLS-ANN model had better accuracy compared to SVR model in estimating organic carbon. In SVR models, the continuum removal method (CR) had the best performance (R2CAL=0.84, RMSECAL=0.06 and RPDCAL=1.82) and the main Spectra had the worst performance (R2CAL=0.74, RMSECAL=0.14 and RPDCAL=1.66). In PLS-ANN models, the best performance belonged to the second derivative (SD-SG), (R2CAL=0.92, RMSECAL=0.05 and RPDCAL=2.34) and the worst performance was related to the first derivative (FD-SG), (R2CAL=0.80, RMSECAL=0.1 and RPDCAL=1.86).

    Conclusion

    In this study, the preprocessing methods improved the overall accuracy of SVR and PLS-ANN models compared to the main spectrum. According to the second derivative method, in PLS-ANN witch had the best accuracy in estimating soil organic carbon, the Wavelength ranges around 800, 1800 and 2000 nm were identified as the key wavelength of the organic carbon in sensitive centers to dust production.

    Keywords: Support vector machine, neural network, Preprocessing, Continuum Removal Method
  • Jalal-E-Din Khallizadeh, Esmael Dordipour *, Mojtaba Baranimotlgh, Abdolreza Gharanjiki Pages 83-100
    Background and Objectives

    Biochar is a carbon-rich product which is produced using pyrolysis of carbon-containing organic residues under anaerobic or oxygen-limited conditions. Due to unique properties such as high organic carbon, specific surface area and cation exchange capacity, application of biochar leads to increase in adsorption and holding capacity of water and nutrients. This, in turn, results in improved soil fertility. The aim of this study was to investigate the effect of iron impregnated biochr on iron uptake and growth of soybean grown in calcareous soil.

    Materials and Methods

    An iron deficient calcareous soil (0-30 cm) was collected from east of Golestan province and after air drying, it was passed through a 2 mm sieve. Two types of biochar were produced from wheat straw and particleboard (at 300○C) and impregnated with iron sulfate (Fe2SO4.7H2O). A pot experiment was conducted as a factorial arrangement in a completely randomized design with four replications. Factors were biochars (wheat straw biochar (WB) and particleboard biochars (PB) with 2.5% w/w), iron impregnated biochars (Fe impregnated wheat straw biochar 2.5% w/w (Fe- IWB1) and 5% w/w (Fe-IWB2), 2.5% w/w (Fe-IPB1) and 5% w/w (Fe-IPB2) Fe impregnated particleboards, Fe- Sequestrene (S) and control (C), and two Soybean cultivars (Williams and Saman). The sown pots were maintained in field capacity by weighing method for 12 weeks. Then, height, fresh and dry weights, total iron concentration and uptake of shoot and soil available iron contents were determined after the harvest.

    Results

    The application of Fe impregnated biochar increased iron availability in the soil. Also, SEM images showed that iron was adsorbed or accumulated on biochars surfaces. Height, fresh and dry weights of both soybean cultivars in Fe impregnated biochars were significantly higher than those of bichars and control treatments (P ≤ 0.01), but there were no significant differences among them with treatment Fe- Sequestrene. Furthermore, with the application of Fe impregnated biochars, the iron concentration and uptake amount of shoots in both soybean cultivars increased significantly compared to control and non-impregnated biochars treatments (P <0.01). Cultivars responses to Fe impregnated biochars showed that shoot dry weight and iron uptake of the Saman variety were significantly higher than those of Williams variety in both levels of Fe impregnated biochars.

    Conclusion

    The application of Fe impregnated biochar in calcareous soils with iron chlorosis increased iron availability. Therefore, in addition to improving the physical, chemical and biological properties of soil, Fe impregnated biochars like Fe- Sequestrene can effectively remove the iron deficiency of the plant.

    Keywords: Iron, soil, soybean, Biochar, Impregnation
  • Leila Rasouly, Kamal Nabiollahi *, Ruhollah Taghizadeh Pages 101-118
    Background and objectives

    Soil quality is one of the most important soil properties which investigation of it's changes is essential to soil management and degradation. Quantifying soil quality using soil quality index to improve understanding of soil ecosystems is have been wieldy used. The soil quality index is calculated by measuring some soil characteristics which measuring these properties is expensive and time consuming. Therefore, one of the solutions is the use of digital soil mapping technique that can digitally predict soil properties using auxiliary data and data mining models. The purpose of this research is using a random forest model and auxiliary data for mapping the soil quality index.

    Materials and Methods

    Based on the geomorphology map, 17 soil profiles and 105 auger samples were taken from a depth of 0-20 cm in the Ghorveh area of Kurdistan Province ( covers 6500 ha) and soil texture, organic carbon, cation exchange capacity, electrical conductivity, pH, carbonate calcium equivalent, total nitrogen, available phosphorus, microbial respiration rate, sodium adsorption ratio (SAR), bulk density, and gravel percentage were measured and calculated then the soil additive weighted index was calculated. Environmental variables in this research were map geomorphology, terrain attributes and data of ETM+ image. Geomorphology map was prepared based on zinc method. Terrain attributes (including 10 parameters), soil adjust vegetative index index (SAVI), and normalized difference vegetative index (NDVI), and brightness index (BI) were computed and extracted using SAGA and Arc GIS software, respectively. To make a relationship between soil quality index and auxiliary data, random forest (RF) model were applied and using cross validation method and statistic criteria including coefficient of determination (R2), mean error (ME) and root mean square error (RMSE) was validated.

    Results and Discussion

    According to the communality (share of each soil indicator), bulk density, sand, cation exchange capacity and clay had the highest weight (≥ 0.1) and gravel and SAR had the lowest weight (≤0.05) among the soil quality properties. To predict soil quality index, auxiliary variables including slope, SAVI index, wetness index, MrVBF index, LS factor, elevation, NDVI index and geomorphology map were the most important. The results of this study showed that the random forest model with 0.65, 0.042 and 0.062 for determination of coefficient (R2), mean error (ME), and root mean square root (RMSE) had a fairly suitable accuracy for prediction of soil quality index. The soil quality index was ranged between 0.3-0.65 and its mean values in geomorphologic units with low gradient and low soil depth (Mo131, Mo141 and Hi231) were the lowest and in geomorphologic units with low slope and high soil depth (Pi111, Pi311, Pi322, Pi211 and Pi312) were the highest which these differences were statistically significant.

    Conclusion

    In this research, a randomized forest model was used to study the spatial variation of soil quality index in Ghorveh area of Kurdistan province. The geomorphologic conditions of the study area have affected many soil characteristics and subsequently the soil quality index in the region. The soil quality index content was the lowest in highlands of north, northwest and northeast with high slope and low soil depth. The slope was the most important auxiliary variables to predict soil quality index in the region. Based on the results of statistical indices, random forest model also had relatively accurate estimation of the soil quality index. Therefore, it is suggested to map soil properties podometric techniques (such as randomized forest) and auxiliary data such as geomorphologic map, terrain attributes, and satellite images were applied.

    Keywords: Soil quality, geomorphology map, Landsat, terrain attributes, Random Forest
  • Asieh Safari, Mohsen Saiedi, Zahra Kolahchi Pages 119-136
    Introduction

    Grapes are one of the most important garden products in the world as well as in Iran. The management of plant nutrition under water stress conditions is one of the important issues in the production of the plant. When the plant has adequate nutrition, it will result in higher resistance to environmental conditions. The use of organic and chemical fertilizers as amendments of the physical, chemical and biological properties of soil can be one of the strategies to reduce the adverse effects of drought stress.

    Materials and Methods

    In order to evaluate the effect of potassium sulfate, compost and biochar on some soil properties and grapes nutritional status under water stress conditions, a greenhouse experiment were carried out as a factorial experiment based on a block of randomized completely design with two factors and four replications. Water stress had two levels (40, 80 % FC) and fertilizers’ treatments included potassium sulfate (10 g pot-1), compost (5 % w/w) and biochar (10% w/w). The macro- and micro-elements’ contents of grapes’ leaf and soil properties included the macro and micro-elements, pH, EC, OC. were also measured.

    Results and Discussion

    The results showed that the interaction effect of water stress and fertilizers’ treatments was significant for nitrogen(N), magnesium (Mg), ferrous (Fe), zinc (Zn) and copper (Cu) concentrations of grapes’ leaves (P<0.01). ANOVA indicated that the simple effects of water stress and fertilizers’ application had a significant effect (P<0.01) on macro- and micro-elements’ concentrations of grapes’ leaf. The results also showed that under water stress conditions, the highest N concentration was observed for compost and potassium sulfate applications. Without water stress conditions, there was no significant difference between treatments. Under the water stress conditions, the highest concentration of Mg of grapes’ leaves was achieved with biochar application. While without water stress conditions, the lowest concentration of Mg was observed for biochar treatment. With and without water stress conditions, the concentration of Fe and Cu was higher for organic treatments compared to potassium sulfate application. With and without water stress conditions, the highest concentration of Zn was achieved for potassium sulfate application. The ANOVA results showed that the interaction effect of water stress and fertilizers’ treatments was not significant for soil properties except soil calcium. The water stress caused a significant decrease in soil phosphorus (P) and Mg (P<0.05) as well as calcium (Ca) (P<0.001). The effect of fertilizers’ treatments was significant on electrical conductivity, organic carbon, N, P, potassium (K), and sodium (Na) (P<0.01), Ca and Mg (P<0.001) concentrations of soil. The application of potassium sulfate and compost increased the Na concentration of soil as 8.53 and 60.52 percent, respectively. While the Na concentration of soil decreased as 3.73 percent with the biochar application.

    Conclusions

    Under water stress conditions, the application of compost and biochar in comparison with potassium sulfate enhanced the nutritional status of grapes because of the improvement of soil fertility status. The highest K concentration and uptake of grapes’ leaves and soil were observed with biochar application. Under water stress conditions, in comparison with no fertilizer application, K uptake increased as 69.85, 36.21 and 178.97 percent by potassium sulfate, compost and biochar applications, respectively. Since K is a critical element to regulate the water content of plant tissue and reduces the hazards of water stress, the application of compost and biochar is recommended for the improvement of plant resistance under water stress conditions. However, biochar is suggested due to properties such as highly porous structure, high specific surface area, higher water holding capacity of the soil, the long-term stability in the soil and the reduction of Na hazards in soil.

    Keywords: Biochar, compost, potassium sulfate, Macronutrients, Micronutrients
  • Fariba Jafari *, Hossein Khademi Pages 137-150
    Background and objectives

    Soil is the thin layer of materials covering the Earth’s surface and forms from the interaction of the atmosphere, lithosphere, biosphere and hydrosphere. Soil formation, development and functions influence the sustainability of ecosystem. The unique characteristics of soil have made it one of the key subjects of the Earth Science. Minerals are important components of the soil environment. They influence on the water-holding capacity of soils and affect their cation exchange capacity. Mineral weathering is an important process in soils, during which available forms of important nutrient elements are released from minerals structure into the soil system for root uptake. Micaceous minerals are common components of soils, sediments and minerals. Several studies have examined the characteristics of compost enriched with mineral compounds. While the mineralogical changes during the process of compost production have not yet been investigated. Therefore, the objective of this research was to evaluate the rate of biological weathering of phlogopite with time in phlogopite-enriched compost.

    Materials and methods

    An experiment was run in petri dishes under laboratory conditions using 2 levels of phlogopite mineral (0 and 20% by weight) and four time periods (45, 90, 135 and 180 days) in 3 replications. Each petri dish contained 20 g of a mixture of cow manure and phlogopite mineral. In each period, 6 petri dishes were separated and their contents were oven dried at 30 °C, powdered and passed through a 2 mm sieve. After preparing the contents of petri dishes, organic carbon content of the samples was measured by wet oxidation method and their total nitrogen by Kjeldahl method. The mineralogical changes were evaluated using X-ray diffraction analysis.

    Results

    XRD patterns showed that during the composting process, phlogopite was partially weathered to vermiculite and smectite. The rate of weathering was higher at the early stages. The weathering of phlogopite was influenced considerably by the activity of microbial communities during organic matter decomposition process. At the end of the composting process, the weathering rate decreased and continued at a stable rate. Mineralogical changes occurred in phologopite during the composting were in line with the reduction of C/N ratio with time. The C/N ratio rapidly changes at the early stages of the composting process and gradually becomes constant.

    Conclusions

    In general, the results indicate that the increase of availability of elements such as potassium in mica-enriched compost is in fact due to the weathering of micaceous minerals added. The weathering rate was influenced by the activities of microbial communities.

    Keywords: Enriched compost, phlogopite, Weathering, Cow manure, Vermiculitization