حفاظت منابع آب و خاک
سال:1395 | دوره:6 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

تداوم افزایش میزان تقاضا در کشورهای خشک و نیمه خشک باعث افزایش شکاف میان عرضه و تقاضای آب در آینده خواهد شد. بنابراین در این نواحی به ویژه در بخش کشاورزی نیاز ضروری به مدیریت منابع آب، مدیریت تقاضا و تخصیص برای دوری جستن از موقعیت های بحرانی وجود دارد. هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات افزایش راندمان آبیاری همراه با توسعه سطح زیر کشت بر میزان آب برگشتی و ذخایر آب زیرزمینی با استفاده از مدل SWAT می باشد. مدل  SWATیک مدل مفهومی- نیمه توزیعی در مقیاس حوضه ای است که دارای بازده محاسباتی بالا است. پس از انجام شبیه سازی حوضه مورد مطالعه طی دوره 2005 تا 2014 در شرایط موجود و انجام واسنجی و صحت سنجی خروجی های مدل، دو سناریوی افزایش راندمان آبیاری بدون افزایش سطح زیرکشت و افزایش راندمان آبیاری همراه با افزایش سطح زیر کشت به مدل معرفی شد. نتایج نشان داد، با افزایش راندمان آبیاری، میزان آب مصرفی در تولید محصولات کشاورزی از 330 میلیون مترمکعب در سال در سناریوی پایه به 186 میلیون مترمکعب در سال کاهش یافت. همچنین حجم آب برگشتی به حوضه از 133 میلیون مترمکعب در سال در سناریوی پایه به 0.22 و 1.96 میلیون مترمکعب در سال به ترتیب در سناریوی افزایش راندمان آبیاری بدون افزایش سطح زیرکشت و افزایش راندمان آبیاری همراه با افزایش سطح زیرکشت، کاهش یافت. نسبت مقدار تغذیه آبخوان از آب برگشتی در شرایط پایه 29.6 درصد است که با افزایش راندمان آبیاری به صفر می رسد.

چاه های سطحی کشاورزی به عنوان منبع تامین آب آبیاری و مدیریت مناسب آنها برای تامین نیاز آبیاری اراضی شالیزاری از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. در این راستا تحقیقی با هدف توسعه مدل شبیه سازی بهره برداری از چاه های سطحی انجام گرفت. رویکرد این مدل بر حداکثر استفاده از آب های محلی موجود (باران، چاه سطحی، آببندان، ...) است. در مدل ارائه شده ابتدا بر اساس داده های ورودی و معادلات شبیه سازی، تبخیرتعرق گیاه، نیاز، دور و حجم آبیاری مورد نیاز، بار آبی در چاه سطحی و خاک به صورت روزانه محاسبه می شود. سپس با استفاده از برنامه آبیاری بدست آمده و محدودیت های برداشت از چاه سطحی (حداقل بار آبی مجاز در چاه)، روزهای آبگیری از چاه سطحی، دبی پمپاژ، مدت زمان پمپاژ، ارتفاع غرقابی درمزرعه و مقدار رواناب محاسبه می شوند. همچنین شبیه سازی نوسانات سطح آب زیرزمینی در شرایط غیراشباع در خارج از فصل زراعی برنج، توسط مدل HYDRUS-1D صورت گرفت. طبق نتایج بدست آمده از اجرای مدل در اراضی شالیزاری موسسه تحقیقات برنج کشور در رشت برای سال آبی نرمال، از 10 نوبت آبیاری مورد نیاز، شش نوبت آن توسط چاه سطحی و چهار نوبت توسط کانال تامین شده است. بر اساس نتایج بدست آمده در اراضی شالیزاری مورد مطالعه، سطح آب زیرزمینی کم عمق در خارج از فصل زراعی برنج مجددا توسط بارندگی تغذیه گردیده است و از عمق 4.85 متری به عمق 1.82 متری صعود کرده است. بنابراین بهره برداری از چاه های سطحی در طول فصل زراعی برنج با رعایت حداقل بار آبی مجاز باعث افت محسوس آب زیرزمینی و ناپایداری نمی گردد.

حفظ منابع و ذخایر آب خاک با اعمال مدیریت صحیح و به کارگیری روش های پیشرفته از اقدامات مناسب در بهره برداری از منابع محدود آب می باشد. در این پژوهش، اثر برخی ضایعات آلی و یک سوپرجاذب رطوبت بر مقدار آب قابل استفاده و تاخیر در نقطه پژمردگی دائم یک خاک، مربوط به دامنه های شیب دار رودبار بررسی شد. تیمارها شامل مقادیر 10، 20 و 50 درصد حجمی از ضایعات چای، کمپوست زباله های شهری و ضایعات زیتون بودند که به همراه مقادیر 1، 2، 4، 8 و 16 گرم از یک سوپر جاذب رطوبت (A200) در یک طرح کاملا تصادفی در فضای آزاد مسقف دانشگاه آزاد اسلامی واحد رشت در محدوده دمایی 28-26 درجه سانتی گراد استفاده شد. به منظور تهیه منحنی رطوبتی و تعیین رطوبت معادل ظرفیت زراعی (FC) و نقطه پژمردگی (PWP) در تیمارها از روش کاغذ صافی استفاده شد. پس از اشباع خاک ها، زمان شروع اشباع خاک ها تا رسیدن به رطوبت معادل PWP محاسبه شد. نتایج نشان داد که اثر تیمارها بر مقدار رطوبت در ضرائب ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی دائم در سطح یک درصد معنی دار بود. بیشترین تاخیر معنی دار (در سطح یک درصد) در ضریب رطوبتی نقطه پژمردگی دائم خاک با تاخیر 19 روز نسبت به شاهد در 50 درصد کمپوست زباله شهری و با تاخیر 30 روز در 16 گرم سوپرجاذب دیده شد. در کل، استفاه توام از 10 درصد ضایعات آلی کشاورزی و میزان 5 گرم بر کیلوگرم سوپر جاذب نتایج مطلوبی در تاخیر ضریب رطوبتی نقطه پژمردگی دائم و افزایش رطوبت قابل استفاده به همراه داشت.

بررسی ویژگی های بارش در شناخت و پیش بینی پدیده های حاصل از بارش مانند رواناب و سیلاب ضروری است، لذا در این مطالعه وابستگی میان ویژگی های مهم رویدادهای بارش (عمق بارش (R)، ماکزیمم بارش (M)، مدت خشک(D) و مرطوب(L) ) با استفاده از ساختار دی- واین مدلسازی شد. ابتدا توزیع های احتمالی چند متغیره با توجه به جایگشت های مختلف متغیرهای شرطی ساخته شد و سپس خانواده های مفصل های ارشمیدسی و بیضوی جهت برازش بر جفت- مفصل های ساختارهای دی- واین مورد آزمون قرار گرفتند و مناسب ترین خانواده مفصل جهت برازش بر هر جفت- مفصل با توجه به معیارهای مختلف انتخاب گردیدند. در مرحله بعد با توجه به معیارهای اطلاعات آکائیکه (AIC) و بیزین (BIC) ساختار M-R-D-L یعنی D با L،R با D و L، M با R،D  و L شرطی شده اند) بعنوان بهترین ساختار شناخته شد. در نهایت با استفاده از ساختار منتخب دی- واین ویژگی های مهم رویداد بارش شبیه سازی شد و به منظور ارزیابی دقت شبیه سازی مدل پیشنهادی، آماره های مهم هر یک از متغیرهای شبیه سازی شده ی رویداد بارش با آماره های متغیرهای مشاهداتی مقایسه گردیدند. نتایج نشان دادند که اکثر آماره های شبیه سازی شده توسط مدل چهار بعدی دی- واین دارای تطابق خوبی با آماره های متغیرهای مشاهداتی می باشند.

بررسی تغییرات کاربری اراضی نیازمند استفاده از روش های سریع و فنون نوین می باشد. استفاده از سیستم سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی و تلفیق آنها با داده های زمینی اطلاعات دقیق و بهتری را در خصوص تصمیم گیری های چند جانبه ارائه می نمایند. در این پژوهش به منظور بررسی روند تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر مربوط به ماهواره لندست 2 سنجنده MSS ژوئن سال 1975، ماهواره لندست 7 سنجنده ETM+ سال 2002 و ماهواره لندست 8 سنجنده OLI ژوئن سال 2013 نسبت به تهیه نقشه های کاربری اراضی و بررسی تغییرات کاربری در طی دوره 38 ساله در محیط نرم افزار ENVI اقدام گردید. سپس با تهیه تصویر ماهواره لندست 5 سنجندهTM مربوط به ژوئن سال 1991 میلادی و تولید نقشه کاربری اراضی آن به همراه نقشه کاربری اراضی دو سال 2002 و 2013 تغییرات کاربری اراضی در سال 2024 پیش بینی شد. نتایج تغییرات کاربری در 38 ساله گذشته حاکی از کاهش 12 درصدی (7060.9 هکتار) باغات منطقه و افزایش 7 و 5 درصدی سطوح مناطق مسکونی و اراضی کشاورزی می باشد. همچنین، پیش بینی تغییرات کاربری 11 سال آتی نیز نشان دهنده کاهش 2 درصدی باغات منطقه نسبت به وضعیت فعلی بوده، در حالیکه سطح اراضی کشاورزی روند تقریبا ثابتی خواهد داشت و کاربری مسکونی با رشد 2 درصدی همراه خواهد بود.

جریان رواناب در حوضه های آبریز تحت تاثیر پارامترهای مختلفی است که از جمله می توان به میزان بارش، ارتفاع، تبخیر، دما، عوامل اقلیمی، شبکه زهکشی، توپوگرافی و زمین شناسی حوضه اشاره کرد. به دلیل وابستگی برخی از این پارامترها بر یکدیگر، میزان تاثیر آنها بر جریان رواناب، در حوضه هاو مناطق مختلف متفاوت می باشد. در این مطالعه به ارزیابی آماری و تحلیل پارامترهای موثر بر رواناب و پهنه بندی مکانی منابع آب های سطحی در حوضه آبریز زاگرس مرکزی، پرداخته شده است. نتایج این مطالعه با به کار گیری تحلیل های آماری و روش رگرسیون چند متغیره برای پارامترهای ذکر شده، یک ارتباط توزیع لگاریتمی جریان سطحی با متغیرهای دما و ارتفاع با قدرت مدل R2 بین 0.795 تا 0.851 را نشان می دهد. برای 80 ایستگاه منتخب داخل محدوده و با همبستگی 0.923 توزیع جریان بصورت لگاریتم دبی نسبت به لگاریتم بارش و متغیر ارتفاع در سطح 95% ارتباط معنی دار و قابل قبولی را نشان می دهد. بررسی عوامل تاثیرگذار در ایجاد رواناب و اثر متغیرهای فوق در نقشه پهنه بندی تهیه شده، که بر اساس تاثیر شاخص وزنی هر کدام از متغیرها و از طریق نرم افزار ArcGIS انجام گردید، تغییر مکان و جابجایی بسیار زیادی از مناطق مناسب و دارای پتانسیل آب، از جنوب محدوده مورد مطالعه به سمت شمال و شرق حوضه را نشان می دهد. همچنین، بین پارامترهای هیدرولوژیکی و تعیین مکان های مناسب منابع آب، با روش تحلیل آماری رگرسیون چند متغیره، روش لاجستیک و روش تعیین شاخص وزنی متغیرها، انطباق تقریبی وجود دارد.

اندازه گیری مستقیم منحنی مشخصه آب خاک به دلیل تغییرپذیری مکانی و زمانی زیاد خصوصیات هیدرولیکی، کاری دشوار و پرهزینه است، لذا تخمین منحنی مشخصه آب خاک با استفاده از ویژگی های زودیافت پایه ای خاک مورد توجه واقع شده است. در این پژوهش، از داده های پراکنش اندازه ای ذرات 12 نمونه خاک پایگاه اطلاعات داده ای UNSODA برای مقایسه مدل های پارامتریک مقیاس گذاری شده و نرم افزار ROSETTA استفاده شد. نتایج نشان داد که منحنی مشخصه آب خاک را می توان با استفاده از داده های منحنی پراکنش اندازه ای ذرات خاک برآورد نمود و عملکرد نسبی (RI) برآورد منحنی مشخصه آب خاک با استفاده از مدل پارامتریک مقیاس گذاری شده %50.3 بیشتر از نرم افزار ROSETTA می باشد. همچنین به دلیل عملکرد مستقل از داده های آزمایشگاهی و عدم نیاز به پارامترهای تجربی در روش مقیاس گذاری، استفاده از این روش نسبت به نرم افزار ROSETTA مناسب تر است. نتایج مقایسه آماری مدل مقیاس گذاری شده نشان داد که این روش بهترین برازش را بر داده های تجربی دارد. همچنین در مدل پارامتریک مقیاس گذاری، در مکش های بالا (رطوبت کم) و خشک شدن خاک، برآورد منحنی مشخصه آب خاک عملکرد نسبی بهتری نسبت به نرم افزار ROSETTA نشان می دهد، بنابراین می توان از این روش برای برنامه ریزی آبیاری استفاده نمود. روش مقیاس گذاری نشان داد که با استفاده از درصد ذرات شن، سیلت و رس می توان منحنی مشخصه آب خاک را با دقت برآورد کرد، به دلیل تغییرپذیری مکانی- زمانی نسبتا ثابت درصد ذرات شن، سیلت و رس می توان از روش مقیاس گذاری در مقیاس های مطالعاتی بزرگ استفاده نمود.

تلفات زیاد از کانال های آبیاری سبب شده که پوشش دهی کانال های انتقال به عنوان یکی از راهکارهای مهم در افزایش بازده انتقال آب مطرح شود. توجیه فنی پوشش انهار خاکی نیاز به بررسی میزان نشت و نفوذ آب در آن ها دارد. در پژوهش حاضر، میزان نشت و نفوذ از کانال خاکی بلداجی، شهرستان بروجن استان چهارمحال و بختیاری، با بافت خاک لومی، با استفاده از مدل فیزیکی و روابط تشابه ابعادی، در محدوده دبی های 40 تا 100 لیتر در ثانیه اندازه گیری شد. بدین منظور از معادلات تجربی موریتز، اینگهام، هندوستان، مولس ورس و ینی دومیا، آفنگندن و دیویس- ویلسون برای تخمین نشت و نفوذ استفاده شد. نتایج نشان داد پیش از اصلاح ضرایب معادلات، نتایج روش اینگهام بیشترین مقدار (0.917) R2 را با مقادیر اندازه گیری شده دارد. در این روش، متغیرهای مستقل، عمق آب، طول کانال و محیط خیس شده می باشند. ولی پس از واسنجی معادلات تجربی برای کانال مورد نظر و اصلاح ضرایب آنها نیز روش موریتز و اینگهام، با بیشترین مقدار (0.90<) R2 و کمترین مقدار 3.2>) RMSE لیتر) به عنوان روابط برتر تخمین نشت در منطقه مورد مطالعه تشخیص داده شدند. تمامی معادلات نشت، در ابتدا کم برآورد نشان دادند که اصلاح ضرایب، منجر به رفع این مشکل گردید. استفاده از تشابه ابعادی و انتقال شرایط کانال به آزمایشگاه سبب کاهش هزینه و صرفه جویی در وقت شد که با حصول نتایج قابل قبول و قابل مقایسه با مطالعات پیشین، می توان به کارگیری این روش را در شرایط کنتر ل شده ی آزمایشگاه برای مناطق مشابه نیز پیشنهاد نمود.

امروزه آلودگی محیط به فلزات سنگین درنتیجه فعالیت های بشر به عنوان یکی از چالش های مهم در ارتباط با حفاظت منابع آب و خاک است. گیاه پالایی روشی است که در آن از گیاهان برای جذب آلاینده ها استفاده شده و می تواند به طور بالقوه برای احیای آب ها و خاک های آلوده به فلزات سنگین به کار رود. پژوهش حاضر با هدف بررسی توانایی نهال های سه ماهه Acacia victoriae در تجمع کادمیوم در اندام های خود (شاخساره و ریشه)، انتقال آن از بخش ریشه به شاخساره و درک اثر تجمع کادمیوم در برخی از صفت های مورفولوژی این گونه اجرا گردید. برای این منظور 12 نهال سه ماهه A.victoriae در چهار غلظت (0، 10، 50، 100 میلی گرم بر لیتر) کادمیوم برای یک دوره 45 روزه در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که با افزایش جذب کادمیوم، ارتفاع، زی توده و مقاومت گیاه در مقایسه با نمونه های شاهد به طور معنی داری کاهش یافتند و علائم سمیت کادمیوم در غلظت بالا به صورت کلروز، نکروز و کاهش تعداد برگ ها، کاهش انشعابات و تغییر رنگ ریشه ها قابل ملاحظه بود. همچنین تجمع کادمیوم در ریشه و اندام های هوایی گیاه با افزایش غلظت کادمیوم افزایش یافتند و میزان تجمع کادمیوم در بافت ریشه نسبت به اندام های هوایی در همه تیمارها بیشتر بود. به طوری که در ریشه، ساقه و برگ های این گونه به ترتیب، بیش از 72 درصد (19433.33 میلی گرم بر کیلوگرم)، کم تر از 17 درصد (4630 میلی گرم بر کیلوگرم) و کم تر از 11 درصد (2853.33 میلی گرم بر کیلوگرم) کادمیوم، در غلظت 100 میلی گرم بر لیتر تجمع یافتند. فاکتور تجمع زیستی ریشه و ساقه، فاکتور انتقال، ضریب غنی سازی و شاخص جذب نیز به ترتیب 184.90، 71.20، 0.39، 0.014، 7697.73 میلی گرم بر کیلوگرم در بالاترین غلظت تخمین زده شد. در واقع A.victoriaeبا تجمع کادمیوم در ریشه ها این توانایی را دارد که از انتقال این فلز به بخش های هوایی و بروز سمیت در گیاه جلوگیری کند. بنابراین می توان از این گونه بیابانی به منظور پالایش خاک های آلوده به کادمیوم، به روش تثبیت گیاهی بهره برد.

بایوچار، نام ترکیب آلی پایداری است که از تجزیه گرمایی هر نوع زیست توده تحت شرایط محدودیت اکسیژن که پیرولیز گفته می شود تهیه می گردد و در کشاورزی به منظور اصلاح شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک استفاده می شود. هدف اصلی در این پژوهش، بررسی اثرات بایوچار برگ خرما بر خصوصیات فیزیکی و رفتار رطوبتی خاکی با بافت لوم شنی بود. پنج نوع بایوچار تحت شرایط دمایی متفاوت (300، 350، 400، 450 و 500 درجه سانتیگراد) و مدت حرارت 3 ساعت با استفاده از یک بوته برقی تهیه شد. بایوچارها با نسبت وزنی 3 درصد، بطور یکنواخت و بصورت پودری با خاک عبور داده شده از الک 2 میلی متر مخلوط شده و به مدت 2 ماه خوابانده شدند، سپس منحنی مشخصه رطوبتی مبتنی بر مدل ون گنوختن تعیین شد. رطوبت در وضعیت های ظرفیت مزرعه (FC)، نقطه پژمردگی دائم (PWP)، آب قابل دسترس گیاه (PAWC)، ظرفیت نگهداری رطوبت (WHC) و درصد اشباع (qs) تعیین شدند. بر اساس نتایج بدست آمده، با افزایش دمای پیرولیز در دامنه 300 تا 500 درجه سانتیگراد تغییرات معنی داری در خصوصیات فیزیکی و رفتار رطوبتی خاک ایجاد نشد ولی بطور کلی کاربرد بایوچار باعث کاهش معنی دار (P<0.01) وزن مخصوص ظاهری گردید که به چگالی پایین ذرات بایوچار و نقش آن در بازآرایی منافذ خاک و تشکیل منافذ ثانویه نسبت داده می شود. مقادیر میانگین WHC، PAWC، qs و FC به ترتیب به میزان 24.4، 20.1، 23.4 و 24 درصد نسبت به تیمار شاهد (خاک بدون بایوچار) افزایش پیدا کردند ولی PWP تغییرات معنی داری نداشت. داده های منحنی های مشخصه رطوبتی نشان داد که بایوچار باعث افزایش معنی دار (P<0.01) منافذ بزرگتر از 0.2 mm که به لحاظ ذخیره رطوبت قابل دسترس گیاه حائز اهمیت است می گردد.