شبیه‌سازی انتقال سدیم و نیترات در خاک اصلاح شده با ورمی‌کمپوست تحت رژیم‌های مختلف آبیاری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

شبیه‌سازی حرکت نیترات و سدیم در خاک طبیعی و اصلاح شده با ورمی‌کمپوست تحت سه شدت جریان مختلف در حالت اشباع و غیراشباع انجام شد. برای این منظور از 12 ستون 10 سانتی‌متری خاک در لوله‌های پلیکا به‌طول 20 سانتی‌متر و قطر 9/5 سانتی‌متر استفاده شد. تمامی ستون‌ها به‌مدت 24 ساعت تحت شرایط اشباع قرار گرفتند و 24 ساعت نیز با آب مقطر آبشویی شدند. سپس محلول 1 میلی مول پتاسیم نیترات و 42/25 میلی‌گرم سدیم کلرید در هر لیتر آب مقطر در سه شدت جریان مختلف به‌مدت 570 دقیقه به‌درون ستون‌ها تزریق و مقادیر نیترات و سدیم محلول‌های خروجی در بازه‌های زمانی مختلف اندازه‌گیری شد. برای شبیه‌سازی انتقال املاح از مدل انتقال-انتشار استفاده شد و ضرایب انتشارپذیری و جذب سدیم و نیترات به‌روش معکوس برآورد گردید. رخنه سدیم در ستون‌های خاک طبیعی و خاک ورمی‌کمپوست‌دار تحت شرایط اشباع در شدت جریان 0704/0 سانتی‌متر بر دقیقه در 280 و 160 دقیقه، در شرایط غیراشباع با شدت جریان 0477/0سانتی‌متر بر دقیقه به‌ترتیب در 330 و 200 دقیقه رخ داد اما در شرایط غیراشباع با شدت جریان 0208/0 سانتی‌متر بر دقیقه، رخنه سدیم شکل نگرفت. رخنه نیترات از خاک طبیعی در شدت جریان‌های 0704/0، 0477/0 و 0208/0 سانتی‌متر بر دقیقه به‌ترتیب در 50، 80 و 120 رخ داد و در 120، 200 و 270 دقیقه به حداکثر غلظت نسبی رسید. رخنه نیترات در خاک ورمی‌کمپوست‌دار تحت شدت جریان‌های 0704/0، 0477/0 و 0208/0 سانتی‌متر بر دقیقه به‌ترتیب در 30، 40 و 80 دقیقه شروع و حداکثر غلظت نسبی در 80، 120 و 240 دقیقه مشاهده شد. نتایج نشان داد کاربرد ورمی‌کمپوست و افزایش شدت جریان آب‌خاک، زمان رخنه سدیم و نیترات و زمان به حداکثر رسیدن غلظت نسبی نیترات را کاهش داد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد ضرایب انتشارپذیری و جذب سدیم و نیترات با افزودن ورمی‌کمپوست به خاک و کاهش شدت جریان افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of Nitrate and Sodium Transport in Soil Treatment with Vermicompost Under Different Irrigation Regimes

نویسندگان [English]

  • Hossien Bagheri
  • Hamid Zare Abyaneh
PhD. Candidate in Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan
چکیده [English]

The simulation of nitrate and sodium transport was done in native soil and soil treatment by vermicompost under three irrigation flow rates in saturation and unsaturation states. For this purpose, 12 columns with 20 cm length and 5.9 cm diameter chopped of PVC pipes were used that soil layer in column was 10 cm. All of columns saturated at 24 hours, and leaching was immediately done with distilled water at 24 hours, too. Next, the solution consist of 1mMol KNO3 and 25.42 mg in 1 liter distilled water injected to soil columns with three different water flow rates during 570 minutes, and the nitrate and sodium concentrations were measured in effluent solutions at specified time intervals. The Advection-Dispersion model was used for simulating of solute transport, and dispersivity and adsorption coefficients of nitrate and sodium were determined by inverse method. Sodium breakthrough in native soil and soil treatment with vermicompost condition occurred at 280 and 160 minutes under saturated condition with flow rate 0.0704 cm/min, 330 and 200 minutes under unsaturated condition with flow rate 0.0477 cm/min, but sodium breakthrough did not occurred in unsaturated condition with flow rate 0.0208 cm/min. Nitrate breakthrough in native soil with flow rates 0.0704, 0.0477 and 0.0208 cm/min occurred in 50, 80 and 120 minutes, and become maximum in 120, 200 and 270 minutes. Nitrate breakthrough in soil treatment with vermicompost in flow rates 0.0704, 0.0477 and 0.0208 cm/min occurred in 30, 40 and 80 minutes, and become maximum in 80, 120 and 240 minutes. The results showed the breakthrough times of nitrate and sodium and time of maximum concentraten of nitrate were decreased by application of vermicompost and increasing soil water flow rate. The results of modeling showed dispersivity and adsorption coefficients were increased by using of vermicompost and decreasing soil water flow rate. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Advection-Dispersion model
  • Breakthrough curve
  • Dispersivity coefficient
  • Linier adsorption
  • Solute Transport
  1. احمدآبادی،ز.، قاجارسپانلو،م و رحیمی آلاشتی،س. 1390. اثر ورمی‌کمپوست بر برخی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی). 15.58 : 125-137.
  2. اصغری،ش.، عباسی،ف.، نیشابوری،م.ر.، اوستان،ش و علی‌اصغرزاد،ن. 1390. اثرات 4 اصلاح کننده آلی بر پارامترهای هیدرولیکی و انتقال املاح در یک خاک لوم شنی. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 18.2 : 177-194.
  3. اصغری،ش.، نیشابوری،م.ر.، عباسی،ف.، اصغرزاد،ن.ع و اوستان،ش. 1389. تاثیر پلی‌آکریل آمید، کود دامی، ورمی‌کمپوست و لجن بیولوژیکی بر پایداری خاکدانه‌ها، مقاومت فروروی و آب قابل استفاده در یک خاک لوم شنی. دانش آب و خاک. 20.3: 15-29.
  4. باقری،ح و افراسیاب،پ. 1394. مقایسه اثرات سوپرجاذب و ورمی‌کمپوست بر مقدار رطوبت ذخیره شده خاک در سطوح مختلف شوری آب آبیاری. نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 22.3: 179-191.
  5. پیرزاد،ع.، یوسفی،م.، درویش زاده،ر و راعی،ی. 1392. تاثیر مقادیر مختلف زئولیت و کود نیتروژنه بر عملکرد و شاخص برداشت گل، دانه، اسانس و روعن همیشه بهارCalendula officinalis. نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار. 23.2: 61-75.
  6. چرم،م و صادق‌زاده،ف. 1383. بررسی تاثیر تراکم خاک بر حرکت نیتروژن، فسفر و پتاسیم در ستون خاک. مجله علمی کشاورزی، 27.2 :139-154.
  7. صوفی،ر.س و جانمحمدی،ح. 1388. تغذیه دام. ویرایش ششم، انتشارات عمیدی، تبریز.
  8. عباسی،ف و تاجیک،ف. 1386. برآورد هم‌زمان پارامترهای هیدرولیکی و انتقال املاح در خاک به‌روش حل معکوس در مقیاس مزرعه. مجله علوم و فنون کشاورزی. 11.1: 111-123.
  9. فاضلی،م.، کلانتری،ن.، رحیمی،م.ح و خوبیاری،ع. 1390. بررسی توزیع زمانی و مکانی آلودگی منابع آب زیرزمینی دشت زیدون به نیترات. مجله مهندسی منابع آب. 4.11: 45-51.
  10. مرادزاده،م.، معاضد،ه و صیاد،غ.ع. 1392. شبیه‌سازی آبشویی یون نیترات در یک خاک لوم شنی تیمار شده با زئولیت با استفاده از نرم‌افزار Hydrus-1D. دانش آب و خاک. 23.1: 95-108.
  11. مقبلی،م.، فرحبخش،م و برومند،ن. 1393. همدماهای جذب سطحی بور در خاک در مقادیر مختلف نسبت جذب سدیم. نشریه پژوهش‌های خاک (علوم خاک و آب). 28.4: 713-721.
  12. ملکوتی،م.ج. 1393. توصیه بهینه مصرف کود برای محصولات کشاورزی در ایران: تعیین مقدار، نوع و زمان مصرف کودها با هدف خودکفایی نسبی، تامین امنیت غذایی جامعه و افزایش درآمد کش. چاپ دوم، نشر مبلغان، تهران.
  13. میرزایی ورویی،م.، فکری،م و محمودآبادی،م. 1395. اثرات رژیم رطوبتی، سدیم و کلسیم بر توزیع عمقی پتاسیم در یک خاک گچی. نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 23.4: 65-81.
  14. Asghari,S., Neyshabouri,M.R., Abbasi,F., Aliasgharzad,N and Oustan,S. 2009. The effects of four organic soil conditioners on aggregate stability, pore size distribution and respiration activity in a sandy loam soil. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 33: 47-55.
  15. Bagheri,H and  Afrasiab,P. 2013. The effects of super-absorbent, vermicompost and different levels of irrigation water salinity on soil saturated hydraulic conductivity and Porosity and Bulk density. International Research Journal of Applied and Basic Sciences. 4. 8: 2381-2388.
  16. Bauer,A and Black,A.L. 1992. Organic carbon effects on available water capacity of three soil textural groups. Soil Science Society American Journal. 56: 248-254.
  17. Bejat,L., Perfect,E., Quisenberry,V.L., Coyne,M.S and Haszler,G.R. 2000. Solute Transport as Related to Soil Structure in Unsaturated Intact Soil Blocks. Plant and Soil Sciences Faculty Publications. 64:818-826.
  18. Bhatnagar,A., Ji,M., Choi,Y.H., Jung,W., Lee,S.H., Kim,S.J., Lee,G., Suk,H., Kim,H.S  and Min,B. 2008. Removal of nitrate from water by adsorption onto zinc chloride treated activated carbon. Separation Science and Technology. 43: 886-907.
  19. Bunsri,T., Sivakumar,M and Hagare,D. 2009. Simulation of water movement through unsaturated infiltration-redistribution system. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2.1: 45-53.
  20. Carter,M and Gregorich,E. 2008. Soil Sampling and Methods of Analysis, 2nd edition. CRC Press, Taylor and Francis Group, London.
  21. Change,Ch.H and Franses,E.I. 1995. Adsorption dynamics of surfactants at the air/water interface: a critical review of mathematical models, data, and mechanisms. Colloids and Surfaces, A: Physicochemicaland Engineering Aspects. 100: 1-45.
  22. Costa,J.L., Prunty,L. 2006. Solute transport in fine sandy loam soil under different flow rates. Agricultural water management. 83: 111-118.
  23. Dohnal,M., Jelinkova,V., Snehota,M., Dusek,J and Brezina,J. 2013. Tree-Dimensional Numerical Analysis of Water Flow Affected by Entrapped Air: Application of Noninvasive Imaging Techniques. Vadose zone journal. 12.1: 1-12.
  24. Ebrahimian,H., liaghat,A., Pardinejad,M., Abbasi,F and Navabian,M. 2012. Comparison of one- and two-dimensional models to simulate alternate and conventional furrow fertigation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 138.10: 929-938.
  25. Fetter,C.W. 2008. Contaminant Hydrogeology (3th edition). Waveland Press Incorporated, California. U.S.A.
  26. Friedman,Sh.P. 1999. Dynamic contact angle explanation of flow rate-dependent saturation pressure relationships during transient liquid flow in unsaturated porous media. Journal of Adhesion Science and Technology. 13.12: 1495-1518.
  27. Gerritse,R.G. 1994. The effects of flow rate and distance travelled on the mobility of phosphate in soils. Transport in porous media. 16:237-251.
  28. Godoy,V.A., Zuquette,L.V and Napa-Garcia,G.F. 2015. Transport Mechanisms of Sodium in Sandy Soil from Column Leaching Test. Engineering Geology for Society and Territory. 3: 197-200.
  29. Halliwell,D.J., Barlow,k.M and Nash,D.M. 2001. A review of the effects of wastewater sodium on soil physical properties and their implications for irrigation systems. Australian journal of soil research. 39:1259-1267.
  30. Herbel,M.J and Spalding,R.F. 1993. Vadose zone fertilizer-derived nitrate and δ15 N extracts. Ground Water. 31.3: 316-322.
  31. Jalali,M and Arfania,H. 2010. Leaching of heavy metals and nutrients from calcareous sandy loam soil receiving municipal solid sewage sludge. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 173: 407-416.
  32. Jeinkova,V.,  Snehota,M., Pohlmeier,A., van Dusschoten,D and Cislerova,M. 2011. Effects of entrapped residual air bubbles on tracer transport in heterogeneous soil: Magnetic resonance imaging study. Organic Geochemistry. 42.8: 991-998.
  33. Jia,W., Ren,S and Hu,B. 2013. Effect of water chemistry on zeta potential of air bubbles. International Journal Electrochemical Science. 8:5828-5837.
  34. Lal,R and Shukla,M.K. 2005. Principles of Soil Physics. Taylor and Francis.New York, U.S.A.
  35. Lehmann,J and Schroth,G. 2003. Trees, Crops, and Soil Fertility. Eds. G. Schroth and F.L. Sinclair. Centre for Agriculture and Biosciences international. U.K.
  36. Lennartz,B., Haria,A.H., Johnson,A.C. 2007. Flow regime effects on reactive and non-reactive solute transport. Soil and Sediment Contamination: An International Journal. 17.1: 29-40.
  37. Miyazaki,T. 2006. Water Flow in Soil (3th edition), Taylor and Francis. U.S.A.
  38. Nyamangara,J., Gotosa,J and Mpofu,S.E. 2001. Cattle manure effects on structural stability and water retention capacity of a granitic sandy soil in Zimbawe. Soil Tillage Research. 62: 157-162.
  39. Panuccio,M.R., Muscolo,A and Nardi,S. 2001. Effect of humic substances on nitrogen uptake and assimilation in two species of pinus. Journal of Plant Nutrient. 24.4-5:693- 704.
  40. Roy,S., Arunachalam,K., Kumar Dutta,B and Arunachalam,A. 2010. Effect of organic amendments of soil on growth and productivity of three common crops viz. Zea mays, Phaseolus vulgaris and Abelmoschus esculentus. Applied Soil Ecology. 7:39-46.
  41. Schaap,M.G van Genuchten,M.Th. 2005. A modified mualem–van genuchten formulation for improved description of the hydraulic conductivity near saturation. Vadose Zone Journal. 5:27-34.
  42. Simunek,J., Huang,K and van Genuchten,M.Th. 1998. The HYDRUS Code for Simulating the One-dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media. Version 6.0. Res. Rep. 144. U.S. Salinity Lab., Riverside, CA., U.S.A.
  43. Srikanth,K., Srinivasamurthy,C.A and Siddamarappa, V.R. 2000. Direct and residual effect of enriched compost, vermicompost and fertilizerz on properties of an Alfisol. Journal of the Indian Society of Soil Science. 48.3:496-499.
  44. Sugita,F and Giliham,R.W. 1993. effect of pore-size variation in a porous medium on reactive solute transport. Tracers in Hydrology. 171-177.
  45. Tafteh,A Sepaskhah,A.R. 2012. Application of HYDRUS-1D model for simulating water and nitrate leaching from continuous and alternate furrow irrigated rapeseed and maize fields. Agricultural Water Management. 113: 19-29.
  46. Tangkoonboribun,R., Rauysoongnern,S., Rambo,P.V  and Tumsan,B. 2006. Effect of organic and clay material amendment on physical properties of degraded sandy soil for sugarcane production. Sugar Tech. 8.1: 44-48.
  47. Warrick,A.W. 2002. Soil Physics Companion. CRC press, U.S.A.
  48. Weber,J.B., Warren,R.L., Swain,L.R and Yelverton,F.H. 2007. Physicochemical property effects of three herbicides and three soils on herbicide mobility in field lysimeters. Crop Protection. 26.3: 299-311.
  49. Wilson,L.G., Everett,L.G and Cullen,S.J. 1994. Handbook of Vadose Zone Characterization and Monitoring. Lewis Publishers, Boca Raton.