بررسی کمی ویژگی‌های هندسی خلل و فرج خاک با استفاده از روش رنگ آمیزی فلورسنت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 دانشیار دانشگاه تهران

چکیده

تخلخل خاک در پیدایش و کنترل فرایندها، برهمکنش با محیط و نگهداشت و انتقال آب و املاح نقش اصلی را بر عهده دارد. در روش­های مرسوم خصوصیات ناهمگن اجزاء تشکیل دهنده تخلخل خاک، با اعمال یک سری فرضیات از قبیل فعال و کروی همه حفرات ساده­سازی می­شوند. روش­ میکرومورفولوژی با مشاهده­ی مستقیم  و تعیین خصوصیات هندسی حفرات خاک امکان توصیف دقیق­تری از خلل و فرج خاک فراهم می­آورد. هدف از این مطالعه استفاده از روش رنگ­آمیزی فلورسنت در کمی­سازی خصوصیات هندسی خلل و فرج خاک می­باشد. 39 نمونه­ خاک دست نخورده با مخلوط رزین­-­استون حاوی ماده فلورسنت تلقیح، خشکانده و برش داده شدند. سپس با روش تصویر برداری متوالی زیر نور فرابنفش، 40 تصویر رقومی از هر نمونه تهیه شد. تصاویر توسط نرم­افزار Image Tool آستانه­­بندی و  حفرات با رنگ روشن از بخش جامد تفکیک شدند. حفرات بر اساس مساحت، محیط، کشیدگی، فشردگی، گردشدگی، قطر معادل، قطر بزرگ و همچنین قطر کوچک کلاس­بندی شدند. نتایج عددی به صورت فایل Excel از نرم­افزار استخراج و تعداد و درصد حفرات در هر کلاس تعیین شد. حفرات با مساحت کمتر از 100 میکرومترمربع در لایه شخم ( < 35 سانتی­متر) کمتر از 16% تخلخل بود که در کفه شخم به بیش از 29% ­رسید. حفرات با مساحت بیش از 100 میکرومترمربع در لایه شخم به بیش از 80% تخلخل کل بالغ گردیدند. کلاس غالب از نظر فشردگی خاک در همه اعماق کلاس 5/0-3/0 بود و حداکثر آن (94/56%) در عمق 35-30 سانتی­متر به دست آمد. کشیده­ترین حفرات (کلاس 1/0>) در لایه­ 10-0 سانتی­متر به دست آمد که در عمق 35-30 سانتی­متری به حداقل خود (8/33%) کاهش یافت. از نظر گردشدگی بیش از 55 درصد حفرات دارای شاخص گردشدگی 1/0-05/0 بودند. بر اساس پارامترهای قطر معادل، قطر بزرگ و قطر کوچک فراوانی حفرات ریز، متوسط و درشت تعیین گردیدند. نتایج نشان داد روش میکرومورفولوژی در مطالعات تخلخل و شکل حفرات بسیار توانمند است و ثابت نمود که فرضیات اعمال شده در مورد شکل حفرات خاک در روابط فیزیکی با واقعیت­های موجود اختلاف قابل توجهی دارند و باید اصلاح شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Quantifying soil pores geometric properties using fluorescent dye method

نویسندگان [English]

  • Ahmad Heidari 1
  • Aida Bakhshi Khorramdarreh 1
  • Mohammad Hossein Mohammadi 2
1 University of Tehran
2 University of Tehran
چکیده [English]

Soil porosity plays the major role in relation with soil genesis, soil processes control and its interactions with the environmental factors and translocation of water and solutes. The heterogeneity of soil porosity components is simplified by considering some assumptions such as taking into accounr all of the pores do actively and are spherical. Micromorphological approaches by direct observation and determination of soil pores geometry prepares detailed characterization of soil pores. The aim of this study was quantifying soil pores geometric properties using flouerecent dye method. 39 undisturbed soil samples impregnated with a mixture of resin-acetone containing flouerecent dye, dryed out and cut. Then 40 digital images were taken from each sample under ultraviolet light. The images were thresholded until the soil pores distinguished as white from the matrix. The results of pores based on area, perimeter, elongation, compaction, roundness, ferret diameter, long and short axis diameters were classified visually. The quantitative results of pores area showed that the pores smaller than 100 μm2 in the plough layer (depth < 35 cm) were less than 16% while it increases to > 29% in the plough pan due to compaction. Pores with > 100 μm2 area in plough layer increases > 80% of total porosity. The dominant compaction class was the (0.3-0.5 unit less) that its maximum percent was (56.94%) in the depth of 35-30 cm. According to the elongation index the most elongated pores (the class <0.1) was observed in the surface layers (0-10 cm) while it decreased to 33.8% in 30-35 cm. From the roundness point of view more than 55% of pores in all studied depths showed the roundness index of 0.05-0.1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil porosity
  • Micromorphology
  • Flourecent
  • Ultraviolet
  • Porous material

مراجع

Alaoui, A., Lipiec, J., & Gerke, H. H. (2011). A review of the changes in the soil pore system due to soil deformation: A hydrodynamic perspective. Soil and Tillage Research, 115, 1-15.
Arah, J.R.M. and Ball, B.C., 1994. A functional model of soil porosity used to interpret measurements of gas diffusion. European Journal of Soil Science, 45(2), pp.135-144.
Cabidoche, Y.M. and Guillaume, P., 1998. A casting method for the three-dimensional analysis of the intraprism structural pores in vertisols. European Journal of Soil Science, 49(2), pp.187-196.
Cooper, M., Vidal-Torrado, P., & Chaplot, V. (2005). Origin of microaggregates in soils with ferralic horizons. Scientia Agricola, 62(3), 256-263.
Cooper, M., Boschi, R. S., Silva, V. B. D., & Silva, L. F. S. D. (2016). Software for micromorphometric characterization of soil pores obtained from 2-D image analysis. Scientia Agricola, 73(4), 388-393.
Dec, D., Dörner, J., Becker-Fazekas, O., & Horn, R. (2008). Effect of bulk density on hydraulic properties of homogenized and structured soils. RC Suelo Nutr. Veg, 8(1), 1-13.
FitzPatrick, E. A., & Fitzpatrick, E. A. (1993). Soil microscopy and micromorphology (p. 304). Chichester: John Wiley & Sons.
Beckmann, W., & Geyger, E. V. (1967). Entwurf einer Ordnung der natürlichen Hohlraum-, aggregat-und Strukturformen im Boden. Die Mikromorphometrische Bodenanalyse, 165-188.
Hirmas, D. R., Giménez, D., Mome Filho, E. A., Patterson, M., Drager, K., Platt, B. F., & Eck, D. V. (2016). Quantifying Soil Structure and Porosity Using Three-Dimensional Laser Scanning. In Digital Soil Morphometrics (pp. 19-35). Springer International Publishing.
Manual of Image Tool. (2001). UTHSCSA.
Martys, N.S., Torquato, S. and Bentz, D.P., 1994. Universal scaling of fluid permeability for sphere packings. Physical Review E, 50(1), p.403.
Nimmo, J. R. (2004). Porosity and pore size distribution. Encyclopedia of Soils in the Environment, 3, 295-303.
Oh, S., Kim, Y. K., & Kim, J. W. (2015). A modified van Genuchten-Mualem Model of hydraulic conductivity in Korean Residual Soils. Water, 7(10), 5487-5502.
Pachepsky, Y.A., Shcherbakov, R.A. and Korsunskaya, L.P., 1995. Scaling of soil water retention using a fractal model. Soil science, 159(2), pp.99-104.
Pagliai, M. and Vignozzi, N., 2003. Image analysis and microscopic techniques to characterize soil pore system. Physical methods in agriculture: Approach to precision and quality. Kluwer Acad. Publ., New York, pp.13-38.
Passoni, S., Borges, F. D. S., Pires, L. F., Saab, S. D. C., & Cooper, M. (2014). Software Image J to study soil pore distribution. Ciência e Agrotecnologia, 38(2), 122-128.
Perfect, E., McLaughlin, N.B., Kay, B.D. and Topp, G.C., 1996. An improved fractal equation for the soil water retention curve. Water Resources Research, 32(2), pp.281-287.
Perret, J., Prasher, S. O., Kantzas, A., & Langford, C. (1999). Three-dimensional quantification of macropore networks in undisturbed soil cores. Soil Science Society of America Journal, 63(6), 1530-1543.
Previatello da Silva, L., & de Jong Van Lier, Q. (2015). Pore space connectivity and porosity using CT scans of tropical soils. In EGU General Assembly Conference Abstracts (Vol. 17, p. 1528).
Russ, J. C. (2011). Processing binary images. The Image Processing Handbook, 4, 410-412.
Schoonover, J. E., & Crim, J. F. (2015). An introduction to soil concepts and the role of soils in watershed management. Journal of Contemporary Water Research & Education, 154(1), 21-47.
Schoeneberger, P. J., Wysocki, D. A., & Benham, E. C. (2012). Field book for describing and sampling soils, Version 3.0. Natural Resources Conservation Service, National Soil Survey Center, Lincoln, NE, 36.
Tuller, M., & Or, D. (2004). Retention of water in soil and the soil water characteristic curve. Encyclopedia of Soils in the Environment, 4, 278-289.
Vergani, C., & Graf, F. (2015). Soil permeability, aggregate stability and root growth: a pot experiment from a soil bioengineering perspective. Ecohydrology.
Verruijt, A. (2001). Soil Mechanics. Delft University of Technology, Netherlands.
Zdravkov, B., Čermák, J., Šefara, M., & Janků, J. (2007). Pore classification in the characterization of porous materials: A perspective. Open Chemistry, 5(2), 385-395.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 49، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1397
صفحه 195-206

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار