حفاظت منابع آب و خاک
سال:1397 | دوره:7 | شماره:3 |تعداد مقالات:9

برای افزایش بهره وری آب و بهبود مدیریت آب در سطح مزرعه می توان از مدل های شبیه سازی رشد گیاه به عنوان یک ابزار مفید استفاده نمود. در این مطالعه، کارآیی مدل AquaCrop در شبیه سازی پوشش گیاهی، ماده خشک و عملکرد گیاه چغندرقند و رطوبت خاک تحت شش تیمار آبیاری شامل آبیاری کامل به عنوان تیمار شاهد (T1)، رساندن رطوبت خاک در هر آبیاری به حد ظرفیت مزرعه و حذف آبیاری آخر (T2)، آبیاری گیاه به میزان10 درصد بیشتر از تیمار شاهد (T3)، آبیاری گیاه به میزان 10 درصد کمتر از تیمار شاهد (T4)، آبیاری گیاه به میزان 20 درصد کمتر از تیمار شاهد (T5) و آبیاری گیاه به میزان 30 درصد کمتر از تیمار شاهد (T6) ارزیابی شد. آزمایش در منطقه الشتر واقع در استان لرستان در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی طی دو سال زراعی 1393 و 1394 انجام شد. مدل AquaCrop بر اساس اطلاعات زراعی سال اول آزمایش واسنجی و سال دوم اعتبارسنجی شد. ارزیابی آماری مدل با استفاده از معیارهای ضریب جرم باقی مانده ها، ریشه میانگین مربعات خطا، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده، شاخص توافق و ضریب تعیین انجام گرفت. بر اساس نتایج، مقدار ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده در شبیه سازی روند توسعه پوشش گیاهی و رطوبت خاک در تیمارهای مختلف آبیاری در مرحله واسنجی به ترتیب بین 5.18 تا 9.41 و 9.91 تا 17.23 درصد و در مرحله اعتبارسنجی به ترتیب بین 6.64 تا 9.2 و 12.36 تا 25.77 درصد به دست آمد. مقدار ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده در شبیه سازی عملکرد ریشه و ماده خشک در مرحله واسنجی به ترتیب 7.3 و 8.67 درصد و در مرحله اعتبارسنجی به ترتیب 7.69 و 9.82 درصد به دست آمد. به طور کلی نتایج مبین عملکرد خوب مدل AquaCrop در شبیه سازی پوشش گیاهی، ماده خشک و عملکرد گیاه چغندرقند و رطوبت خاک تحت رژیم های مختلف آبیاری است. لذا استفاده از این مدل در تعیین استراتژی های بهینه مدیریت آب در کشت چغندرقند در منطقه مورد مطالعه پیشنهاد می شود.

به منظور بررسی اثر بایوچار برگ خرما بر کارآیی مصرف آب و برخی مولفه های عملکرد گندم (Triticum aestivum L.) تحت تنش های توام رطوبتی و شوری، آزمایش گلدانی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار و طی یک فصل زراعی (95-1394) در مرکز تحقیقات کشاورزی استان بوشهر انجام گرفت. تیمارها شامل بایوچار برگ خرما (صفر و 3 درصد وزنی)، فاصله آبیاری (3، 7 و 12 روز) و شوری آب (1.1، 3.8 و 12 دسی زیمنس بر متر) بودند. نتایج نشان داد که اثرات بایوچار بر کارآیی مصرف آب و عملکرد گندم تحت تنش های توام رطوبتی و شوری معنی دار (P<0.05) بود. مقادیر عملکرد دانه، وزن خشک ساقه و وزن خشک ریشه به ترتیب 22، 38 و 20 درصد افزایش داشت. مقادیر تبخیر و تعرق، کارآیی مصرف آب و رطوبت وزنی خاک قبل از آبیاری به ترتیب 18.6، 8.7 و 23 درصد افزایش داشت. مقادیر پاسخ عملکردی گیاه به تنش رطوبتی (Ky) برای عملکرد دانه، وزن خشک ساقه و وزن خشک ریشه به طور قابل توجهی کاهش داشت که بیانگر کاهش حساسیت گیاه به تنش رطوبتی می باشد. در اثر کاربرد بایوچار، مقادیر شیب کاهش عملکرد و حد آستانه تحمل به شوری برای عملکرد دانه، وزن خشک ساقه و وزن خشک ریشه کاهش داشت که بیانگر نقش بایوچار در افزایش مقاومت گیاه به تنش شوری می باشد. بنابراین، می توان بایوچار برگ خرما را یک اصلاح کننده موثر برای افزایش تولید کشاورزی و بهره وری مصرف آب قلمداد نمود. با این وجود، مطالعات بیش تری در شرایط مزرعه و خارج از گلدان توصیه می شود.

برآورد زمان تمرکز، یکی از مهمترین مباحث در مطالعات فیزیوگرافی و هیدرولوژی حوزه های آبخیز است. برآورد نسبتا صحیح آن تاثیر زیادی در محاسبه پارامترهای هیدرولوژی، خصوصا دبی اوج سیلاب دارد. احداث بندهای اصلاحی در حوضه های آبخیز منتهی به مناطق مسکونی از راهکارهای اجرایی جهت تغییر در زمان تمرکز و کاهش شیب آبراهه ها شده که در کنترل سیل و کاهش دبی پیک سیلاب تاثیر بسزایی دارد. این پژوهش با هدف ارزیابی اثر عملیات مکانیکی بر رفتار هیدرولوژی حوضه بر اساس شاخص سیلاب صورت گرفته است. در این تحقیق با مطالعه منطقه و شرایط توپوگرافی و عملیات حفاظتی صورت گرفته، تغییرات زمان تمرکز و دبی سیلاب در فاصله سالهای قبل از سال 84تا بعد از سال 89 از اجرای سازه های اصلاحی مورد مقایسه قرارگرفت. دوره بازگشت جهت محاسبات از 1.25 تا 100 سال انتخاب گردید در این زمینه پارامترهای تعداد وارتفاع بندها، گروه هیدرولوژیکی خاک، شیب آبراهه، زمان تمرکز، هیدرولوژی منطقه، مساحت حوضه در هر زیر حوزه اجرایی مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد اجرای سازه های اصلاحی باعث افزایش زمان تمرکز درپارسل های (I4، I6، I8، I9، I10، I12، I13، I28) به ترتیب به میزان 4، 8.74، 2.67، 1.43، 1.31، 2.01، 0.51، 11.78 درصد شده است. کمترین درصد افزایش زمان تمرکز مربوط به پارسل شماره I13 با مقدار کمتر از 1 % و بیشترین مقدار افزایش زمان تمرکز مربوط به I 2 8، با مقدار 11.78 درصد می باشد. همچنین، در اثر احداث سازه های مذکور، زمان تمرکز در محل خروجی حوضه بین 0.26 تا 0.98 ساعت افزایش خواهد یافت.

برنج اصلی ترین محصول استان های شمالی ایران به شمار می رود. نظارت بر تولید سالانه و سطح زیر کشت برنج به عنوان محصولی راهبردی، نقش بسزایی در برنامه ریزی های کشاورزی دارد. امروزه می توان با تکیه بر فن آوری سنجش از دور و شاخص های پوشش گیاهی روش های مدیریتی را بهبود بخشید. پژوهش حاضر با هدف برقراری رابطه رگرسیونی بین عملکرد ارقام محلی و پرمحصول برنج در سال 1391 (2012م) و شاخص های NDVI، SAVI، DVI و RVI مستخرج از تصاویر ماهواره لندست 7، در شالیزارهای شهرستان شفت، انجام گرفته است. بیشترین همبستگی بین عملکرد تولیدی و شاخص ها در مرحله گلدهی برنج دیده شد و از میان شاخص های مذکور، NDVI مناسب ترین شاخص برای برآورد عملکرد ارقام محلی و پرمحصول برنج در منطقه معرفی می شود. معیارهای آماری نشان از توانایی خوب مدل در شبیه سازی دارد. شاخص کارائی مدل سازی (EF) برای ارقام محلی و پرمحصول، در سال زراعی 1392 (2013م) به ترتیب معادل با 0.60 و 0.41 بود، که بیانگر کارآمدی بالای مدل در پیش بینی قابل قبول درصد کاهش عملکرد محصول می باشد. نتایج طراحی مدل حاکی از آن است که میزان عملکرد شبیه سازی شده، برازش خوبی با مقادیر مشاهده شده دارد. نتایج آزمون آماری، نشان می دهد تفاوت معنی داری بین مقادیر مشاهده شده و شبیه سازی شده وجود ندارد (P>0.05). مقدار ضریب تبیین 0.70 و 0.66 بین عملکرد واقعی و برآورد شده می تواند ناشی از تغییر شرایط کاشت و مدیریت زراعی، آفات و امراض گیاهی، وضعیت آب و هوایی منطقه و بسیاری از متغیرهای محیطی باشد.

مدیریت صحیح حوزه های آبخیز کشور یکی از مهمترین روش های استفاده از منابع آب و خاک می باشد. برای این مهم نیاز به اطلاعات جامعی از روش های متفاوت مدیریتی و اجرایی است. طی چند دهه اخیر برآورد درست و به موقع از وضعیت کمی و کیفی رواناب یکی از دغدغه های مدیریت های کلان کشور به حساب می آید.این پروژه شبیه سازی رواناب ماهانه، تحلیل حساسیت، بهینه سازی پارامترهای حساس، بررسی تاثیر تغییر کاربری اراضی در طی چهار دهه اخیر برکمیت و کیفیت رودخانه مارون در ایستگاه خروجی حوزه آبخیز مارون (ایدنک) در استان کهگیلویه و بویراحمد با استفاده از مدل SWAT می باشد. برای این مقصود از مدل نیمه توزیعی SWAT و برنامه SUFI2 و در قالب بسته نرم افزاری SWAT CUP برای تحلیل حساسیت، واسنجی، صحت سنجی و آنالیز عدم قطعیت بهره گرفته شد. در این تحقیق ابتدا نقشه تغییر سطح کاربری های موجود و همچنین نقشه خاک و پوشش گیاهی در حوزه آبخیز مارون در طی چهار دوره ده ساله از سال 1970 تا سال 2010 با استفاده از سنجنده های TM و ETM ماهواره لندست مشخص شد. آمار مشاهداتی ایستگاه هیدرومتری ایدنک بعنوان ایستگاه مبنا در طی سالهای 1970 تا 2010 طی چهار دوره ده ساله مورد استفاده قرار گرفت.مقایسه اثر گزینه های مدیریتی کاربری اراضی بر مولفه های مختلف چرخه هیدرولوژیکی و همچنین مقادیر مختلف رواناب نشان می دهد در منطقه سناریوی بدبینانه اتفاق افتاده با ادامه روند تخریبی در کاربری اراضی به سمت حالت قهقرایی، مقادیر مختلف رواناب افزایش و نفوذپذیری و آب گذری به آبخوان های سطحی و عمیق، کاهش می یابد.

ساختمان خاک هم از نظر مدیریت منابع آب و خاک و هم ارتقای توان تولید پایدار، از اهمیتی فراوان برخوردار است. از آنجا که ساختمان خاک اغلب به صورتی کیفی بیان می شود، یکی از روش های نسبتا نوین برای توصیف کمی ساختمان خاک، کاربرد مفهوم هندسه فرکتالی است. با به کار بردن هندسه فرکتالی در تعیین پایداری ساختمان خاک و مقایسه آن با روش های کلاسیک، می توان به درکی بهتر از ساختمان خاک دست یافت. هدف از این پژوهش، کمی سازی ساختمان خاک با استفاده از مدل های فرکتالی و مقایسه آن ها با روش های کلاسیک بود. بدین منظور، تعداد 30 نمونه از خاک سطحی یک منطقه زراعی تهیه شد. سپس با استفاده از روش الک های تر و خشک، میانگین وزنی و میانگین هندسی قطر خاکدانه ها محاسبه گردید. آنگاه با استفاده از چهار مدل فرکتالی تعداد-اندازه و جرم-اندازه Rieu و Sposito، تعداد-اندازه Mandelbrot و جرم-اندازه Tyler و Wheatcraft بعد فرکتالی نمونه ها بدست آمد. نتایج نشان داد که دامنه بعد فرکتالی مدل جرم-اندازه Rieu و Sposito در حالت خشک از 2.86 تا 2.92 در حالت تر از 2.90 تا 2.99 متغیر است. حال آنکه این تغییرات برای مدل Tyler و Wheatcraft در حالت خشک از 2.53 تا 2.78 و در حالت تر از 2.24 تا 2.55 بدست آمد. دامنه تغییرات در مدل تعداد-اندازه Rieu و Sposito از 2.77 تا 3.59 در حالت خشک و از 2.35 تا 3.22 در حالت تر در نوسان بود. نتایج همچنین نشان داد که دامنه تغییرات در مدل Mandelbrot در حالت خشک از 2.89 تا 3.72 و در حالت تر از 2.21 تا 3.22 می باشد. بیشترین انحراف معیار بدست آمده مربوط به میانگین وزنی قطر خاکدانه ها و کمترین انحراف معیار مربوط به بعد جرم-اندازه مدل Rieu و Sposito بود. نتایج همچنین نشان داد که با افزایش بعد فرکتالی، پایداری خاکدانه ها کاهش و ناپایداری آن ها افزایش می یابد. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که استفاده از مدل های فرکتالی در مقایسه با روش های کلاسیک برای ارزیابی ساختمان خاک از دقتی بیشتر برخوردار است.

هدف از این تحقیق ارزیابی توابع تولید حاصل ضرب اصلاح شده ریس (Rase, 2004) و حاصل ضربی اصلاح شده (Tafteh et al. (2013 در برآورد عملکرد گیاه کلزا تحت شرایط کم آبیاری در بازه های ماهانه، مراحل چهارگانه رشد و کل دوره رشد در منطقه قزوین می باشد.بدین منظور از داده های طرح بلوک کامل تصادفی با تیمارهای زمان آبیاری (60، 90، 120 و 150 میلی متر تبخیر از تشت تبخیر کلاس A) با سه تکرار طی سال های زراعی 1389 تا 1391 استفاده گردید. نتایج نشان داد که تیمارهای T12 و T11 به ترتیب با 2390 و 1320 کیلوگرم در هکتار حداکثر و حداقل عملکرد خشک را دارند. نتایج نشان داد که در بازه های زمانی مختلف بهترین نتیجه در بازه زمانی کل دوره رشد به دست آمده و سایر بازه های زمانی از دقت مدل می کاهد. در هر دو روش مورد ارزیابی کمترین خطا در بازه زمانی کل دوره رشد به دست آمده است. بررسی شاخص های آماری حاکی از آن است که روش (Tafteh et al. (2013 در بازه کل دوره رشد با کمترین مقدار ریشه مربعات خطای استاندارد (RMSE)، ریشه مربعات خطای استاندارد نرمال شده (NRMSE) به ترتیب به مقدار 423 و 0.211 و بیشترین مقدار شاخص توافق (d) و ضریب تبیین (R2) به ترتیب برابر با 0.796 و 0.645 در برآورد عملکرد گیاه کلزا روش مناسب تری می باشد.

شکل ذرات محیط متخلخل تاثیر بسزایی بر روی جریان و مخصوصا انتشارپذیری طولی آن دارد. در تحقیق حاضر، طی آزمایش هایی بر روی سه ستون خاک حاوی ذرات شکسته و تیزگوش، ماسه بستر رودخانه و ذرات کروی، تاثیر شکل ذرات محیط متخلخل بر روی انتشارپذیری طولی مورد بررسی قرار گرفت. با تزریق جریان و آلاینده (NaCl) در پنج سطح سرعت، منحنی رخنه در پنج نقطه در طول جریان به روش سلف پتانسیل استخراج و ضمن شبیه سازی نتایج با نرم افزار FEFLOW، و با حل تحلیلی معکوس با نرم افزار CXTFIT2، انتشارپذیری طولی تعیین گردید. نتایج آزمایش ها نشان داد به ازای سرعت ثابت، محیط با ذرات کروی دارای انتشارپذیری طولی بیشتر از دو محیط دیگر و در خاکدانه ماسه ای بیشتر از ذرات شکسته است که این امر می تواند به دلیل افزایش سطح تماس و همچنین پیچ و خم مسیر با خارج شدن ذرات از شکل کروی اتفاق افتد. با افزایش سرعت، انتشارپذیری طولی در هر سه محیط کاهش می یابد همچنین هر چه خاکدانه ها به شکل کروی نزدیکتر باشند تاثیر عامل مقیاس بیشتر و با افزایش سرعت، کاهش انتشارپذیری طولی در این خاکدانه ها کمتر خواهد بود.

هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) یکی از ورودی های مهم در مدل سازی جریان آب و انتقال آلاینده ها در خاک، طراحی سیستم های آبیاری و زهکشی، مدل سازی آب های زیر زمینی و فرایندهای زیست محیطی است.اندازه گیری مستقیم Ks در مزرعه و آزمایشگاه میسر می باشد، لیکن، معمولا زمان بر، پر هزینه و دشوار بوده و در سطوح بزرگ نیز غیرعملی است. افزون بر این، به دلیل غیرهمگن بودن خاک و خطاهای آزمایشگاهی، تا حدودی این اندازه گیری ها غیرقابل اعتماد هستند. یکی از راه های غلبه بر این مشکل، استفاده از روش های غیرمستقیم همچون توابع انتقالی خاک می باشد. از آنجایی که تاکنون در منطقه مورد مطالعه توابعی انتقالی جهت برآورد Ks پیشنهاد نشده است، لذا در این پژوهش با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی و رگرسیون های آماری و بهره گیری از تعدادی محدود یا مجموعه ای وسیع تر از ویژگی های زودیافت خاکی، توابعی انتقالی برای برآورد Ks تبیین و کارآیی آن ها ارزیابی شد. بدین منظور، هدایت هیدرولیکی اشباع 95 نقطه محل از زیرحوزه های آبخیز چرداول - چمشیر در استان ایلام با استفاده از پرمامتر گلف اندازه گیری شد. همچنین برخی از ویژگی های زودیافت خاک این نقاط مطالعاتی نیز تعیین شد. سپس اعتبار توابع اشتقاق یافته در تعیین Ks، با استفاده از جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME) و ضریب همبستگی پیرسون (r) ارزیابی شد. با توجه به نتایج، Ks با میانگین هندسی قطر ذارت و مقدار شن دارای بیشترین همبستگی بود (به ترتیب دارای r معادل .58 و 0.56). نتایج نشان داد در صورت دسترسی به تعداد کمی از ویژگی های زودیافت خاکی، توابع انتقالی رگرسیونی و شبکه عصبی مصنوعی می توانند Ks را با دقت نسبتا خوبی پیش بینی کنند (به ترتیب دارای rR-val=0.85، RMSER-val=6.81mm/hr و rANN-test=0.87، RMSEANN-test=10.80). این در حالی است که با توجه به نتایج، در صورت استفاده از ویژگی های زودیافت بیشتر، دقت پیش بینی Ks توسط مدل شبکه عصبی در هر دو مرحله آموزش و آزمون افزایش یافت (rtrain=0.92، RMSEtrain=4.36mm/hr و rtest=0.89، RMSEtest=7.17mm/hr). در مجموع نتایج نشان دادند که شبکه های عصبی مصنوعی در مقایسه با مدل های رگرسیونی خطی دارای کارآیی نسبتا بهتر در تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع خاک می باشند.