زهکشی زیرزمینی علی رغم ایجاد شرایط تنوع کشت و بهبود بهره وری شالیزارهای شمال کشور، می تواند به عنوان تهدیدی برای منابع آب پایین دست باشد. در این تحقیق، اثرات اعمال دو نوع از مدیریت های آب متداول در سیستم های کشت برنج شامل زهکشی میان فصل و آبیاری و زهکشی متناوب به همراه زهکشی آزاد در فصل کشت کلزا بر شوری زه آب زهکشی زیرزمینی بررسی شد. آزمایش های لازم در اراضی شالیزاری مجهز به سیستم های زهکشی زیرزمینی در طول چهار فصل برنج و دو فصل کلزا (از سال 1390 تا 1394) انجام شد. هر یک از این مدیریت ها طی دو فصل کشت به اجرا در آمد. در طول دوره های زهکشی در فصول کشت مختلف، عمق سطح ایستابی و دبی زهکش ها به صورت روزانه اندازه گیری شد. هم چنین، شوری زه آب زهکش ها در زمان های مختلف تعیین شد. زهکشی متناوب در فصل کشت برنج و افزایش عمق سطح ایستابی در فصل کلزا، باعث افزایش شوری زه آب زهکش ها شدند. در اثر آبیاری و زهکشی متناوب، دفع نمک از سیستم های مختلف زهکشی به میزان 121 تا 420 کیلوگرم در هکتار در مقایسه با زهکشی میان فصل افزایش یافت. با توجه به شرایط زهکشی آزاد در فصول کشت کلزا، تخلیه نمک در این فصول به مقدار قابل توجهی بیش تر از مقدار آن در فصول کشت برنج بود. کل بار نمک خروجی از سیستم های مختلف زهکشی تحت زهکشی میان فصل برنج، آبیاری و زهکشی متناوب برنج و کشت کلزا به ترتیب از 78.4 تا 365، 240 تا 695 و 3056 تا 5656 کیلوگرم در هکتار متغیر بود. بر اساس نتایج، مدیریت سطح ایستابی از طریق نصب زهکش های کم عمق دارای فاصله مناسب، می تواند در کاهش تخلیه نمک از شالیزارهای دارای زهکشی زیرزمینی موثر باشد.

زهکشی زیرزمینی، به عنوان یک تغییر ساختاری در راستای بهبود بهره وری اراضی شالیزاری، هیدرولوژی این اراضی را تغییر می دهد. در این پژوهش، با استفاده از مدل DRAINMOD-S، تأثیر مدیریت های زهکشی آزاد و کنترل شده بر مؤلفه های بیلان آب و شوری زهاب در کشت کلزای دیم به عنوان کشت دوم، پس از برنج در اراضی شالیزاری بررسی شد. داده های موردنیاز برای ارزیابی مدل طی دو فصل کشت کلزا (1396-1394) از یک مزرعه شالیزاری دارای سامانه زهکشی زیرزمینی (عمق زهکش 65/0 متر و فاصله زهکش 30 متر) تهیه شد. با استفاده از مدل واسنجی و صحت سنجی شده، تأثیر سامانه های مختلف زهکشی زیرزمینی معمولی و کنترل شده (با کنترل عمق سطح ایستابی در 40 سانتی متری از سطح زمین) بر بیلان آب و شوری خاک و زهاب ارزیابی شد. مدل از قابلیت قابل قبولی برای برآورد عمق سطح ایستابی و شوری زهاب در فرایندهای واسنجی و صحت سنجی برخوردار بود. بر اساس شبیه سازی ها، برای عمق زهکش 5/1 متر، افزایش فاصله زهکش ها از 30 به 70 متر در دو سامانه زهکشی آزاد و کنترل شده، بار نمک خروجی را به ترتیب 3/805 و 6/741 کیلو گرم بر هکتار کاهش داد. برای فاصله زهکش 30 متر، با افزایش عمق زهکش ها از 5/0 به 8/1 متر، حجم زهاب خروجی در سامانه زهکشی کنترل شده از 7/2 به 9 سانتی متر و در سامانه زهکشی آزاد از 1/5 به 3/14 سانتی متر افزایش یافت. براساس نتایج شبیه سازی ها، برای کاهش تخلیه نمک، مناسب ترین عمق و فاصله زهکش چه در زهکشی آزاد و چه در زهکشی کنترل شده به ترتیب 5/0 و30 متر بود. نتایج نشان داد که، سامانه زهکشی کنترل شده می-تواند به عنوان یک ابزار مدیریتی مفید برای کاهش مسائل زیست محیطی از منظر میزان بار نمک و زهابدر زراعت کلزا به عنوان کشت دوم در اراضی شالیزاری مورد استفاده قرار گیرد.

برای کنترل شوری آب وخاک از سامانه های زهکشی استفاده می شود که شناخت آن ها نیازمند صرف وقت و هزینه است. برای صرفه جویی در هزینه و زمان می توان مدل های شبیه سازی زهکشی را بکار برد. پژوهش حاضر، عملکرد مدل SaltMod در شبیه سازی سطح ایستابی، حجم و شوری زهاب را ارزیابی نمود. شبیه سازی برای سه محصول مهم دشت مغان (گندم، جو و ذرت) و سه تیمار FD، CD70 و CDch انجام شد. برای بررسی زهکشی کنترل شده در مدل، ضریب کنترل زهکشی (Frd) لحاظ شد. تیمار FD برای کالیبراسیون، تیمارهای CD70 و CDch برای اعتبار سنجی انتخاب شدند. پس از شبیه سازی، میزان مطابقت میان مقادیر واقعی و شبیه سازی شده بررسی شد. در شبیه سازی سطح ایستابی، میانگین RE برای گندم، جو و ذرت به ترتیب 3/17، 3/11 و 11 درصد و میانگین RMSE 13/0، 07/0 و 07/0 به دست آمد. همین شاخص ها برای حجم زهاب 16، 22 و 17 درصد و همچنین 05/0، 07/0 و 06/0 حاصل شد. این نتایج، دقت قابل قبول مدل را تایید می نماید. سپس از مدل برای بررسی تاثیر عامل کنترل زهکشی، عمق آب آبیاری و عمق نصب زهکش بر سطح ایستابی، حجم و شوری زهاب استفاده گردید؛ بنابراین مدل می تواند مدیریت های مختلف آبیاری و زهکشی را در دشت مغان شبیه سازی نماید.

در زهکشی سنتی، سطح ایستابی از منطقه توسعه ریشه گیاه توسط زهکش پایین برده شده و نمک نواحی تحت آبیاری از نیمرخ آب آبشویی و به همراه زه آب به مکان دیگری منتقل می شود. در روش های کنترل سطح ایستابی، خروج زه آب از منطقه ریشه کاهش می یابد. زهکشی کنترل شده یکی از روش های مدیریتی کنترل سطح ایستابی در زیر عمق توسعه ریشه ها است. در این تحقیق از طریق شبیه سازی و با استفاده از مدل های فیزیکی (لایسیمتر) تاثیر سیستم زهکشی کنترل شده و کیفیت آب آبیاری در مقایسه با زهکشی آزاد بر روی محصول سورگوم مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور دو تیمار سطح آب زهکش شامل زهکشی آزاد و زهکشی کنترل شده و سه تیمار شوری آب آبیاری شامل 0.75، 3.4 و 4.8 دسی زیمنس بر متر در نظر گرفته شدند که در سه تکرار و در 18 لایسیمتر مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج تحقیق نشان داد در تیمارهای زهکشی کنترل شده با توجه به امکان تامین رطوبت خاک از طریق نیروی مویینگی، جذب آب به وسیله گیاه در حد پتانسیل بوده است که منجر به افزایش عملکرد در حدود 3.5 برابر در مقایسه با تیمارهای زهکشی آزاد شده است. همچنین تیمارهای زهکشی کنترل شده تقریبا یک سوم آب مصرفی خود را از سطح ایستابی تامین کردند. اثر توامان سطح ایستابی و شوری آب آبیاری نشان می دهد که شرایط رطوبتی بالاتر در تیمارهای زهکشی کنترل شده، اثر تجمع املاح را در مقایسه با شرایط زهکشی آزاد تقلیل داده و در نهایت شوری آب آبیاری تاثیر حقیقی خود را از نظر کاهش عملکرد محصول برجای نگذاشته است.

محدودیت منابع آب، استفاده از آب های نامتعارف مانند زه آب های کشاورزی را حائز اهمیت کرده است. کوکوپیت نوعی بستر کشت است که به طور متداول در گلخانه ها استفاده می شود. این پژوهش با هدف بررسی کاربرد جاذب کوکوپیت در کاهش شوری زه آب کشاورزی شبیه سازی شده با نمک سدیم کلرید در سطوح شوری 4، 8، 12، 16 و 20 دسی زیمنس بر متر انجام شد. به این منظور اثر متغیر های مستقل pH، مقدار جاذب، زمان تماس و EC اولیه در 5 سطح مختلف بر راندمان جذب یون های سدیم و کلر با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی ارزیابی شد. نتایج نشان داد در شرایط مناسب (pH برابر 6، مقدار جاذب 40 گرم بر لیتر، زمان تماس 180 دقیقه و EC اولیه 20 دسی زیمنس بر متر)، حداکثر راندمان جذب یون های سدیم و کلر به ترتیب 20/03 و 20/14 درصد است. برای صحت سنجی این برآورد، آزمایشی در شرایط مناسب ذکرشده انجام شد و راندمان جذب یون های سدیم و کلر به ترتیب 20/71 و 20/81 درصد به دست آمد. بررسی مدل های سینتیک و ایزوترم جذب یون های سدیم و کلر نشان داد که داده های آزمایشگاهی تطابق بهتری با مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم و ایزوترم لانگمویر دارند. بر اساس این پژوهش، کوکوپیت قابلیت کاهش هدایت الکتریکی آب شور را تا حدود 20 درصد داراست.

پس از نصب سیستم زهکشی زیرزمینی، از شروع بهرهبرداری از شبکهآبیاری و زهکشی تا پیش از رسیدن به حالت کم و بیش پایدار، کیفیت زهاب اراضی شور پیوسته در حال تغییر میباشد. زمان رسیدن به حالت تعادل در مناطق با آب زیرزمینی شور ممکن است چندین سال به طول بیانجامد. در این راستا آزمایش های مزرعه ای به منظور شناخت شرایط موجود حاکم بر سامانه های آبی مفید می باشند، لیکن محدودیت های قابل توجهی نیز دارند. در این شرایط مدل های شبیه سازی از جمله روش هایی می باشند که این محدودیت-ها را تا حدود زیادی مرتفع می سازند. در این تحقیق عملکرد مدل DRAINMOD-Sدر شبیه سازی حجم زهاب تولیدی، شوری زهاب خروجی و نوسانات سطح ایستابی، مورد ارزیابی قرار گرفت. برای اعتباریابی نتایج مدل از داده های جمع آوری شده در سال زراعی 87-1386 مزرعه ARC1-18واقع در اراضی تحقیقاتی مرکز تحقیقات نیشکر (واحد توسعه کشت نیشکر و صنایع جانبی امیرکبیر، استان خوزستان) استفاده گردید. این اطلاعات شامل داده های هواشناسی و خاک، دبی خروجی زهکش ها، شوری آب آبیاری، شوری آب درون پیزومترها و شوری زهاب بودند. پس از تجزیه و تحلیل آماری و محاسبه ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و خطای استاندارد (SE)، میزان برازش میان مقادیر واقعی و شبیه سازی شده شوری زهاب خروجی، شوری آب زیرزمینی، نوسانات سطح ایستابی و دبی خروجی زهکش بررسی شد. از این نظر، شاخص آماری RMSEبرای شوری زهاب خروجی 76/4 دسی زیمنس بر متر، شوری آب زیرزمینی 82/0 دسی زیمنس بر متر، تراز سطح ایستابی 2/21 سانتی متر و دبی خروجی زهکش 2/1 لیتر بر ثانیه برآورد گردید که دقت نسبتاً خوبی را نسبت به شرایط واقعی نشان می داد. بر پایه نتایج، مدل حاضر می تواند نوسانات سطح ایستابی، دبی زهاب خروجی از لوله های زهکش و شوری آن را در خوزستان (با سطح ایستابی کم عمق و شور) شبیه سازی کند.

تصادفی بودن زهکشی اراضی دیم (به دلیل وابستگی آن به بارندگی) سبب شده تا بتوان از مفاهیم متغیرهای تصادفی و سری های زمانی در مدل سازی و پیش بینی عملکرد آن ها استفاده شود. هدف از این مطالعه بررسی قابلیت مدل های سری زمانی در پیش بینی شوری زهاب و خاک در اراضی دیم شبکه زهکشی زیرزمینی ران بهشهر بود. در ابتدا، مدل Drainmod-S با استفاده از داده های اندازه گیری شده واسنجی شد. سپس شوری خاک و زهاب توسط مدل واسنجی شده شبیه سازی شد. خروجی های شبیه سازی شده مدل برای ارزیابی و مقایسه نتایج مدل های مختلف سری زمانی از جمله AR، ARX، ARMA و ARMAX مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل ARMAX با متغیرهای برونزای ارزش روزانه، بارش روزهای قبل و متوسط متغیر مورد نظر در دو روز قبل در برآورد شوری خاک و شوری زهاب کارآمدتر است به طوری که درصد میانگین مطلق خطای مدل سازی برای شوری لایه سطحی خاک (50-0 سانتی متر) 4 درصد، برای شوری لایه زیرین خاک (100-50 سانتی متر) 0/4 درصد و برای شوری زهاب 5 درصد بود. مقایسه نتایج پیش بینی مدل های برگزیده سری زمانی با نتایج شبیه سازی مدل واسنجی شده Drainmod-S نشان داد کاربرد مدل های سری زمانی در پیش بینی عملکرد سامانه زهکشی مطلوب و ضریب تعیین برای شوری لایه سطحی و زیرین خاک و شوری زهاب به ترتیب 0/75، 0/63 و 0/57 و ریشه میانگین مربعات خطا نیز برای این متغیرها به ترتیب 2412/6، 331/8 و 1724/6 میلی گرم بر لیتر بود. با توجه به شاخص های ارزیابی، مدل های سری زمانی در پیش بینی شوری خاک و شوری زهاب کارآمد بود.

امروزه مدیریت سطح ایستابی نقش مهمی در صرفه­ جویی آب و اقتصاد کودهای مغذی مانند نیتروژن و فسفر و همچنین بهبود کیفیت آب در پایین­ دست ایفا می­ کند، ولی استفاده از این روش­ ها در مناطق گرم و خشکی مانند خوزستان ممکن است به دلیل تبخیرتعرق زیاد و جریان مویینه­ ای ایجاد محدودیت نماید. در این تحقیق به وسیله لایسیمترهای پلاستیکی امکان استفاده از روش های کنترل سطح ایستابی (زهکشی کنترل شده و آبیاری زیرزمینی) با اعمال مدیریت آبشویی در اقلیم گرم و خشک دزفول تحت کشت گیاه گوجه­ فرنگی رقم کینگ­ استون بررسی گردید. به این منظور سه تیمار با شرایط مختلف کنترل سطح ایستابی شامل زهکشی آزاد، زهکشی کنترل شده و آبیاری زیرزمینی در سه تکرار در 9 عدد لایسیمتر (ارتفاع 90 و قطر40 سانتی­ متری) در نظر گرفته شد. در این مطالعه، سطح ایستابی با شوری آب برابر 3/2 دسی زیمنس بر متر در عمق 50 سانتی متر از سطح خاک در دو تیمار کنترل سطح ایستابی و آبیاری زیرزمینی ایجاد گردید. نتایج نشان داد که درصد جرم نمک خروجی در زه­ آب زهکشی آزاد و زهکشی کنترل شده به ترتیب 65 و 45 درصد بود. درصد هدررفت جرمی نیتروژن نیتراتی و فسفات در زه­ آب تیمار زهکشی آزاد به ترتیب با مقدار 9/20 و 1/8 درصد بزرگ تر از مقادیر مشابه در تیمار زهکشی کنترل شده با مقادیر 7/13 و 7/5 درصد بود. با توجه به اینکه هدایت الکتریکی (EC) در تیمار آبیاری زیرزمینی در منطقه ریشه فراتر از 3 دسی زیمنس بر متر نرفت، هیچ گونه شست وشویی در این بخش صورت نگرفت. لذا نتایج این تحقیق امکان کارایی مدیریت سطح ایستابی را در عمق 50 سانتی متری در مقیاس آزمایشگاهی در مناطق گرم و خشک بیان می­ کند.

در شرایط جدید زهکشی در مرکز و جنوب غرب استان خوزستان، با کاهش عمق کارگذاری زهکش ها و زهکشی کنترل شده، مطالعه دینامیک منطقه اختلاط آب شور و شیرین در بالای سفره آب زیرزمینی، شناخت مشخصات این منطقه و تاثیر آن بر دبی و شوری زه آب اهمیت دارد. در این پژوهش هفت گروه پیزومتر در فواصل مختلف از جمع کننده زه آب نصب شد. هرگروه شامل هشت پیزومتر کارگذاری شده در اعماق مختلف سطح خاک (8/0تا 5 متری) بود. این تحقیق در دو مزرعهR9-11 شرکت کشت و صنعت دعبل خزاعی با عمق متوسط زهکشی دو متر و فواصل لاترال های 65 متری و مزرعهR8-7 شرکت کشت و صنعت سلمان فارسی با عمق متوسط زهکشی 4/1متر و فواصل لاترال های 42 متری انجام شد. تراز سطح آب در پیزومترها، شوری آب در لایه­ های مختلف خاک و دبی و شوری زه آب در سه دوره آبیاری سنگین کشت نیشکر(فروردین تا مهرماه سال های 1393، 1392و1396) به صورت روزانه پایش شد. نتایج نشان داد که با شروع آبیاری سنگین، بار هیدرولیکی افزایش یافته و اختلاف بارهیدرولیکی بین لایه های پایین(چهار وپنج متری) نسبت به لایه های سطحی، جریان عمودی و هجوم آب شور به سمت بالا را برقرار می سازد. کاهش عمق کارگذاری زهکش ها تا60 سانتی متر از مزرعهR9-11نسبت به مزرعه R8-7و فاصله گرفتن ازجمع کننده تا 400 متر در هر مزرعه که کاهش عمق کارگذاری زهکش ها تا 40 سانتی متر را به همراه داشت، باعث افزایش بار هیدرولیکی به میزان متوسط12-8 سانتی متر، افزایش ضخامت منطقه اختلاط تا یک متر و کاهش خط میانگین شوری در ناحیه اختلاط به میزان هشت درصد بود. در این تحقیق مشخص شد که شوری زه آب تحت تاثیر شوری آب آبیاری و شوری آب زیرزمینی بوده و تفاوت درعمق زهکشی، موقعیت لایه محدودکننده و وجود عدسی های ماسه ای بر این شوری موثر است. با کاهش عمق زهکشی، دبی زه آب به شدت کاهش یافت. به طوری که میانگین زه آب از هر لاترال در مزرعهR9-11، 10 میلی متر در روز و در مزرعهR8-7به 3/3 میلی متر در روز بود. نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش ضخامت منطقه اختلاط آب شور و شیرین ناشی از کاهش بهینه عمق زهکشی، به دلیل استفاده گیاه از این منطقه، حجم آب مصرفی در هر دور آبیاری کاهش می یابد و می تواند عاملی موثر در جهت حفاظت منابع خاک و آب باشد.

کاهش دادن مقدار زهاب خروجی و بالا نگه داشتن سطح ایستابی در نزدیکی عمق ریشه با کاهش عمق کارگذاری زهکش ها درجهت حفاظت از منابع آب و خاک، از نگرش های نوین زهکشی می باشد. در این تحقیق برای بررسی تاثیر کاهش عمق زهکشی بر شوری و دبی زهاب، دو مزرعه 11-9R با عمق متوسط زهکشی 2 متر با فاصله 60 متر و مزرعه 7-8R با عمق متوسط زهکشی 1.4 متر و فاصله 40 متر در اراضی کشت نیشکر جنوب خوزستان انتخاب شد. طی دوره تحقیق با احداث شش گروه پیزومتر در دو مزرعه با فواصل مختلف از جمع کننده زهاب، تراز سطح آب زیرزمینی و دبی زهاب به صورت روزانه و شوری آب زیرزمینی و زهاب در هر دور آبیاری اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش آبیاری ها، اختلاف بار هیدرولیکی بین لایه های پایین نسبت به لایه های بالایی در هر دو مزرعه جریان عمودی را به سمت بالا برقرار می کند. همچنین با کاهش عمق کار گذاری زهکش ها، مقدار شوری آب زیرزمینی کاهش یافت، لیکن این تغییرات شوری به عمق لایه محدود کننده نیز وابسته بود. همچنین مشخص شد که شوری زهاب علاوه بر شوری آب آبیاری تحت تاثیر شوری آب زیرزمینی بوده و تفاوت در عمق زهکشی، موقعیت لایه محدود کننده و وجود عدسی های ماسه ای بر این شوری موثر است. همچنین با کاهش عمق زهکشی دبی زهاب به شدت کاهش یافت به طوری که در مزرعه 11-9R، دبی زهاب خروجی 3.86 لیتر برثانیه و در مزرعه 7-8R این مقدار به 0.74 لیتر بر ثانیه رسید.