دانش آب و خاک (دانش کشاورزی)
سال:1400 | دوره:31 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

تخمین دقیق تبخیر-تعرق مرجع یکی از مسائل مهم در مهندسی کشاورزی، برنامه ریزی آبیاری، مدیریت منابع آب و غیره می باشد. امروزه مدل فیزیکی فائو-پنمن-مانتیث به عنوان یک مدل استاندارد برای تعیین تبخیر-تعرق مرجع (ET0) و نیز واسنجی سایر مدل ها بکار گرفته می شود. با این وجود، نیاز به طیف وسیعی از داده های هیدروکلیماتولوژی، کاربرد این مدل را بویژه در مناطق فاقد داده های هواشناسی کافی محدود می سازد. تحقیق حاضر به بررسی و تحلیل مدل های دما پایه و تابش پایه در تعیین ET0 در مناطق مرطوب پرداخته و در ادامه، مدل جنگل تصادفی نیز با متغیر های ورودی مشابه مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که مدل جنگل تصادفی نسبت به مدل های تجربی واسنجی نشده و واسنجی شده با متغیر های ورودی مشابه دقت بیشتری با میانگین قدر مطلق خطای برابر با 4/0 میلی متر بر روز و شاخص پراکندگی 008/0 ارائه داد. همچنین واسنجی مدل های تجربی در برخی موارد نه تنها در بهبود دقت مدل ها مؤثر واقع نشده بلکه سبب کاهش دقت مدل های تجربی نیز شد.

در این پژوهش، مطالعه ای مقایسه ای بین مدل های شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی (ANFIS) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) برای برآورد تابش خورشیدی ماهانه صورت گرفت. بدین منظور، از داده های 24 ساله ایستگاه همدیدی تبریز، شامل تابش کل خورشیدی (RS, MJ m− 2)، ساعات آفتابی و دمای هوا (° C) بهره گرفته شد. برای اجرای مدل های هوش مصنوعی، ترکیب جدیدی از ورودی ها، شامل متوسط ماهانه شاخص صاف بودن آسمان (KT)، متوسط ماهانه تفاضل دمای بیشینه از دمای کمینه (Δ T)، ساعات آفتابی نسبی ( ) و متوسط ماهانه تابش فرازمینی روزانه (Ra)، به کار گرفته شد. با توجه به این که کمترین مقادیر آماره های MBE و RMSE (به ترتیب برابر با 13/0 و 97/1 مگاژول بر متر مربع) و بیشترین مقدار R2 (92/0)، با استفاده از نتایج مدل شبکه عصبی مصنوعی به دست آمد، لذا ANN به عنوان بهترین مدل برای برآورد تابش کل آفتابی ماهانه انتخاب شد. همچنین استفاده از نمودارهای چارک-چارک، نشان داد که هرچند، شبکه عصبی مصنوعی، بهترین برازش را برای داده های تابش کل خورشیدی ماهانه ارائه می کند، اما توانایی این مدل در برآورد مقادیر بالای تابش کل خورشیدی ماهانه کاهش می یابد. لذا استفاده از این مدل برای مناطق با میزان تابش دریافتی کمتر توصیه می شود. عملکرد مدل ANFIS در تحت پوشش قرار دادن مقادیر بالا و پائین (چارک های چهارم و اول) از سایر مدل ها بهتر بود. بنابراین مزیت مدل ANFIS را در برآورد دقیق تر مقادیر بزرگتر تابش خورشیدی است و از این مدل برای برآورد تابش خورشیدی در مناطق با میزان بالای دریافتی تابش خورشیدی می توان بهره برد. علاوه بر این، بر خلاف نتایج پژوهش های پیشین که عملکرد مدل GEP برای برآورد تابش آفتابی روزانه را رضایت بخش ارزیابی نکرده بودند، نتایج پژوهش حاضر نشان داد که استفاده از مدل GEP برای برآورد تابش آفتابی کل ماهانه، به ویژه در محدوده 250 تا 800 مگاژول بر متر مربع رضایت بخش است. بنابراین می توان چنین نتیجه گرفت که توانایی مدل GEP در مدل سازی پدیده هایی با نوسانات کمتر و محدوده کوچک تر بیشتر است.

در رودخانه ها سازه های هیدرولیکی به صورت مانعی در برابر جریان آب قرار دارند و الگوی جریان در نزدیکی خود را تغییر داده و به صورت موضعی باعث آبشستگی در اطراف سازه می شوند. آبشستگی پایه پل از پدیده های مهم در هیدرولیک رسوب بوده که در اثر آن حفره ای در اطراف پایه به وجود می آید و پایداری آن را تضعیف می کند. روش های مختلفی برای جلوگیری یا کاهش آبشستگی موضعی ارائه شده است که در این تحقیق تأثیر طوق، مواد نانورس و زاویه پایه پل در گروه پایه ها مورد مطالعه واقع شده است. نتایج نشان می دهد پایه پل با زاویه 15 درجه بیشترین کاهش عمق حفره آبشستگی را دارا می باشد. بررسی ها بیانگر آن است که در گروه پایه ها با زاویه کج شدگی 15 درجه کاهش 14 درصدی حفره آبشستگی و در حالت طوق دار کاهش 86 درصدی وجود دارد. هم چنین با استفاده از مواد نانورس عمق حفره آبشستگی در حالت بدون طوق 5/18 درصد کاهش یافته است.

دشت بوکان با بیشترین تولید گندم در استان به عنوان انبار غله استان آذربایجان غربی نامیده می شود. شوری آب و خاک می تواند باعث نقصان محصول گردد. در این تحقیق از مدل کامپیوتری SALTMED برای شبیه سازی عملکرد گندم در شرایط شوری های مختلف آب آبیاری استفاده گردید. آزمایش های صحرایی با پنچ تیمار شوری آب آبیاری (5/3، 5/4، 5/5 و 5/6 دسی زیمنس بر متر) و یک تیمار شاهد (آب رودخانه سیمینه رود با شوری 2 دسی زیمنس برمتر) در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی انجام شد. مقادیر R2، NMRSE، CRM و ME در عمق های مختلف خاک و برای تیمارهای مختلف محاسبه گردید. بررسی نتایج نشان داد که مدل SALTMED از دقت بالایی برای شبیه سازی رطوبت و شوری خاک و همچنین عملکرد محصول برخوردار است. مقادیر ضریب تعیین برای شبیه سازی رطوبت خاک 87/0، شوری خاک 85/0 و عملکرد محصول 92/0 به دست آمد. با توجه به روند نتایج به دست آمده با افزایش سطح شوری آب آبیاری دقت مدل در شبیه سازی رطوبت خاک افزایش یافت اما خطای مدل در شبیه سازی عملکرد محصول کاهش پیدا کرد. نتایج شبیه سازی با مدل SALTMED نشان داد که دقت مدل برای عملکرد محصول بهتر از رطوبت خاک و برای رطوبت خاک بهتر از شوری خاک بود.

منحنی رطوبتی خاک رابطه ی کمّی بین رطوبت و مکش ماتریک خاک را بیان می کند. اندازه گیری مستقیم این منحنی دشوار، زمان بر و پرهزینه است. از این رو، چندین مدل تجربی، ریاضی و تحلیلی مختلف برای توصیف آن ارائه شده است. در این پژوهش 11 مدل منحنی رطوبتی خاک با استفاده از داده های رطوبت حجمی و مکش ماتریک در 27 نمونه خاک جمع آوری شده از اراضی کشاورزی دشت قروه– دهگلان واسنجی شدند. عمل واسنجی مدل ها با استفاده از جعبه ابزار Solver در نرم افزار Excel انجام یافت و از داده های شش نمونه ی دیگر خاک برای اعتبارسنجی نتایج استفاده شد. آماره های R2، RMSE، NRMSE و MBE برای ارزیابی درستی تخمین مدل های مطالعه شده استفاده گردید. بر اساس نتایج به دست آمده، برای بافت های لوم و رس دو مدل لیباردی و همکاران و سیمونز و همکاران، برای بافت لوم رسی سیلتی مدل بروکس و کوری، برای بافت لوم رسی مدل های بروکس و کوری و کمپل، برای بافت رس سیلتی مدل های ون گنوختن m=1-2/n و بروکس و کوری و برای بافت لوم شنی مدل توانی جهت پیش بینی منحنی رطوبتی خاک در خاک های منطقه پیشنهاد گردید.

به منظور بررسی اثر پلیمر سوپر جاذب A200 و کود دامی بر کاهش اثرات تنش خشکی در ارقام مختلف گندم، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در سال زراعی 97-1396 در مزرعه تحقیقاتی ساعتلوی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی اجرا شد. فاکتور اول آبیاری در دو سطح مطلوب (آبیاری بعد از 75 میلی متر تبخیر از تشت کلاس A) و تنش خشکی (آبیاری بعد از 220 میلی متر تبخیر از تشت کلاس A) انجام شد فاکتور دوم سوپرجاذب 200 کیلوگرم در هکتار، کود دامی 40 تن در هکتار، مصرف توام آنها و شاهد (بدون مصرف سوپر جاذب و کود دامی) و فاکتور سوم ارقام گندم آبی (میهن، حیدری و زرینه) بود. نتایج نشان داد تنش خشکی در مقایسه با آبیاری مطلوب، عملکرد دانه را به میزان 32 درصد کاهش داد. مصرف جداگانه کود دامی، سوپر جاذب و مصرف توام آنها در مقایسه با شاهد، عملکرد دانه را به ترتیب به میزان 20، 22 و 33 درصد افزایش داد. مصرف پلیمر سوپر جاذب و کود دامی با افزایش دسترسی گیاه به آب و کاهش اثرات تنش خشکی، باعث بهبود اجزای عملکرد دانه (شامل وزن هزار دانه و تعداد دانه در سنبله) در ارقام مختلف گندم شد و در نهایت سبب افزایش عملکرد گردید. با آبیاری مطلوب و تنش خشکی، بیشترین درآمد حاصل از عملکرد دانه و کاه و کلش با مصرف کود دامی و با رقم حیدری بدست آمد.

در این مطالعه از روش نوین نقشه های خودسازمانده (SOM) برای خوشه بندی پیزومترهای موجود در آبخوان ارومیه و شناسایی پیزومترهایی با رفتار مشابه و به عبارتی دیگر، تعیین شبکه پایش بهینه در این آبخوان استفاده شد. به این منظور، ابتدا به نرمال سازی داده های ماهیانه تراز آب زیرزمینی در یک بازه 13 ساله (1381-1394) پرداخته شد و سپس الگوریتم خوشه بندی غیرسلسله مراتبی K-means برای تعیین تعداد خوشه های بهینه مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه به کمک مدل SOM که از پرکاربردترین مدل های شبکه عصبی در خوشه بندی است؛ عملیات پیش پردازش مکانی جهت خوشه بندی مکانی پیزومترها انجام شد و نتایج خوشه بندی با استفاده از نقشه هم عمق سطح آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفت. پیزومترهای نماینده هر خوشه از طریق به کارگیری فاصله اقلیدسی پیزومترها از یکدیگر تعیین شد. با توجه به نتایج خوشه بندی و سازگاری بسیار مناسب آن با تغییرات سطح آب زیرزمینی در محل هر پیزومتر، باید عنوان نمود که الگوریتم خوشه بندی SOM از قابلیت بالایی برای خوشه بندی برخوردار است. این نوع شبکه عصبی قادر به کشف الگوهای مناسبی از داده ها است که می تواند به شناسایی ویژگی های اعضاء هر خوشه کمک کند. بنابراین، به نظر می رسد از الگوریتم خوشه بندی SOM می توان در تحلیل رفتار کمی آبخوان (تغییرات تراز آب زیرزمینی) و یافتن پیزومترهای نماینده معدود استفاده کرده و به این ترتیب امکان ارزیابی قابل قبول رفتار آبخوان در زمان کمی و با صرف کمترین هزینه فراهم آورد.

توزیع رطوبت یکی از فاکتورهای مهم و تعیین کننده در انتخاب روش آبیاری متناسب با گیاه است. در این مطالعه به بررسی توزیع رطوبت در آبیاری قطره ای زیر سطحی نیشکر در خاک با بافت رسی سیلتی پرداخته شده است. آزمایش ها به ازای دبی قطره چکان ها 2/1 لیتر در ساعت و دو فاصله قطره چکان 50 و 60 سانتی متر (50L و 60L) و کارگذاری لوله آبده در سه عمق 15، 20، 30 سانتی متر (15d، 20d و 30d) در سه تکرار انجام شده است. نمونه برداری از خاک جهت تعیین رطوبت، در سه فاصله افقی 0، 30 و 60 سانتی متری از لوله آبده و به ترتیب از اعماق 0-30، 30-60 و 60-90 سانتی متری در سه مرحله طی شش ماه دوره آزمایش، انجام گرفت. با استفاده از نرم افزار هایدروس (دو بعدی) توزیع رطوبت در اطراف لوله های آبده در سه عمق کارگذاری شده برای فاصله 60 سانتی متری بین قطره چکان ها برآورد گردید. جهت بررسی دقت نرم افزار هایدروس، مقادیر رطوبت در طول دوره آزمایش با استفاده از دستگاه تی-دی آر، در 15 نقطه اطراف لوله های آبده مذکور اندازه گیری گردید. طبق رطوبت های اندازه گیری شده در مزرعه مقادیر رطوبت تا فاصله افقی 60 و عمودی 90 سانتی متری از لوله های آبده در تمامی تیمارها بین حد ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی دائم قرارگرفته اند. دقت نرم افزار هایدورس (دو بعدی) در شبیه سازی رطوبت خاک در اطراف لوله های آبده در حالت فاصله 60 سانتی متر بین قطره چکان ها با توجه به عمق قرارگیری لوله ها 15d، 20d و 30d طبق معیار جذر میانگین مربعات خطا نرمال شده(NRMSE)، به ترتیب در محدوده متوسط، خوب و متوسط قرار گرفت.

تحقیقات نشان می دهند، از مؤثرترین عوامل تخریب پل ها، آبشستگی موضعی در محل پایه ها است. یکی از روش های کاهش آبشستگی اطراف پایه ها، نصب طوقه بر روی آن است. طوقه ها بستر را در مقابل جریان های گردابی اطراف پایه محافظت می کنند. در این تحقیق ضمن بررسی تأثیر طوق بعنوان یک سازه کنترل فرسایش پیرامون پایه پل، تأثیر شکل طوق نیز بر عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. از این رو، نمودارهای کاربردی در این زمینه استخراج و مشخص گردید، که ابعاد طوقه بر عملکرد آن تأثیر بسزایی دارد. نتایج نشان داد با افزایش ابعاد طوقه عملکرد آن بهبود می یابد. با مقایسه دو نوع طوقه، مشخص شد، طوقه با ابعاد بیضوی عملکرد بهتری در کاهش آبشستگی نسبت به طوقه با ابعاد بیضوی دارد. طوقه های با ابعاد بزرگتر بدلیل اینکه مانع حرکت رسوبات ناشی از فعالیت گرداب برخاستگی در پائین دست پایه می شوند، عملکرد بهتری از خود نشان دادند. از سوی دیگر با کاهش زبری در سطوح طوقه از 40 درصد به 15 درصد، میزان کاهش آبشستگی از 39 درصد به 58 درصد نسبت به پایه بدون طوق افزایش می یابد.

این پژوهش با هدف ارزیابی تاثیر کمپوست حاصل از بقایای هرس درختان میوه در حضور باکتری های ریزوسفری محرک رشد (PGPR) بر برخی شاخص های بیولوژیکی خاک آهکی در قالب آزمایشی بصورت فاکتوریل با طرح کاملاً تصادفی در شرایط گلخانه ای در رایزوباکس اجرا شد. فاکتورها شامل منابع آلی (کمپوست، بقایای هرس و بدون ماده آلی)، تلقیح میکروبی (باکتری هایPGPR و بدون تلقیح) و خاک (خاک ریزوسفری و غیرریزوسفری) بودند. در پایان دوره رشد گیاه گندم، کربن زیست توده میکروبی، فسفر زیست توده میکروبی، تنفس پایه، تنفس برانگیخته و فسفاتاز قلیایی در خاک های ریزوسفری و غیرریزوسفری تعیین گردید. نتایج نشان داد که کاربرد کمپوست به همراه تلقیح باکتری های PGPR باعث افزایش معنی دار کربن زیست توده میکروبی، فسفر زیست توده میکروبی و فسفاتاز قلیایی نسبت به تیمار کمپوست (بدون تلقیح) شد. همچنین تیمار کمپوست، کربن زیست توده میکروبی، فسفر زیست توده میکروبی و فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی را به ترتیب 23/1، 59/1 و05/1 برابر در خاک ریزوسفر نسبت به غیرریزوسفر افزایش داد. بقایای هرس به ترتیب موجب افزایش 55/10 و 23/2 برابری تنفس پایه و تنفس برانگیخته در خاک ریزوسفری در مقایسه با غیرریزوسفر شد. چنین استنباط می گردد که کاربرد مواد آلی در شرایط تلقیح میکروبی منجر به بهبود شاخص های کیفی خاک می گردد.