حفاظت منابع آب و خاک
سال:1392 | دوره:2 | شماره:3 |تعداد مقالات:6

مدل های گیاهی ابزاری مناسب و کم هزینه برای بررسی اثر نهاده ها بر عملکرد منابع آب، خاک و عملکرد گیاهی می باشند. هدف از این پژوهش، ارزیابی مدل گیاهی OILCROP-SUN برای رقم یوروفلور گیاه آفتابگردان به منظور فراهم کردن بستری مناسب برای حفاظت بهینه از منابع آب و خاک بود. این پژوهش با استفاده از طرح آماری کرت های نواری در قالب بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل چهار سطح آبیاری و سه سطح کود نیتروژن بود. در پایان دوره رشد، وزن زیست توده، وزن هزار دانه، عملکرد دانه، درصد روغن دانه و درصد نیتروژن دانه اندازه گیری شد. با استفاده از داده های پایان دوره در دو تیمار آبیاری کامل و بیش آبیاری در یک سطح کود نیتروژن، مدل گیاهی واسنجی و شش ضریب ژنتیکی مدل برای واریته یوروفلور استخراج شد. برای ارزیابی مدل از دیگر تیمارهای سطوح آبیاری و کود نیتروژن که در واسنجی به کار نرفتند، استفاده گردید. نتایج نشان داد عملکرد دانه برای 12 تیمار آزمایشی با مقدار شاخص NRMSE برابر 18.5 درصد و شاخص d برابر با 0.92 شبیه سازی شد. همچنین، مقدار d در تیمارهای مختلف آب و کود نیتروژن برای نیتروژن دانه برابر 0.93، و برای روغن دانه 0.91 بدست آمد.

برآورد بار رسوب کل رودخانه ها از مسائل مهم و کاربردی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب است. غلظت رسوب می تواند به روش های مستقیم و یا غیرمستقیم محاسبه شود که معمولا روش های مستقیم پرهزینه و زمان بر هستند. همچنین بار رسوب کل می تواند به کمک روابط مختلف انتقال رسوب محاسبه شود، لیکن به طور معمول کاربرد این روابط نیاز به شرایط معینی داشته و به علاوه در بیشتر موارد نتایج حاصل از آن ها با یکدیگر و با مقادیر اندازه گیری شده متفاوت است. هدف از این پژوهش ارائه روشی بر پایه شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) در تخمین بار رسوب کل بود. بدین منظور از دو نوع شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) و توابع پایه شعاعی (RBF) و 200 نمونه، استفاده شد. 75 درصد از داده ها برای آموزش و 25 درصد برای آزمون شبکه ها در نظر گرفته شدند. متغیرهای ورودی مدل ها شامل سرعت متوسط جریان، شیب کف آبراهه، عمق متوسط، عرض آبراهه و قطر میانه ذرات رسوب و خروجی مدل، غلظت رسوب بود. متغیرهای ورودی مرحله به مرحله به شبکه ها اضافه شدند و هر بار نتایج ارزیابی شد تا مناسب ترین مدل تعیین شود. سپس نتایج حاصل از مدل های ANN با پنج معادله معروف انتقال رسوب مقایسه شدند. شاخص های آماری نشان داد که دقت شبکه های عصبی به ویژه مدل MLP در تخمین بار رسوب کل با ضریب همبستگی 0.96 بیش از سایر مدل هاست. همچنین مشخص شد که برای افزایش دقت مدل نیاز به آموزش آن با هر دو نوع داده های هیدرولوژیک و رسوب است. رابطه Ackers و White در برآورد مقدار بار رسوب کل بسیار بیش برآورد و سایر روابط، کم برآورد بودند. نتایج این پژوهش نشان داد که مدل های ارائه شده بر پایه شبکه های عصبی با مقادیر رسوب کل مشاهده شده هم خوانی بیشتری دارند و بویژه شبکه MLP می تواند مقدار رسوب را در نقاط پیک به خوبی برآورد نماید.

توابع پارامتریک نگهداشت آب در خاک از پارامترهای مهم برای مدل های حفاظت آب و خاک می باشند. هدف از انجام این پژوهش، امکان سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک به منظور اشتقاق توابع انتقالی طیفی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک بود. از این رو، بازتاب ابرطیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر اندازه گیری و پس از انجام (پیش) پردازش های لازم، همبستگی بین باندها با مقدار رطوبت خاک به ازای پتانسیل های ماتریک 15000-، 10000-، 5000-، 3000- و 330- سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. سپس توابع انتقالی به روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و PLRS توام با نمونه برداری مجدد (Bagging-PLSR) پی ریزی و تحت عنوان توابع انتقالی طیفی نقطه ای (PSTFs) نامگذاری شدند. نتایج نشان داد توابع انتقالی طیفی توانایی قابل قبولی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک دارند. توابع انتقالی طیفی حاصل از روش PLSR دارای دقت نسبتا بیشتری (RMSE=0.012-0.029 cm3 cm-3) در مقایسه با توابع بدست آمده از روش Bagging- PLSR (RMSE=0.012-0.029 cm3 cm-3) برای برآورد مقدار رطوبت حجمی خاک در هر یک از پتانسیل های ماتریک خاک بودند. از طرفی، در هر دو روش مقدار رطوبت خاک در پتانسیل های ماتریک 15000-، 10000- و 5000- با دقت بیشتری نسبت به مقدار رطوبت در پتانسیل های ماتریک 3000-، 1000- و 330- سانتیمتر برآورد شد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که توابع انتقالی طیفی می توانند به عنوان یکی از روش های غیر مستقیم برای مطالعه وضعیت نگهداشت آب در خاک به ویژه در مکش های بالاتر مورد استفاده قرار گیرند.

آلودگی خاک به نفت خام و مشتقات آن از خطرناک ترین آلودگی های زیست محیطی به شمار می رود. این پژوهش، به منظور بررسی و بهینه سازی شرایط میکروارگانیسم های بومی خاک با استفاده از کودهای شیمیایی ازت، فسفر، پتاسیم و کمپوست زباله شهری با هدف پاکسازی خاک آلوده به نفت کوره (130 گرم در کیلوگرم)، سودمندی ماده اصلاحی و نسبت بهینه اختلاط آن با خاک آلوده انجام شد. بدین منظور، کمپوست زباله شهری با سه سطح 5، 10 و 15 درصد به همراه کودهای شیمیایی ازت، فسفر و پتاسیم با دو نسبت 10:1:1 و 10:2:1 با خاک آلوده مخلوط شد. پس از طی زمان تعادلی اولیه (10 روز)، مقدار کاهش کل آلاینده هیدروکربنی خاک تحت شرایط رطوبتی و هوادهی مناسب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش درصد کمپوست، مقدار آلاینده نفتی خاک به گونه ای کاهش می یابد که تیمار 15% بیشترین مقدار کاهش را به اندازه 59 تا 62 درصد ایجاد می کند. نتایج استفاده از دو نسبت کودی مورد استفاده، موید سودمندی بهتر کود NPK با نسبت 10:2:1 بود. کاربرد مواد اصلاحی برای همه موارد به کار رفته نشانگر تاثیر مناسب باکتری های تجزیه کننده آلاینده هیدروکربنی، به ویژه در نخستین هفته پس از تعادل تیمارها به دلیل تجزیه سریع تر ترکیبات زنجیر کوتاه و ساده مانند آلکان ها می باشد. در این پژوهش، بین میزان تجزیه TPH و CO2 حاصل از فعالیت میکروبی، همبستگی موثری مشاهده شد که نشان دهنده ارتباط تجزیه نفت کوره به وسیله میکروارگانیسم های تجزیه کننده نفت است. اعمال تیمار همزمان کمپوست زباله شهری 15% و کود شیمیایی NPK با نسبت 10:2:1 در بازه زمانی شش هفته، موثرترین تیمار و روشی بهینه برای اصلاح خاک های آلوده به نفت کوره منطقه با میزان تجزیه 62 درصد می باشد.

طراحی و اجرای برنامه های حفاظت خاک نیازمند پهنه بندی دقیق و بهینه ویژگی های خاک است. از جمله عوامل بسیار موثر در پهنه بندی ویژگی های خاک، روش درون یابی کاربردی است. هدف از این پژوهش، ارزیابی کارایی شماری از روش های رایج درون یابی به منظور تخمین و پهنه بندی برخی ویژگی های کیفی خاک سطحی شامل درصد رس، هدایت الکتریکی، درصد کربنات کلسیم معادل و کربن آلی در اراضی زراعی منطقه نقده واقع در استان آذربایجان غربی با مساحتی حدود 8300 هکتار بود. به این منظور تعداد 282 نمونه خاک سطحی (30-0 سانتیمتری) به صورت تصادفی جمع آوری و مورد تجزیه آزمایشگاهی قرار گرفت. روش های قطعی (توابع پایه شعاعی و چند جمله ای فراگیر) و زمین آماری (کریجینگ معمولی) به منظور پهنه بندی ویژگی های خاک بکار گرفته شدند. هدایت الکتریکی بیشترین (90.14) و رس کمترین (28.97) میزان تغییرپذیری را نشان دادند. مدل های نمایی، گوسی و کروی بر تغییرنما های تجربی برازش داده شدند. رس و هدایت الکتریکی با مدل نمایی، کربنات کلسیم معادل با مدل گوسی و کربن آلی با مدل کروی بهترین برازش را داشتند. نتایج نشان داد که روش کریجینگ معمولی دارای کمترین مقدار شاخص توازن خطا– واریانس (BVTO) برای تخمین مقدار رس، شوری، آهک و کربن آلی بود و روش توابع پایه شعاعی با مدل نواری کم ضخامت بیشترین مقدار خطا را در برآورد این متغیرها داشت. در نهایت با در نظر گرفتن بهترین روش درون یابی، نقشه های پهنه بندی ویژگی های خاک در محیط GIS تهیه گردید.

آبیاری قطره ای– نواری یکی از روش های نوین آبیاری می باشد که نقش موثری در بهبود راندمان آبیاری و تولید محصولات زراعی و باغی دارد. در این روش آبیاری، گرفتگی فیزیکی مشکل عمده ای به شمار می آید که باعث کاهش یکنواختی پخش آب و افزایش هزینه بهره برداری از سیستم آبیاری می گردد. با وجود سیستم تصفیه مناسب، همچنان برخی از ذرات با قطر کمتر از 0.075 میلی متر (کوچکتر از قطر فیلترهای توری در سیستم آبیاری قطره ای)، می توانند از فیلترها عبور کرده و باعث گرفتگی قطره چکان ها شوند. در این تحقیق میزان تاثیر این ذرات بر میزان گرفتگی فیزیکی قطره چکان ها بررسی شد. برای این منظور، یک مدل فیزیکی آبیاری قطره ای با سه لاترال و 7 قطره چکان روی هر لاترال طراحی گردید. از یک مخزن پلاستیکی برای تهیه آب گل آلود حاوی ذرات با هفت بازه قطری مختلف استفاده گردید. در این تحقیق با ورود آب گل آلود حاوی ذرات با بازه قطری مورد نظر، مقادیر دبی قطره چکان ها اندازه گیری گردید. از شاخص های میانگین دبی قطره چکان ها، ضریب یکنواختی کریستیانسن، درصد دبی تخلیه و درصد کاهش دبی برای تحلیل گرفتگی قطره چکان ها استفاده گردید. نتایج نشان داد که تاثیر قطر ذرات ریز بر گرفتگی قطره چکان ها در سطح احتمال 1 درصد معنی دار است. همچنین نتایج نشان داد که با کاهش قطر ذرات، میزان گرفتگی افزایش می یابد. به طوری که در اندازه ذرات با قطرهای کمتر از 0.037 میلی متر، بیشترین گرفتگی در قطره چکان ها ایجاد می شود.