۱٫ معرفی
تراکم خاک فرآیندی است که در آن فشرده سازی از کاهش حجم برای یک توده خاک معین حاصل می شود. از نظر فیزیکی، این فرآیند باعث تغییر ساختار خاک می شود. فشردگی خاک باعث کاهش حجم کل خاک و تغییر در توزیع اندازه منافذ می شود زیرا نسبت منافذ بزرگ را کاهش می دهد و نسبت منافذ کوچکتر را افزایش می دهد. [
۱]. اعمال فشار یا بار باعث تغییر در حجم خاک می شود. فشار اعمال شده توسط سم دام باعث تخریب خواص فیزیکی خاک (SPPs) می شود. میزان تخریب خاک، ناشی از تراکم، به محتوای آب خاک و میزان بار اعمال شده بستگی دارد. [
۲]. درجه تراکم در خاک هایی با رطوبت بالا بیشتر است زیرا یک عمل لغزشی اغلب همراه با قدم زدن دام است، به ویژه در مناطق کوهستانی که شیب شیب بالایی دارد. تغییر شکل و جابجایی خاک نوعی پوکه است که ساختار اصلی خاک را تغییر می دهد. فشار سم بر اساس وزن در واحد پیش بینی شده سطح تماس محاسبه می شود. یک حیوان متحرک در هر زمان دو یا سه سم روی زمین خواهد داشت که باعث تغییر در فشار وارد شده به خاک می شود. همچنین، سرعت گام برداشتن، مدت تماس سم و خاک و فعالیت گاو (ایستا یا راه رفتن) عوامل دیگری هستند که بر افزایش فشار اعمال شده دلالت دارند. [
۳]. همچنین، تخریب ساختار خاک در اثر پایمال شدن دام، توسعه مراتع را به دلیل تغییر در ساختار ریشه آنها تغییر می دهد. به طور خاص، تراکم ریشه کاهش می یابد [
۴]و همچنین ویژگی های مورفولوژیکی خاصی مانند طول و قطر [
۵].
فشردگی خاک، در نتیجه پایمال شدن دام، به طور گسترده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. این فرآیند تخریب خاک اغلب از نظر چگالی ظاهری (BD)، تخلخل کل (P)، ظرفیت مزرعه (FC)، ظرفیت نفوذ (IC) و پایداری سنگدانه ها (AS) مشخص می شود.
میز ۱ SPPها را در ۲۷ مقاله انتخاب شده از سال ۱۹۸۱ تا ۲۰۲۱ تجزیه و تحلیل نشان می دهد [
۲,
۶,
۷,
۸,
۹,
۱۰,
۱۱,
۱۲,
۱۳,
۱۴,
۱۵,
۱۶,
۱۷,
۱۸,
۱۹,
۲۰,
۲۱,
۲۲,
۲۳,
۲۴,
۲۵,
۲۶,
۲۷,
۲۸,
۲۹,
۳۰,
۳۱]. این مقالات تأثیر چرای خاک، عمدتاً در مناطق کوهستانی را مورد مطالعه قرار دادند و با وجود انواع مختلف پوشش گیاهی، به ویژه علفزار، و نوع گله خاص (عمدتاً گله گاو) مشخص می‌شوند. IC و BD خاک خواصی بودند که اغلب توسط محققانی که در حال مطالعه تأثیر چرا بر SPP بودند استفاده می کردند. هر دو ویژگی در ۶۷٫۳ درصد از کل داده ها استفاده شد. بعدی بیشترین استفاده از P در ۲۰٫۴% موارد و در نهایت AS و FC به ترتیب در ۸٫۲% و ۴٫۱% بود. تعداد SPPهای تحلیل شده در هر مطالعه نیز متفاوت بود. در مجموع ۴۸٫۲٪ از مطالعات تنها یک ویژگی خاک را تجزیه و تحلیل کردند، و ۵۱٫۸٪ باقی مانده به طور مساوی بین مواردی که دو، سه یا چند ویژگی را تجزیه و تحلیل کردند، تقسیم شدند.
انتخاب SPPها برای تجزیه و تحلیل اثرات چرا همیشه به اندازه کافی توجیه نشده است. با این حال، در برخی موارد، ویژگی های مورد استفاده به دلیل اهداف کلی مورد نظر اختصاص داده شد. به عنوان مثال، گروه قابل توجهی از مقالات تأثیر چرا را بر برخی از خواص خاک که قبلاً ایجاد شده بود تجزیه و تحلیل کردند. برخی از مطالعات اثرات چرا را بر ویژگی های هیدرولیکی خاک تجزیه و تحلیل کردند و بنابراین IC اندازه گیری شدند [
۶,
۷,
۸,
۹,
۱۰]. مطالعات دیگر اثرات چرا را بر ساختار خاک تجزیه و تحلیل کردند که در این مورد خاصیت اندازه گیری شده BD بود [
۱۴,
۱۵,
۱۶]. در این موارد، SPP های مختلف مورد استفاده به وضوح توجیه شده بودند. با این وجود، در برخی موارد، ویژگی‌های فیزیکی مورد استفاده مستقیماً با هدف خاص مطابقت نداشت، زیرا از اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم استفاده می‌کردند که تلاش کار را بدون ارائه نتایج بهبودیافته افزایش می‌داد. به عنوان مثال، مقالاتی که با هدف بررسی تاثیر چرا بر خواص هیدرولیکی انجام شده اند، نه تنها IC بلکه خواص دیگری مانند P را نیز تجزیه و تحلیل کردند. [
۱۱,
۱۲] یا BD و P [
13]. کارهای دیگر تراکم خاک را تجزیه و تحلیل کردند و از BD و همچنین IC استفاده کردند [
۱۷].
روش‌های دیگر برای تعیین تأثیر چرا، تأثیر سیستم‌های چرای مختلف، نرخ نگهداری، انواع گله، بذر علوفه، سیستم‌های یکپارچه محصول و دام و غیره را بر روی ویژگی‌های فیزیکی خاک تجزیه و تحلیل کردند. این رویکردها از SPP های مختلف برای اندازه گیری اثرات چرا استفاده کردند، زیرا هیچ توافقی در مورد اینکه کدام معیار اندازه گیری های قابل اعتماد را ارائه می دهد وجود نداشت.
میز ۱ منعکس کننده ترکیبات بسیار متنوع است: (۱) BD [
18,
19,
20,
29]; (2) FC [
21]; (3) BD و P [
2]; (4) BD و IC [
22]; (5) BD و AS [
25]; (6) BD، P، و IC [
23,
26]; (7) BD، P، IC، و AS [
24]; (8) BD، P، و FC [
27]; (9) BD، IC، و AS [
28]. در نهایت، دو اثر که روشی برای تخمین تاثیر چرا ایجاد کردند، از SPP های مختلف نیز استفاده کردند. یکی از P و AS استفاده کرد [
۳۰]و دیگری از BD، P و IC استفاده کرد [
۳۱].
هدف این کار بر اساس این فرضیه است که SPP های کلیدی برای مطالعه تاثیر مدیریت دام متغیر بوده و به اهداف تحقیق و ویژگی های زیست محیطی سایت مورد مطالعه بستگی دارد. ما اهداف زیر را برای نشان دادن این فرضیه تعیین کردیم: (۱) تعیین مهم‌ترین SPPهای کلیدی برای افتراق مناطق تحت تأثیر و بی‌تأثیر دام‌ها، و (۲) تعیین مهم‌ترین SPPهای کلیدی برای تجزیه و تحلیل تأثیر خاک با افزایش ذخایر نرخ و تحت ویژگی های مختلف محیطی. این اهداف امکان تجزیه و تحلیل قابل اعتماد این فرآیند تخریب را فراهم می کند و در عین حال کار میدانی و تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی را با تمرکز بر مهم ترین اندازه گیری ها کاهش می دهد. علاوه بر این، این اهداف دقیقاً در راستای دستیابی به توسعه پایدار دام هستند، زیرا اندازه گیری قابل اعتماد تأثیرات، اجرای اقدامات برای کنترل تخریب را تسهیل می کند.
۳٫ نتایج و بحث
جدول ۲ نتایج به دست آمده از نمونه برداری SPP را نشان می دهد. همانطور که انتظار می رفت، تاثیر آج بر روی خاک لگدمال شده (لکه برهنه) در مقایسه با لکه های کمتر یا لگدمال نشده (لکه گیاهی) باعث افزایش BD و AS شد. BD 1.41 گرم سانتی متر بود
-۳ در پچ برهنه و به ۱٫۲۸ گرم سانتی متر کاهش یافت
-۳ در تکه گیاهی AS به ترتیب ۳٫۰۸ و ۲٫۶۱ در لکه های لخت و دارای پوشش گیاهی بود.
برعکس، P (46.54٪ در لکه برهنه در مقابل ۵۰٫۶۸٪ در لکه با پوشش گیاهی)، FC (30.36٪ در لکه برهنه در مقابل ۳۷٫۸۰٪ در لکه با پوشش گیاهی) و IC (18.98 سانتی متر در ساعت).-۱ در وصله لخت در مقابل ۵۳٫۴۱ سانتی متر ساعت-۱ در تکه های گیاهی) در تکه های لخت کاهش یافت.
۳٫۱٫ تجزیه و تحلیل متمایز با استفاده از مناطق نمونه برداری به عنوان متغیرهای گروه بندی: لکه برهنه و لکه گیاهی
مهم ترین متغیرهای معرفی شده برای تمایز در مدل IC و BD بودند. فرآیند انتخاب متغیر در نشان داده شده است
جدول ۳. در مرحله صفر، IC معرفی شد زیرا دارای کمترین مقدار لامبدای Wilks و بالاترین مقدار F بود. در مرحله یک، BD با پیروی از همان قانون گنجانده شد. هیچ متغیر دیگری معیارهای روش گام به گام را برآورده نمی کند. از این رو P، FC، و AS گنجانده نشدند. معادله خطی متمایز (D)، در ضرایب غیر استاندارد، به صورت زیر است:
این متغیر ۱۰۰٪ مدل را با همبستگی متعارف ۰٫۷۹۲ توضیح می دهد. در مورد تجزیه و تحلیل تفکیک دو گروه، همبستگی متعارف معادل همبستگی پیرسون است. تابع تفکیک کننده لامبدا Wilks برابر ۰٫۳۷۳ و مقدار Chi-square 36.536 (پ < 0.001).
پس از مشخص شدن تابع تمایز، هر مورد با توجه به امتیازات تمایز خود در بهترین گروه طبقه بندی شد.
جدول ۴ نتایج طبقه‌بندی جدید را نشان می‌دهد که هم موارد طبقه‌بندی صحیح و هم نادرست را نشان می‌دهد. از گروه های اولیه، ۸۵ درصد موارد به درستی طبقه بندی شدند که ۸۰ درصد موارد در لکه برهنه و ۹۰ درصد موارد در لکه پوشش گیاهی بود. از مجموع چهل مورد، شش مورد به اشتباه طبقه‌بندی شدند (چهار مورد در لکه برهنه و دو مورد در لکه گیاهی). تجزیه و تحلیل نشان داد که ۸۵٪ از نتایج به‌دست‌آمده از پنج SPP که در ابتدا انتخاب شده بودند را می‌توان تنها با استفاده از IC و BD توضیح داد. بنابراین، این دو SPP برای افتراق مناطق آسیب دیده و مناطقی که تحت تأثیر قدم زدن دام قرار نگرفته اند، مهم ترین بودند.
۳٫۲٫ تجزیه و تحلیل متمایز با استفاده از نرخ‌های تجمعی به عنوان متغیرهای گروه‌بندی: نرخ‌های تجمعی کم، متوسط، بالا و بسیار بالا
متغیرهای مستقل SPP های تجزیه و تحلیل شده در تکه های خالی (یعنی مناطق زیر پا) بودند. تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که هیچ یک از متغیرهای مورد استفاده برای شناسایی گروه هایی که قبلاً ایجاد شده بودند معنی دار نبودند زیرا موارد مورد مطالعه به خوبی طبقه بندی نشده بودند. هیچ یک از متغیرها معیارهای روش گام به گام را برآورده نکردند. در این تحلیل متمایز، مقادیر لامبدای ویلکس بسیار بالا بود و با مقادیر F پایین همبستگی داشت.
جدول ۵).
این نتایج نشان داد که به طور شگفت انگیزی، نمی توان یک رابطه خطی بین تخریب خصوصیات خاک و میزان ذخیره سازی ایجاد کرد. این به این دلیل بود که این مطالعه در مزرعه ای واقع در یک منطقه کوهستانی انجام شد، جایی که شرایط محیطی از یک منطقه به منطقه دیگر متفاوت است. بنابراین، تأثیر چرا بر SPPها به پارامترهای دیگر بستگی دارد، نه صرفاً به نرخ جوراب. به عبارت دیگر، واکنش متفاوت خاک به تخریب به عوامل محیطی بستگی دارد.
این در تطابق نزدیک با نتایج سایر آثار است. سوختگی سیاه [
۱۳] نشان داد که اثرات هیدرولوژیکی چرای دام ناشی از فعل و انفعالات اقلیم، پوشش گیاهی، خاک، شدت و مدت استفاده از دام و نوع چرای دام و تأثیر مدیریت زمین بر SPPها است. مانونو و همکاران [
۴۰] به دلیل تاثیر بیشتر سم گاوها، چگالی ظاهری کمتر و محتوای حجمی آب بیشتری را در خاکهای تحت چرا گوسفند نسبت به چرای لبنی مشاهده کردند. علاوه بر این، کاربرد آب آبیاری و پساب‌های آلی در مراتع باعث افزایش محتوای کربن آلی و بهبود ساختار و ویژگی‌های هیدرولوژیکی خاک شد. نقش برجسته، بافت خاک و پوشش گیاهی با توجه به عوامل محیطی شایسته توجه ویژه است. بلانکو و نیوونهویسه [
۴۱] مشاهده شد که شیب شیب با تراکم ظاهری در مزارع گاو کوهستانی گرمسیری همبستگی دارد. از این نتیجه برای تعیین ظرفیت حمل دام بر اساس این عامل محیطی استفاده شد. ون هاورن [
۱۴] نشان داد که اثر شدت چرا بر فشردگی خاک تا حد زیادی به بافت خاک و به ویژه به میزان رس خاک بستگی دارد. [
۴۲]. اس و همکاران [
۴۳] نشان داد که تراکم به مقدار بقایای گیاهی در سطح خاک بستگی دارد. بلانکو [
۴۴] در مطالعات انجام‌شده در کوه‌های مدیترانه مشخص شد که تراکم به پوشش گیاهی نیز بستگی دارد، که به آن محتوای کربنات کلسیم خاک و قرار گرفتن در معرض شیب (شمال، جنوب، شرق و غرب) اضافه شد. بنابراین، تأثیر چرا بر SPPها به عوامل محیطی خاصی بستگی دارد، نه تنها به نرخ جوراب. در نتیجه، خاک‌هایی با نرخ ذخیره‌سازی یکسان ممکن است سطوح تأثیر متفاوتی داشته باشند.
۳٫۳٫ تجزیه و تحلیل متمایز با استفاده از نرخ جوراب ساقه بلند و محتوای کربنات کلسیم، قرار گرفتن در معرض شیب، و عوامل پوشش چمن به عنوان متغیرهای گروه بندی
یک تجزیه و تحلیل تمایز جدید از سه عامل محیطی (محتوای کربنات کلسیم خاک، قرار گرفتن در معرض شیب، و پوشش چمن) و نرخ ذخیره سازی به عنوان متغیرهای گروه بندی استفاده کرد.
جدول ۶). این سه گروه ترکیبی از این عوامل بودند که بر اساس نتایج بدست آمده توسط بلانکو بود [
۴۴] برای همان منطقه مورد مطالعه در این مقاله. گروه ۱ مساحتی به وسعت ۵/۸۵ هکتار (۷/۴۸ درصد کل مزرعه) را تحت پوشش قرار داد و ۱۰ قطعه نمونه برداری نشان داد. گروه ۲ در مساحتی به وسعت ۷/۵۸ هکتار (۴/۳۳ درصد) و دارای هفت قطعه نمونه برداری بود. در نهایت، گروه ۳ کوچکترین واحد (۳۱٫۵ هکتار، ۱۷٫۹٪) بود و در سه قطعه نمونه برداری نشان داده شد.
این عوامل بیشترین ارتباط را برای ارزیابی آسیب پذیری خاک در برابر تخریب ناشی از چرای وسیع در مزرعه مورد استفاده برای این مطالعه داشتند. محتوای کربنات کلسیم نقش اساسی در SPP ها دارد. دیتز و همکاران [
۴۵] مشاهده کردند که کربنات کلسیم خاک باعث افزایش پایداری ساختاری و بهبود زمان نفوذ آب به خاک شد. یون کلسیم از تشکیل یک ساختار پایدار حمایت می کند زیرا لخته سازی یون های خاک را ایجاد می کند [
۴۶]. قرار گرفتن در معرض شیب یک عامل تغییرپذیری ریزاقلیمی بود زیرا تعیین می کرد که چگونه خاک سطوح مختلف تابش خورشیدی را دریافت می کند، به ویژه بین شیب های رو به شمال و جنوب. بررسی توسط سینگ [
۴۷] نشان داد که این تفاوت‌های ریزاقلیمی بر پوشش گیاهی و SPPs تأثیر می‌گذارد. شیب های رو به شمال بیشتر از فرآیندهای تبخیر و تعرق محافظت می شدند و بنابراین تعادل رطوبتی بالاتری در طول سال نسبت به خاک هایی که نوع شیب متفاوتی داشتند داشتند. این شرایط به نفع رشد پوشش گیاهی، تولید محصول و خواص خوب خاک و بهبود ساختار خاک، نرخ نفوذ، ظرفیت نگهداری آب، هدایت هیدرولیکی و هوادهی می‌شود. پوشش چمن از طریق ترکیب مواد آلی اثرات مفیدی بر روی SPPها دارد. این واقعیت باعث بهبود پایداری خاکدانه ها می شود [
۴۸] و خاک را از تاثیر بارندگی محافظت می کند و در نتیجه فرسایش دامنه تپه را کاهش می دهد [
۴۹]. همچنین پوشش چمن بخشی از ضربه لگدمال شدن حیوان را جذب و کاهش می دهد که به نوبه خود باعث کاهش اثرات این لگدمال بر روی SPP ها می شود. [
۴۴].
در بلانکو [
۴۴]، یک تجزیه و تحلیل دقیق از تحقیقات انجام شده برای تعیین میزان تأثیر این عوامل بر SPP ها وجود دارد. هدف کاهش تغییرات اولیه ناشی از عوامل محیطی در SPPها به منظور تجزیه و تحلیل خاص تأثیر پایمال کردن حیوانات بر آن خواص بود. متغیرهای مستقل SPPها بودند که در نواحی وصله خالی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
مهم ترین متغیر مورد استفاده برای تمایز در مدل BD بود.
جدول ۷ فرآیند انتخاب متغیر را نشان می دهد. معادله خطی متمایز (D)، در ضرایب غیر استاندارد، به شرح زیر است:
تابع متعارف نرخ تغییرپذیری ۱۰۰٪ مدل را با همبستگی متعارف ۰٫۸۷۴ توضیح می دهد. تابع تفکیک کننده لامبدای Wilks برابر ۰٫۲۳۶ و مقدار Chi برابر با ۲۴٫۵۵۷ (
پ < 0.001). پس از مشخص شدن تابع تمایز، هر مورد با توجه به امتیازات تمایز خود در بهترین گروه طبقه بندی شد.
جدول ۸ نتایج طبقه بندی جدید را نشان می دهد که در آن موارد طبقه بندی صحیح و نادرست نشان داده شده است. از گروه های اصلی، ۷۰ درصد موارد به درستی طبقه بندی شده بودند، شامل ۱۰۰ درصد موارد در گروه ۱ و ۴۰ درصد در گروه های ۲ و ۳٫ از مجموع بیست مورد، شش مورد به اشتباه طبقه بندی شدند (سه مورد در گروه ۲ و دیگری سه در گروه ۳). نتیجه این است که ۷۰٪ از نتایج به دست آمده از پنج SPP را می توان تنها با استفاده از BD توضیح داد. بنابراین، این ویژگی فیزیکی خاک متغیر کلیدی برای تجزیه و تحلیل تأثیر پایمال کردن حیوانات بر روی لکه لخت است.
۴٫ نتیجه گیری
نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که IC و BD SPPهای کلیدی برای ارزیابی فشردگی خاک به‌عنوان پیامد پایمال شدن بز در مناطق کوهستانی مدیترانه بودند. اینها دو ویژگی مرتبط بودند که باید هنگام تشخیص خاکهای دارای ضربه آجدار (لکه برهنه) و خاکهای بدون (لکه گیاهی) در نظر گرفته شوند.
به طور سنتی پذیرفته شده است که یک رابطه خطی بین تخریب فیزیکی خاک و نرخ ذخیره سازی وجود دارد. با این حال، این واقعیت تنها بخشی از پدیده تأثیر چرا بر روی SPPها را در نظر می گیرد، زیرا فشردگی خاک یک رابطه پیچیده بین نوع دام چرا، میزان نگهداری و برخی عوامل محیطی است. این کار نشان داده است که در منطقه مورد مطالعه، که در آن انواع دام یکسان و شرایط محیطی متفاوت وجود دارد، رابطه تخریب فیزیکی خاک در مقابل نرخ ذخیره سازی خطی نیست زیرا تخریب خاک ناشی از پایمال شدن دام به تنوع محیطی بستگی دارد. به نظر ما این یکی از یافته های اصلی کار است.
عواملی که بر آسیب پذیری خاک در برابر تخریب ناشی از پایمال شدن دام در منطقه مورد مطالعه، در شرایط کوهستانی مدیترانه تأثیر می گذارد، محتوای کربنات کلسیم، قرار گرفتن در معرض شیب و پوشش چمن است. در این زمینه، BD متغیر کلیدی برای تجزیه و تحلیل تاثیر فیزیکی چرا بر روی تکه‌های خالی منطقه مورد مطالعه است. برای اهداف عملی، بررسی عوامل محیطی موثر بر تخریب خاک به دلیل زیر پا گذاشتن که با هر اکوسیستم سازگار است، برای تحقیقات آتی مورد توجه ویژه است.
