دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
اول: کاربرد فناوری هسته ای در مطالعات روابط خاک، آب و گیاه
خاک
تا کنون چرخه های گوناگونی از عناصر غذایی نظیر نیتروژن، کربن، گوگرد، فسفر و غیره در خاک شناسایی شده است که بطور مستقیم تحت تأثیر میکروارگانیسم های خاک قرار می گیرند. مراحل آمونیفیکاسیون، ایموبیلیزاسیون، نیتریفیکاسیون تماماً تحت تاثیر موجودات زنده خاک قرار گرفته و کیفیت و کمیت اینگونه تغییرات را کنترل می نمایند. یکی از منابع اصلی تامین نیتروژن در خاک ها، فریاند تثبیت بیولوژیکی نیتروژن اتمسفر است که توسط گروهی از میکروارگانیسم های خاک انجام می شود و ازوتوباکترها و سیانوباکترها بطور آزاد نیتروژن مولکولی هوا را تثبیت می کنند.
ازوسپیریلیوم با گیاهان گرامینه همیاری نموده و ریزوبیوم نیز از طریق برقراری همزیستی با گیاهان لگومینوز نیتروژن مولکولی هوا را به خاک باز می گرداند. جهت تعدل چرخه کربن، باید حدود 35 میلیارد تن دی اکسید کربن از مواد آلی به اتمسفر بازگردد. جانوران مصرف کننده تنها 10 الی 20 درصد از این تجزیه را انجام می دهند و 80 الی 90 درصد باقیمانده مربوط به میکروارگانیسم ها و باکتری های سبز و ارغوانی فعال گردیده و فرم های مختلف گوگردی را در چرخه گوگرد به یکدیگر تبدیل می نمایند. و بالاخره ترشح آنزیم برون سلولی فسفاتاز از میکروارگانیسم های خاک باعث قطع ارتباط استری فسفر در مواد آلی گردیده و بدیت ترتیب اسید فسفریک آزاد می گردد. به دنبال پیشرفت های شگرف در علوم مهندسی ژنتیک، جهت انتقال صفات توارثی مفید ما بین گونه های مختلف موجودات زنده، نقش پرتوهای رادیواکتیو نیز در ایجاد جهش های ژنتیکی در میکروارگانیسم های خاک بسیار حائز اهمیت خواهد بود. بدین ترتیب که در اثر برخورد پرتوهای رادیو اکتیو خصوصاً پرتو گامابا میکروارگانیسم های خاک، شکست کروموزومی صورت گرفته و این امر می تواند (بطور مستقیم) موجب جهش زایی در اینگونه موجودات گردد. پیامد این امر وقوع تنوع ژنتیکی بوده که می تواند کارایی میکروارگانیسم ها را در انجام هر چه بیشتر فرایندهای فوق یاری بخشد.
کاربرد پرتوتابی در مدیریت آبیاری
یکی از شایع ترین روش های بررسی رطوبت خاک، نمونه برداری از اعماق مختلف پروفیل خاک و خشک نمودن نمونه ها در آون است. بدین ترتیب با تفاضل وزن نمونه قبل و بعد از حرارت می توان برآورد دقیقی از رطوبت خاک به عمل آورد. از سوی دیگر جهت بررسی تغییرات رطوبت در طول فصل رویش گیاه، نیاز به نمونه برداری و حفر سوراخ های متعدد در اطراف گیاه خواهد بود، که این امر یکی از موارد محدود کننده این روش به شمار می رود. در فناوری ایوتوپی (نوترون متری) می توان بدون بر هم زدن خاک، تعداد نامحدود قرائت را در طول فصل رشد به عمل آورد.
در دستگاه نوترون متر منبع رایدو اکتیو آمرسیم به همراه برلیم قرار داده شده است. در اثر واپاشی آمرسیم، اشعه آلفا تولید می گردد که در اثر برخورد این پرتو به عنصر برلیم، نوترون های سریع ساطع می گردد. جهت استفاده از دستگاه نوترون متر، یک لوله از جنس آلومینیوم در خاک قرار داده شده و دستگاه بر روی لوله سوار می گردد در داخل لوله به سمت پائین هدایت شده و در عمق خاصی از خاک قرار می گیرد. نوترون های ساطع شده در اثر واپاشی، بصورت شعاعی در خاک حرکت نموده و به مولکول های آب برخورد می نماید. بواسطه اینکه جرم نوترون و هیدروژن تقریباً یکسان می باشند، در اثر برخورد بیشترین انتقال انرژی صورت گرفته و باز BF3 نوترون های سریع به نوترون های حرارتی مبدل شده و به سمت شمارشگر باز می گردند. بدین ترتیب از طریق محاسبه تعداد نوترون های حرارتی بازگشت شده می توان تعداد مولکول های آب در محیط مجاور لوله آلومینیومی را تخمین زد.
در فن آوری نوترون متری می توان در مطالعات آب مصرفی، حرکت آب در خاک، تصحیح جداول آبیاری و افزایش راندمان مصرف زراعی آب در سیستم های پیشرفته آبیاری نظیر مدیریت های آبیاری تحت فشار سود جست.
کاربرد ردیابی در تغذیه گیاهی
عنصر توپ پایدار موارد کاربرد
نیتروژن 15 پایدار راندمان مصرف کودهای نیتروژنی، تثبیت بیولوژیکی نیتروژن،
بالانس نیتروژن، تغییر و تحول نیتروژن در خاک ها، فراهمی نیتروژن از مواد آلی، مطالعات تغذیه حیوانات
فسفر 32
33 رادیواکتیو
رادیواکتیو مطالعات راندمان مصرف و بقایای کودهای فسفری، فسفر قابل
تبادل در خاک، توزیع سیستم ریشه ای در خاک، ارزیابی مزرعه ای
سنگ های فسفات، فراهمی بقایای کودهای فسفری
اتورادیوگرافی ریشه، پخش فسفر در خاک، فناوری نشانه گذاری مضاعف ( در بررسی توسعه ریشه)
پتاسیم 86 رادیواکتیو ردیاب مناسب بجای پتاسیم، مطالعات کیفی محلهای چایگذاری
کلسیم 45 رادیواکتیو کلسیم خاک (جذب یونی و کلسیم قابل تبادل)، جنبش کلسیم در گیاه (اتورادیوگرافی ریشه)
منیزیم 26 پایدار آلودگی محیطی، تحقیقات پزشکی و اکولوژیکی
گوگرد 34
35 پایدار
رادیواکتیو آلودگی محیطی، تحقیقات پزشکی و اکولوژیکی
جذب گوگرد از اتمسفر، مطالعات چرخه گوگرد، فراهمی گوگرد از منبع خاک
آهن 59 رادیواکتیو مطالعات فرسایش خاک، جنبش های آهن در خاک و گیاه، فراهمی آهن از منبع خاک
مس 64
65 رادیواکتیو
پایدار برقراری کمپلکس در محلول خاک، جنبش های مس در سیستم خاک و گیاه
مطالعات تغذیه در حیوانات
منگنز 54 رادیواکتیو برقراری کمپلکس در محلول خاک، فراهمی منگنز از منبع خاک، جنبش های منگنز در خاک و گیاه
روی 65 رادیواکتیو برقراری کمپلکس در محلول خاک، فراهمی روی از منبع خاک، جنبش های روی در خاک و گیاه
بور 10 پایدار جذب لاشبرگی، بررسی فعالیت نوترون، مطالعات رطوبت خاک، شیمی خاک
مولیبدن 99 رادیواکتیو تغذیه گیاه
هیدروژن 2
3 پایدار
رادیواکتیو جنبش آب، مطالعات بیو شیمیایی، چرخه آب
جنبش، متابولیسم، آبشویی
کربن 13
14 پایدار
رادیواکتیو مطالعات مواد آلی خاک در اکوسیستم، فتوسنتز، جابجایی کربن، چرخه کربن، راندمان مصرف آب
فتوسنتز و جابجایی کربن، مطالعات مواد آلی خاک، مطالعات موازنه کربن
اکسیژن 18 پایدار فتوسنتز، تعرق، مطالعات مواد آلی خاک، مطالعات اکولوژیکی، هیرولوژی
کلر 37 پایدار اثرات حشره کش ها و آفت کش ها در آب، خاک، هوا و زندگی بشر
سدیم 22
24 رادیواکتیو
رادیواکتیو مطالعات خاک های شور و سدیمی
مطالعات خاک های شور و سدیمی
سزیم 137 رادیواکتیو فرسایش خاک و رسوب گذاری
کاربرد ایزوتوپ پایدار نیتروژن 15 در مدیریت خاک، آب و تغذیه گیاه
عنصر نیتروژن یکی از مهمترین عناصر غذایی، از دیدگاه تغذیه گیاهی به شمار می رود. این عنصر در ساختمان ترکیبات پروتئینی، آنزیم ها، ترکیبات حد فاصل متابولیسمی، هورمون های گیاهی یافت می شود. این عنصر علاوه بر نقش خود در تشکیل پروتئین ها، یک جزء لازم مولکول کلروفیل می باشد. و نیمه عمر کوتاه محدودیت های زیادی در تحقیقات تغذیه گیاهی بوجود می آورد.
استفاده از مواد ساختگی حاوی نیتروژن می تواند این قابلیت را بدهد تا از این عنصر به عنوان یک ردیاب استفاده گردد. بواسطه اینکه هر دو ایزوتوپ نیتروژن 14 و نیتروژن 15 پایدار بوده و تشعشعات رادیواکتیو از خود ساطع نمی کنند، کارکرد با این عنصر خطر نداشته و ضمناً طبیعت آنها اجازه آزمایشات طولانی مدت را ممکن می سازد.
به واسطه هزینه زیاد تولید مواد نشاندار شده با نیتروژن15، استعمال این مواد در مقیاسمقرون به صرفه نبوده، لذا جهت طراحی آزمایشات ایزوتوپی، قطعه ای به مساخت 2-1 متر مربع در نظر گرفته شده بطوری که در مجاورت قطعه فوق، گیاهان غیر ایزوتوپی، نقش گیاهان گراد را بازی نمایند.
یکی از قابلیت های عمده تکنیک ردیابی نیتروژن 15 بررسی سودمندی های کودهای نیتروژنی و مطالعات کارایی مصرف اینگونه مواد می باشد. تا کنون روش ها و معادلات متعددی جهت اندازه گیری میزان جذب عناصر غذایی از کودهای مورد مصرف بیان شده که تنها روش مستقیم، استفاده از ایزوتوپها عنوان گردیده است.
یکی از مهمترین خصوصیات لگوم، قابلیت آنها در ایجاد همزیستی با باکتری های ریزوبیوم جهت تثبیت نیتروژن اتمسفر می باشد. از روش های متعارف اندازه گیری میزان تثبیت نیتروژن می توان به روش های احیای استیلن، بالانس نیتروژن، افزایش محصول نیتروژن و رشد گیاه و روش ایزوتوپی نیتروژن 15 اشاره نمود که در این میان، روش ایزوتوپی به عنوان شاخص ترین روش به شمار می رود.
معدنی شدن نیتروژن، به فرآیند شکسته شدن مواد آلی خاک و تبدیل آن به فرم های معدنی و قابل دسترس برای گیاه اطلاق می گردد که شامل دو مرحله آمونیاک سازی و نیترات سازی می باشد. توسط روش های غیر ایزوتوپی و از طریق موازنه وزنی می توان میزان معدنی شدن خالص نیتروژن را برآورد نمود. معدنی شدن خالص، در جریان کنترل تغییر و تحول نیتروژن خاک ها، جواب خوبی ارائه نداده و ضمناً واکنش ریشه گیاهان را در این خصوص مد نظر قرار نمی دهد. واژه معدنی شدن ناخالص نیتروژن، تبدیل و شکسته شدن ماده آلی را به آمونیوم بیان می نماید. لذا کافی است تا با استفاده از آمونیوم نشاندار، موجودی ازن عنصر در نیمرخ خاک نشاندار شود.
یکی از موارد کاربردی فناوری هسته ای، ارزیابی اتلاف نیتروژن، از سیستم های کشاورزی می باشد. آبشویی نیترات، هدر رفت کودهای نیتروژنی، آلودگی آبهای زیر زمینی و تسریع در اسیدی شدن خاک ها می باشد. شالیزهای برنج و چراگاه ها، دو سیستم عمده کشاورزی می باشند که تصاعد گاز آمونیاک در آنها به میزان متنابهی صورت می گیرد.
مطالعات بقایای مواد آلی خاک
استفاده از بقایای مواد آلی به عنوان منبع مستقیم تامین عناصر غذایی و تاثیر آن در بهبود ساختمان خاک نقش ویژه در پایداری طولانی مدت خاک بر جا خواهد گذاشت. نشاندار کردن بقایای گیاهی با استفاده از تزریق نیتروژن 15 در درختان، یک فناوری جدید در تولید مقادیر انبوه ماده نشاندار به شمار می رود که از صرفه اقتصادی قابل توجه نیز برخوردار خواهد بود. در این روش، نیتروژن نشاندار به آوندهای چوبی فعال درخت تزریق می گردد و پس از سپری شدن دوره موازه نیتروژن، برگهای نشاندار شده گیاه جمع آوری شده و سپس مورد آزمایش قرار می گیرد. کودهای حیوانی یک دیگر از وصر بقایای آلی بوده که از کاربرد گسترده ای نیز برخوردار می باشند. در این روش، مواد گیاهی نشاندار یک روش پیچیده و گرانقیمت می باشد. چرا که این کودها باید در طول مدن تولید و از نظر شیمیائی کاملاً یکنواخت باشند. جهت تولید این کودها توصیه می شود که ادرار و مدفوع حیوانات بطور جداگانه جمع آوری گردد.
فناوری غیر مستقیم بررسی بقایای مواد آلی، از جمله روش های مؤثر در مطالعات جذب نیتروژن توسط گیاه به شمار می رود. در این روش، کودهای نشاندار شده در شرایط حضور و عدم حضور بقایای آلی، به خاک اضافه می گردد. در تیمار کنترل (بدون بقایای گیاهی) نتایج موید موجودی نیتروژن خاک بوده و در تیمار حاوی ماده آلی بواسطه وقوع معدنی شدن نیتروژن ترقیق ایزوتوپی صورت گرفته لذا با بررسی درصد نیتروژن موجود در گیاه مشتق شده از ماده آلی می توان این فرآیند را آنالیز کمی و کیفی نمود.
کابرد رادیوایزوتوپ 32 در مدیریت خاک، آب و تغذیه گیاه
بواسطه نقش ویژه فسفر در فرایند انتقال انرژی، تقسیم سلولی و همچنین شرکت در فرایندهای رشد و تکامل ریشه، گلدهی، تشکیل میوه و دانه و افزایش مقاومت به امراض، ......................این عنصر به عنوان دومین عنصر کلیدی از نظر تغذیه گیاه درآمده و از جمله فاکتورهای مهم در تولید محصول به شمار می رود.
اولین مرحله در طراحی این گونه آزمایشات ساخت ترکیبات نشاندار شده با فسفر 32 می باشد. جهت تولید اسید فسفریک نشاندار، برخورد نوترونهای سریع ساطع شده از راکتور، به عنصر گوگرد استفاده می شود. باید توجه نمود که مواد نشاندار شده در راکتور، حجم بسیار اندک و اکتیویته بسیار بالا خواهند داشت. باید توجه نمود که مواد رادیو اتیو نشاندار شده به فسفر 32، آلودگی های محیطی تولید می نمایند.
جهت اندازه گیری پرتوبتا حاصل از فسفر32 می توان نمونه جامدپودر شده گیاهی را ............
مستقیماً در دستگاه شمارش بتا قرار داد و میزان پرتوهای ساطع شده را در واحد زمان شمارش نمود. همچنین می توان نمونه گیاهی را در کوره الکتریکی سوزاند و خاکستر حاصل را در اسید کلریدریک نرمال حل نمود و سپس محلول فوق را در دستگاه شمارشگر سوسوزن مایع قرار داد. از روش های دیگر اندازه گیری پرتوهای فسفر 32 می توان به شمارنده های کایگر مولر، چرنکو، گاما و روش اتو رادیوگرافی اشاره نمود.
کمیتهای معمولاً کوچک فسفر در خاک ها و گرایش آن به واکنش با اجزای تشکیل دهنده خاک و تولید ترکیبات نسبتاً نا محلول و در نتیجه غیر قابل جذب برای گیاه، فسفر را در زمینه حاصلخیزی خاک بسیار مهم می سازد. بعضی از کودهای فسفر قابلیت نشاندار شدن را دارند. مثل اسید فسفریک، سوپر فسفات ها، و فسفات های آمونیومی. اما در پاره ای مواد، نشاندار کردن کود فسفری غیر ممکن می باشد. مانند منابع کانی های فسفات مثل سنگهای فسفاتی و موادآلی فسفاتی نظیر کودهای دامی و سبز؛ کمپوست، بقایای گیاهی و غیره. در خصوص منابع قابل نشاندار، کود ایزوتوپی به خاک اضافه شده و کارایی مصرف آن بطور مستقیم برآورد می شود. اما در رابطه با منابع کودی غیر قابل نشاندار، وضعیت فرق نموده و با تنظیم و اجرای یک سری تیمارهای خاص، کارایی مصرف آن کود مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
یکی دیگر از موارد کاربرد ردیابهای نشاندار شده با فسفر 32 ترسیم الگوی توزیع سیستم ریشه ای گیاهان خصوصاً درختان می باشد. اصولاً بواسطه ایستا بودن یون فسفات، حرکت آن از نقطه قرار دهی، بسیار آهسته بوده در نتیجه از تلفات آن با آبهای فرنشتی می توان صرفه نظر نمود. لذا با توجه به واکنش فسفر با اجزای خاک و وقوع فرایند تثبیت در شرایط اسیدی و قیلیایی، چنین به نظر می رسد که در صورتی که فرم جامد کود فسفر 32 در عمق خاصی از پروفیل خاک قرار داده شود، کود در همان منطقه محدود باقی خواهد ماند. در صورتی که ریشه گیاه رشد نموده و به آن منطقه از خاک برسد، فسفر 32 را جذب نموده و به اندام های فوقانی خود منتقل می نماید. در نتیجه با شمارش پرتوهای رادیواکتیویته ساطع شده از آن اندام، حضور ریشه در آن قسمت از خاک قطعی شده و شدت پرتوهای ساطع شده نیز مؤید شدت فعالیت سیستم ریشه ای در آن منطقه خواهد بود.
استفاده از فسفر 32 در مطالعات بقایای آلی خاک، اطلاعات با ارزشی را در خصوص رها شدن فسفر از این منبع فراهم می نماید. در تولید کودهای سبز نشاندار، فرمهای مختلف کودهای شیمیایی فسفر32 به خاک اضافه می شود و سپس اندامهای گیاه برداشت شده و به صورت کود سبز به خاک غیر نشاندار در جایی که گیاه بعدی رشد خواهد نمود اضافه می گردد. نشاندار کردن بقایای گیاهی با استفاده از تزریق فسفر 32 در درختان، یک فناوری جدید در تولید مقادیر انبوه ماده نشاندار به شمار می رود که از صرفه اقتصادی قابل توجه نیز برخوردار خواهد بود.
فسفر از جمله عناصری است که در شرایط ویژه، جذب سطحی کلوئیدهای خاک می شود. عوامل محیطی متعدد، میزان فسفر قابل تبادل را تحت تاثیر قرار داده و کنترل می کند لذا با نشاندار کردن خاک توسط کودهای فسفری اولاً می توان میزان فسفر قابل تبادل از منابع مختلف کودی را مورد بررسی قرار داد. ضمناً با انتخاب روش مناسب عصاره گیری، می توان تاثیر شرایط مختلف محیطی را در جذب سطحی کلوئیدهای خاک مورد آنالیز کیفی و کمی قرار داد.
نوع ایؤوتوپ نیمه عمر فراوانی
طبیعی نوع واپاشی ادوات
اندازه گیری موارد کاربرد
1
2C
پایدار
- 892/98%
- اسپکترومتر جرمی -بصورت مواد
تخلیه شده از ایزوتوپ 13 یا
غنی سازی کامل ایزوتوپ 12
- مطالعات مکانیسم های واکنش های مواد آلی
13
C
پایدار
- 108/1%
- اسپکترومتر جرمی - ارزیابی شرایط
استرس مانند خشکی و یا شوری
- فتوسنتز
- مطالعات نقل و انتقال و چرخش کربن
14
C
رادیواکتیو 5720
سال
-
بتا LS
C - مطالعات فتوسنتز و نقل و انتقال کربن
مطالعات مواد آلی خاک
- مطالعات موازنه کربن
کاربرد ایزوتوپ پایدار کربن 13 در مدیریت خاک، آب و تغذیه گیاه
عنصر کربن دارای سه ایزوتوپ مفید در مطالعات روابط تغذیه گیاهی می باشد، که در این میان نقش ایزوتوپ کربن 13 در ارزیابی شرایط استرس بسیار حائز اهمیت است.
نسبت ایزوتوپی 12/13 کربن در بافتهای کمتر از این نسبت در دی اکسید کربن اتمسفر می باشد که این امر مؤید این مطلب می باشد که گیاهان در طی فرایند فتوسنتز، نسبت به جذب دی اکسید کربن تبعیض قایل می گردند که علت آن سرعت پخش آهسته تر دی اکسید کربن سنگین از طریق روزنه های گیاهی و کاهش تمایل این گاز در شرکت در واکنش های آنزیمی کربوکسیلار (سیکل کلوین) می باشد. به عبارت دیگر تفاوت در جذب کربن13 در طی فرایند فتوسنتز به دو عامل هدایت روزنه ای و پروسه های آنزیمی مربوط می گردد.
یکی از کاربردهای مهم فناوری تبعیض ایزوتوپی کربن، بررسی شاخص کارایی مصرف آب و استفاده از آن جهت تولید گونه هایی با توانایی هر چه بیشتر در مصرف آب می باشد. تمامی آب مصرف شده توسط گیاه و همچنین تمامی ماده خشک تولید شده در دوره رشد گیاه اندازه گیری گردد که این امر مستلزم زحمت و صرف وقت بسیار می باشد و همچنین وقوع خطاهای متعدد، از دقت این روش خواهد کاست. لذا در برنامه های اصلاحی، روش تبعیض ایزوتوپی کربن به عنوان یک وسیله مناسب جهت افزایش کارایی مصرف آب عنوان گردیده است.
کاربرد ایزوتوپ های گوگرد در مدیریت خاک، آب و تغذیه گیاه
عنصر گوگرد دارای دو ایزوتوپ مفید در مطالعات روابط تغذیه گیاهی می باشد.
نوع ایزوتوپ سودمندی ها معایب
گوگرد 35
رادیواکتیو -نیمه عمر مناسب
- نشر پرتو بتا نسبتاً نرم
-حساسیت دستگاه ال اس سی جهت اندازه گیری میزان واپاشی مخاطرات رادیواکتیو
گوگرد 34
پایدار - قابلیت باقی ماندن در خاک و تعیین خصوصیت سیستم
- تعیین نسبت ایزوتوپی به روش ای آر ام اس گران بودن کودهای
گوگرد34
از ایزوتوپ رادیواکتیو گوگرد 35 می توان در مطالعات چرخه گوگرد، جذب گوگرد از اتمسفر و فراهمی گوگرد از منبع خاک استفاده نمود. روشهای استعمال گوگرد 35 بصورت نشانه گذاری مستقیم و ترقیق معکوس می باشد.
در روش مستقیم، امکان نشاندار کردن منبع کود گوگرد با ایزوتوپ 35 مقدور خواهد بود. لذا پس از ساخت انواع مختلف کود نشاندار، می توان پارامترهای مورد نظر نظیر بهترین فرم استعمال و همچنین بهترین محل قرار دهی کود را مورد ارزیابی قرار داد.
در شرایطی که امکان ساخت یک ماده نشاندار از بعضی از منابع کود گوگردی نظیر ته نشست های طبیعی و یا کودهای تجارتی گوگردی وجود نداشته باشد، از روش ترقیق معکوس استفاده می شود. در این روش از ایزوتوپ 35 به منظور نشاندار کردن استخر گوگرد قابل دسترس خاک که متعاقباً با گوگرد غیر نشاندار رقیق خواهد شد استفاده می شود. بواسطه رها شدن گوگرد از اینگونه منابع، ترقیق ایزوتوپی صورت گرفته و سپس توسط اندازه گیری تغییرات در اکتیویته ویژه گوگرد در گیاهان در حال رویش پارامتر مورد نظر ثبت می گردد. در کاربرد روش ترقیق معکوس باید به چند نکته توجه نمود:
1- ماده نشاندار باید دقیقاً در پروفیلی از خاک توزیع شود که گیاه گوگرد مورد نیاز خود را تامین می نماید.
2- میزان جنبش ماده رادیاب از پروفیل نشاندار به مناطق مجاور، نباید در اندازه گیری ها تاثیر چندان نداشته باشد.
از ایزوتوپ پایدار گوگرد 34 می توان در اندازه گیری آبشویی گوگرد، جذب گوگرد باران توسط گیاهان، آلودگیهای محیطی و تحقیقات اکولوژیکی و پزشکی استفاده نمود.
کاربرد سزیم 137 در مطالعات فرسایش خاک
رادیو ایزوتوپ سزیم 137 از جمله ردیابهایی به شمار می رود که از کاربرد گسترده در مطالعات فرسایش خاک برخوردار می باشد. نیمه عمر سزیم 137 طبیعی قابل اندازه گیری در طبیعت وجود ندارد و لذا سزیم 137 موجود در طبیعت حاصل دو پدیده فعالیت بشری خواهد بود.
- آزمایشات اتمی طی سال های 1960-1950
- انفجار مرکز هسته ای چرنوبیل در شوروی سابق (26 آوریل 1986).
سزیم 137 حاصل از انفجارات اتمی موجب گردید که این عنصر ابتدا در لایه استراتوسفرباز گردد و از این طریق و به وسیله آب حاصل از نزولات آسمانی به پهنه اراضی وارد شود. هنگامی که سزیم 137 از طریق نزولات آسمانی به سطح خاک می رسد به شدت جذب سطحی ذرات خاک می شود و قدرت چسبندگی به شکلی است که انتقال آن به طبقات پائین تر خاک تحت تأثیر واکنش های فیزیکی و شیمیایی بسیار ناچیز می باشد. سپس هنگام وقوع فرسایش و جدایی ذرات خاک از بستر و انتقال آنها، عنصر سزیم 137 نیز منتقل می گردد و بنابراین هر گونه سزیم 137 در خاک بر محمل ذراتی خواهد بود که انتقال یافته اند. دلایل انتخاب و معایب استفاده از سزیم 137 در ارزیابی فرسایش خاک در جدول زیر آمده است.
دلایل انتخاب معایب
عدم وجود سزیم 137 بصورت طبیعی در طبیعت هزینه زیاد آزمایشات آشکار سازی و ردیابی
توزیع و گستردگی آن در تمام مناطق جهان محدود بودن دستگاه های ردیاب
قابلیت بسیار بالا در جذب سطحی توسط کلوئیدهای هوموسی و رسی عدم قطعیت فرضیات
تقریباً غیر قابل تبادل ورود منابع جدید سزیم به خاک
ساطع نمودن اشعه گاما و امکان اندازه گیری راحت آن
دارای نیمه عمر مناسب جهت مطالعات فرسایش خاک (17/30 سال)
امکان ارزیابی فرسایش خاک در میان مدت
سهولت نمونه برداری
ارزیابی کمی و میزان و توزیع مکانی خاک فرسایش یافته
سهولت تجزیه نمونه خاک
استفاده از نوترون متری در مطالعات روابط آب و خاک
روشهای بسیاری جهت اندازه گیری رطوبت خاک وجود دارد که هریک دارای مزایا و معایبی می باشند. بیشتر این روشها بصورت غیر مستقیم این اندازه گیری را انجام می دهند. در این مطلب مروری بر روشهای دسترس اندازه گیری رطوبت خاک شامل اصول کار، مزایا و معایب آنها مورد مطالعه قرار می گیرد.
روشهای مستقیم
این روش بر اساس نمونه برداری وزنی از خاک می باشد. بعد از نمونه برداری از خاک در اعماق مورد نظر آنها را توزین کرده در آون بمدت 24 ساعت در حرارت 105 درجه سانتیگراد قرار می دهند. پس از این مدت نمونه ها را توزین نموده و رطوبت وزنی را بدست می آورند. اما استفاده از این روش مشکل و پر زحمت بوده و نتایج در روز بعد قابل دسترس می باشد و همچنین ساختمان اولیه خاک به هم خورده، علاوه بر این تعداد نمونه ها و محل های مربوط به آنها روی صحت مقادیر میانگین آنها تأثیر می گذارد.
روشهای غیر مستقیم
1- تانسیو متر: آب از سطوح با انرژی بالا به طرف سطوح با انرژی پائین حرکت می کند. انرژی آب خاک بوسیله تانسیومتر اندازه گیری می شود. در مطالعات آب و خاک انرژی آب معمولاً توسط معادل انرژی آب در واحد وزن اندازه گیری می شود که به آب هد هیدرولیکی (سانتیمتر آب) می گویند.
2- قالب گچی: اصول کار این قالب ها بر اساس اندازه گیری هدایت الکتریکی ایجاد شده بین دو الکترود که در یک قالب گچی یا نایلونی قرار داده شده است می باشد. بلوک ها در اعماق مختلف خاک جهت اندازه گیری رطوبت در عمق مورد نظر قرار داده می شود بین آب داخل بلوکها و آب موجود در خاک تعادلی بوجود می آید. اگر خام مجاور بلوک ها خشک باشد آب از بلوک ها خارج شده و یک تعادل جدید بوجود می آید. رطوبت خاک بطور غیر مستقیم توسط این بلوک ها با استفاده از منحنی های کالیبراسیون که ارتباط آب موجود را با مقاومت الکتریکی اندازه گیری شده در بلوک ها در اختیار می گذارد، اندازه گیری می شود.
3- روشهای دی الکتریک (Dielectric Methods)
الف- روش انعکاس سنجی زمانی (Time- Domain Reflectometry)
یکی از روش های نسبتاً جدید در اندازه گیری رطوبت خاک روش انعکاس سنجی نامیده می شود. این روش بر اساس ثابت دی TDR حوزه زمانی که اصطلاحاً روش الکتریک آب استوار است بطور کلی دی الکتریک به معنی نارسانا بودن الکتریسیته می باشد. بر حسب تعریف ثابت دی الکتریک هر ماده عبارت است از نسبت گنجایش یک خازن که در آن از یک ماده معین به عنوان دی الکتریک استفاده شده باشد به گنجایش همان خازن در صورتی که دی الکتریک آن هوا باشد.
ب- روش ظرفیت (Capacitance) با استفاده از دستگاه Divener 2000 سنجی
یکی دیگر از روش های جدید که در چند سال اخیر مورد استفاده جهت اندازه گیری رطوبت خاک قرار گرفته است، روش ظرفیت سنجی می باشد. در این روش از خواص الکتریکی مانند مقاومت و خاصیت دی الکتریک آب برای سنجش میزان آب خاک استفاده شده است. رطوبت حجمی خاک توسط پاسخ به تغییرات دی الکتریک خاک اندازه گیری می شود.
و تفسیر داده های رطوبت خاک Divener 2000 نتایج حاصل از دستگاه به شرح زیر است:
1- محاسبه استفاده روزانه محصول از آب
2- الگوی استخراج آب از لایه های مختلف پروفیل خاک
3- تشخیص عمق و توزیع حوزه فعالیت ریشه گیاه
4- تغییرات بافت و ساختمان خاک
5- استفاده از آب مورد نیاز در محصولات حساس به استرس و غیره است.
6- تعییم تغییرات پیاز رطوبتی در آبیاری قطره ای
7- تعیین تماس با سطوح آب در پروفیل خاک و منطقه فعال ریشه محصولات
8- شناخت نقطه پایان آبیاری و آغاز استرس برای محصول
4- روش هسته ای اندازه گیری رطوبت خاک
عبارت است از استفاده از پخش ذرات نوترون در خاک با استفاده از دستگاه نوترون متر. روش کاربرد گسترده ای در تحقیقات کشاورزی داشته و روشی است که بدون به هم زدن خاک، سریع تر و راحت تر پس از کالیبراسیون آن رطوبت خاک را اندازه گیری می نماید.
استفاده از دستگاه نوترون متر در مطالعات آب و خاک
روش های هسته ای مانند نوترون متر و دستگاه اندازه گیر دانسیته خاک توسط اشعه گاما کاربرد گسترده ای در تحقیقات کشاورزی دارند. آنها با یک بار کالیبراسیون و بدون تخریب خاک بسیار آسان مورد استفاده قرار می گیرند. در زیر به طور خلاصه به چند مورد اشاره می شود.
1- تعیین میزان ذخیره آب در ناحیه ریشه گیاه
اطلاع از میزان ذخیره آب در ناحیه ریشه گیاه بطور گسترده برای تصمیم در مورد انتخاب مناسب ترین نوع محصول دی یک منطقه معین مورد استفاده قرار می گیرد. بارندگی مؤثر در انتهای یک فصل بارانی را می توان بوسیله تغییرات در میزان ذخیره آب قبل و بعد از بارندگی تشخیص داد. ظرفیت نگهداری آب در خاک را که دسترسی آب برای گیاه را تحت تاثیر قرار می دهد، در صورت دانستن تغییرات رطوبت در ناحیه ریشه گیاه در قبل و بعد از آبیاری می توان محاسبه نمود.
2- تعیین عمق ریشه دوانی گیاه
اطلاعات عمق ریشه دوانی گیاه برای مدیریت آبیاری و کاربرد کود بسیار با ارزش است، بطوریکه مهندسین آبیاری در طراحی سیستم های آبیار عنوان موثر را بکار برده و آن ماکزیمم عمقی (Effective rooting depth) ریشه دوانی از خاک است که 80% آب مورد استفاده گیاه را تامین می کند، عمق موثر ریشه دوانی گیاه برای محاسبه عمق آب آبیاری مورد نیاز است، بطوریکه عمق کاربرد آب آبیاری می تواند در صورت دانستن عمق موثر ریشه به بهترین نحو تعیین و مورد استفاده گیاه قرار گیرد. همچنین در انتخاب ژنوتیپ های گیاهان مقاوم به خشکی تعیین عمق ریشه دوانی گیاهمی تواند مورد استفاده قرار بگیرد. عمق تخلیه رطوبت خاک می تواند بطور غیر مستقیم جهت تخمین توزیع فعالیت ریشه گیاه در پروفیل های خاک مورد استفاده قرار گیرد.
3- اندازه گیری مشخصات هیدرولیکی خاک
محاسبه دقیق جریان آب و محلول ها در خاک فقط در صورت داشتن اطلاعات درست از هدایت هیدرولیکی خاک میسر می باشد، بیشتر مدل های سیمولاسیون کامپیوتری روی تغییرات آب خاک در ناحیه ریشه گیاه، شستشوی کودها مسائل انتقال آلوده Waste disposal و دیگر مواد شیمیائی، (Leaching) کننده ها در خاک ها احتیاج به داشتن اطلاعات هدایت هیدرولیکی غیر اشباع خاک ها دارد. همچنین انجام کارهای آزمایشی روی تعیین آب مصرفی گیاه به اندازه گیری های هدایت هیدرولیکی خاک احتیاج دارد. هدایت هیدرولیکی خاک مزرعه از مشخصات مهم فیزیکی خاک است که میزان نفوذ پذیری آب در خاک را مشخص نموده همچنین در مناطق مرطوب جهت انجام امور زهکشی تعیین این فاکتور مورد نیاز است.
4- مطالعات آب مصرف گیاه
در مطالعات آب مصرفی گیاه روش بیلان آب یکی از آسانترین روش ها است.
5- مطالعات راندمان آب مصرفی گیاه
در مناطق خشک و نیمه خشک که منابع آب اغلب مجدود می باشد و آب آبیاری همیشه در دسترس نیست برای استفاده اپتمیم از منابع آب در دسترس کشت گیاهانی با راندمان مصرف آب بالا بسیار ضروری می باشد. برای تخمین راندمان مصرف آب، تعیین آب مصرفی گیاه در طول فصل رشد گیاه لازم می باشد. و همانطور که ذکر گردید با استفاده از نوترون متر و محاسبه بیلان آب تعیین می گردد.
چهار راه اساسی برای افزایش راندمان مصرف آب وجود دارد که عبارتند از:
1- تغییر راندمان تعرق
2- افزایش تعرق توسط افزایش کاربرد آب در سطح مزرعه
3- کاهش تلفات آب غیر از تعرق در صورت محدود بودن آب
4- برنامه ریزی آبیاری
معمولاً از میزان آب قابل دسترس به عنوان یک معیار برای تصمیم گیری در مورد زمان آبیاری استفاده می شود. پروفیل رطوبتی خاک که بوسیله نوترون متر اندازه گیری می شود می تواند میزان تخلیه رطوبت در دسترس را مشخص نماید. اگر چه این میزان بستگی به نوع محصول متفاوت می باشد. معمولاً آبیاری موقعی شروع می شود که آب قابل دسترس گیاه تا 50% کاهش یابد.
فصل دوم 1-2
استفاده از منابع آب و خاک شور در کشاورزی پایدار
جدول توزیع منطقه ای خاک های شور دنیا به میلیون هکتار
منطقه کل سطح خاکهای شور درصد خاکهای قلیا درصد اراضی
آفریقا 1/1899 7/38 2 5/33 8/1
آسیا
استرالیاو
اقیانوسیه 2/3107 1/195 3/6 6/248 8
اروپا 8/2010 7/6 3/0 7/72 6/3
آمریکای لاتین 6/2038 5/60 3 9/50 5/2
خاور نزدیک 9/1801 5/91 1/5 1/14 8
آمریکای شمالی 7/1923 6/4 2/0 5/14 8
کل 12781/3 1/397 1/3 3/434 3/4
اصلاح خاک های شور و قلیا
1) خاک های شور
منظور از اصلاح خاک های شور کاهش غلظت املاح آنها می باشد. در مناطق خشک اگر همزمان با عملیاتی که به منظور کاهش بیلان نمک در خاک صورت می گیرد، تدابیری نیز در خصوص جلوگیری از صعود سطح ایستایی و یا صعود مویینگی آبهای زیر زمینی اندیشیده نشود عملیات اصلاح به نتیجه مطلوب نخواهد رسید. در صورتی وجود آب ارزان و کافی با استفاده از روش آبشوئی و احداث شبکه زهکشی می توان املاح اضافی و محلول را شست و آنها را به افق های تحت الارضی خاک منتقل و یا از منطقه خارج کرد. بهترین زمان برای شستشو اواخر پائیز است، چون تبخیر کم وسط سفره آب زیرزمینی نسبت به دیگر فصول سال پائین تر رفته است. ولی این کار متضمن صرف وقت و هزینه بسیار است و با توجه به محدودیت منابع آب شیرین در اغلب مناطق خشک و نیمه خشک و کویری ایراناین روش مقرون به صرفه نمی باشد.
2)خاک های شور و قلیا
اصلاح اراضی شور با روش آبشوئی، زهکشی یا به کمک مواد شیمیایی اصلاح کننده هزینه زیادی در بر دارد. این هزینه ها شامل احداث سیستم های زهکشی بوده، که کاری بس دشوار و نیازمند ماشین آلات سنگین و نیروی انسانی زیاد می باشد. در مواقعی که شوری خاک کم بوده و آب مناسب با هزینه کم در دسترس باشد و یا سود ناشی از تولید محصول بالا باشد، احتمالاً اصلاح این اراضی با روش های فوق مقرون به صرفه است. ولیکن در اغلب مواقع بویژه در ایران، شوری خاک بسیار بالا بوده و منابع آب شیرین و مطلوب به قدر کفایت در دسترس نمی باشند. در نتیجه، غالباً اصلاح خاک مقرون به صرفه نبوده، و زمینهای فوق به صورت بایر و لم یزرع رها می گردند. حتی اگر با روش های مذکور شوری خاک تا حدی پائین آورده شود که در آن محصولات رایج متحمل به شوری از قبیل گندم و جو کشت گردند، به دلیل عملکرد پائین این کار متضمن صرفه اقتصادی نخواهد بود. در واقع ارائه راهکارهای مناسب، عملی و اقتصادی جهت بهره وری از این نوع اراضی گامی مهم و موثر جهت بهبود وضعیت معیشتی و اقتصادی زارعین بومی است. بهترین و اقتصادی ترین (Haloculture) راهکار بهره وری از منابه آب و خاک خیلی شور، شورزی می باشد.
3) شوری
شوری مهمترین و متداولترین معیار تعییم کننده کیفیت آل آبیاری قلمداد می شود. اصلاح شوری، معرف غلظت کل یونها و مولکولهای محلول در آب اعم از آب آبیاری، زهکشی و زیر زمینی است. ترکیباتی که معرف شوری آب هستند، غالباً مرکب از کاتیون های کلسیم، منیزیم، سدیم و آنیون های کلرید، سولفات، بی کربنات می باشند. پتاسیم و نیترات در درجه دوم اهمیت هستند و به ندرت از عوامل مهم شوری محسوب می شوند و به همین جهت در ارزیابی شوری آبهای شور از سنجش این یون ها و سایرین، من جمله بر نیز صرفه نظر می شود گرچه در بعضی از آبهای زیر زمینی غلظت این یون به حد بالایی می رسد که در آن صورت باید به آنها توجه شود. چون غلظت کل مواد محلول در آب که معرف شوری است، از نظر تائید پذیری در سلول زنده بسیار شدید می باشد، از این رو غالب گیاهان در حال رشد، نسبت به آن واکنش بسیار سریع نشان می دهند. بنابراین شوری از مولفه های مهم در توصیف کمی و کیفی این گروه از آب به شمار می آید. عموماً با افزایش شوری آب آبیاری بر شوری خاک نیز اضافه می گردد که آن نیز عوامل دیگری را در رابطه با آب و خاک تحت تاثیر قرار می دهد، نظیر:
ضریب و راندمان آبشوئی، ترکیب یونی آب آبیاری و همچنین خصوصیات فیزیکی خاک از قبیل میزان تراوش، پایداری و یا فروپاشی خاکدانه ها، خواص رطوبتی و زهکشی خاک و میزان آب مصرفی.
بنابراین بیشتر مسائل مربوط به شوری آب آبیاری با آبهای شور که از نظر کیفی و کمی، خاک و گیاه را تحت تاثیر قرار می دهد ناشی از اثر یونهای غالب و سایر یونهای موجود و سمت و سوهایی است که این یونها و نمکهای محلول در آب، خاک و گیاه مربوطه به جای می گذارد.
4) شورزی (Haloculture)
بهره وری اقتصادی از اراضی شور ا کشت گیاهان مقاوم به شوری و با استفاده از منابع آب شور را، شورزی می نامند. در شورزی، نه تنها جنبه اقتصادی تولید یک محصول مفید مد نظر می باشد، بلکه احیا و اصلاح بیولوژیکی خاک نیز مد نظر است. در کشاورزی متعارف، در صورت نامساعد بودن شرایط محیطی برای رشد مطلوب محصول زراعی، زمینه را جهت رشد یک محصول خاص مهیا می کنند. در صورتیکه در شورزی گیاهی که سازگار و متناسب با شرایط تنشی موجود باشد، انتخاب و تولید می گردد. در نتیجه، هزینه های اصلاح خاک و نهاده های کشاورزی کم و این کار مقرون به صرفه می باشد.
گیاهان در دریاها، باتلاق های نمک و حتی اراضی خشک رشد می کنند. بنابراین می توان گونه هایی از گیاهان مقاوم را جمع و در اراضی شور کشت و توسعه داد. با کشت این گیاهان نه تنها خاک اصلاح می شود و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن بهبود می یابد، بلکه همچنین مقدار زیادی بیوماس تولید می شود که مصارف صنعتی و کشاورزی مفیدی دارند. گونه هایی از گیاهان تحت بدترین شرایط شوری قادر به رشد می باشند اما نمک را در بافت های خود نگه می دارند و این مسئله طیف استفاده از این گیاهان را جهت مصارف مختلف محدود می سازد. امروزه جویای گیاهانی هستند که مقاوم به نمک بوده ولی نمک را در بافت های خود ذخیره نکنند.
5) تکنیک های هسته ای بکار گرفته شده
تکنیک های هسته ای ابزاری دقیق و سریع جهت ردیابی و اندازه گیری عناصر غذای در سیستم خاک و گیاه، اندازه گیری رطوبت خاک و برنامه ریزی آبیاری و مطالعات هیدرولوژیکی منابع آبهای زیرزمینی می باشند.
الف) نوترون متر
اندازه گیری رطوبت خاک بنیادی ترین مسئله جهت مدیریت آبیاری در زمین های شور می باشد. روش موسوم، گرفتن نمونه خاک و اندازه گیری رطوبت آن در آزمایشگاه می باشد. لیکن این روش تخریبی بوده، مستلزم زحمت و وقت زیاد می باشد. این بدان معنی است که نمی توان دوباره و یا چندبار از همان محل نمونه برداری اولیه، نمونه برداری کرد.
این امر، پایش وضعیت رطوبت پروفیل خاک را دشوار می سازد. روش های هسته ای مانند استفاده از نوترون متر، کاربرد نسبتاً گسترده ای در تحقیقات کشاورزی دارند. دستگاه نوترون متر با پخش ذرات نوترون در خاک و شمارش برگشت آن ها پس از اصابت با اتم هیدروژن، رطوبت خاک را تخمین می زند. با این روش، بدون به هم خوردن خاک و با یکبار کالیبراسیون به سهولت می توان رطوبت خاک را اندازه گیری نمود. این امر، پایش وضعیت رطوبت پروفیل خاک را بسیار دقیق و سریع می نماید. با اطلاعات فراوان و سریع حاصله، امر مدیریت آبیاری و کنترل شوری منطقه ریشه میسر می گردد. از نوترون متر در موارد زیر برای تحقیقات کشاورزی استفاده می شود:
1- تعیین ذخیره آب در ناحیه ریشه گیاه
2- تعیین عمق ریشه دوانی گیاه
3- اندازه گیری مشخصات هیدرولیکی خاک
4- مطالعات مصرف آب گیاه
5- مطالعات راندمان مصرف آب گیاه
6- برنامه ریزی آبیاری
ب) ایزوتوپ هیدرولوژی
به منظور ایجاد کشاورزی پایدار، وضعیت هیدرولوژیکی و هیدرولوژیکی منابع آب و حوضه آبریز منطقه مورد مطالعه باید بررسی گردد. روشهای هسته ای یکی از راه های بسیار رایج و دقیق در مطالعات آبشناسی می باشند. در این راستا از ایزوتوپ های محیطی آب شامل ایزوتوپ های پایدار دوتریوم و کربن- 14 جهت مطالعه استفاده می شود. با کمک روش های هشته ای (ایزوتوپ هیدرولوژیکی) اطلاعات بسیار مفیدی در رابطه با مطالعات آبشناسی مانند: تعیین منشاء، سن، سرعت، جهت حرکت، میزان تجدید پذیری، زمان عبور و اقامت آب در آبخوان بدست می آید.
اساس کار روش ردیابی ایزوتوپی محیطی، مطالعه تغییرات ترکیب ایزوتوپی منابع آب یک منطقه می باشد. در این روش جهت تشخیص میزان ورود آب سطحی در سیستم آب زیرزمینی و تعیین منشاء آب های زیرزمینی و یا اختلاط ایزوتوپی بین آب های سطحی و زیرزمینی از معیار تغییرات فصلی ترکیب ایزوتوپی آبها استفاده می شود.
ترکیب ایزوتوپی آبها تحت شرایط مختلف جوی مانند: فشار و دما متفاوت است. در نتیجه نسبت ایزوتوپی در مناطق مختلف (کوهستان، ساحل، بیابان، عرضهای مختلف و تغییرات فصلی) با هم فرق دارد. این اختلافات در پیدا کردن محل تغذیه و منشاء آبهای زیرزمینی کمک می کند.
فصل سوم: 1-3
فرسایش خاک و تکنیک های ردیابی ایزوتوپی
فرسایش سریع و متعاقب آن کاهش باروری و حاصلخیزی خاک تهدید جدی برای توسعه پایدار تولیدات کشاورزی در جهانی با جمعیت سریعاً رو به رشد به شمار می رود. طبق آمار سازمان ملل در یک بررسی 15 ساله فرسایش باعث شده که 4/1 خاک های دنیا در عرض 45 سال اخیر حاصلخیزی طبیعی خود را از دست بدهد تخمین می زند که سالیانه 3 در 106 هکتار از اراضی کشاورزی به Buringh علت فرسایش غیر قابل استفاده می شود. ضایعات فوق، تا کنون از طریق توسعه کشاورزی به اراضی جدید و استفاده از کودهای شیمیایی و نژادهای اصلاح شده گیاهان به طور مقطعی جبران می شد اما جبران این ضایعات در دراز مدت غیر ممکن است. طبق نظریه براون میزان فرسایش خاک در اراضی زراعی سالیانه 23 بیلیون تن بیش از شدت خاکسازی است. این معهادل یک کاهش هفت درصدی منابع خاکی دنیا در هر دهه می باشد. صرف نظر از خسارات محلی، افزایش بار رسوبی رودخانه ها، رسوب گذاری در آب انبارها و شبکه های آبیاری، آبراهه ها و بنادر از اثرات نا مطلوب اولیه فرسایش در پائین دست جریان می باشد. با توجه به موارد فوق تعیین شدت فرسایش امری ضروری است. یا تعیین شدت فرسایش می توان به اتخاذ راهکارها و تدابیر مناسب به منظور حفاظت خاک دست زد.
روش های موجود ارزیابی فرسایش دارای محدودیت های زیر هستند:
1- با استفاده از این تکنیک ها نمی توان در مورد الگوی مکانی فرسایش به اطلاعاتی دست یافت یا به ارزیابی کمی فرسایش در دراز مدت پرداخت.
2- این روش ها پر هزینه و وقت گیرند.
3- در استفاده از این روش ها به اطلاعات اولیه ای از جمله اطلاعات بلند مدت کلیماتولوژی نیاز است که این گونه نهاده ها خصوصاً در کشورهای در حال توسعه در دسترس نیستند.
در واقع در تحقیقات فرسایش خاک به روشی نیاز است که جوابگوی موارد زیر باشد:
1- دسترسی سریع به اطلاعات
2- قابلیت تخمین فرسایش و رسوبگذاری توسط تمام فرایندهای عامل و در بلند مدت.
3- تمایز بین فرایندهای فرسایش غالب
4- شناخت الگوی مکانی جابجایی خاک در بلند مدت
5- تخمین مقدار خالص خاک خارج شده از محل
6- امکان کاربرد در سطح مزرعه و حوزه آبخیز
با نشالندار کردن ذرات خاک به یک رادیو ایزوتوپ مناسب می توان در مورد گستردگیو شدت فرسایش تحقیق کرد اخیراً از رادیونوکلیدهای حاصل از ریزش های جوی سزیم 137 برای مطالعات فرسایش خاک مورد توجه خاص قرار گرفته است.
سزیم- 137 ایزوتوپ رادیو اکتیو سزیم با تشعشع بتا و گاما و نیمه عمر 17/30 سال است. این نیمه عمر در مقیاس زمین شناسی خیلی کوتاه بوده و بنابراین سزیم قابل اندازه گیری در سنگ های سزیم دار وجود ندارد. رادیو نوکلئید مصنوعی فوق محصول جانبی انفجارات هسته ای دهه های 1950 تا 1970 است. این رایدو ایزوتوپ پس از تولید وارد استراتوسفر شده سپس به تروپوسفر منتقل و به همراه نزولات جوی به سطح زمین باریده است.
میزان سزیم-137 خاک با شکل توزیع و میزان نزولات جوی رابطه ای مستقیم و مثبت دارد اهمیت این رادیونوکلئید به عنوان یک ردیاب در مطالعات فرسایش خاک از آنجا ناشی می شود که ذرات خاک به خصوص بخش رس این رادیوایزوتوپ را به طور سریع جذب سطحی می کنند. سزیم جذب شده روی سطح کلوئیدهای رس به هیچ وجه قابل تبادل نیست حتی اگر غلظت کاتیون هایی که از جذب سطحی سزیم می کاهند را در محلول خاک تا حد اشباع بالا ببریم. بنابراین جابجایی این عنصر در محیط انعکاس مستقیمی از فرسایش و رسوب گذاری ذرات خاک از زمان ریزش این رادیوایزوتوپ به سطح زمین (اواخر دهه 1950 و اوایل دهه 1960) تا زمان نمونه برداری می باشد. بخشی از رادیوسزیم موجود در مناطقی از اروپا از حادثه چرنوبیل (26 آوریل 1986) و ریزش های آن ناشی شده اند.
علت انتخاب سزیم به عنوان عامل ردیاب در تحقیقات فرسایش خاک
عملکرد هسته ای سزیم- 137 و نیز پراکنش تعریف شده رادیوایزوتوپ باعث شده تا بتوان از آن به عنوان یک ابزار مناسب با قابلیت های خاص، برای تعیین شدت فرسایش و رسوب گذاری استفاده کرد. مهمترین دلایل استفاده از این عنصر عبارتند از:
1- الگوی توزیع زمانی معین : سزیم-137 به صورت طبیعی در محیط وجود ندارد و بنابراین زمان ورود آن به محیط می تواند به عنوان زمان مبنا برای تحقیقات فرسایش و رسوب گذاری در نظر گرفته شود.
2- جذب قوی توسط ذرات خاک: کلوئیدهای رس و هوموس مشتاقانه این عنصر را جذب سطحی می کنند. تبادل کاتیونی نمی تواند سزیم را از سطح کلوئیدهای رس جدا کند.
3- سهولت اندازه گیری: رادیو سزیم تشعشع گاما دارد در نتیجه آشکار سازی و تعیین مقدار آن در خاک آسان و سرعت و دقت اندازه گیری قابل ملاحظه است.
4- نیمه عمر نسبتاً بالا: سزیم-137 دارای نیمه عمر 17/30 سال می باشد لذا امکان استفاده از آن در تحقیقات فرسایش خاک وجود دارد سایر رادیوایزوتوپ ها را به دلیل بالا بودن نیمه عمرشان به سختی می توان ردیابی کرد در پاره ای دیگر از رادیوایزوتوپ ها نیمه عمر کوتاه است و در نتیجه استفاده تحقیقاتی از آنها در مقیاس های زمانی مورد نظر امکان پذیر نیست. استفاده از رادیونوکلئیدهای با نیمه عمر کوتاه امکان مطالعه رفتار و دینامیک فرسایش در کوتاه مدت را فراهم می کند. هر رادیونوکلئید ریزشی که برای این منظور استفاده شود باید قویاً در خاک سطحی تثبیت شود. سرب -210 و بریلیم -7 نیز برای این منظور مناسب بوده و امکان استفاده از آنها وجود دارد و ولی از این رادیوایزوتوپ ها کمتر در تحقیقات فرسایش خاک استفاده شده است.
مزایای تکنیک ایزوتوپی سزیم-137
1- شدت تخمینی فرسایش برآوردی است از عملکرد مجموع عوامل فرسایش (آب، باد، عملیات زراعی) و میانگینی است از شدت فرسایش در 40 سال اخیر، به دلیل این مقیاس زمانی نسبتاً بلند مدت نتایج حاصله متأثر از حوادث و شرایط محیطی آنی نیستند.
2- تحقیق در کل سطح مورد نظر و بدون به هم زدن شیب انجام می شود.
3- با استفاده از این تکنیک مطالعه الگوی مکانی جابجایی خاک
