تحلیل مالتی‌فرکتالی بودن توزیع اندازه ذرات خاک و تأثیر پوسته‌های زیستی بر آن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه تهران

2 استادیار گروه مناطق خشک دانشکده کویر شناسی دانشگاه سمنان

3 دانشیار گروه مهندسی علوم خاک- پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

توزیع اندازه ذرات خاک، یکی از خصوصیات فیزیکی مهم خاک است که بسیاری از خصوصیات شیمایی، فیزیکی و زیستی آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد. علاوه بر خصوصیاتی مانند نفوذپذیری خاک، تغییر کاربری اراضی و فرسایش خاک، پوسته­های زیستی نیز سبب تغییر توزیع اندازه ذرات خاک‌ها می‌شوند اگرچه ممکن است که سبب تغییر در کلاس بافتی خاک نشوند. اندازه­گیری و تحلیل مالتی فرکتال یکی از ابزارهای مهم در توصیف توزیع اندازه ذرات خاک می­باشد. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر پوسته­های زیستی بر پارامترهای مالتی‌فرکتالی توزیع اندازه ذرات خاک­های مورد مطالعه انجام شد. در این مطالعه نمونه­برداری از چهار ناحیه خاک‌های دارای و بدون پوسته زیستی و از دو عمق 5-0 و 15-5 سانتی­متری مراتع قره­قیر واقع در شمال شهرستان آق­قلا، در استان گلستان انجام شد. توزیع اندازه ذرات 16 خاک مورد مطالعه با استفاده از روش هیدرومتر تعیین شد. مقایسه منحنی‌های توان جرم ( ) و خط تک‌فرکتالی شبیه سازی شده نشان داد که توزیع اندازه ذرات خاک‌های مورد مطالعه دارای رفتار مالتی‌فرکتالی می­باشد. در تمامی خاک­های مورد مطالعه تغییرات ابعاد فرکتالی توزیع اندازه ذرات خاک‌ها در مقادیر مختلف گشتاور (q) دارای روند سیگموئیدی بود. در این مطالعه همبستگی مثبت و معنی­داری (در سطح 1 درصد) بین ابعاد فرکتال D0.5 (بعد فرکتال در q=0.5)، D1 (بعد فرکتال در q=1)، D1.5 (بعد فرکتال در q=1.5)، D2 (بعد فرکتال در q=2) و D2.5 (بعد فرکتال در q=2.5) با درصد رس مشاهده شد در حالی که همبستگی بین درصد شن و این ابعاد منفی و در سطح 1 درصد معنی­دار بود. شاخص (D0-D2) برای بررسی درجه مالتی فرکتالی توزیع اندازه ذرات خاک‌ها استفاده شد. بیشترین مقدار متوسط این شاخص در توزیع اندازه ذرات خاک­های 5-0 سانتی­متری دارای پوسته (295/0) و کمترین مقدار متوسط این شاخص در لایه 15-5 سانتی­متری خاک­های بدون پوسته (240/0) مشاهده شد. این نتایج نشان داد که توزیع اندازه ذرات خاک­های دارای پوسته زیستی به نسبت خاک­های بدون پوسته دارای ناهمگنی بیشتری می­باشند.

عنوان مقاله [English]

Multifractal Characteristics of Soil Particle Size Distribution and Effect of Biological Soil Crusts on Multifractal Spectrum

نویسندگان [English]

  • J. Kakeh 1
  • A. A. Zolfaghari 2
  • M. Gorji 3
چکیده [English]

Soil particle-size distribution (PSD) is one of the most important physical attributes due to its great influence on soil physical, chemical, and biological properties. Water infiltration rate, land-use change, soil erosion, and biological soil crusts (BSCs) may influence PSD in a soil. The multifractal measures were useful tools in characterization of PSD in soils. The objective of the current study was to investigate the effect of BSCs on multifractal spectrum of soils. To this end, sixteen soil samples were collected from 0-5 cm and 5-15 cm depths in soils with and without BSCs in Qara Qir rangeland, north of Agh Ghala city of Golestan province, Iran. Particle size distribution was measured by the hydrometer method. Results showed that soils PSD had multifractal behavior. Multifractal spectra followed the typical sigmoidal shape. The result showed that fractal dimensions (i.e. D0.5, D1, D1.5, and D2) were significantly positively correlated with clay content and significantly negatively correlated with sand content. In the current study, the (D0 –D2) index was used for investigation of multifractality. The average largest D0 –D2 was obtained at 0-5 cm depth of soil with BSCs (0.295) and average smallest D0 –D2 was obtained at 5-15 cm soil depth of soil without BSCs (0.240). Results showed that PSD of soils with BSCs had higher multifractality compared to those of soils without BSCs.