برآورد تبخیر تعرق واقعی در باغات پسته با استفاده از الگوریتم سبال و مقایسه آن در سه سیستم آبیاری مختلف

پیشینه و هدف:

 طی صدسال گذشته، حدود 90 درصد از سرانه آب تجدید پذیر کشور کاهش یافته است. از منابع آب تجدیدشونده کشور حدود 90 درصد آن به بخش کشاورزی اختصاص دارد. با افزایش سطح زیر کشت باغات پسته و افزایش تقاضا برای آب ازیک طرف و محدودتر شدن منابع آبی در منطقه، عدم تعادل بین عرضه و تقاضای آب به شدت در حال افزایش است. در این راستا، مهم ترین گام پیشگیری از هدر رفت آب، توزیع یکنواخت آب در سطح مزرعه، آبیاری بهینه و متناسب با نیاز آبی گیاه در هر مرحله از رشد است. حدود 99 درصد آب جذب شده توسط گیاه صرف پدیده تبخیر و تعرق می گردد. لذا، شناخت این پدیده و برآورد دقیق آن می تواند در تعیین نیاز آبی گیاهان نقش بسزایی داشته باشد. اندازه گیری تبخیر تعرق واقعی پوشش گیاهی، خارج از شرایط آزمایشگاهی دشوار است. روش های تجربی زیادی برای برآورد تبخیر تعرق واقعی و پتانسیل با استفاده از داده های هواشناسی و اقلیمی به وجود آمده است. اما اکثر این روش ها تنها قادر به برآورد تبخیر تعرق پتانسیل می باشند و مقدار واقعی تبخیر تعرق را برآورد نمی نمایند. در مقابل، روش های مبتنی بر سنجش ازدور ایجاد شده است که راه حل مناسبی برای برآورد تبخیر تعرق واقعی در سطح پوشش گیاهی می باشند. تصاویر ماهواره ای با قابلیت پوشش سراسری و دید تکراری، امکان پایش تبخیر تعرق را در سطح مزارع و در طول دوره رویش گیاه فراهم آورده اند. تحقیقات مختلفی در داخل و خارج از کشور در زمینه برآورد تبخیر تعرق واقعی اراضی کشاورزی با استفاده از تصاویر ماهواره ای انجام شده است، که حاکی از دقت قابل قبول این روش بوده است. اما عمده این تحقیقات در مربوط به مزارع کشاورزی است و تحقیقات قابل توجهی در زمینه برآورد تبخیر تعرق در سطح باغ انجام نشده است. پوشش گیاهی در سطح مزارع در مقایسه با باغات یکدست و همگن است، بنابراین برآورد شاخص پوشش گیاهی که از ورودی های مدل سبال است در مزارع کشاورزی ساده تر از باغات انجام می گیرد که می تواند بر دقت نهایی تاثیر گذار باشد. بنابراین هدف اصلی این تحقیق برآورد مقدار تبخیر تعرق در سطح باغات با استفاده از الگوریتم سبال و ارزیابی دقت برآورد است. علاوه بر این در این تحقیق، از اندازه گیری روش مستقیم بیلان آبی با استفاده از داده های سنسورهای رطوبت خاک موجود در قسمت های مختلف باغ، برای ارزیابی دقت استفاده شده است. استفاده از این روش قابلیت اطمینان به نتایج و ارزیابی دقت انجام شده را افزایش می دهد.

مواد و روش ها:

تحقیق حاضر در باغات پسته شهرستان زرندیه استان مرکزی انجام شده است. باغ ها دارای سیستم های آبیاری غرقابی، قطره ای رو سطحی و قطره ای زیرسطحی بوده اند.  تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از دو روش بیلان آبی و الگوریتم سبال برآورد شده است. از داده های هواشناسی ایستگاه سینوپتیک فرودگاه امام او تصاویر ماهواره ای لندست 8 برای برآورد تبخیر تعرق به کمک الگوریتم سبال استفاده شده است. تبخیر و تعرق واقعی در زمان های گذر ماهواره در طول فصل رشد برآورد شده است. برای انتخاب پیکسل های سرد و گرم در الگوریتم سبال، از روش نیمه اتوماتیک پیشنهادشده توسط اولمدو استفاده شد که استفاده از نظر کاربر را در انتخاب پیکسل های سرد و گرم به حداقل می رساند. برای ارزیابی دقت نتایج برآورد تبخیر و تعرق، از اطلاعات سنسورهای رطوبت خاک موجود در سطح باغ استفاده شده است. تعداد 28 سنسور رطوبت خاک را در بخش های مختلف باغ اندازه گیری می نمایند. با استفاده از مقادیر رطوبت خاک سنسورها، مقدار تبخیر تعرق واقعی با استفاده از روش بیلان آبی برآورد شد و به عنوان مقدار مرجع مورداستفاده قرار گرفت.

نتایج و بحث :

مقایسه نتایج حاصل از الگوریتم سبال و روش بیلان آبی نشان داد که الگوریتم سبال توانسته است با خطای RMS 0.57 مقدار تبخیر تعرق واقعی را در قسمت های مختلف باغ برآورد نماید. علاوه بر این همبستگی بین مقادیر برآورد شده توسط دو روش برابر 0.82 بوده است که نشان دهنده قابلیت مناسب الگوریتم سبال در برآورد مقادیر تبخیر و تعرق است. همبستگی بین مقدار تبخیر و تعرق واقعی برآورد شده از مدل سبال و تبخیر و تعرق مرجع برابر 0.76 به دست آمده است. تغییرات مقدار تبخیر و تعرق در قسمت های مختلف باغ و نیز باغ های دارای سیستم های آبیاری مختلف غرقابی، قطره ای رو سطحی و قطره ای زیرسطحی بررسی شده است. نتایج نشان داده است، باغ دارای آبیاری زیرسطحی به طور متوسط کمترین میزان تبخیر تعرق را در تاریخ های مختلف از خود نشان داده است. با توجه به آنکه تبخیر تعرق معادل مجموع مقدار تبخیر از سطح خاک و تعرق از سطح گیاه است می توان، این مقدار کاهش را به کاهش تبخیر از سطح خاک نسبت داد. علاوه بر این، در همه تاریخ ها ناهمسانی تبخیر تعرق در قسمت های مختلف باغ های دارای سیستم آبیاری یکسان قابل مشاهده است. به عنوان نمونه در باغ با روش آبیاری غرقابی، بخش هایی از باغ تبخیر تعرق پایینی نشان می دهند که می تواند ناشی از عدم تسطیح سطح باغ و عدم دریافت رطوبت مناسب در این نواحی باشد. بدیهی است همین مقدار رطوبت در سایر بخش های باغ تجمع نموده و از طریق نفوذ عمقی از دسترس خارج می گردد. این توزیع غیریکنواخت در باغ با روش آبیاری رو سطحی نیز مشاهده می شود. به عنوان نمونه بخش میانی باغ دارای آبیاری رو سطحی همواره مقدار تبخیر تعرق بالاتری را نشان می دهد که می تواند نشان دهنده هدر رفت آب در این بخش از باغ، ناشی از عملکرد بیش از نیاز نازل های رطوبت باشد. برای ارزیابی بهتر اختلاف تبخیر تعرق در روش های مختلف آبیاری، مقدار متوسط، حداقل، حداکثر و انحراف معیار مقادیر تبخیر تعرق در باغ های مربوط به سه سیستم آبیاری مختلف محاسبه شده است. نتایج نشان داد در تمام تاریخ ها مقادیر دامنه تغییرات و انحراف معیار تبخیر تعرق در سیستم آبیاری غرقابی بیشتر از سایر روش ها بوده است که به خوبی نشان دهنده عدم آبیاری یکنواخت در سطح باغ است.

نتیجه گیری :

نتایج تحقیق حاکی از دقت مناسب الگوریتم سبال در برآورد تبخیر تعرق واقعی باغات بوده است. به طوری که در مقایسه با روش بیلان آبی همبستگی 0.82 و خطای 0.57 داشته است. علاوه بر این، مقایسه وضعیت رطوبت در قسمت های مختلف باغ و نیز باغ های دارای سیستم آبیاری مختلف نشان داده است که با استفاده از برآورد تبخیر و تعرق به کمک تصاویر ماهواره ای می توان اطلاعات مناسبی از نحوه توزیع رطوبت در سطح باغ دست یافت. این داده ها، اطلاعات ارزشمندی در خصوص مدیریت بهینه منابع آب و افزایش کارایی آبیاری فراهم می نماید. با استفاده از روش های آبیاری زیرسطحی می توان به صورت موثری هدر رفت آب آبیاری ناشی از تبخیر از سطح خاک را کاهش داد. نتایج تحقیق نشان داده است که در مناطقی که دسترسی به اطلاعات سنسورهای رطوبت خاک و یا روش های اندازه گیری مستقیم تبخیر و تعرق وجود ندارد، استفاده از الگوریتم سبال و روش های سنجش از دور می تواند اطلاعات مناسبی را جهت مدیریت بهینه منابع آبی فراهم نماید.