دانش آب و خاک (دانش کشاورزی)
سال:1390 | دوره:21 | شماره:3 |تعداد مقالات:12

بررسی تغییرات مکانی و توزیع فراوانی ویژ گی های فیزیکی و شیمیایی خاک سطحی در داخل و بین شکل های اراضی مختلف دشت تبریز در مقیاس ناحیه ای مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. سیزده ویژگی برای 98 نقطه خاک سطحی اندازه گیری گردید. نمونه برداری به صورت شبکه ای منظم و به فاصله 1000 متر با توجه به میزان تغییرات خاک انجام شد. شکل های اراضی در ناحیه مورد مطالعه تپه، دشت دامنه ای، دشت آبرفتی رودخانه ای، دشت و اراضی پست بود. مقدار رس، سیلت، درصد آهک، جرم مخصوص ظاهری، واکنش خاک و ظرفیت تبادل کاتیونی دارای توزیع نرمال بوده و میانگین وزنی قطر خاکدانه، هدایت الکتریکی، نیتروژن کل، شن، کربن آلی، فسفر قابل جذب و نسبت جذب سدیم دارای توزیع نرمال لگاریتمی بودند. تفکیک نمونه ها در واحدهای شکل اراضی باعث بهبود توزیع نرمال داده ها گردید به طوریکه در شکل اراضی تپه، دشت آبرفتی رودخانه ای و اراضی پست تمام ویژگی ها نرمال بودند. در بین ویژگی های اندازه گیری شده آهک وابستگی مکانی نداشت. میانگین وزنی قطر خاکدانه، جرم مخصوص ظاهری، ازت کل، کربن آلی، فسفر قابل جذب، سیلت و شن وابستگی مکانی متوسط داشتند. ظرفیت تبادل کاتیونی، pH خاک، نسبت جذب سدیم، هدایت الکتریکی و رس از وابستگی مکانی قوی برخوردار بودند. نتایج نشان می دهد که وابستگی مکانی ویژگی های خاک بیشتر تحت تاثیر ویژگی های ذاتی مثل مواد مادری، پستی و بلندی و نوع خاک می باشد. هم چنین تغییرپذیری در ویژگی های خاک نتیجه تغییر در محیط های رسوب گذاری و یا اختلاف در مراحل خاکسازی یا هیدرولوژیکی برای موقعیت های مختلف شکل های اراضی می باشد و می تواند تحت تاثیر آبیاری، کود، بالا آمدن سطح ایستابی و یا مدیریت کشاورزی قرار گیرد. بنابراین، این عوامل ممکن است باعث انحراف داده ها از حالت نرمال گردیده و سبب چولگی داده ها در یک واحد نقشه شوند.

در میان انواع متعدد مدل های بارش– رواناب، روش های متکی بر هیدروگراف واحد، هنوز به عنوان یکی از رایج ترین ابزارها برای هیدرولوژیست ها جهت برآورد سیلاب به خصوص در حوضه های فاقد آمار به شمار می رود. در مطالعه حاضر با استفاده از مفهوم تئوری سیستم خطی توابع پاسخ پالس واحد اجزای رواناب (رواناب سریع و رواناب آهسته) به کمک مدل مفهومی مخزن استخراج گردید. پارامترهای مدل با استفاده از روش بهینه سازی جستجوی مستقیم تخمین زده شدند. کارآیی و دقت مدل با استفاده از داده های بارش-رواناب حوضه ناورود واقع در استان گیلان مورد ارزیابی قرارگرفت. نتایج تحقیق نشان داد که مدل مفهومی مخزن بدون نیاز به استخراج بارش مازاد و با لحاظ کردن شرایط رطوبتی خاک قبل از رگبار، از دقت قابل قبولی در شبیه سازی فرایند بارش– رواناب برخوردار می باشد.

بررسی نیازهای اکوفیزیولوژیک گیاهان زراعی در کنار شناخت اقلیم مناسب آنها از مهم ترین عوامل موثر بر تولید محصولات زراعی و توسعه فعالیت های کشاورزی هر منطقه است که از یک طرف باعث افزایش تولید می شود و از طرف دیگر از خسارات ناشی از عوامل نامساعد اقلیمی وارده بر محصولات می کاهد. در این تحقیق که با هدف تعیین نواحی مستعد کشت کلزا در استان کردستان انجام گرفته است، اطلاعات مربوط به متغیرهای اقلیمی 34 ایستگاه هواشناسی موجود در منطقه مورد مطالعه که دارای آمار کامل و بلندمدت بودند، جمع آوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. از عناصر اقلیمی بارش دوره رشد، یخبندان، میانگین حداقل دما، میانگین حداکثر دما، میانگین سالانه دما، مجموع ساعات آفتابی، میانگین رطوبت نسبی مرحله فنولوژیکی کلزا و از عوامل فیزیکی زمین تیپ و کاربری اراضی در نظر گرفته شد. با استفاده از توابع ویژه سامانه اطلاعات جغرافیایی، برای هریک از نیازهای اقلیمی لایه جداگانه ای تهیه گردید. پس از ارزش گذاری متناسب با نیاز رویشی کلزا به کمک مدل طبقه بندی وزنی، لایه های مذکور طبقه بندی شدند و در نهایت، همه لایه های اقلیمی و فیزیکی زمین با روش همپوشانی شاخص ها در محیط GIS تلفیق گردیدند. نتایج حاکی از عدم انطباق شرایط اقلیمی و محیطی استان جهت کشت کلزا می باشد. نتیجه نهایی بیانگر آن است که تنها حدود 6.8 درصد از مساحت استان از جمله دشت های دیواندره، دهگلان و مریوان برای کشت کلزا بسیار مناسب می باشند که بیشتر به علت شرایط اقلیمی و توپوگرافی و خاک مناسب آنهاست. حدود 39.4 درصد از مساحت استان شامل شمال شرق و شمال (محدوده اباتو) و قسمت هایی از نواحی مرکزی و شمال غرب استان به دلیل شرایط نامساعد اقلیمی و محیطی، نامناسب برای کشت شناخته شد. بقیه مناطق با 53.8 درصد از مساحت استان در درجه متوسط تا مناسب قرار گرفتند.

حوضچه های آرامش قسمت کوتاهی از یک کانال کف سازی شده اند که به صورت سازه ای خاص در انتهای سرریزها و هر منبع دیگری که جریان فوق بحرانی ایجاد می کند برای کنترل پرش هیدرولیکی ساخته می شوند و هر چه طول آنها کوتاه تر باشداز نظر اقتصادی مناسب تر خواهند بود. هدف از این تحقیق بررسی خصوصیات پرش هیدرولیکی در مقطع واگرای کانال با شیب معکوس می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که واگرایی و شیب معکوس کانال، نسبت اعماق مزدوج و طول پرش را کاهش می دهد. هم چنین واگرایی باعث افزایش افت نسبی انرژی پرش نیز می گردد. اما در کانال با شیب معکوس تغییر محسوسی در افت نسبی پرش نسبت به حالت کف افقی مشاهده نشد. بنابراین نقش واگرایی در افزایش افت نسبی انرژی پرش بیشتر از شیب معکوس است. نتایج هم چنین نشان داد که کاهش 37.22 درصد نسبت اعماق مزدوج و 61 درصد طول پرش و هم چنین افزایش 54 درصد افت انرژی پرش هیدرولیکی در مقایسه با پرش کلاسیک مشهود بوده است. بنابراین از مقاطع واگرا با شیب معکوس برای استهلاک انرژی پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرام کننده جریان می توان استفاده نمود.

با توسعه تئوری آنتروپی بر مبنای اصل حداکثر آنتروپی و برنامه ریزی ژنتیک بر اساس اصل تکامل طبیعی، این روش ها در طیف وسیعی از علوم مهندسی از جمله مکانیک سیالات و هیدرولیک به کار برده شده اند. در این تحقیق از تئوری آنتروپی و برنامه ریزی ژنتیک و همچنین روش های متداول شامل روابط لگاریتمی، توانی و ونونی برای برآورد توزیع سرعت جریان در کانال های باز استفاده شده است. جهت مقایسه روش های مذکور، آزمایش هایی در کانال آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تبریز با بستر صاف و دبی های مختلف در محدوده 4.8 تا 32.89 لیتر بر ثانیه انجام شد و پروفیل های سرعت با دقت 0.1 سانتی متر بر ثانیه در بازه های یک سانتی متری از کف کانال تهیه گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که تئوری آنتروپی و برنامه ریزی ژنتیک دقت بیشتری نسبت به روابط لگاریتمی، توانی و ونونی در برآورد توزیع سرعت جریان دارند. همچنین تئوری آنتروپی در مقایسه با روش برنامه ریزی ژنتیک خطای محاسباتی کمتری داشته و از این روش می توان برای برآورد توزیع سرعت در کانال های باز با دقت خوبی استفاده نمود.

استفاده از غیرمتحرک کننده ها یکی از روش های موثر برای کاهش اثرات زیان آور فلزات سنگین در خاک است. در پژوهش حاضر کارایی این روش برای کاهش میزان Zn محلول و قابل استخراج با DTPA دو خاک قلیایی و اسیدی آلوده به Zn (200 میلی گرم Zn بر کیلوگرم خاک از منبع سولفات روی و دو هفته نگهداری در دمای 25±0.5oC در اینکوباتور) مورد بررسی قرار گرفت. دو خاک قلیایی و اسیدی آلوده به Zn در دو شرایط رطوبتی ظرفیت مزرعه و غرقاب (با و بدون 50 گرم کود گاوی بر کیلوگرم خاک) قرار گرفته و به مدت یک ماه در اینکوباتور نگهداری شدند. نتایج نشان داد که تیمار غرقاب با مصرف کود گاوی، بیشترین کاهش را در Zn محلول و قابل استخراج با DTPA خاک قلیایی (به ترتیب 97 و 75 درصد) و اسیدی (به ترتیب 85 و 78 درصد) سبب شد. برای بررسی اثر مواد فسفاتی، پنج گرم فسفر بر هر کیلوگرم خاک از منابع مونو کلسیم فسفات، تری کلسیم فسفات، پتاسیم مونو هیدروژن فسفات، پتاسیم دی هیدروژن فسفات و اسید فسفریک به خاک اسیدی آلوده اضافه گردید. نتایج نشان داد که Zn محلول در تیمار پتاسیم مونو هیدروژن فسفات 88 درصد و Zn قابل استخراج با DTPA در تیمار تری کلسیم فسفات 12.5 درصد کاهش یافتند. در آزمایشی دیگر، افزودن 10 گرم کربنات کلسیم بر کیلوگرم خاک اسیدی آلوده شده، سبب کاهش Zn محلول به میزان 97 درصد و قابل استخراج با DTPA به میزان 43 درصد گردید.

آلوده شدن خاک به ترکیبات نفتی در ایران از بدو استخراج نفت از سده گذشته و انباشت تدریجی آنها در محیط سلامتی منابع آب و خاک کشور را تهدید می کند. این تحقیق با هدف دستیابی به شیوه موثر زدودن آلودگی خاک های آلوده به مواد نفتی انجام شد. با توجه به ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی از بین انواع روش های پاکسازی، روش بیولوژیک انتخاب و در خاک مورد نظر به کار برده شد. در این آزمایش تاثیر 5 تیمار متشکل از گونه های مختلف دو جنس باکتری باسیلوس و سودوموناس همراه با کشت گیاه جو و بدون آن بر پالایش هیدروکربن های نفتی در یک خاک لوم ارزیابی شد. تحلیل داده های به دست آمده نشان داد که بالاترین عملکرد مربوط به تیمار باسیلوس 2 بود. این باکتری میزان هیدروکربن های نفتی خاک را همراه با کشت گیاه جو پس از 105 روز، تا 72.5% و بدون حضور گیاه تا 59.8% کاهش داد. هم چنین سریع ترین تاثیر نیز مربوط به همین تیمار بود باین معنی که در مدت زمانی حدود 20 روز میزان آلودگی بیش از 40% کاهش یافت. کارآیی کاربرد باکتری در مقایسه با کاشت گیاه (بدون باکتری) بسیار بالاتر ارزیابی شد. با افزودن باکتری مذکور بر خاک و بدون عملیات نگهداری خاص می توان آلودگی نفتی را به صورت موثر کنترل کرد. از میان انواع باکتریهای آزمایش شده باسیلوس 2 برای برطرف کردن آلودگی نفتی خاک مناسب تر از دیگر باکتریها تشخیص داده شد.

اندازه گیری مستقیم منحنی مشخصه آب خاک در آزمایشگاه وقت گیر، مشکل و پرهزینه است، به این علت تلاش های زیادی انجام گرفته تا بتوان به طور غیرمستقیم منحنی مشخصه آب خاک را از سایر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک برآورد کرد. یکی از روش های غیر مستقیم برآورد منحنی مشخصه استفاده از منحنی توزیع اندازه ذرات خاک است. مدل آریا و پاریس منحنی مشخصه آب خاک را با استفاده از داده های توزیع اندازه ذرات خاک برآورد می کند، در این مدل شعاع منافذ از شعاع ذرات خاک به وسیله پارامتر مقیاس (a) تخمین زده می شود. هدف از این تحقیق، تاثیر تخمین a از شش روش مختلف بر بهبود برآورد منحنی مشخصه آب خاک است. نتایج برای 14 نمونه خاک از منطقه شرق استان گیلان با بافت های مختلف نشان داد که منحنی های برآورد شده با استفاده از a های مختلف نتایج متفاوتی ارائه می دهند و وابستگی زیادی به پارامتر مقیاس دارند، بنابراین تعیین دقیق a نقش اساسی در پیش بینی منحنی مشخصه ایفا می کند. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که a خطی آریا و همکاران و a ثابت، 1.38، آریا و پاریس با بالاترین دقت توانستند منحنی مشخصه آب خاک را تخمین بزنند.

کم آبیاری یکی از راهکارهای بهینه سازی مصرف آب در اراضی فاریاب است که از طریق آبیاری نیمی از جویچه ها به طور ثابت یا متغیر قابل اجرا می باشد. برای ارزیابی عملکرد، اجزا عملکرد و کارآیی مصرف آب گوجه فرنگی در راستای کاهش مقدار آب مصرفی، آزمایشی در پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج اجرا شد. این آزمایش در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی برای سه تیمار آبیاری کامل، یک در میان متغیر و یک در میان ثابت جویچه ها در سه تکرار اجرا گردید. دور آبیاری بر اساس MAD=0.5 با استفاده از دستگاه رطوبت سنج TDR محاسبه گردید. در انتهای فصل رشد صفاتی همچون عملکرد، ارتفاع گیاه، تعداد میوه، قطر میوه، طول ریشه و وزن خشک ریشه اندازه گیری شد. به طورکلی کم آبیاری در سطح احتمال 1 درصد بر عملکرد و اجزا عملکرد اثر معنی دار داشت. عملکرد در تیمارهای آبیاری یک در میان ثابت و آبیاری یک در میان متغیر در مقایسه با تیمار آبیاری کامل به ترتیب 10.16 و 35.55 درصد کاهش یافت. این مقادیر برای طول ریشه 15.54 و 31.32 درصد، برای وزن خشک ریشه 12 و 32.17 درصد، برای ارتفاع گیاه 14.37 و 37.9 درصد و برای تعداد میوه 14.74 و 34.52 درصد بود. کارآیی مصرف آب با آبیاری یک در میان ثابت و متغیر به ترتیب 1.8 و 1.3 برابر کارآیی مصرف آب با آبیاری کامل شد. نتایج نشان داد در شرایطی که زمین عامل محدودکننده تولید نباشد با کم آبیاری سطح زیر کشت را می توان به دو برابر افزایش داد و در نتیجه مقدار محصول با کم آبیاری را نسبت به آبیاری کامل بالا برد. در این راستا، آبیاری یک در میان ثابت نسبت به آبیاری یک در میان متغیر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود، چرا که کارآیی مصرف آب را می تواند تا 1.8 برابر بهبود بخشد.

تامین نیاز آبی چغندر قند با روش های نوین آبیاری نظیر آبیاری قطره ای (نوار) و آبیاری جویچه ای یک ردیف در میان موضوعی است که به دلایل طولانی بودن دوره رشد و نیاز آبی نسبتا زیاد دارای اهمیت فراوان است. در این تحقیق سه تیمار مربوط به آبیاری با نوار قطره ای و دو تیمار مربوط به آبیاری جویچه ای در نظر گرفته شد و در هر تیمار چهار ردیف چغندر قند کشت گردید. در این تیمارها، آبیاری به صورت یک در میان و تامین 70 درصد نیاز آبی گیاه و کشت یک ردیفه معمولی و تامین 100 درصد نیاز آبی گیاه انجام شد. تیمارها از نظر میزان آب مصرفی، عیار قند سفید و قند ناخالص، عملکرد چغندرقند (ریشه)، عملکرد قند سفید و کارایی مصرف آب (WUE) مقایسه شدند. کمترین و بیشترین آب مصرفی به ترتیب مربوط به تیمار آبیاری با نوار قطره ای یک ردیف در میان و آبیاری جویچه ای معمولی و بیشترین عملکرد ریشه مربوط به آبیاری جویچه ای معمولی بود. میزان آب مصرفی در آبیاری قطره ای حدود 50 درصد آبیاری سطحی بود در حالی که WUE عملکرد ریشه ها، WUE عملکرد قند سفید و WUE عملکرد قند ناخالص در تیمار آبیاری قطره ای یک ردیف در میان و تامین 70 درصد نیاز آبی گیاه بیشترین مقدار و در تیمار آبیاری جویچه ای معمولی کمترین مقدار را داشت. آبیاری جویچه ای یک در میان با مصرف 30 درصد آب کمتر از جویچه ای معمولی باعث حدود 15 درصد کاهش در عملکرد ریشه شد ولی کارائی مصرف آب در عملکرد ریشه در جویچه ای یک در میان از جویچه ای معمولی بیشتر بود.

به منظور برقراری و بررسی روابط رگرسیونی و ارائه رابطه ساده و منطقی بین درجه حرارت هوا و عمق های مختلف خاک و مقایسه با مدل های شبکه عصبی و عصبی- فازی در ایستگاه سینوپتیک کرمانشاه مطالعه ای بر روی داده های جمع آوری شده درجه حرارت هوا و اعماق 5، 10، 20، 30، 50 و 100 سانتی متری خاک از ایستگاه مذکور در دوره آماری 1992-2005 انجام پذیرفت. جهت تعیین بهترین معادله بین دمای هوا و هر عمق خاک از فراسنج های آماری ضریب همبستگی بین داده ها (R2)، جذر میانگین مربع خطا (RMSE) و میانگین خطای مطلق (MAE) استفاده گردید. نتایج نشان داد که در مورد روابط رگرسیونی، بر اساس ضریب همبستگی و پارامترهای خطا روابط خطی درجه سوم، خطی درجه دوم، خطی درجه اول، نمایی و لگاریتمی به ترتیب دارای بهترین برآورد بودند. همچنین نتایج نشان داد که بهترین و بدترین برآورد بین دمای هوا و دمای خاک به ترتیب در عمق 5 سانتی متری و عمق 100 سانتی متری خاک مشاهده گردید. نتایج حاصل از این مطالعه منجر به ارایه یک معادله درجه دوم و یک معادله خطی (با توجه به ساده بودن نسبت به معادله درجه سوم) به ازای هر عمق خاک گردید. با توجه به ضرایب همبستگی و خطاهای به دست آمده می توان گفت این رابطه برای عمق 100 سانتی متری خاک دارای دقت پایین، اما برای سایر عمق ها مطلوب و دارای دقت بالایی می باشد. همچنین نتایج تحقیق حاضر نشان داد که مدل ANN دارای دقت بیشتری نسبت به مدل ANFIS در برآورد دمای خاک می باشد. دقت مدل رگرسیونی کمتر از این دو روش مشاهده گردید.

استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی و توابع انتقالی رگرسیونی در برآورد ویژگی های دیریافت خاک از جمله پایداری خاکدانه ها، هزینه و زمان لازم برای اندازه گیری مستقیم این ویژگی ها را کاهش می دهد. در این پژوهش 100 نمونه خاک از جنگل های استان گیلان تهیه شد. ماده آلی، جرم ویژه ظاهری، کربنات کلسیم معادل، جرم ویژه حقیقی، تخلخل، مقاومت مکانیکی خاک، رس، شن، سیلت، pH و هدایت الکتریکی به عنوان متغیرهای مستقل و میانگین هندسی قطر خاکدانه ها (GMD) به عنوان متغیر وابسته تعیین شدند. نمونه ها به صورت تصادفی به دو سری شامل 80 داده برای آموزش و 20 داده برای آزمون مدل ها تقسیم شدند. برای ایجاد توابع انتقالی رگرسیونی از روش گام به گام و به منظور تشکیل شبکه های عصبی مصنوعی از الگوریتم آموزشی مارکوارت-لورنبرگ و ساختار پروسپترون سه لایه با شش نرون در لایه پنهان استفاده شد. بر اساس نتایج ماتریس همبستگی بین GMD به عنوان متغیر وابسته و متغیرهای مستقل، تعداد 18 گروه متغیر مستقل برای داده ها انتخاب شدند. این متغیرها یک بار به عنوان متغیرهای ورودی توابع انتقالی رگرسیونی چندگانه و یک بار به عنوان متغیرهای ورودی شبکه عصبی مصنوعی به کار رفتند. بر اساس آماره های ضریب تبیین تصحیح شده (R2ady)، ریشه دوم میانگین مربعات خطا (RMSE) و برتری نسبی (RI) مدل با متغیرهای ورودی pH، جرم ویژه حقیقی، سیلت و مقاومت مکانیکی خاک بهترین مدل شبکه عصبی مصنوعی برای برآورد GMD داده های مورد آزمایش شناخته شد.