فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و پنجم شماره 4 (مهر و آبان 1397)
  • سال بیست و پنجم شماره 4 (مهر و آبان 1397)
  • 344 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1397/07/11
  • تعداد عناوین: 19
|
  • عطاءاله کاویان، ایمان صالح *، محمود حبیب نژاد روشن، زینب جعفریان صفحات 1-25
     
    سابقه و هدف
    حفاظت و استفاده بهینه از منابع آب و خاک از اصول توسعه پایدار هر کشور می باشد. استفاده بیش از حد از منابع طبیعی به واسطه افزایش سطح زیر کشت اراضی و نیز استفاده بیش از ظرفیت معمول آن ها پیامدهایی از قبیل آلودگی آب و خاک را در پی داشته است. یکی از راهکارهای موثر در کاهش آلودگی آب های سطحی و فرسایش خاک، استفاده از نوارهای حائل گیاهی است. تحقیق حاضر با هدف بررسی تاثیر شدت رواناب، گونه گیاهی و نوع آلاینده بر کارایی نوارهای حائل گیاهی در کنترل کیفیت و کمیت رواناب انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    عرصه این تحقیق بخشی از اراضی کشاورزی دیم منطقه میاندرود از توابع شهرستان ساری می باشد. این پژوهش با استفاده از 12 کرت آزمایشی به ابعاد 10×1 متر در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تیمار شامل وتیور گراس و چمن بومی با سطح پوشش سه مترمربع و تیمار شاهد (بدون پوشش) در چهار تکرار در منطقه مازندران در شمال ایران به انجام رسید. کرت های آزمایشی با شیب 15% ایجاد شدند و به وسیله ورقهای گالوانیزه تا عمق 10 سانتیمتر از محیط اطراف جدا گشتند. در انتهای (پایین شیب) هر کرت زهکشهایی تعبیه شدند که رواناب خروجی را به یک مخزن120 لیتری موجود در انتهای هر کرت انتقال می دادند. گیاهان نوارهای حائل شامل وتیور و چمن بومی بودند که در اواخر دی ماه 1393 در کرتها کاشته شدند به طوری که سه متر از طول هرکرت شامل گیاه مورد آزمایش بود و هفت متر باقیمانده جهت تولید رواناب بدون پوشش رها شد. تولید رواناب مصنوعی با دبی معادل رواناب حاصل از بارندگی با دوره بازگشت 25 و 100 سال صورت پذیرفت. نمونه برداری از بهمن ماه سال 1393 آغاز و در دی ماه سال 1394 پایان یافت. به منظور ارزیابی کارایی نوارهای حائل گیاهی در حفاظت آب و خاک، عملکرد این نوارها در کاهش میزان رواناب و رسوب و آلاینده هایی نظیر نیترات و فسفات مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    بر اساس نتایج ، حداکثر کارایی برای نوارهای حائل گیاهی حاوی وتیور گراس تحت رواناب حاصل از بارندگی با دوره بازگشت 25 سال به دست آمد به طوری که تیمار مذکور حجم رواناب، غلظت رسوب، نیترات و فسفات را به ترتیب تا 85، 88، 83 و 87 درصد کاهش داد. همچنین همبستگی نسبتا خوبی (R2= 0. 63) بین غلظت فسفات و رسوب معلق و همچنین بین حجم رواناب و غلظت نیترات (R2=0. 67) مشاهده گردید. مرحله رشد و سن گیاه نیز نقش قابل توجهی در کارایی نوار حائل گیاهی در کنترل غلظت رسوب نشان دادند به طوری که با گذشت زمان گیاه وتیور با افزایش ارتفاع و درصد سطح پوشش خود عملکرد بهتری در کنترل غلظت آلاینده ها خصوصا رسوب معلق در مقایسه با دیگر نوارهای حائل گیاهی مورد آزمایش ارائه نمود.
    نتیجه گیری
    کارایی نوارهای حائل گیاهی در کنترل کمیت و کیفیت رواناب تحت رواناب های شدید، کمتر تحت تاثیر خصوصیات نوار حائل و مرحله رشد گیاه و گونه آن است و شدت جریان نقش مهم تری ایفا می نماید چرا که کارایی نوارهای حائل گیاهی مورد مطالعه تحت رواناب با دوره بازگشت 100 سال در طول دوره آزمایش روند منظمی نسبت به دوره بازگشت 25 سال نشان نداد. در مقاطع زمانی مختلف، دو گونه گیاهی مورد مطالعه شامل وتیور و چمن نقش متفاوتی در کاهش حجم رواناب و آلاینده های موجود در آن نشان دادند. همچنین نوارهای حائل گیاهی با گذشت زمان، خود نیز به عنوان منبع مواد مغذی و رسوب ایفای نقش نموده و زمینه آلودگی آب های سطحی را فراهم و خاک را فراهم آوردند، که برداشت و کوتاه نمودن دوره ای گیاه می تواند به عنوان راهکاری موثر به منظور مقابله با این موضوع تلقی گردد.
    کلیدواژگان: چمن بومی، رسوب، رواناب، کرت های آزمایشی، وتیور
  • که زاد حیدری، علی نجفی نژاد *، علی محمدیان بهبهانی، مجید اونق صفحات 27-47
     
    سابقه و هدف
    آب گریزی خاک (SWR) یکی از خصوصیات پویای خاک است که نفوذ آب در خاک را کاهش داده و یا از آن جلوگیری می کند. در مناطق جنگلی شمال کشور، آتش سوزی یکی از نگرانی های محیطی بسیار مهم و از عوامل اصلی تغییر در پدیده آب گریزی خاک است. لذا، این مطالعه با هدف بررسی اثر آتش سوزی تجویزی بر خاک مناطق جنگلی آبخیز توشن استان گلستان و همچنین بررسی تغییرات زمانی و برهم کنش آن بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک انجام شد.
    مواد و روش ها
    خاک مناطق جنگلی در طبقه شیب 30-15 درصد و عمق 5-0 سانتی متری سطح خاک، در قالب 30 تکرار در محیط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی اثر آتش بر روی آب گریزی خاک در شرایط آزمایشگاهی، آتش سوزی تجویزی اعمال شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک از جمله اجزای بافت خاک (درصد رس، سیلت و شن) ، درصد مواد آلی خاک، pH، EC و پایداری خاکدانه (MWD) قبل و پس از آتش سوزی بررسی شدند. آبگریزی خاک قبل و پس از آتش سوزی با دو آزمون زمان نفوذ قطره آب (WDPT) و روش مولاریته محلول آب و الکل (MED) تعیین شد.
    یافته ها
    نتایج دو آزمون WDPT و MED نشان داد که، قبل از آتش سوزی 100 % نمونه ها آب دوست بودند (به ترتیب کلاس 1 و 0). همچنین مطابق با آزمون WDPT یک روز پس از آتش سوزی تمام کرت ها کلاس آب گریزی جزئی از خود نشان دادند (کلاس 2 و 3) اما نتایج آزمون MED پس از آتش سوزی قدری متفاوت بود و یک روز پس از آتش سوزی شدت آبگریزی افزایش یافت؛ به طوری که 30 % کرت ها آبگریزی جزئی (کلاس 1) ، 50 % کرت ها آبگریزی متوسط (کلاس 2) و 20 % کرت ها آبگریزی نسبتا قوی (کلاس 3) را نشان دادند. بررسی روند تغییرات زمانی هر دو شاخص آبگریزی نیز نشان داد که کلاس آبگریزی پس از آتش سوزی به صورت موقتی بود و تا یک ماه پس از آن سطح آن به میزان بسیار زیادی کاهش پیدا نمود. نتایج نشان داد که دو آزمون آبگریزی پس از آتش سوزی همبستگی خوبی با هم داشتند. نتایج نشان داد که همبستگی متوسطی بین دو آزمون آبگریزی WDPT و MED با برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک از جمله pH، EC، MWD و درصد مواد آلی خاک وجود دارد. همچنین مشخص شد که بین دو آزمون آبگریزی و اجزای بافت خاک همبستگی ضعیف وجود دارد. مقادیر همبستگی نسبتا ضعیف آبگریزی با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک نشان می دهد که این تغییرات احتمالا نمی توانند عامل اصلی تغییرات آبگریزی خاک باشد. بخشی از این تغییرات را می توان با تغییرات پایداری خاکدانه پس از آتش سوزی تبیین کرد. این تغییرات در پایداری مکانیکی ساختمان خاک می تواند در اثر دو مکانیسم اصلی ایجاد شود: (1) تغییر ترکیبات بافت خاک و افزایش نیروهای هم چسبی بین ذرات در خاکدانه ها که نتیجتا موجب پایداری ساختمان خاک در مقابل نیروهای مخرب فیزیکی شود. (2) تغییر در برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مثل افزایش EC که موجب جلوگیری از پراکنش ذرات رس شده و مانع تخریب فیزیکی خاکدانه های ریز می شود.
    نتیجه گیری
    به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که با وجود آبدوستی خیلی زیاد در خاک های لسی، آتش سوزی می تواند به عنوان یک عامل خارجی موجب افزایش ضعیف و آنی در کلاس آبگریزی شود. کلاس آبگریزی ضعیف احتمالا می تواند به دلایل زیر باشد: اولا آبگریزی بیشتر در خاک های درشت دانه با مواد آلی بالا رخ می دهد. دوم اینکه نمونه های مطالعه شده از لایه سطحی خاک (5-0 سانتی متری) برداشت شده اند در حالی که آتش سوزی می تواند موجب تراکم برخی مواد آلی در لایه های زیرسطحی شده و موجب ایجاد آبگریزی در افق های پایین تر شود.
    کلیدواژگان: آبگریزی خاک، آبخیز توشن، آتش سوزی تجویزی، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک
  • محمدرضا گلابی*، معصومه زین علی، مهدی بهرامی صفحات 49-69

    با توجه به کاهش نزولات جوی و خشکسالی سال های اخیر و در نتیجه کمبود آب در پهنه وسیعی از کشور و افزایش میزان تقاضا برای مصارف مختلف، مدیریت منابع آب های سطحی و زیرزمینی از اهمیت و حساسیت بسیار زیادی برخوردار است. آب های زیرزمینی در بسیاری از کشورها از جمله ایران، یکی از منابع اصلی تامین آب برای مصارف شرب، صنعت و کشاورزی می باشد. استفاده از این منبع همواره به عنوان گزینه ای در کنار آب های سطحی مطرح بوده است، البته در بسیاری از کشورهای خشک جهان از جمله ایران اصلی ترین منبع تامین آب، ذخایر آب زیرزمینی است. اکثر مطالعات انجام شده مربوط به پیش بینی در زمینه آب های زیرزمینی مربوط به پیش بینی سطح ایستابی است و کمتر به هیدروگراف معرف آبخوان توجه شده است. لذا هدف از این مطالعه در ابتدا مدل سازی هیدروگراف معرف آبخوان با استفاده از فرا مدل شبیه ساز عصبی-فازی است و سپس مقایسه نتیجه با مدل سازی به روش فرا مدل شبیه ساز بیان ژن است که هردو مدل برای اولین بار در این مطالعه برای این هدف مورد استفاده قرار گرفته است و سوال اساسی این تحقیق این است، آیا مدل های بر مبنای عملکرد فازی، که در اکثر مطالعاتی که کمبود داده و اطلاعات داریم جواب نسبتا قابل قبولی می دهند، می توانند در این مطالعه موردی نیز عملکرد بهتری نسبت به فرامدل شبیه ساز بیان ژن، که در اکثر مطالعات اخیر عملکرد خوبی از خود نشان داده است، داشته باشد.
    محدوده مطالعاتی، دشت لور- اندیمشک، قسمتی از دشت دزفول-اندیمشک است. در منطقه ی دشت لور - اندیمشک، 8 حلقه پیزومتر که پراکنش نسبتا خوبی در منطقه دارد، شبکه ی پیزومتری دشت را تشکیل می دهد. برای انجام این مطالعه با استفاده از مختصات جغرافیایی هرپیزومتر و اطلاعات آماری ماهانه مربوط به سطح 8 پیزومترآبخوان دشت لور-اندیمشک، برای 5 سال آبی (89-88 تا 93-92) و با استفاده از روش تسین در محیط GIS، میانگین وزنی هر پیزومتر بدست آمد و سری زمانی تراز آب زیرزمینی دشت که بیانگر هیدروگراف معرف آبخوان منطقه مورد مطالعه است، محاسبه گردید. سپس با استفاده از فرا مدل شبیه ساز عصبی-فازی و فرا مدل شبیه ساز بیان ژن هیدروگراف معرف آبخوان مدل سازی شد و نتایج با هم مقایسه گردید.   با مقایسه فرامدل شبیه ساز عصبی- فازی و فرامدل شبیه ساز بیان ژن مشاهده می شود که در مرحله آموزش ضریب تبیین فرامدل شبیه ساز عصبی- فازی از ضریب تبیین فرامدل شبیه ساز بیان ژن بیشتر می باشد. ولی در مرحله تست ضریب تبیین فرامدل شبیه ساز بیان ژن از ضریب تبیین فرامدل شبیه ساز عصبی- فازی بیشتر می باشد. از طرفی با توجه به پارامتر جذر میانگین مربعات خطا، مشاهده می شود که فرامدل شبیه ساز عصبی- فازی دارای جذر میانگین مربعات خطای کمتری در مرحله تست بوده است. بر اساس معیار OI که هرچه مقادیر به یک نزدیک تر باشد مدل عملکرد بهتری دارد، مشاهده می شود که فرامدل شبیه ساز بیان ژن با اختلاف کمی دارای معیار OI بیشتری نسبت به فرامدل شبیه ساز عصبی-فازی بوده است و می توان با مشاهده مقادیر جدول به این نتیجه رسید که عملکرد فرا مدل شبیه ساز بیان ژن بهتر از فرامدل شبیه ساز عصبی-فازی است و در شرایط کمبود داده و اطلاعات برای مدل سازی هیدروگراف معرف آبخوان با استفاده از مدل های مفهومی همچون مادفلو، فرامدل شبیه ساز بیان ژن می تواند جایگزین مناسبی باشد.
    کلیدواژگان: فرامدل شبیه ساز بیان ژن، فرامدل شبیه ساز عصبی فازی، مدل سازی، هیدروگراف معرف آبخوان
  • سید سعید موسوی ندوشنی *، سعید علی محمدی، علی آهنی، معصومه بهروز، سید مصطفی موسوی صفحات 71-91
     
    سابقه و هدف
    خشکسالی یک پدیده حدی طبیعی است که می تواند ابعاد گوناگون زندگی بشر را تحت تاثیر قرار دهد. شناخت رفتار این پدیده در مدیریت منابع آب که در ارتباط بی واسطه با مفهوم خشکسالی است، اهمیت ویژه ای دارد. آگاهی از فراوانی رویدادهای خشکسالی با بزرگی مشخص، از جمله مواردی است که می تواند در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب بسیار مفید واقع شود. این آگاهی با استفاده از روش های تحلیل فراوانی خشکسالی فراهم می شود. با توجه به ماهیت چند متغیره خشکسالی، مطالعه هر یک از وجوه یا متغیرهای آن به صورت منفرد احتمالا نمی تواند شناخت جامع و کارآمدی از رفتار این پدیده را حاصل کند. ازاین رو، در سال های اخیر روش ها و تکنیک های گوناگون متعددی برای تحلیل فراوانی چندمتغیره خشکسالی توسعه یافته اند. کاربرد توابع مفصل در تحلیل فراوانی چندمتغیره خشکسالی، یکی از رویکردهایی است که به دلیل ماهیت چندمتغیره خشکسالی و همبستگی میان متغیرهای آن، کارآمدی قابل ملاحظه ای در این زمینه از خود نشان داده است. هدف تحقیق حاضر، مطالعه رویدادهای خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیک در حوضه آبریز قره سو – گرگانرود و اجرای تحلیل فراوانی دومتغیره خشکسالی در این حوضه به وسیله توابع مفصل بر مبنای دو متغیر شدت و تداوم خشکسالی است که با بررسی روابط میان متغیرهای خشکسالی در این حوضه همراه خواهد بود و نتایج آن می تواند در برنامه ریزی اقدامات مربوط به مواجهه با خشکسالی در ناحیه موردمطالعه مورد استفاده قرار گیرد.
    مواد و روش ها
    در مطالعه حاضر از توابع مفصل به منظور اجرای تحلیل فراوانی دومتغیره خشکسالی در حوضه آبریز قره سو – گرگانرود استفاده می شود. دو متغیر شدت و تداوم خشکسالی بر اساس شاخص های خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیک برای تعداد 23 زیرحوضه در ناحیه مورد مطالعه محاسبه و در تحلیل فراوانی به کار گرفته می شوند. محاسبه متغیرهای شدت و تداوم خشکسالی بر اساس شاخص های خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیک انجام می گیرد. به علاوه، کارآمدی توابع مفصل مختلف در هر یک از زیرحوضه ها مورد بررسی قرار می گیرد و دوره های بازگشت متناظر با مقادیر شدت و تداوم متوسط خشکسالی در هر زیرحوضه محاسبه می شوند. در پایان، نقشه های دوره بازگشت خشکسالی های هواشناسی و هیدرولوژیک برای ناحیه مورد مطالعه ترسیم می شوند.
    یافته ها
    در زیرحوضه های مورد مطالعه، بین فراوانی رویدادهای خشکسالی هواشناسی با میانگین های متغیرهای شدت و تداوم خشکسالی رابطه همبستگی معکوس آشکاری وجود دارد. به علاوه، همبستگی بالایی بین آماره های میانگین دو متغیر شدت خشکسالی و تداوم خشکسالی هواشناسی مشاهده می شود. همچنین، بین فراوانی رویدادهای خشکسالی هیدرولوژیک با میانگین تداوم خشکسالی رابطه همبستگی معکوس آشکاری وجود دارد. اما در مورد همبستگی میان متغیرهای شدت و تداوم خشکسالی هیدرولوژیک، مشاهده می شود که مقدار ضریب همبستگی بسیار پایین تر از مقدار متناظر بین متغیرهای شدت و تداوم خشکسالی هواشناسی است. این مساله می تواند به میزان قابل توجهی ناشی از تاثیر بزرگی مقادیر دبی ثبت شده در هر زیرحوضه بر مقدار متغیر شدت خشکسالی هیدرولوژیک باشد. در مجموع، نتایج بیانگر آن است که بالاترین میزان کارایی برای اجرای تحلیل فراوانی رویدادهای خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیک در ناحیه مورد مطالعه مربوط به تابع مفصل گامبل - هوگارد است. افزون بر این، بر اساس اغلب شاخص های مورد بررسی در این مطالعه، بزرگ ترین مقادیر دوره بازگشت توام متناظر با مقادیر میانگین شدت و تداوم خشکسالی در زیرحوضه های 18 و 22 مشاهده می شوند.
    نتیجه گیری
    با توجه به نتایج به دست آمده، در ناحیه مورد مطالعه افزایش تجمعی شدت خشکسالی هواشناسی تا حد زیادی ناشی از افزایش تداوم رویداد خشکسالی است. همچنین، در مجموع می توان تابع مفصل گامبل - هوگارد را به عنوان کارآمدترین گزینه در میان توابع مفصل مورد مطالعه، برای اجرای تحلیل فراوانی خشکسالی در ناحیه مورد مطالعه در نظر گرفت.
    کلیدواژگان: تابع مفصل، تحلیل فراوانی دومتغیره، خشکسالی هواشناسی، خشکسالی هیدرولوژیک
  • محمد نادریان فر *، حسین کریمی، حسین انصاری، مجید عزیزی صفحات 93-111
     
    سابقه و هدف
    ریحان (Ocimum basilicum L.) یکی از گیاهان مهم متعلق به تیره نعناع (Lamiaceae) است که به عنوان گیاه دارویی، ادویه ای و همچنین به صورت سبزی تازه مورداستفاده قرار می گیرد.
    امروزه با افزایش جمعیت، کم شدن منابع آبی و همچنین افزایش قیمت زمین های کشاورزی، کشاورزی به روش مکانیزه از اهمیت خاصی برخوردار شده و در این میان با ورود نانوتکنولوژی به عرصه تولید کودها، از یک سو به دلیل پایین آمدن pH محصولات و نیز ریز شدن ذرات کودی تا حد یون قدرت جذب آن ها توسط گیاه به نحو چشمگیری افزایش یافته و از سوی دیگر با توجه به نیاز کمتر به کودها توجیه اقتصادی و هزینه تولید در واحد سطح برای کشاورزان بسیار مناسب شده است.
    مواد و روش ها
    تحقیق حاضر جهت بررسی اثر متقابل کم آبیاری، بافت خاک و استفاده از نانو کود بر اجزای عملکرد گیاه ریحان دارویی بود که در دو بافت سبک (W1) و متوسط (W2) روی گیاه ریحان آزمایشی به صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوک های کامل تصادفی با 18 تیمار و 3 تکرار اجرا شد. تیمارهای کم آبیاری شامل سه سطح آبیاری (ETc %100I1=) ، (ETc %75I2=) و (ETc %50I3=) و تیمار کود شامل 3 سطح نانو کود با غلظت کامل (F1) ، 70 درصد غلظت نانو کود (F2) و عدم استفاده از نانو کود (F3) بر روی بوته ها اعمال گردید.
    یافته ها
    نتایج آنالیز واریانس حاکی از آن بود که آبیاری اثر معنی داری روی موسیلاژ، شاخص تورم، درصد اسانس، وزن بذر در بوته، تعداد بذر در بوته، تعداد شاخه جانبی، تعداد و ارتفاع گل آذین، تعداد گره در بوته و عملکرد دانه دارد. بررسی اثر متقابل بافت خاک، نانو کود و آبیاری روی پارامترهای اشاره شده در سطح 01/0 معنی دار شده به طوری که بیشترین مقدار موسیلاژ (40/0 گرم) در تیمار F2I2W1، شاخص تورم (67/67 میلی لیتر) در تیمار F1I1W2، درصد اسانس (833/0) در تیمار F1I3W1، تعداد گره در بوته (125) ، ارتفاع گل آذین (66/10 سانتی متر) ، تعداد بذر در بوته (2712) ، وزن بذر در بوته (36/3 گرم) در تیمار F1I1W2 و کمترین آن نیز در تیمار W2I3F3 به-دست آمد. همچنین بیشترین مقدار عملکرد دانه (26/61 گرم بر مترمربع) در تیمار با بافت خاک لومی-شنی، آبیاری کامل و نانو کود با غلظت 100 درصد (W1I1F1) حاصل شد که نشان دهنده تاثیر نانو کود بر بهبود عملکرد ریحان است.
    نتیجه گیری
    نتایج تحقیقات حاکی از آن بود که تیمار آبیاری اثر معنی داری روی خصوصیات رشد گیاه ریحان داشته است و با افزایش تنش بر گیاه ریحان به علت کمبود رطوبت لازم برای رشد مطلوب گیاه منجر به کاهش صفات موردبررسی و حصول نامطلوب شاخص های رشد شده است. درحالی که با افزایش تنش آبی درصد اسانس گیاه ریحان افزایش یافته است، به طوری که بیشترین درصد اسانس در تیمارF1I3W1 و F1I3W2 به دست آمد و نشان می دهد که نانو کود تاثیر مثبتی بر درصد اسانس گیاه ریحان داشته است. نتایج نشان می دهد که آبیاری، بافت خاک و نانو کود اثر معنی داری روی موسیلاژ و شاخص تورم دارد به طوری که در سطح احتمال 99 درصد معنی دار شده است.
    کلیدواژگان: : اسانس گیاه، عملکرد دانه، موسیلاژ، شاخص تورم
  • حمید کاردان مقدم، سامان جوادی* ، رضا روزبهانی، مهدی محمدی قلعه نی صفحات 113-132
     
    سابقه و هدف
    تعیین حریم کیفی منابع آب سطحی با توجه به حساسیت و آسیب پذیری بالای آن به آلودگی نسبت به منابع آب زیرزمینی در ارجحیت قرار دارد. از طرف دیگر در تعیین حریم کیفی رودخانه ها براساس نوع هدف مورد نظر و میزان اهمیت رودخانه در منطقه، می توان مقادیر متفاوتی از اطراف بستر رودخانه را در نظر گرفت. از مهمترین اهداف مورد نظر در تعیین حریم کیفی می توان به کنترل و کاهش آلودگی آب، کنترل فرسایش و یا ایجاد پناهگاه های حیات وحش اشاره نمود.
    مواد و روش ها
    سازمان کشاورزی ایالات متحده (USDA) عوامل مختلف فیزیوگرافی رودخانه از جمله توپوگرافی، ظرفیت نگهداشت خاک و پوشش گیاهی را در تعیین حریم کیفی رودخانه موثر دانستند. از اینرو در تعیین حریم کیفی به روش USDA بر مبنای سه فاکتور و از طرف دیگر از آنجا که در روش USDA تنها عوامل فیزیکی منطقه در نظر گرفته شده است، از اینرو در این مطالعه جهت لحاظ نمودن تاثیر کیفیت رودخانه در تعیین حریم آن از تلفیق روش USDA با آسیب-پذیری کیفی برای نخستین بار استفاده شده است. این مطالعه روی یکی از رودخانه های اصلی در استان کهگیلویه و بویراحمد بنام رودخانه آب شیرین انجام گرفته که سرشاخه های آن بطور کامل مورد تجزیه و تحلیل کیفی قرار گرفته است. در این راستا به منظور تعیین آسیب پذیری کیفی رودخانه جهت تعیین حریم کیفی، نمونه برداری از رودخانه در 9 ایستگاه در اسفندماه سال 1394 صورت پذیرفت.
    یافته ها
    در این مطالعه، روشی جدید جهت تعیین حریم کیفی رودخانه با درنظر گرفتن روش ارائه شده از سوی USDA و تلفیق آن با آسیب پذیری کیفی مبتنی بر نمونه برداری ارایه می گردد. روش USDA با تلفیق لایه های شیب، نوع خاک و پوشش گیاهی اطراف رودخانه میزان حریم اولیه رودخانه را تعیین می کند. در مرحله بعد به منظور تعیین آسیب پذیری کیفی رودخانه آب شیرین، نمونه برداری در مسیر جریان رودخانه انجام گردید. تحلیل نتایج نمونه برداری نشان داد از بین کلیه پارامترهای کیفی، غلظت نیترات، BOD و Ec نسبت به سایر پارامترهای کیفی بخصوص در برخی از بازه های رودخانه به ویژه در محل تلاقی سرشاخه های آن بالاتر می باشد. از طرف دیگر در زمینه کاهش غلظت این پارامترهای کیفی در اطراف بستر رودخانه ، تحقیقاتی توسط محققین صورت گرفته که ضروری است جهت کاهش غلظت این پارامترها عرض پیشنهادی به حریم کیفی رودخانه اضافه شود. به عبارت دیگر چنانچه حریم کیفی رودخانه در بازه هایی که میزان غلظت آن بالاتر از حد مجاز است، افزایش یابد سبب کاهش و یا حذف آلاینده ی انتقالی به رودخانه خواهد گردید. تلفیق حریم کیفی بدین صورت انجام می گیرد که در یک بازه مورد نظر از رودخانه چنانچه میزان غلظت بالاتر از حد مجاز باشد، با توجه به نتایج محققین، میزان عرض حریم جهت کاهش غلظت به عرض به دست آمده از روش USDA اضافه می شود. ‏به عنوان نمونه در یک بازه رودخانه با حریم محاسبه شده به روش USDA، چنانچه شیب کم، پوشش گیاهی متراکم و نفوذپذیری خاک نیز کم باشد، حریم در نظر گرفته شده در مرحله اول (با روش USDA) 21 متر می باشد، که با توجه به وضعیت غلظت پارامترهای کیفی، حریم کیفی26 متر پیشنهاد شده است. به عبارت دیگر با افزایش حریم به میزان 5 متر، مطابق پژوهش دیگر محققین، غلظت پارامترهای کیفی به دلیل افزایش مسافت و زمان انتقال تعدیل خواهد شد.
    نتیجه گیری
    نتایج طبقه بندی حریم کیفی رودخانه آب شیرین نشان داد که بیشترین تغییرات ناشی از آسیب پذیری در سرشاخه منشعب شده از محدوده ی مطالعاتی دهدشت و در محل تقاطع رودخانه ها در محدوده تیله کوه است. همچنین حریم کیفی رودخانه یاسوج از حدود 10 متر تا 55 متر متغیر بوده و پارامترهای Ec، نیترات و BOD بیشترین تاثیر را در افزایش حریم داشته است.
    کلیدواژگان: حریم کیفی، آسیب پذیری، رودخانه آب شیرین، USDA، نیترات
  • پروین کبیری، علیرضا حسین پور، حمیدرضا متقیان* صفحات 133-152
     
    سابقه و هدف
    امروزه نیاز به توسعه روش های زیستی اصلاح خاک، که از لحاظ هزینه مقرون به صرفه باشند و بدون کاهش حاصلخیزی خاک آلودگی ها را از بین ببرند، وجود دارد. بدین منظور پژوهش هایی در زمینه کاهش تحرک و فراهمی زیستی فلزات سنگین انجام شده است. اخیرا، بیوچار به صورت گسترده ای جهت کاهش سمیت فلزات سنگین استفاده می شود. بیوچار، ماده آلی غنی از کربن است که از گرماکافت بقایا، در شرایطی با اکسیژن محدود تهیه می شود و از هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای شکل گرفته است که در آن اتم های کربن به شکل حلقوی در ارتباط با هم هستند. وجود ساختار آروماتیک موجب پایداری آن در برابر تغییرات بیولوژیکی و شیمیایی می شود. این ماده کربنی، دارای گروه های عامل فراوانی چون هیدروکسیل، کتون، استر، آلدهید، آمین و کربوکسیل و دارای مقادیر قابل توجهی از اسیدهای آلی هیومیک و فولویک است که ترکیب و سطح ناهمگن آن ها می تواند ویژگی های آبدوستی و یا آبگریزی متفاوتی را از خود بروز دهد و خصوصیات بازی و اسیدی داشته باشد. بنابراین توانایی ترکیب با موادآلی و غیرآلی را دارد. همچنین این ماده با داشتن سطح ویژه، ساختار متخلخل، pH و CEC بالا، می-تواند خطر آلودگی فلزات سنگین را در زنجیره غذایی کاهش می دهد. هدف از انجام این مطالعه، بررسی کاربرد برگ گردو و بیوچارهای تهیه شده از آن در دماهای 200، 400 و 600 درجه سلسیوس بر قابلیت دسترسی و جذب سرب به وسیله ذرت (رقم سینگل کراس 704) بود.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه، آزمایش گلدانی شامل سطوح 0، 5/0، 1 و 2 درصد برگ گردو و بیوچارهای تهیه شده از آن در دماهای 200 ،400 و 600 درجه سلسیوس با 3 کیلوگرم خاک در 3 تکرار مخلوط و به مدت 45 روز در شرایط گلخانه خوابانده شد. پس از خواباندن، در هر گلدان (پس از افزودن کودهای مورد نیاز) 3 بذر ذرت کشت و پس از 8 هفته اندام هوایی و ریشه ذرت برداشت شد، شاخص های ذرت (وزن خشک اندام هوایی، وزن خشک ریشه، غلظت سرب در اندام هوایی، غلظت سرب در ریشه، ضریب تجمع زیستی و ضریب انتقال) و غلظت سرب دردسترس (DTPA-TEA) خاک تعیین شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که با افزایش دمای تهیه و مقدار کاربرد اصلاح کننده ها در خاک آهکی، سرب دردسترس و تجمع زیستی آن در گیاه ذرت کاهش یافت. تیمار خاک ها با 5/0، 1 و 2 درصد بیوچار تهیه شده در دمای 600 درجه سلسیوس، به طور معنی داری مقدار سرب در اندام هوایی را به ترتیب 3/31، 5/33 و 1/36 درصد و مقدار سرب در ریشه را به ترتیب 0/32، 6/35 و 2/36 درصد نسبت به شاهد کاهش داد (05/0>P). پاسخ های فیزیولوژیکی نشان داد که اصلاح کننده ها در رشد اندام هوایی نسبت به ریشه موثرتر بودند. تیمار خاک با 2 درصد بیوچار تهیه شده در دمای 600 درجه سلسیوس، وزن خشک اندام هوایی و ریشه را به ترتیب 4/131 و 7/116 درصد نسبت به شاهد افزایش معنی داری داد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دمای تهیه و مقدار اصلاح کننده ها در خاک، سرب عصاره گیری شده با DTPA-TEA کاهش یافت. تیمار خاک ها با 5/0، 1 و 2 درصد بیوچار تهیه شده در دمای 600 درجه سلسیوس، سرب دردسترس را به ترتیب 3/35، 1/40 و 1/49 درصد کاهش داد (05/0>P). بنابراین بیوچارها قادر به کاهش آلودگی سرب در خاک و افزایش وزن خشک ذرت بودند.
    نتیجه گیری
    کاربرد بیوچار با کاهش مقدار سرب دردسترس، مقدار سرب در گیاه را کاهش و رشد ذرت را افزایش داد. بنابراین می توان از بیوچار برای تثبیت گیاهی سرب در خاک در گیاه پالایی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: برگ گردو، سرب دردسترس، گیاه پالایی، تثبیت گیاهی
  • حبیبه شیبانی فرد *، محمد ذونعمت کرمانی، غلام عباس بارانی، رسول معمارزاده صفحات 153-169

    یکی از دسته بندی های کلی الگوی گسسته سازی معادلات و ایجاد هندسه محاسباتی در روش های عددی، روش های با شبکه و روش های بدون شبکه می باشد. روش های مبتنی بر شبکه بندی از گذشته تاکنون ابزاری مفید برای مدل سازی های جریان بوده اند. با این وجود این روش ها دارای محدودیت هایی در مدل سازی سطح آزاد جریان، مرزهای قابل تغییر و هندسه های پیچیده هستند. امروزه نسل جدیدی از روش های دینامیک محاسباتی با عنوان روش های بدون شبکه (مش بندی) پدید آمده است که از آن جمله می توان روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده را برشمرد. روش هیدرودینامیک ذرات هموارشده روشی کاملا لاگرانژی است که نسبت به روش های با شبکه بندی علاوه بر دقت بالاتر، برای مدل سازی تغییرشکل های بزرگ، مرزهای مختلف و پراکندگی ذرات سطح آزاد نیز برتری دارد. روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده بدون استفاده از شبکه به حل میدان محاسباتی می پردازد. این روش توانایی بالایی در بررسی آسان و دقیق تغییر شکل های بزرگ در سطوح آزاد سیال را دارا است. در روش ذکر شده از بیان انتگرالی برای تقریب توابع استفاده می شود و توابع هموار نقشی اساسی در بیان تقریب های انتگرالی دارند. در تحقیق پیش رو از روش عددی هیدرودینامیک ذرات هموارشده تراکم ناپذیر برای مدل سازی امواج شکست سد استفاده شده است. به منظور صحت سنجی نتایج، از گزارشات ارائه شده در دو مورد آزمایشگاهی مسئله شکست سد بهره گیری شده است. برای مدل سازی عددی از تابع هموار اسپلاین درجه سوم و فواصل اولیه ذرات 003/0 ، 004/0 ،006/0 و 008/0 متر استفاده شده و تحلیل حساسیت نسبت به تاثیر فاصله اولیه صورت پذیرفت. همچنین در ادامه تاثیر تابع هموار اسپلاین درجه پنجم و بتا علاوه بر تابع هموار استفاده شده، بر نتایج مدل سازی برای دو مورد آزمایشگاهی و برای فاصله بین ذرات 006/0 متر (به منظور کاهش بار محاسبات) بررسی شده است. پس از بررسی نتایج حاصل از مدل سازی و مقایسه درصد خطای نسبی مربوط به استفاده از هر کدام از توابع هموار مشخص شد که در هر دو تست آزمایشگاهی مدل سازی شده بیشترین دقت مربوط به تابع هموار اسپلاین مرتبه سوم می باشد. برای بررسی تاثیر فاصله اولیه بین ذرات در مدل سازی، مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی با تابع هموار اسپلاین درجه سوم به عنوان تابع هموار برتر، برای فواصل اولیه بین ذرات 003/0، 004/0، 006/0 و 008/0 متر برای دو مورد مسئله شکست سد انجام گرفته است. نتایج حاصل شده نشان می دهند که عملکرد روش عددی با کاهش فاصله اولیه بین ذرات (افزایش تعداد ذرات) ارتقا پیدا می کند، به طوریکه استفاده از فاصله اولیه 003/0 نسبت به 008/0 به طور متوسط 5/43 درصد پیشانی جبهه پیش روی و 7/93 درصد تغییرات ارتفاع سطح آب را بهبود بخشیده است.
    کلیدواژگان: جریان سطح آزاد، شکست سد، مدل سازی عددی، روش هیدرودینامیک ذرات هموارشده تراکم ناپذیر
  • محمد رحمانیان *، علیرضا حسین پور صفحات 171-187
     
    سابقه و هدف
    فرآیندهای ریزوسفری نقش مهمی در اجزای روی در خاک ها دارد. ریشه های گیاه توانایی تبدیل اجزای فلزات برای جذب آسان از طریق ترشحات ریشه در ریزوسفر را دارند. در این پژوهش، تاثیر EDTA، اسید سیتریک و عصاره کود مرغی بر جزءبندی روی در ریزوسفر ذرت رقم سینگل کراس 704 در دو خاک آلوده با بافت متفاوت بررسی شد.
    مواد و روش ها
    این تحقیق به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در شرایط گلخانه ای انجام شد و اسید سیتریک و EDTA در سطوح غلظتی صفر، 5/0 و 1 میلی مول بر کیلوگرم خاک و عصاره کود مرغی در سطوح غلظتی صفر، 5/0 و 1 گرم بر کیلوگرم خاک استفاده شدند. تعداد سه بذر ذرت در هر ریزوباکس کاشته شد. بعد از 10 هفته گیاهان برداشت شدند و خاک ریزوسفری و توده جدا شدند. کربن آلی محلول (DOC) ، کربن بیوماس میکروبی (MBC) و جزءبندی روی در خاک ریزوسفری و توده تعیین شدند.
    یافته ها
    نتایج نشان داد ویژگی های خاک ریزوسفری با خاک توده متفاوت بود. در هر دو خاک کربن آلی محلول و کربن بیوماس میکروبی در خاک ریزوسفری به صورت معنی داری (05/0p≤) از توده خاک بیشتر بود، در حالی که pH کاهش معنی داری (05/0p≤) در خاک ریزوسفری نسبت به خاک توده یافت. در خاک لوم شنی و لوم رسی میانگین اجزای روی تبادلی و پیوند شده با ماده آلی در خاک ریزوسفری کمتر از توده خاک و میانگین اجزاء روی پیوند شده با اکسیدهای آهن و منگنز، پیوند شده با کربنات ها و باقیمانده در خاک ریزوسفری بیشتر از توده خاک بود. در هر دو خاک در خاک های ریزوسفری و توده، بیشترین مقادیر روی به ترتیب در اجزاء پیوند شده با اکسیدهای آهن و منگنز، باقیمانده، پیوند شده با ماده آلی، پیوند شده با کربنات ها و تبادلی بود. در خاک لوم شنی و لوم رسی جذب روی اندام هوایی با روی پیوند شده با اکسیدهای آهن و منگنز (71/0r=) همبستگی معنی داری داشت. در خاک لوم شنی در کشت ذرت، بیشترین جذب روی اندام هوایی ذرت در خاک تیمارشده با 1 گرم عصاره کود مرغی بر کیلوگرم مشاهده شد. در خاک لوم رسی بیشترین جذب روی اندام هوایی ذرت در خاک تیمارشده با 5/0 گرم عصاره کود مرغی بر کیلوگرم مشاهده شد. در خاک لوم شنی تیمار 1 میلی مول EDTA بر کیلوگرم و در خاک لوم رسی تیمار 1 میلی مول اسید سیتریک بر کیلوگرم منجر به آزاد شدن بیشترین غلظت روی در جزء پیوند شده با اکسیدهای آهن و منگنز شد. نتایج مقایسه میانگین ها نشان داد میانگین اجزاء روی تبادلی و روی پیوند شده با اکسیدهای آهن و منگنز در خاک لوم شنی به صورت معنی داری (05/0p≤) بیشتر از خاک لوم رسی بود، در حالی که میانگین روی پیوند شده با ماده آلی و روی باقیمانده در خاک لوم رسی به صورت معنی داری (05/0p≤) بیشتر از خاک لوم شنی بود، که می توان آن را به ویژگی های متفاوت دو خاک نسبت داد.
    نتیجه گیری
    نتایج این پژوهش نشان داد که تغییرات فیزیکی، شیمیایی، و بیولوژیکی شرایط خاک ناشی از ریشه ذرت نه تنها منجر به کاهش اجزاء متحرک روی شد، بلکه منجر به تغییر در اجزاء باثبات روی در خاک نیز شد. از آنجایی که استفاده زیاد از حد کلات کننده ها می تواند باعث قابلیت استفاده بیشتر روی در خاک شود بدون این که جذب گیاه را افزایش دهد، لذا استفاده از سطوح غلظتی بالاتر توصیه نمی شود.
    کلیدواژگان: شکل های روی، ریزوسفر، کلات کننده، لوم شنی، لوم رسی
  • سهیلاسادات هاشمی* صفحات 189-205
     
    سابقه و هدف
    روی یکی از عناصر کم مصرف است که برای رشد بهینه انسان، حیوانات و گیاهان در غلظت های کم ضروری است. غلظت بالای عناصر سنگین در خاک ها، برای سلامتی اکوسیستم و بشر خطراتی را دارد. کانی های رسی نقش مهمی در تجمع، جذب و واجذب و به همان اندازه در فرآیندهای تبادل یون های فلزی دارد. قابلیت دسترسی این عناصر کمیاب بوسیله گیاهان بوسیله محتوی کانی رسی در خاک ها کاهش می یابد. هدف از این مطالعه بررسی جذب روی به وسیله اجزاء خاک در شرایط غرقاب و غیرغرقاب، در ارتباط با کانی شناسی آنها است.
    مواد و روش ها
    براساس مطالعات قبلی، 8 خاک رخ (چهار تا در شرایط غرقاب و چهارتا در شرایط غیرغرقاب) نمونه برداری و تشریح شدند و تمام خاک رخ ها در راسته اینسپتی سولز طبقه بندی شدند. برای این منظور، 8 نمونه خاک سطحی (0-30 سانتی متر) جمع آوری شد. نمونه ها هواخشک شدند و از الک 2 میلی متری رد شدند و آزمایشات فیزیکی و شیمیایی آن ها انجام شد. سه جزء شن، سیلت و رس در خاک های مورد مطالعه تفکیک شدند و مقدار کانی ها در جزء شن، سیلت و رس تعیین شد. مطالعات جذب روی به وسیله اضافه کردن 8 میزان روی از 100 تا 3000 میکرومول در محلول زمینه ای 01/0 مولار NaNO3 در جزء های شن، سیلت و رس انجام شد و تا 24 ساعت شیک شدند. داده های به دست آمده برای جذب روی در نمونه های متفاوت به معادلات فروندلیچ، لانگ مویر و تمکین برازش داده شدند.
    یافته ها
    نتایج مطالعه نشان داد که مقدار جذب روی با افزایش در غلظت روی در محلول افزایش یافته است. جذب روی در جزء رس و سیلت نسبت به جزء شن خیلی بیشتر بوده است. نتایج نشان داد که معادله فروندلیچ (95/0= (r2 برازش بیشتری نسبت به دیگر معادلات در شرایط غرقاب و غیرغرقاب داشته است. KF فروندلیچ، نشان دهنده میزان جذب در غلظت تعادلی روی بوده است و در جزء رس خاک غرقاب، میانگین آن (5/9668) از جزء سیلت (7/4682) و شن (2666) بیشتر است. میزان KF فروندلیچ در جزء رس در خاک های غیرغرقاب به طور میانگین برابر 8313 ، در جزء شن 5/5982 و در جزء سیلت برابر 7/2991 بدست آمد. نتایج نشان داد که بین میزان روی جذب شده و محتوی رس در تمامی نمونه ها در سطح 5% ، همبستگی معنی دار است (*n=8, r= 0. 73). حضور کانی ورمی کولایت در خاک های غرقاب دلیل جذب بالای روی است (n=8, r2=0. 768*) ، در حالی که کانی های اسمگتیت و پالی گورسکایت (*n=8, r= 0. 85) در خاک های غیرغرقاب بر جذب روی اثرگذارند. در جزء سیلت کانی های حدواسط از قبیل ایلیت-ورمی کولیت، ایلیت-اسمکتیت (n= 8, r= 0. 77*) و مقدار کمی از کلسیت، فاکتورهای اصلی در جذب روی هستند. وجود کوارتز و فلدسپار در جزء شن جذب روی را کاهش دادند. اما وجود کلسیت و دولومیت (n= 8, r= 0. 96*) در این جزء جذب روی را افزایش داد.
    نتیجه گیری
    به طور کلی، نتیجه گیری می شود که نوع و مقدار نسبی کانی ها در اجزاء خاک یکی از فاکتورهای موثر در جذب عنصر روی می باشند. حضور کانی ورمی کولایت در خاک غرقاب و رس اسمگتیت و پالی گورسکایت در خاک غیرغرقاب از کانی های مهم در جذب روی هستند. کلسیت کانی مهم در جزء شن و سپس سیلت در جذب است.
    کلیدواژگان: جذب، ورمی کولایت، اسمگتیت، اینسپتی سولز
  • رسول قبادیان *، آتنا حاضری، سید احسان فاطمی صفحات 207-224
     
    سابقه و هدف
    امروزه جوامع بشری هزینه های بسیاری را برای به حداکثر رساندن سود و به حداقل رساندن هزینه صرف می کنند. مسئله انتخاب قطرهای مناسب و تعیین هد پمپاژ بهینه در شبکه های آبیاری تحت فشار به گونه ای که بتواند با صرف حداقل هزینه ها، کلیه محدودیت های موردنظر شبکه را ارضا نماید، سالهاست که مورد توجه مهندسین است و از مباحث مهم تحقیقاتی می باشد. تاکنون تحقیقات بسیاری در زمینه ی بهینه سازی شبکه های آبیاری تحت فشار به منظور کاهش دادن هزینه این زیرساخت ها اختصاص یافته است. در این تحقیقات غالبا بهینه سازی شبکه آبیاری تحت قشار با استفاده از کد های آماده و یا جعبه ابزار های متداول الگوریتم های تکاملی که با مدل های هیدرولیکی تلفیق شده اند انجام شده است. در این تحقیق یک کد بهینه سازی به زبان ویژوال بیسیک بر مبنای جستجوی ژنتیکی اعداد صحیح توسعه داده شده است که درآن طراحی بهینه شبکه اصلی و نیمه اصلی آبیاری تحت فشار با آرایش درختی و با در نظر گرفتن محدودیت های سرعت و فشار انجام می شود.
    مواد و روش ها
    در کد توسعه داده شده در این تحقیق که مبتنی بر یکی از قدرت مندترین روش های بهینه سازی یعنی جستجوی ژنتیکی می باشد به هر یک از قطر های موجود در بازار یک عدد صحیح اختصاص داده می شود. سپس جهت تعیین مقادیر بهینه، با انجام عملیات تقاطع، جهش و جایگزینی با رویکرد نخبه گرایی بر روی مجموعه کروموزوم ها عدد صحیح موردنظر برای هر لوله انتخاب می شود. اطلاعات خروجی از مدل شامل قطرهای بهینه و مینیمم هزینه ی اجرای شبکه ی آبیاری می باشد. صحت سنجی و واسنجی مدل با مقایسه ی نتایج آن با نتایج چندین مسئله غیر خطی مقید که دارای راه حل های تحلیلی هستند و جواب آنها بادقت مناسب در اختیار می باشد انجام شد. در انتها از مدل پیشنهادی برای طراحی بهینه شبکه اسماعیل آباد واقع در استان لرستان استفاده شده است.
    یافته ها
    نتایج این تحقیق نشان داد در مقایسه با طراحی دستی و شرایط موجود روش طراحی بهینه بر مبنای جستجوی ژنتیکی اعداد صحیح می توانست هزینه اجرای خطوط لوله شبکه آبیاری تحت فشار اسماعیل آباد را از 28/825935 دلار به 37/730958 دلار کاهش دهد.
    نتیجه گیری
    مدل تهیه شده قابلیت حل مسائل مختلف بهینه سازی خطی و غیرخطی مقید را دارد و نتایج به دست آمده از مدل با نتایج حل تحلیلی کاملا برابر است. در این تحقیق سعی گردید که مدل نوشته شده از لحاظ کاربردی و در مقیاس بزرگ نیز مورد بررسی قرار گیرد بدین منظور طراحی شبکه آبیاری تحت فشار اسماعیل آباد واقع در استان لرستان به عنوان یک نمونه ی واقعی توسط آن انجام شد. نتایج محاسبات نشان داده شد در صورت استفاده از مدل بهینه سازی تهیه شده در این تحقیق، هزینه اجرای خطوط لوله شبکه 5/11 درصد می توانست کاهش یابد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، جستجوی ژنتیکی، اعداد صحیح، آبیاری بارانی، شبکه اسماعیل آباد
  • زینب محکمی *، فاطمه بی درنامنی، محمد فروزنده، زهرا غفاری مقدم صفحات 225-242
     
    سابقه و هدف
    آلودگی خاک با فلزات سنگین یکی از مشکلات زیست محیطی عمده در جوامع بشری است و با انتقال این عناصر سمی از طریق تولیدات گیاهی به انسان، سلامتی افراد جامعه به خطر می افتد. یکی از روش های نوین و کم هزینه برای پالایش خاک های آلوده، استفاده از گیاهان میباشد. گیاه پالایی یک تکنولوژی در حال ظهور است که با بهره گیری از گیاهان و سپس ریزجانداران موجود در ریزوسفر برای حذف کردن، تغییر دادن یا محدود کردن مواد شیمیایی سمی در خاک، رسوبات، آبهای زیرزمینی، آبهای سطحی و حتی اتمسفر استفاده می شود. هدف از این تحقیق بررسی توانایی پالایش خاک از عناصر سرب و کادمیم توسط گیاه دارویی آویشن دنایی با حضور قارچ مایکوریزا بود.
    مواد و روش ها
    این پژوهش در شرایط گلخانه ای به صورت فاکتوریل با دو فاکتور اجرا شد. فاکتور اول: فلز سنگین شامل چهار سطح: سرب (100میلیگرم بر کیلوگرم) ، کادمیم (15میلیگرم بر کیلوگرم خاک) ، کاربرد همزمان کادمیم + سرب و شاهد (صفر) و تیمار قارچی (در پنج سطح: G. intraradices، G. Mosseae،G. fasciculatum ، کاربرد همزمان هر سه گونه و شاهد- عدم تلقیح-) در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی و در 3 تکرار انجام شد.
    یافته ها
    نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد قارچهای میکوریزا اثر معناداری بر غلظت سرب و کادمیم در شاخساره و ریشه گیاه آویشن دنایی داشتند. طبق نتایج این پژوهش در خاک آلوده به کادمیم (سطح 15 میلیگرم کادمیم بر کیلوگرم خاک) ، بیشترین غلظت کادمیم در شاخساره گیاه (62/1 میلیگرم در کیلوگرم وزن خشک گیاه) در بستر آلوده به کادمیم و همزیست با G. mosseae و در ریشه (56/1 میلیگرم در کیلوگرم وزن خشک گیاه) در تیمار G. fassiculatum بدست آمد. در خاک آلوده به سرب (سطح 100 میلیگرم سرب بر کیلوگرم خاک) ، بیشترین غلظت سرب در ریشه گیاه (103/9 میلیگرم بر کیلوگرم وزن خشک گیاه) در تیمار G. fassiculatum بدست آمد و در شاخساره (36/6 میلیگرم بر کیلوگرم وزن خشک گیاه) ، در تیمار G. fassiculatum حاصل شد.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان دهنده توانایی زیاد گیاه دارویی آویشن دنایی برای جذب فلزات سنگین از خاک های آلوده است. تجمع بیشتر سرب در ریشه آویشن دنایی نسبت به شاخساره از یافته های دیگر این پژوهش بود. بر اساس نتایج، این گیاه قادر است مقادیر قابل توجهی از سرب و کادمیم بستر را جذب نموده و در ریشه تجمع دهد یا به شاخساره انتقال دهد و با دارا بودن این مکانیسم برای گیاه جذبی کادمیم و سرب در فناوری گیاه پالایی مناسب میباشد. مصرف قارچهای میکوریزا به ویژه G. fassiculatum و G. mosseae نیز می تواند کارآیی گیاه پالایی خاک آلوده به کادمیم و سرب را بهبود بخشد.
    کلیدواژگان: گیاه پالایی، کادمیم، سرب، قارچ میکوریزا
  • حسین خیرفام، سیدحمیدرضا صادقی *، بهروز زارعی دارکی، مهدی همایی صفحات 243-257
     
    سابقه و هدف
    دست یابی به توسعه ی پایدار بدون حفاظت از منابع خاک و آب و کاهش تخریب اراضی امکان پذیر نمی باشد. از طرفی در اراضی با تراکم محدود پوشش گیاهی، پوسته های زیستی خاک تشکیل شده در اثر فعالیت ریزموجودات خاک زی نقش مهمی در حفظ و بهبود شرایط پایداری خاک دارند. از آن جایی که پوسته های زیستی در اراضی تخریب شده توسعه مناسبی نداشته، لذا جدیدا احیاء این پوسته ها با ایجاد شرایط مناسب برای افزایش فعالیت ریزموجودات خاک زی از طریق کاربرد فناوری های نوین زیستی از قبیل کاربرد محرک های غذایی ریزموجودات خاک زی مورد توجه قرار گرفته است. البته، اثرگذاری سریع و پایدار راه کارهای حفاظتی خاک از معیارهای مهم در انتخاب اقدامات مدیریتی بوده که در این راستا پژوهش حاضر با هدف کارایی سنجی یک نوع تزریق ماده ی محرک غذایی باکتری های خاک زی با نام B4 به عنون افزودنی کاملا زیستی در کاهش هدررفت خاک و رواناب در شرایط آزمایشگاهی و مقیاس کرت های کوچک فرسایشی برنامه ریزی شد.
    مواد و
    روش
    خاک مورد مطالعه از دامنه های حساس به فرسایش و تخریب شده منطقه ی مرزن آباد-کندلوس واقع در حوزه ی آبخیز چالوس رود و غرب استان مازندران تهیه شده و پس از آماده سازی آن، کرت های آزمایش (به ابعاد 5/0 متر و حجم کلی 125/0 مترمکعب) مطابق با لایه بندی، دانه بندی و جرم مخصوص ظاهری منطقه مادری خاک با بافت سیلتی-رسی-لومی پر شدند. ماده ی محرک غذایی (B4) نیز به ترتیب با ترکیب 15، چهار و پنج گرم بر لیتر استات کلسیم، عصاره ی مخمر و دکستروز آماده شده و از طریق اسپری سطحی روی کرت ها تزریق شد. برای انجام آزمایش مذکور، دو تیمار تزریق B4 و شاهد با سه تکرار مد نظر قرار گرفت. در نهایت پس از 15 روز، مطابق با ویژگی باران های خیلی فرساینده منطقه مادری، شبیه سازی باران به مدت 100 دقیقه و شدت 50 میلی متر در ساعت در محل آزمایشگاه شبیه ساز باران و فرسایش دانشگاه تربیت مدرس روی کرت های آزمایش به تعداد شش عدد و با طرح کاملا تصادفی انجام و مولفه های هدررفت خاک و رواناب اندازه گیری شد.
    یافته ها
    مقایسه آماری نتایج نشان داد که تزریق B4 با تحریک تکثیر باکتری های خاک زی و در نتیجه ی اثرگذاری باکتری ها روی برخی ویژگی های خاک باعث بهبود مولفه های هدررفت خاک و رواناب شد که در این میان میزان اثرگذاری آن روی کاهش هدررفت خاک بیش تر از رواناب سطحی بود. به گونه ای که زمان شروع و زمان تا اوج رواناب در تیمار شاهد (بدون تزریق) به ترتیب از 83/24 به 22/49 دقیقه و از 66/78 به 66/92 دقیقه در تیمار تزریق B4 به صورت معنی دار (05/0p<) افزایش یافت. هم چنین حجم و مقدار اوج رواناب، هدررفت خاک و غلظت رسوب در تیمار تزریق B4 با کاهش معنی دار (01/0p<) و به ترتیب 88، 92، 95 و 35 درصدی نسبت به تیمار شاهد، 66/275 و 66/18 میلی لیتر و 49/0 گرم و 79/1 گرم بر لیتر اندازه گیری شد.
    نتیجه گیری
    بر اساس یافته های پژوهش حاضر، احیاء و غنی سازی پوسته های زیستی خاک در اراضی تخریب شده و بدون پوشش گیاهی از طریق تحریک و افزایش جمعیت ریزموجودات خاک زی با استفاده از محرک های غذایی ریزموجودات از قبیل B4 به عنوان راه کاری زیستی، کارا و زودبازده در حفاظت منابع خاک و آب ارزیابی شد. هرچند انجام پژوهش های تکمیلی در راستای دستیابی به راهکارهای مطمئن با کاربرد سایر محرک های میکروبی و ارزیابی ماندگاری آن های در طی بارش های متوالی و در طول زمان ضروری می باشد.
    کلیدواژگان: افزودنی های خاک، اصلاح زیستی خاک، حفاظت خاک و آب، زیست فناوری خاک، ریزموجودهای خاک زی
  • حامد رضایی، لیلا اسمعیل نژاد *، سعید سعادت، پریسا ملکی صفحات 259-274
     
    سابقه و هدف
    گیاهان از جمله برنج برای تامین نیاز عناصر غذایی خود به مصرف کود احتیاج دارند تا تولید بیشتر در واحد سطح فراهم شود. برای این منظور شناسایی مقادیر عناصر پرمصرف در خاک و تهیه نقشه مناسب آن‎ها ضروری است. ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) خاک به عنوان شاخص مهمی از کیفیت حاصل خیزی و ظرفیت توقیف آلاینده‎های خاک و ویژگی‎های ازت، فسفر و پتاسیم به‎عنوان عناصر پرمصرف تغذیه گیاه محسوب می‎شود. این پژوهش با هدف برآورد و پهنه‎بندی خصوصیات مورد نظر انجام شد تا نتایج و نقشه‎های به دست آمده بتواند در مدیریت بهینه مصرف کودها و کنترل آلاینده‎های منابع آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد.
    مواد و روش‎ها: منطقه مورد مطالعه با وسعت حدود 40000 هزار هکتار، جزء نواحی مرکزی استان گیلان می‎باشد. تعداد 247 نمونه خاک از عمق 30-0 سانتی‎متری برداشت شد. مقادیر ویژگی‎های CEC، ازت کل، فسفر و پتاسیم نمونه‎های خاک مشخص و آماره‎های توصیفی آن‎ها تعیین شد. بررسی توزیع نرمال داده‎ها با استفاده از آزمون کولموگروف-اسمیرنوف صورت گرفت. داده هایی که دارای توزیع نرمال نبود، با تبدیل‎های مناسب، نرمال شدند. قبل از استفاده از روش درون یابی، آزمون روند و ناهمسانگردی انجام شد. نیم‎تغییرنما با روش کریجینگ معمولی محاسبه و نقشه‎ها ترسیم گردید.
    یافته‎ها و بحث: مقدار پتاسیم از 78 تا 5/269 با میانگین 03/192 میلی‎گرم بر کیلوگرم، فسفر از 3/2 تا 56 با میانگین 51/16 میلی‎گرم بر کیلوگرم، مقدار ازت کل از 02/0 تا 8/0 با میانگین 26/0 درصد و CEC از 6/10 تا 1/47 با میانگین 72/26 سانتی‎مول‎بار بر کیلوگرم متغیر بود. مدل برازش شده بر نیم‎تغییرنمای ازت کل نمایی و ویژگی‎های فسفر، پتاسیم و CEC کروی بود. ضریب تبیین (R2) مدل‎ها دارای ارزش زیاد و نسبت اثر قطعه‎ای به آستانه کمتر از 25 درصد است. این مشخصات نشان می‎دهد که نیم‎تغییرنمای ویژگی‎ها دارای ساختار مکانی قوی است. پس از تعیین نیم‎تغییرنمای تجربی ویژگی‎ها، نقشه برآورد مقادیر آن‎ها با استفاده از روش کریجینگ معمولی تهیه شد. مقادیر معیارهای ارزیابی R2، RMSE و MAE برای پتاسیم 79/0، 84/27 و 106/0، فسفر 73/0، 17/8 و 63/4، ازت کل 72/0، 059/0 و 025/0 و ظرفیت تبادل کاتیونی 76/0، 06/4 و 09/3 به دست آمد. دقت نقشه‎های تهیه شده با توجه به مقادیر R2، RMSE و MAE قابل قبول بود. با دقت در نقشه‎های پهنه‎بندی، پراکنش مکانی مقدار پتاسیم در نواحی شمال‎غرب، غرب و مرکزی منطقه مورد مطالعه خوب بوده و بیشتر در شمال‎شرق و جنوب دارای کمبود می‎باشد. مقادیر فسفر و ازت در نواحی مرکزی تا شمال مناسب بوده و در جنوب منطقه دارای کمبود هستند. با توجه به نقشه‎ ازت و فسفر خاک، مصرف بیش از حد بهینه کودهای نیتراته و فسفره باعث آلودگی آب‎های زیرزمینی می‎شود. همچنین مصرف کودهای پتاسه در اراضی با مقادیر زیاد CEC، باعث تثبیت آن می‎شود که دقت در نقشه CEC و مصرف در موقع نیاز گیاه، این مشکل را مرتفع می‎سازد. بنابراین توجه دقیق به مقادیر این پارامترها در نقشه‎ها و حدود بحرانی و بهینه آن‎ها، می‎تواند، مصرف کودها را به‎طور قابل ملاحظه‎ای مدیریت بهینه کرده، از تحمیل هزینه‎های اضافی به کشاورز و آلودگی منابع آب زیرزمینی جلوگیری نماید.
    نتیجه‎گیری: بررسی عناصر اصلی ازت، فسفر، پتاسیم و CEC در شناخت کیفیت حاصلخیزی خاک دارای اهمیت است. برای این منظور نقشه‎های پراکنش مکانی پارامترهای ذکر شده با تعیین نیم‎تغییرنمای تجربی با ساختار مکانی قوی، با استفاده از روش کریجینگ تهیه شد. معیارهای R2، RMSE و MAE نشان داد که دقت نقشه‎های پهنه‎بندی قابل قبول است. پراکنش مکانی مقدار پتاسیم در نواحی شمال‎غرب، غرب و مرکزی منطقه مورد مطالعه مناسب بوده و غالبا در شمال‎شرق و جنوب دارای کمبود می‎باشد. همچنین مقادیر فسفر و ازت در نواحی مرکزی تا شمال خوب بوده و در جنوب منطقه دارای کمبود هستند.
    کلیدواژگان: کریجینگ، NPK، CEC، خاک شالیزار، گیلان
  • مهرناز حق دادی *، غلام علی حشمتی، مژگان سادات عظیمی صفحات 275-290
     
    سابقه و هدف
    مزایای متعددی که انسان ها از اکوسیستم ها بدست می آورند را خدمات اکوسیستم می نامند. این خدمات دارای طیف گسترده ای هستند و یکی از باارزش ترین آن ها خدمات تولید آب است. تولید آب به معنای مجموع میانگین بلند مدت جریان سالانه رودخانه ها و تغذیه سفره های آب زیرزمینی بوسیله بارش می باشد. با توجه به بهره برداری های مختلف از اراضی و تفاوت در میزان تولید آب در هر یک از این کاربری ها برآورد و پیش بینی تولید آب هر یک از این اراضی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لذا هدف از این مطالعه بررسی و نقشه سازی میزان تولید آب در کاربری های مختلف اراضی از جمله مرتع، کشاورزی، مناطق مسکونی، زمین بایر و ذخیره گاه ارس است تا بتوان بوسیله آن تصمیمات مدیریتی مناسب تر در راستای توان منطقه اتخاذ کرد و توان هر کاربری اراضی در میزان تولید آب را مشخص کرد.
    مواد و روش ها
    این تحقیق در حوزه آبخیز دلیچای که از زیرحوزه های شمالی حوزه آبخیز حبله رود واقع در استان تهران است، انجام شد. تولید رواناب در این مدل بر پایه منحنی بادیکو محاسبه گردید که در واقع میزان رواناب هر پیکسل را از بارش منهای بخشی از آب که تبخیر و تعرق می شود، مشخص می کند. داده های مورد نیاز این مدل شامل نقشه های مرز حوزه، بارش، تبخیر و تعرق پتانسیل، عمق خاک، آب قابل دسترس گیاه و کاربری های اراضی و پوشش گیاهی و همچنین یک جدول خصوصیات بیوفیزیکی می باشد که در نرم افزار InVEST 3. 3. 2 وارد شده و بوسیله آن به مدل و نقشه سازی میزان تولید آب پرداخته شد.
    یافته ها
    پس از وارد کردن داده های مورد نیاز مدل و همچنین مقایسه نتایج اولیه بدست آمده با داده های واقعی در خروجی حوزه، اقدام به کالیبراسیون مدل توسط پارامتر هیدروژئولوژیکی Z گردید و در نهایت نتایج نهایی پس از کالیبراسیون بدست آمد. طبق نتایج میزان تولید رواناب در کل حوزه آبخیز دلیچای به طور سالانه حدود 42 میلیون متر مکعب است. نتایج مربوط به کاربری های مختلف نشان دهنده این است که بیشترین میزان تولید رواناب در کاربری ها با مقدار 992/2923 متر مکعب در هکتار مربوط به زمین های بایر بوده و پس از آن کاربری مناطق مسکونی و مرتع با مقدار 408/2370 و 36/1263 متر مکعب در هکتار بترتیب بیشترین مقدار را داشتند. همچنین کمترین میزان تولید رواناب مربوط به ذخیره گاه ارس با مقدار 04/459 متر مکعب در هکتار بوده است.
    نتیجه گیری
    نتایج این تحقیق نشان داد که مدل InVEST با وجود اینکه از اطلاعات نسبتا کم و قابل دسترسی استفاده می کند، کارایی بالایی دارد و به وسیله آن می توان خدمات اکوسیستم را نقشه سازی کرد و در تصمیمات مدیریتی از آن استفاده کرد. عوامل فیزیوگرافی و اقلیمی تاثیر فراوانی بر میزان تولید رواناب در سطح حوزه آبخیز دارند که می توان از بین این عوامل ارتفاع و بارش را تاثیر گذارترین آن ها نامید. البته نبابد از تاثیر نوع پوشش گیاهی و میزان آن نیز بر تولید رواناب چشم پوشی کرد. لذا با توجه به اهمیت فراهم سازی آب و مشکلات موجود در تامین آب برای مردم ساکن در منطقه با استفاده از این مدل یا سایر مدل ها می توان برآورد نسبی از میزان رواناب جاری شده و نقش پوشش گیاهی در کاهش آن داشت.
    کلیدواژگان: خدمات اکوسیستم، کاربری اراضی، مدل InVEST، تولید آب
  • ناهید رضایی، فاطمه رزاقی *، علیرضا سپاس خواه، سیدعلی اکبر موسوی صفحات 291-305
     
    سابقه و هدف
    شوری از مهم ترین و جدی ترین تنش های محیطی بوده که عاملی تعیین کننده در کاهش محصول گیاهان زراعی به شمار می رود. خاک هایی که تحت تاثیر شوری قرار می گیرند معمولا به دلیل کمبود ماده آلی، ساختمان ضعیفی دارند. از این رو افزودن مواد آلی می تواند سبب بهبود پایداری خاکدانه های خاک، افزایش تخلخل خاک و بهبود ظرفیت نگهداری آب خاک شود. بیوچار نوعی ماده آلی غنی از کربن می باشد که از سوزاندن بقایای گیاهی و فضولات حیوانی در شرایط دمای زیاد و اکسیژن کم تولید می شود. استفاده از بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک، سبب افزایش حاصلخیزی و بهبود کیفیت خاک می گردد. لذا هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر سطوح مختلف شوری آب آبیاری و بیوچار حاصل از کاه و کلش گندم بر برخی ویژگی های شیمیایی خاک لوم شنی پس از برداشت گندم می باشد.
    مواد و روش ها
    آزمایش گلخانه ای به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی با 4 تیمار شوری آب آبیاری (5/0، 5، 7 و 9 دسی زیمنس بر متر) و 4 سطح بیوچار (صفر، 25، 50 و 75 مگاگرم در هکتار) و در سه تکرار انجام شد. خاک مورد استفاده در این پژوهش دارای بافت لوم شنی با وزن مخصوص ظاهری 53/1 گرم بر سانتی متر مکعب، هدایت الکتریکی عصاره اشباع برابر با 66/0 دسی زیمنس بر متر و ظرفیت نگهداری آب در حد ظرفیت مزرعه ای و پژمردگی دایم به ترتیب برابر با 21 و 8 درصد حجمی بود. بیوچار از بقایای گندم در دمای 500 درجه سلسیوس و در شرایط بدون اکسیژن تهیه شد. پس از برداشت گیاه گندم (رقم شیراز) ، ویژگی های شیمیایی خاک (مانند غلظت سدیم، کلسیم و پتاسیم، هدایت الکتریکی عصاره اشباع و نسبت جذبی سدیم) در دو لایه 0-10 و 10-20 سانتی متری اندازه گیری شدند. تجزیه و تحلیل آماری داده ها با نرم افزار SAS انجام شد. مقایسه بین اثر تیمارها بر ویژگی های مورد مطالعه با آزمون دانکن و در سطح احتمال 95 درصد انجام شد.
    یافته ها
    به طور کلی، نتایج نشان داد که غلظت سدیم، پتاسیم و کلسیم، قابلیت هدایت الکتریکی و نسبت جذبی سدیم در لایه 0-10 سانتی متری با اعمال بیشترین سطح بیوچار (75 مگاگرم در هکتار) نسبت به سطح صفر بیوچار به ترتیب سبب افزایش 1/1 و 8/143، 2/2، 1/2 و 8/0 برابری و با اعمال بیشترین سطح شوری (9 دسی زیمنس بر متر) نسبت به سطح شاهد (5/0 دسی زیمنس بر متر) به ترتیب سبب افزایش 8/14 و 6/1، 6/8، 1/2 و 4/5 برابری گردید. غلظت عناصر اندازه گیری شده، هدایت الکتریکی عصاره اشباع و نسبت جذبی سدیم در لایه 0-10 به دلیل تبخیر از لایه سطحی خاک، و بالاتربودن ظرفیت نگهداری آب بواسطه حضور بیوچار بیشتر از 10-20 سانتی متری بوده است. از طرف دیگر، بالا بودن هدایت الکتریکی عصاره اشباع بیوچار تولیدی (5/7 دسی زیمنس بر متر) نسب به خاک (7/0 دسی زیمنس بر متر) و همچنین تجمع بیشتر عناصر در خاک (از آنجایی که آبی از انتهای گلدان ها خارج نشد) سبب افزایش هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک در تیمارهای حاوی بیوچار و در هر دولایه گردیده است.
    نتیجه گیری
    هرچند که خود بیوچار به واسطه شور بودن سبب افزایش شوری خاک و سایر ویژگی های شیمیایی خاک گردیده است، افزایش بیوچار به بیش از 25 مگاگرم در هکتار تا حدودی شدت اثرات منفی ناشی از افزایش شوری را کاسته است. از طرف دیگر، با توجه به افزایش میزان پتاسیم در حضور بیوچار، می توان از آن به عنوان اصلاح کننده خاک هایی که دارای کمبود پتاسیم هستند، استفاده نمود. در نتیجه می توان استفاده از بیوچار (با شوری کم) در سطوح کمتر از 25 مگاگرم بر هکتار را با توجه به قابلیت های این ماده به عنوان اصلاح کننده خاک پیشنهاد نمود، به نحوی که استفاده از آن اقتصادی باشد.
    کلیدواژگان: پتاسیم، سدیم، کلسیم، قابلیت هدایت الکتریکی و نسبت جذبی سدیم
  • خلیل قربانی * توحید علی قلی نیا_نگار رسولی مجد صفحات 307-320
     
    سابقه و هدف
    دقیق ترین روش برآورد تبخیر-تعرق، استفاده از لایسیمتر وزنی است، اما از آنجا که احداث این نوع لایسیمتر هزینه بسیار زیادی را به همراه دارد، بیشتر از روش های تجربی برای برآورد تبخیر-تعرق استفاده می شود و نتایج آن با روش مرجع برآورد تبخیر-تعرق (فائو پنمن-مانتیث) مقایسه می شود. بنابراین هدف اصلی تحقیق حاضر، مقایسه دقت 20 مدل تجربی برآورد تبخیر-تعرق مرجع و ارائه بهترین روش تجربی در شهرستان های رشت، ساری و گرگان در شمال ایران ودر نوار ساحلی دریای خزر می باشد.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش، مطالعه تطبیقی بین روش فائو پنمن-مانتیث با 20 روش تجربی برآورد تبخیر-تعرق پتانسیل در یک دوره زمانی 10 ساله از سال 1386 تا 1395 در ایستگاه های رشت، ساری و گرگان در نوار ساحلی دریای خزر صورت گرفت. ایستگاه ها به دلیل تنوع اقلیمی از اقلیم مرطوب تا مدیترانه ای انتخاب شدند. ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ، خطای میانگین (MAE) و درصد خطای تخمین (PE) برای ارزیابی دقت این روش ها مورد استفاده قرار گرفتند.
    یافنه های تحقیق:نتایج نشان داد مقادیر روزانه تبخیر-تعرق بدست آمده از روش روزانی به مقادیر بدست آمده با روش فائو پنمن-مانتیث نزدیکتر بود به طوری که برای مدل مذکور مقادیر شاخص های RMSE، MAE و PE به ترتیب با 77/0، 54/0 میلی متر بر روز و 60/21 % در ایستگاه رشت، 8/0، 39/0- میلی متر بر روز و 40/9 % در ایستگاه ساری و 99/0، 42/0- میلی متر بر روز و 88/9 % در ایستگاه گرگان، به دست آمدند. همچنین نتایج حاکی از عملکرد پایین مدل روماننکو می باشد. در مجموع در اقلیم های مورد مطالعه، مدل های روزانی و همکارن، برتی و همکاران، هارگریوزسامانی، اسکندل، ایرماک و همچنین مدل والینتزانس عملکرد مطلوب تری در برآورد تبخیرتعرق مرجع داشتند.
    نتیجه گیری
    این مطالعه نشان داد که دقت مدل ها در برآورد تبخیرتعرق نسبت به مدل مبنا (فائو پنمن-مانتیث) در ایستگاه رشت بیش از ساری و در ایستگاه ساری بیش از گرگان می یابد. در بین معادلات مورد بررسی، معادلات بر پایه انتقال جرم مانند ترابرت و ماهرینگر، دارای عملکرد نسبی نامطلوبی در بین مناطق ساحلی می باشند. بنابراین در هنگام استفاده از مدل های تجربی و کاربرد آنها در برآورد تبخیرتعرق باید به این نکته توجه کرد که این مدل ها در شرایط اقلیمی متفاوت می توانند نتایج متغیری از خود نشان دهند و الزاما هیچ مدلی به طور قطعی نمی تواند به عنوان مبنا در تمامی مناطق ساحلی مورد استفاده قرار گیرد.
    این مطالعه نشان داد که دقت مدل ها در برآورد تبخیرتعرق نسبت به مدل مبنا (فائو پنمن-مانتیث) در ایستگاه رشت بیش از ساری و در ایستگاه ساری بیش از گرگان می یابد. در بین معادلات مورد بررسی، معادلات بر پایه انتقال جرم مانند ترابرت و ماهرینگر، دارای عملکرد نسبی نامطلوبی در بین مناطق ساحلی می باشند. بنابراین در هنگام استفاده از مدل های تجربی و کاربرد آنها در برآورد تبخیرتعرق باید به این نکته توجه کرد که این مدل ها در شرایط اقلیمی متفاوت می توانند نتایج متغیری از خود نشان دهند و الزاما هیچ مدلی به طور قطعی نمی تواند به عنوان مبنا در تمامی مناطق ساحلی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تبخیر-تعرق مرجع، روش های تجربی، فائو-پنمن-مانتیث، مناطق ساحلی
  • گزارش کوتاه علمی
  • بیژن نظری، فرشته بتوخته *، مهدی محمدی قلعه نی، بهنام آبابایی صفحات 321-330
     
    سابقه و هدف
    از مسائل مطرح در مدیریت آب در حوضه های آبریز، برآورد میزان تولید رسوب هر یک از زیرحوضه ها است. تعیین حجم ماهانه و سالانه جریان و رسوب رودخانه های بالادست سد های مخزنی، در مراحل طراحی و بهره برداری این مخازن، اهمیت قابل توجهی دارند. پیشرفت تکنولوژی نرم افزارهای رایانه ای و شناخت فرآیندهای فرسایش و رسوب و تشخیص نسبی عوامل موثر بر آن، امکان استفاده از انواع مدل های ریاضی را فراهم نموده است. از آنجا که نتایج حاصل از بعضی از مدل ها با مقادیر واقعی تطبیق داشته، از اینرو استفاده از مدل های فرسایش و رسوب در مطالعات حوزه آبخیز افزایش یافته است. به منظور برآورد حجم ماهانه و سالانه جریان و رسوب در زیرحوضه سد گراتی، مدل SWAT بکار گرفته شد. مدل SWAT یک مدل جامع و کامل در مقیاس حوضه ای می باشد که برای پیش بینی تاثیر روش های مدیریتی متفاوت بر جریان، رسوب، عناصر غذایی و بیلان مواد شیمیایی در حوضه هایی با خاک، کاربری اراضی و شرایط مدیریتی متفاوت برای دوره های زمانی طولانی ارائه شده است.
    مواد و
    روش
    جهت مدلسازی حوضه مطالعاتی از داده های و نقشه های مختلفی استفاده می گردد اطلاعات و داده های ورودی مدل شامل نقشه مدل رقومی ارتفاع (DEM) ، نقشه کاربری اراضی، نقشه خاک و داده های هواشناسی شامل بارندگی، حداقل و حداکثر درجه حرارت روزانه ، سرعت باد و رطوبت هوا می باشد. جهت واسنجی و صحت سنجی مدل از نرم افزار SWAT-CUP استفاده شد که دارای روش های متنوعی از جمله الگوریتم SUFI2 برای واسنجی پارامترها می باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از آمار مشاهده شده ماهانه دبی و رسوب در حوضه مورد مطالعه و با استفاده از پارامترهای فیزیکی، ارقام برآورد شده توسط مدل SWAT کالیبره گردید، سپس اقدام به ارزیابی مدل SWAT شد. برای واسنجی مدل دربرآورد رواناب آمار سال های 2001-1986 (16 سال) از ایستگاه بیدواز اسفراین و سال های 2009-2004 (6 سال) از ایستگاه قلعه سفید و برای مرحله صحت سنجی از آمار سال های 2005-2002 (4 سال) در ایستگاه بیدواز اسفراین و سال های 2011-2010 (2 سال) در ایستگاه قلعه سفید استفاده شده است. همچنین داده های بار رسوب در سال های 2011-2009 (3 سال) در ایستگاه قلعه سفید اندازه گیری شده اند. بار رسوبی اندازه گیری شده حداقل در یک روز از هر ماه سال اندازه گیری شده است. به عبارتی برای هر ماه از سال حداقل یک داده اندازه گیری رسوب اندازه گیری و در مدل استفاده شده است.
    یافته ها
    نتایج مرحله واسنجی مدل شبیه سازی با دقت قابل قبولی را برای دبی ماهانه در ایستگاه های بیدواز اسفراین و قلعه سفید نشان داد به طوریکه مقادیر پارامتر های میانگین مجذور خطا (MSE) ، ضریب همبستگی (R2) و پارامتر ناش- ساتکلیف ( (NS برای دبی ماهانه در ایستگاه بیدواز اسفراین به ترتیب برابر 516/0، 87/0 و 64/0، برای دبی در ایستگاه قلعه سفید به ترتیب برابر 55/0، 89/0 و 71/0، و برای رسوب در ایستگاه قلعه سفید به ترتیب برابر 42/0، 72/0 و 59/0 بدست آمد. نتایج نشان داد که مجموع عمق رواناب سالانه در زیرحوضه گراتی حدود 39/22 میلی متر و مجموع بار رسوب سالانه حدود 773 تن در سال در کیلومتر مربع می باشد که با احتساب مساحت 109/747 کیلومترمربع برای این زیرحوضه، مجموع حجم دراز مدت سالانه رواناب برابر 71/16 میلیون مترمکعب برآورد میگردد و همچنین سالانه حدود 576983 تن رسوب از حوضه گراتی خارج خواهد شد. حداکثر بار رسوب و رواناب در ماه های اردیبهشت و خرداد رخ می دهد.
    نتیجه گیری
    با بررسی مقادیر به دست آمده در مورد شبیه سازی رسوب با مدل SWAT می توان نتیجه گرفت که علیرغم عدم قطعیتهای بسیار در تعیین رسوب، مدل SWAT توانسته است در دوره کالیبراسیون و دوره صحت سنجی به خوبی زمان وقوع حداکثر آورد رسوب را شبیه سازی نماید.
    کلیدواژگان: رسوب، رواناب، الگوریتم SUFI2، SWAT 2012
  • ندا علی احمدی*، ابراهیم مرادی، سید مهدی حسینی صفحات 331-338
     
    سابقه و هدف
    منابع آب در منطقه سیستان بسیار محدود و کمیاب است و این منابع در منطقه سیستان به دلیل وابستگی کامل کشاورزان به رودخانه هیرمند و خشکسالی های دو دهه اخیر به مرحله بحرانی رسیده است به گونه ای که از طرفی این کمبود آب درآمد کشاورزان این منطقه را تحت تاثیر قرار داده است چون اکثریت مردم منطقه از بخش کشاورزی ارتزاق نموده و محصول گندم، یکی از محصولات مهم و استراتژیک این منطقه می باشد و از طرف دیگر محدود بودن آب قابل استحصال و عرضه آن با نوسان و ریسک بالا، این بخش را در امنیت غذایی با چالش مواجه کرده است. بنابراین برای مقابله با این مشکل مدیریت تقاضای آب از اهمیت ویژه ایی برخوردار است.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق جهت برآورد تابع هزینه ترانسلوگ تقاضای آب برای محصول گندم منطقه سیستان از روش رگرسیون های به ظاهر نامرتبط تکراری (SURE) استفاده شده است. داده های مورد نیاز شامل مقادیر و قیمت های نهاده ها و تولید است که از 150 گندم کار طی دوره زمانی 95-1394 جمع آوری شده است.
    نتایج
    نتایج حاصل از برآورد مدل نشان می دهد که قیمت نیروی کار اجاره ای و خانوادگی و سطح زیرکشت و کود بر سهم هزینه آب تاثیر مثبت داشته در حالی که قیمت آب و مقدار تولید بر سهم هزینه آب تاثیر منفی دارد و کشش ها تقاطعی نشان می دهد که نهاده آب جانشینی قوی با سایر نهاده ها دارد. آب با نهاده های نیروی کار اجاره ای و خانوادگی، کود و سطح زیر کشت رابطه جانشینی دارد و از میان بیشترین درجه جانشینی را نهاده آب با کود دارد.
    یافته ها
    تمامی ضرایب متغیرها در مدل سهم هزینه آب به استثناء نیروی کار اجاره ای معنی دار می باشد و با توجه به پایین بودن ضریب تعیین در داده های مقطعی، ضریب تعیین در مدل برآورد شده برای محصول گندم 61/0 درصد است که نمایانگر برازش خوب مدل است، یعنی متغیرهای مستقل به خوبی متغیر وابسته (تغییر هزینه کل) را توضیح داده اند. آماره دوربین واتسون نشان می دهد که پدیده خود همبستگی در مدل وجود ندارد. قدر مطلق کشش خود قیمتی تقاضای آب برای گندم بزرگتر از یک بوده که این مقدار حاکی از آن است که می توان با اتخاذ سیاست های قیمت گذاری از طریق متاثر کردن نهاده های تولید به غیر از آب، تقاضای آب را کنترل کرد. قدر مطلق کشش خود قیمتی تقاضای آب برای گندم بزرگتر از یک بوده که این مقدار حاکی از آن است که می توان با اتخاذ سیاست های قیمت گذاری از طریق متاثر کردن نهاده های تولید به غیر از آب، تقاضای آب را کنترل کرد. قدر مطلق کشش خود قیمتی تقاضای آب برای گندم بزرگتر از یک بوده که این مقدار حاکی از آن است که می توان با اتخاذ سیاست های قیمت گذاری از طریق متاثر کردن نهاده های تولید به غیر از آب، تقاضای آب را کنترل کرد.
    کلیدواژگان: تابع تولید ترانسلوگ، تقاضای آب کشاورزی، کشش جانشینی و کشش قیمتی تقاضا
|
  • Eman Saleh* Pages 1-25
     
    Background and objectives
    Conservation and optimal use of soil and water resources are considered as the principles of sustainable development. Excessive use of natural resources caused by increasing agricultural lands area has led to some adverse consequences such as soil and water pollution. The use of vegetative buffer strips is considered as an effective strategy to reduce surface water pollutions and soil erosion. The study has been carried out to investigate the effect of runoff rate, plant species and type of contaminants on the efficiency of vegetative buffer strips in qualitative and quantitative conservation of soil and water in Mazandaran, Iran.
    Materials and methods
    The field of this research is a part of agricultural lands of Sari city. The width and length of the experimental plots were 1m and 10m respectively. The present study was carried out using 12 experimental plots with dimensions of 1m×10m in randomized complete block design, in Mazandaran province, Northern Iran. The studied treatments include vetiver grass, turf-grass with coverage area of 3m2 and control (bare) treatment with four replications. The experimental plots were installed with a slope of 15% those which were isolated from the surrounding environment. Also, a runoff collecting tank drainage was placed at downslope end of each plot. Vetiver grass and turf grass were the plant species used in the buffer strips those which were planted in the early February of 2015; so that, three meters of each plot contained the studied plant species and seven meters of the plot’ length was left as bare to produce runoff. Artificial runoff was produced with runoff rate equal to the runoff generated by 25 and 100 return period precipitation. Runoff sampling was annually carried out from the collected water at downslope of each plot since a month after planting the species; so that, it was conducted since February 2015 until January 2016. In order to evaluate the efficiency of vegetative buffer strips in water and soil conservation, the performance of these buffers for runoff, sediment and pollutants removal was studied. Means of achieved data were compared and statistically analyzed using Duncan test by SPSS (22) software.
    Results
    According to the results, the maximum efficiency of vetiver buffer strips under the runoff generated by 25-year return period precipitation; so that, the mentioned treatment reduced the runoff volume, sediment, nitrate and phosphate concentration by 85%, 88%, 83% and 87% respectively. Also, a relative proper correlation was found between phosphate and sediment (R2=0.66) as well as nitrate and runoff volume (R2=0.67) Plant growth stage and age played an important role in the efficiency of vegetative buffer strips for sediment control so that, by increasing the height and coverage percentage over time, vetiver grass gave a more appropriate performance in pollutants control and specially suspended sediment compared to the other studied vegetative buffer strips in the present study.
    Conclusion
    The efficiency of vegetative buffer strips in runoff quantity and quality control is highly affected by the flow properties. The characteristics of buffer strips, plant species and phenology are less important when the runoff rate is high. Because, the efficiency of vegetative buffer strips affected by 100-year return period runoff showed a more irregular trend compared to 25-year return period runoff. The two buffer plants also showed different performances to reduce runoff volume and its pollutants. The vegetative buffer strips played a role as nutrients and sediment source that caused soil and surface water pollution over time. So, periodic mowing can be considered as an effective strategy to deal with this issue
    Keywords: Native turf grass, Sediment, Runoff, Experimental plots, Vetiver grass
  • kohzad heidary*, Ali Mohammadian Behbahani, majid ownegh Pages 27-47
     
    Background and objectives
    Soil Water Repellency (SWR) is one of the dynamic soil characteristics that either reduce water penetration in the soil or prevent it. In the northern forest areas of Iran, fire is one of the most important environmental concerns and one of the main factors of the change in soil water repellency phenomenon. Therefore, this study aims to investigate prescribed fire effect on the soil of forest areas of Toshen's watershed, temporal variability and its interaction with physical and chemical properties of soil in Golestan Province.
    Materials and methods
    Soil of forest areas in the slope class of 15-30% and depth of 0-5 cm of soil surface was studied in 30 replications in laboratory. Physical and chemical properties of soil, including percent of clay, silt and sand, soil organic matter, pH, EC and aggregate stability (MWD) were investigated before and after fire. In order to study the effects of fire on soil water repellency in laboratory conditions, prescribed fire was applied. SWR was determined with Water Drop Penetration Time and Molarity of an Ethanol Droplet tests, before and after fire.
    Results
    According to the WDPT test, before the fire, 100% of plots were wettable (class 1), but one day after the fire, 100% of the plots were showed slightly water repellent (class 2 and 3). The MED test showed that all plots were wettable (class 0) before the fire. One day after the fire, the intensity of SWR increased, so that 30, 50 and 20 % of the plots were slightly water repellent (class 1), moderately water repellent (class 2) and less strongly water repellent (class 3), respectively. Investigating the process of temporal variability of both SWR indices showed that the SWR class after the fire is temporary and up to one month after that, the SWR classes is greatly reduced. The results showed that there are good correlations between two post-fire hydrophobic tests. (R2=0.85). There was a moderate correlation between two WDPT and MED SWR tests with pH, EC, MWD and soil organic matter, but as for soil texture components, there was poor correlation. Relatively poor SWR correlations with soil physical and chemical characteristics indicate that these changes are not likely to be the main cause of SWR changes. Some of these changes can be explained by the variability of aggregate stability after the fire. These changes in the mechanical stability of the soil structure can be caused by two main mechanisms: (1) Changes in the composition of the solid components in the soil that increase the cohesion forces between the particles in the aggregates. Consequently, the stability of the soil structure against the physically destructive forces increases. (2) Changes in the physicochemical properties of the soil solution (an increase in the EC) that prevent clay dispersion and microaggregate destruction (physicochemical mechanism).
    Conclusion
    Finally, the results of this study showed that despite the high wettability in loess soils, fire can be an external factor that causes a weak and immediate increase in SWR. The slightly soil water repellent may be due to the following: (i) SWR often occur in coarse soils with high organic matter. (ii) The samples were taken from the soil surface layer (0-5 cm), while the fire can cause some organic matter to accumulate in the subsurface layers and cause SWR on lower horizons.
    Keywords: Soil water repellency, Toshen's watershed, Prescribed fire, Physical, chemical properties of soil
  • mohammad reza golabi*, Massoumeh Zeinalie, Mehdi Bahrami Pages 49-69

    Underground water mapping is an effective tool for managing and protecting these resources, in order to apply a proper management to long-term planning and to better utilize the potential of the water in the plains. In this study, the monthly statistical data of the surface of piezometers for 5 years blue (89-88 to 93-92) related to the 8-pisometer level of the Lower-Andimeshk plain aquifer. At the beginning, using the Tesine method, the weighted average of each piezometer was obtained and the time series of the groundwater level of the plain, which represents the hydrograph of the representative water column of the study area, was calculated. Then, by using the neuro-fuzzy simulator and meta-model of the gene expression simulator, the hydrograph represents the modeling aquifer and the results were compared. The results showed that the meta-model of gene expression simulator with a coefficient of explanation of 7390.0 at the test stage was better than the neuro-fuzzy simulator model with a coefficient of explanation of 0.6348.Underground water mapping is an effective tool for managing and protecting these resources, in order to apply a proper management to long-term planning and to better utilize the potential of the water in the plains. In this study, the monthly statistical data of the surface of piezometers for 5 years blue (89-88 to 93-92) related to the 8-pisometer level of the Lower-Andimeshk plain aquifer. At the beginning, using the Tesine method, the weighted average of each piezometer was obtained and the time series of the groundwater level of the plain, which represents the hydrograph of the representative water column of the study area, was calculated. Then, by using the neuro-fuzzy simulator and meta-model of the gene expression simulator, the hydrograph represents the modeling aquifer and the results were compared. The results showed that the meta-model of gene expression simulator with a coefficient of explanation of 7390.0 at the test stage was better than the neuro-fuzzy simulator model with a coefficient of explanation of 0.6348.Underground water mapping is an effective tool for managing and protecting these resources, in order to apply a proper management to long-term planning and to better utilize the potential of the water in the plains. In this study, the monthly statistical data of the surface of piezometers for 5 years blue (89-88 to 93-92) related to the 8-pisometer level of the Lower-Andimeshk plain aquifer. At the beginning, using the Tesine method, the weighted average of each piezometer was obtained and the time series of the groundwater level of the plain, which represents the hydrograph of the representative water column of the study area, was calculated. Then, by using the neuro-fuzzy simulator and meta-model of the gene expression simulator, the hydrograph represents the modeling aquifer and the results were compared.
    Keywords: Hydrograph representing aquifer, Modeling, meta model Neural-Fuzzy simulator, meta model gene expression simulator
  • S. Saeid Mousavi Nadoushani*, Saeed Alimohammadi, Ali Ahani, Masoumeh Behrouz, S. Mostafa Mousavi Pages 71-91
    Background and Objectives
    The drought is considered to be one of the most important natural phenomenon affecting various aspects of human life. Therefore, understanding how this phenomenon behaves is an important part of the water resources management which is directly related to the concept of drought. Knowledge of frequency of drought events with specified magnitudes can be of great importance in water resources planning and management. This knowledge is provided by using the drought frequency analysis methods. However, because of the multivariable nature of the drought, studying its aspects or variables individually probably cannot result in an efficient and comprehensive knowledge about this phenomenon. Therefore, in the recent years, several multivariate methods and techniques have been developed for multivariate drought frequency analysis. Application of copulas in multivariate drought frequency analysis is one of the approaches that has shown a considerable efficiency in this field because of the multivariate nature of drought and the noticeable correlation between its variables. The objective of current research is to study the meteorological and hydrological drought events in Gharesoo-Gorganrud basin and perform bivariate drought frequency analysis in this basin by copulas based on the two variables drought severity and drought duration.
    Materials and methods
    In the current study, the copulas are utilized to perform bivariate drought frequency analysis in Gharesoo-Gorganrud basin. The two variables drought severity and drought duration are calculated based on the meteorological and hydrological drought indices for 23 watersheds in the study area and are used in the drought frequency analysis. In addition, the efficiency of different copulas are assessed in each watershed and the return periods corresponding to average values of drought severity and duration are calculated in each watershed. Finally, the maps of return periods of the meteorological and hydrological droughts are plotted for the study area.
    Results
    There are clear inverse correlations between the meteorological drought frequency and the variables severity and duration in the studied watersheds. In addition, a high correlation is seen between the mean statistics of the two meteorological drought variables severity and duration. Furthermore, there is a clear inverse correlation between the hydrological drought frequency and severity. However, it is observed that the correlation between the hydrological drought severity and duration is much lower than the corresponding value between the meteorological drought severity and duration. This issue can be caused by the effect of the magnitude of the recorded discharge in the watersheds on the value of hydrological drought severity variable. In general, Gumbel-Hougaard copula shows the highest efficiency for meteorological and hydrological drought frequency analysis in the study area. In addition, the highest values of the joint return period corresponding to the mean values of the drought severity and duration based on most of the assessed indices in this study are observed in the subbasins 18 and 22.
    Conclusion
    According to the results, in the study area, the cumulative increase of meteorological drought severity is yielded by an increase in the duration of drought events. Also, in general, Gumbel-Hougaard copula can be considered as the most efficient option among the studied copulas for drought frequency analysis in the study area.
    Keywords: copula, bivariate frequency analysis, meteorological drought, hydrological drought
  • mohammad Naderianfar*, Hosseyn Karimi, hossien ansari, Majid Azizi Pages 93-111
     
    Background and Objective
    Basil (Ocimum basilicum L.) is one of the most important plants belonging to the genus Lamiaceae, which are used as herbs, spices and as well as fresh vegetables. Today with increasing population, lowering of water resources, as well as rising prices for agricultural land, mechanized agriculture is of particular importance, at this time, with the introduction of nanotechnology into the production of fertilizers, on the one hand, the ability to absorb them by plant is dramatically increased, because of lowering the pH of products as well as degradation of fertilizer particles as much as an iodine particles, and on the other hand, economic justification and production cost per unit area has been very suitable for farmers due to lower fertilizer requirements.
    Materials and Methods
    The present study was investigate the interaction of deficit irrigation, soil texture, and nano fertilization on yield components of Keshkeni luvelou basil varieties.Therefore, in order to compare the interaction of deficit irrigation, nano fertilization and the effects of soil texture in the amount of irrigation water in light soil texture (W1) and medium (W2) on of Keshkeni luvelou basil varieties, done a factorial experiment based on randomized complete block design (RCBD) with 18 treatments and 3 replications. Deficit irrigation treatments consisted of three levels of irrigation (I1=100% ET), (I2=75% ET), (I3=50% ET) and done on the plant, 3level of fertilizer contains nano fertilizer with full concentration (F1), 70% (F2), and No nano fertilizer (F3).
    Results
    The ANOVA results showed that irrigation has a significant effect on the mucilage, inflation index, essential oil content, seed weight in plant, number of seed in plant, number of branches, number of the inflorescence height, number of nodes in plant and seed yield. The result an interaction of soil, fertilizer and irrigation on the parameters showed that the significant at 0.01 level, so that the maximum amount of mucilage (0.40 mg) in the treatment F2I2W1, inflation index (67.67 mL) treated F1I1W2, Essential oil content (0.833) in the treatment F1I3W1, number of nodes in plant (125), the inflorescence height (10.66 cm), number of seeds per plant (2712), seed weight in plant (3.36g) in the treatment F1I1W2 and was lowest in the treatment W2I3F3. Also the maximum seed yield (61.26 gr/m2) was obtained at in the treatment sandy loam soils, full irrigation and nano fertilizer with concentration of %100 (W1I1F1) which is represents of Nano fertilization on yield improvement of basil.
    Conclusion
    The results showed that irrigation treatment had a significant effect on the growth characteristics of Ocimum basilicum, and with increasing stress on basil plant due to lack of moisture necessary for optimum plant growth has led to a decrease in traits and getting undesirable growth indices. While the percentage of essential oil of Basil plant increases with increasing water stress, so that the highest percentage of essential oil was obtained in F1I3W1 and F1I3W2 treatments, and it illustrates that nano fertilizer has a positive effect on essential oil content of basil plant. The results show that irrigation, soil texture and nano fertilizer have a significant effect on mucilage and inflation index so that at probability level, percentage of meaningful has been 99%.
    Keywords: Essential oil, Deficit irrigation, Seed yield, Mucilage, Inflation index
  • hamid Kardan moghaddam, Saman Javadi*, Reza Roozbahani, Mehdi Mohamadi Pages 113-132
     
    Background and Objectives
    Vulnerability of surface water resources to contamination in comparison with groundwater is often higher, and thus, their quality buffers determination is more important than groundwater. The aims of rivers quality buffers determination are mainly the reduction of water pollution, erosion control, and sometimes the creation of wildlife sanctuaries. According to the intended purpose and the importance of rivers, the different values of quality buffers can be considered around the river.
    Materials and Methods
    The United States Agriculture Organization (USDA) considers various physiography factors of rivers such as topography, soil holding capacity and vegetation as effective factors for finding out rivers quality buffers. Due to consider only physical factors by USDA and aim to improve it, the USDA method was combined with rivers quality vulnerability as the first study. The case of this study was the Ab-Shirin river in Kohgiluyeh and Boyer Ahmad province, where its branches have been qualitatively analyzed. Sampling of the river was carried out at 9 stations in Esfand 1394 in order to determine the qualitative vulnerability of the river.
    Results
    This study presents a new method to determine the quality buffers of rivers by combining the USDA method with qualitative vulnerability based on sampling. The USDA method proposes an initial quality buffer for the Ab-Shirin river by integrating slope, soil type and vegetation layers of river banks. In the next step, sampling was done along the river to determine its qualitative vulnerability. Sampling analysis showed that the amount of Nitrate Concentration, BOD and Ec were higher than other qualitative parameters, especially at the upstream intersections of the river branches. Moreover, some studies were already conducted by other researchers to propose quality buffers. In other words, where the concentration of contamination exceeds their limitations, they could be reduced or eliminated by increasing the quality buffers of the river. These buffers should also be added to USDA suggested buffers. For instance, where the slope and the soil permeability of the river bank are low and also the vegetation is thick, USDA suggested a quality buffer about 21 m, but regarding the sampling and the other studies result, it considers increasing to 26 m. In other words, by increasing the buffer around 5 meters, according to other researchers’ studies, the concentration of contamination will be moderated due to increased distance and transport time.
    Conclusion
    The results of the qualitative classification of Ab-Shirin showed that the biggest change in vulnerability belongs to branches come from the Dehdasht study area, at the intersection of branches in the Tilkeh-Kuh zone. Also, the quality buffers of the Yasouj River vary from 10 m to 55 m, and the parameters of Ec, Nitrate and BOD have the greatest effect on the increase in buffers.
    Keywords: Riparian buffer zones, Vulnerability, Ab shirin river, USDA, nitrate
  • Hamid Reza Motaghian*, parvin kabiri, alireza hosseinpur Pages 133-152
     
    Introduction
    TPTEs pollution can be hazardous to soil, plant, and human health through the soil-crop-food chain. Lead (Pb) is a toxic element commonly found in heavy-metal contaminated soils, and it has been one of the major global environmental concerns over the past few decades. It discharges to the soil environment through increased anthropogenic activities especially mining. This metal can have harmful and chronic-persistent health effects on exposed populations through food consumption grown on contaminated soils. It is needed to reduce bioavailability of metals in croplands. Biochar is an organic C rich material derived from pyrolysis of waste biomass under an oxygen-limited environment. It is used in soil to immobilize soil PTEs,
    Materials and Methods
    The aim of this study was to evaluate the feasibility of Walnut leaf (WL) and its derived biochars (WLB) produced at three pyrolysis temperatures of 200, 400 and 600 °C on lead (Pb) availability and its accumulation in a cultivar of maize (Zea mays L. Cv. Single cross 704) grown in a contaminated calcareous soil. An experiment was conducted with maize grown in untreated soil (control) and soil treated with three rates of WL and WLB applications. Dry amendments were mixed with a mass fraction of 0, 0.5, 1, and 2% (w/w). Plastic pots were filled with 3 kg of amended and unamended soil. Each treatment was performed in triplicate. The pots were incubated for the soil mixture to equilibrate over 45 days. After the incubation period, macro- and micro-nutrients were added to all treatments according to the soil test. In each pot, 3 seeds of maize were sown and plants were grown for 8 weeks. They were harvested and separated into roots and shoots. The dried shoots and roots were grounded and stored for further analysis (maize indices: shoots and roots dry weight, Pb concentration in shoots and roots, bioaccumulation factor and translocation factor). Soil samples from pots were analyzed too (DTPA-extractable and total Pb).
    Results and Discussions
    This study has demonstrated that the application of the amendments to the calcareous contaminated soil has the potential to reduce the phytoavailability (bioavailability, bioaccumulation factor) of Pb to maize. Influence of amendments on Pb availability and uptake varied depending on the pyrolysis temperature and application rate. Phytoavailability of Pb was most dramatically influenced by biochars addition. The 0.5, 1 and 2% (w/w) biochar prepared at 600 °C, significantly decreased Pb concentration in the shoot by 31.3, 33.5, and 36.1% respectively and in the root by 32.0, 35.6, and 36.2% respectively (p<0.05). Amendments reduced Pb uptake in the shoot/root of maize too. Physiological responses showed that amendments application improved the shoot/root growth and dry biomass (root and shoot). In comparison with the control, the highest shoot and root dry matter values were determined in 2% (w/w) biochar-600 °C treatment by 131.4 and 116.7% respectively (p<0.05). Correspondingly, the bioaccumulation factor of Pb also decreased with increasing amendments pyrolysis temperature and addition rate. Results indicated that the DTPA-TEA-extractable Pb was significantly (P< 0.05) reduced in soils treated with amendments. Bioavailable soil Pb concentrations (DTPA extraction) decreased by increasing amendments rate and pyrolysis temperature. The 0.5, 1 and 2% WLB produced at 600 °C, significantly decreased the DTPA-extractable Pb in comparison with the Control by 35.3, 40.1 and 49.1%, respectively. Therefore, these results indicated that amendments inhibited the uptake and transfer of Pb by maize plants.
    Conclusions
    This study clearly has shown that biochar has the potential of immobilizing Pb, reducing its availability to maize, and increasing plant growth. Thereby biochar can reduce lead exposure and increase its phytostabilization, associated with phytoremediation potential of maize
    Keywords: Walnut Leaf, lead bioavailability, Phytoremediation, Phytostabilization
  • Habibeh Sheybanifard*, Mohammad Zounemat, Kermani, Gholam, Abbas Barani, Rasoul Memarzadeh Pages 153-169
      One of the general categories for discretization of equations and creation of computational geometry in the numerical methods is mesh-based and mesh-free methods. Previously, mesh-based methods have been a useful tool for flow modeling. However, these methods have some limitations for modeling of free surface flows, changeable boundaries and complicated geometry. In recent years, new generation of computational fluid dynamics methods named mesh-free methods has been introduced which one of them is smoothed particle hydrodynamics method. Smoothed particle hydrodynamics method is a fully Lagrangian method which solves the computational domain without using meshes. In this method, the integral expression is used for the approximation of functions, and smoothed functions have a key role in integral approximations. In the present study, the Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics method has been utilized for modeling of the dam break waves. In order to validation of the computational results, the reports of two experiments of dam break problem have been used. For the numerical modeling, the cubic spline function and initial distance between particles of 0.003 m, 0.004 m, 0.006 m & 0.008 m have been used, and the sensitivity analysis has been done on the effect of the initial distance between particles. Also, the effects of quantic spline smoothed function and beta smoothed function on results of modeling for two experimental data with the initial distance between particles of 0.006 m have been performed to reduce the computational costs. After reviewing the results of the modeling and comparison of the mean relative error related to each of smoothed functions were found that the most accurate results are related to the cubic spline smoothing function. In order to investigate the influence of the initial distance between particles in the modeling, a comparison was made between the results of the numerical model for various distances of 0.003 m, 0.004 m, 0.006 m, and 0.008 m for two experimental dam break tests for the superior cubic spline smoothed function. The results demonstrated that the ability of the numerical model has been enhanced by reducing the initial distance between the particles (increase the number of particles) in which applying the initial distance of 0.003 m would improve the results of the wave front by 43.5% and water level oscillation by 93.7% compared to the initial distance of 0.008 m. Keywords: Free-surface flows, Dam break, Numerical modeling, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics method
    Keywords: Free-surface flows, Dam break, Numerical modeling, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics method
  • Mohammad Rahmanian*, alireza hosseinpur Pages 171-187
     
    Background and objectives
    Rhizosphere processes have an important role in zinc (Zn) fractions in soils. Plant roots have the ability to transform metal fractions for easy uptake by root exudation in the rhizosphere. In the peresent study, the effects of EDTA, citric acid and poultry manure extract (PME) on fractionation of Zn in the rhizosphere of corn (hybrid (KSC.704)) were investigated in two contaminated soils with different texture.
    Materials and methods
    This research was conducted as factoriel in a completely randomized pattern with three replicates in greenhouse condition, and citric acid and EDTA were used at concentrations level 0, 0.5 and 1 mmol kg-1 soil and poultry manure extract at concentrations level 0, 0.5 and 1 g kg-1 soil. Three seeds of corn were planted in the rhizobox. After 10 weeks, the plants were harvested and rhizosphere and bulk soils were separated. Dissolved organic carbon (DOC), microbial biomass carbon (MBC) and Zn fractions were determined in the rhizosphere and bulk soils.
    Results
    Results showed that there is a difference between rhizosphere soils properties and bulk soils. In both soils, DOC and MBC in the rhizosphere were significantly (p≤0.05) increased, while, pH in the rhizosphere was significantly (p≤0.05) decreased comared with bulk soils. In sandy loam and clay loam soils, the average of exchangeable Zn and Zn associated with organic matter in the rhizosphere were significantly (p≤0.05) lower than those in the bulk soils, while, the average of Zn associated with iron-manganese oxides, Zn associated with carbonate and residual Zn in the rhizosphere were significantly (p≤0.05) higher than those in the bulk soils. In the rhizosphere and bulk soils of both soils, the maximum amounts of Zn fractions in different fractions were respectively, in the order of associated with iron-manganese oxides, residuals, associated with organic matter, associated with carbonates and exchangeable fractions. A significant correlation was found between Zn uptake by shoots with Zn associated with iron-manganese oxides in both soils (r = 0.71, p<0.05). In sandy loam soil, the highest Zn uptake by shoots was observed in the 1 g kg-1 PME treatment. In clay loam soil, the highest Zn uptake by shoots was observed in the 0.5 g kg-1 PME treatment. In sandy loam soil, 1 mmol kg-1 EDTA and in clay loam soil 1 mmol kg-1 citric acid treatments resulted in the release of the highest Zn concentrations in the iron-manganese oxides fraction. The results of average comparison showed that the average of the exchangeable Zn and Zn associated with iron-manganese oxides in the sandy loam soil were significantly (p≤0.05) higher than those in clay loam soil, while the average of the Zn associated with organic matter and residual Zn in clay loam soil were significantly (p≤0.05) higher than those in sandy loam soil, which can be attributed to different soil characteristics.
    Conclusion
    The results of the present study showed that soil physical, chemical and biological changes due to the corn roots cause not only lead to Zn depletion in mobile soil Zn fractions, but also lead to change soil’s stable Zn fractions. Since excessive use of chelators can lead to increase more availability of soil’s zinc without increasing the plant’s absorption, so the using higher concentration levels is not recommended.
    Keywords: Zn fractions, rhizosphere, chelator, sandy loam, clay loam
  • Soheila sadat Hashemi* Pages 189-205
     
    Background and Objectives
    Zinc (Zn) is one of the micro elements, that it’s essential for humans, animals and plants growth at low concentration. High concentrations of heavy metals in soils may constitute long-term health risks to ecosystems and humans. Clay minerals play an important role in accumulation, adsorption/desorption, as well as exchange processes of metal ions. The bio avaibility of these trace elements by plants decreases with the clay mineral content in soils, referring to the strong retention capacity of clay minerals to zinc. The aim of this study is to evaluate zinc sorption by soil fractions in puddling and non-puddling condition and it’s relation with mineralogy.
    Materials and Methods
    According to previous studies, eight profiles (Four in paddy and four in non-paddy condition) were sampled and described and all soil profiles were classified in Inceptisols order. For this research, eight surface soil samples (0-30 cm) were collected. Soil samples were air-dried and crushed to pass through a 2-mm sieve for further laboratory analysis and physico-chemical experiments was performed. All size fractions were separated and content of minerals in sand, silt and clay fraction was determined. Zinc sorption analysis was performed by adding eight rates of zn from 100 to 3000 µmol in 0.01M solution as background to sand, silt and clay particles and shaken for 24 h. The data obtained for zinc sorption on different samples was analyzed for Freundilch, Langmuir and Temkin equations.
    Results
    Results of study showed that the amount of zinc sorbed increased with increasing in the concentration of zn in the contact solutions. Zinc sorption was very much in the clay and silt fraction rather than sand fraction. The results showed that freundlich equation (R2=0.95) more fit than others equations, in puddling and non-puddling condition. KF of Freundilch, indicating sorption value in equilibrium concentration of Zn that in clay fraction of puddling soils it’s mean (9668.5) more than silt (4682.7) and sand (2666) fractions. KF Mean of Freundilch in clay, sand and silt particles of no puddling soils is equal to 8313, 5982.7 and 2991.7 respectively. Results indicated sorbed Zn value was significantly correlated with clay content in all sample (n=8, r= 0.73*). The presence vermiculite mineral in puddling soils is cause for high Zn sorption (n=8, r2=0.768*), whereas semectite and palygorskite minerals in no puddling soils affected on Zn sorption( n=8, r= 0.85*). In silt fraction mixed minerals such as illite-vermiculite, and illite-smectite (n= 8, r= 0.77*) and low content of calcite are main factors to zinc sorption. The presence of quartz and feldespare in sand fraction induce to low sorption of zinc. But the presence rarely of calcite and dolomite (n= 8, r= 0.96*) in this fraction increase zinc sorption value.
    Conclusion
    Generally, concluded that minerals type in soil particles are main factors to element sorption. The presence of vermiculite and smectite minerals in paddy soils and non paddy soils are important clay minerals in Zn sorption.
    Keywords: Inceptisols, Smectite, Sorption, Vermiculite
  • Rasul Ghobadian* Pages 207-224
     
    Background and Objectives
    Nowadays, human societies spend many costs to maximize profits and minimize their costs.The problem of selecting the best arrangement for the pipe diameters and the optimal pumping head of pressurized irrigating network so that minimize total cost to be produced and all restriction to be satisfy has received considerable attention by the engineers many years ago and is an important issue of hydraulic research. To date, many researches in the field of optimization of pressurized irrigation system to reduce the cost of this infrastructure are done. In this research often optimization of pressurized irrigation system have been conducted by using available commercial codes or toolbox's of conventional evolutionary algorithms that have been combined with a hydraulic models. In the present study, by Visual Basic programing language an optimization code based on genetic algorithm of integer numerical has been developed in which the optimal design of pressurized irrigation systems with branching layout is done by taking into account the velocity and pressure limits.
    Materials and methods
    In developed code that is based on a powerful optimization method e.g. genetic algorithm an integer numeric is assigned to each available diameter. Then, to determine the optimum diameter of pipes network, by applying the cross-over, mutation and reinsertion with elitism approach on set of chromosomes an integer numeric for each pipe is selected. The output of the model contains the optimal diameter and minimum cost of the irrigation network. Calibration and verification of the model was accomplished individually by comparing the model result with analytical solutions of several nonlinear problems included different constrains. At the end we have used of the proposed model for optimal design of Ismail Abad irrigation network in Lorestan province.
    Results
    The results showed that compared to existing conditions, optimized design by the present model reduces cost of implementation of pipelines of Ismail Abad irrigation network from 825935.28$ to 730958.37$.
    Conclusion
    The present model has the ability to solve various optimizations linear and nonlinear problems included different constraints and the results of the model are completely equal to analytical solution results. In this research we try to investigate the application of the model on a large scale example so that the design of pressurized irrigation system of Ismail Abad in Lorestan province as a real example was done. The results were shown that the use of developed optimization model could reduce 11.5% the cost of implementation of Ismail Abad pipelines
    Keywords: Optimization, Genetic Algorithm, Integer Numeric, Sprinkler Irrigation, Ismail Abad Lorestan
  • Zaynab Mohkami*, fatemeh bidarnamani, Mohammad forouzandeh, zahra ghafarimoghadam Pages 225-242
     
    Background and Objectives
    The use of medicinal plants for remediation of heavy metals contaminated soils is an economical, cheap and effective strategy. The widespread transfer of natural materials and pollutants to different parts of the environment (soil, water and atmosphere) has imposed great pressure on the self-purification ability of the soil. Accumulation of pollutants is a concern regarding both humans and ecosystems. Among pollutants, heavy metals are particularly important because they are not decomposable and also have harmful physiological effects on organisms even at low concentrations. Soil pollution with heavy metals in human societies is one of the major environmental problems and the transfer of these elements via crop production to men affecting human population health. One of the modern and low cost methods for remediation of contaminated soils, is the use of plants. Phytoremediation is an emerging technology which utilizes plants and microorganisms in the rhizosphere to delete, modify or limit the toxic chemicals in soil, sediment, groundwater, surface water and even used the atmosphere. The aim of this study was to evaluate the phytoremediation ability Thymus daenensis Celak. symbiotic with mycorrhizal fungi in polluted soils of Lead and Cadmium was by herb with.
    Materials and Methods
    This study was conducted as a factorial exam in the greenhouse conditions. The first factor was four levels of heavy metals: lead (100 mg kg), cadmium (15 mg. Kg soil), concurrent use of lead and cadmium + control (zero) and the second factor was fungal treatments (at five levels: G. intraradices, G. Mosseae, G. fasciculatum, the simultaneous use of all three species and control-non inoculated -) in a randomized complete block design in three replications.
    Results
    Analysis of variance showed a significant effect of mycorrhizal fungi on Pb and Cd concentration in shoots and roots of thyme. The highest cadmium concentration in polluted soil was observed in Shoot(62/1 mg.Kg DW) inoculated with G.mosseae and root (56/1 mg kg dry weight) ) inoculated with G. fassiculatum respectively.
    Conclusion
    The results showed a high ability of Thymus daenensis Celak. to absorb heavy metals from contaminated soils. Other findings of this study was more accumulation of lead in root than shoot. Based on the results, this plant is able to absorb significant amounts of lead and cadmium of bed and accumulate in roots or transfer to shoots. Mycorrhizal fungi especially G.mosseae and G. fassiculatum can improve the Cd and Pb phytoremediation of contaminated soils. Keywords: Mycorrhizal fungi, Cadmium, Lead, medicinal plants , Phytoremediation
    Keywords: Mycorrhizal fungi, Cadmium, Lead, medicinal plants, Phytoremediation
  • Hossein Kheirfam, Seyed Hamidreza Sadeghi*, Behrouz Zarei Darki, Mehdi Homaee Pages 243-257
     
    Background and objectives
    Achieving to sustainable development is not possible without soil and water resources conservation and land degradation reducing. On the other hand, in the low density-vegetation lands, biological soil crusts induced by soil micro-organisms' activities play an important role in conserving and improving of soil stability. However, in degraded lands, biological soil crusts are less developed. Thus, recently, biological soil crusts restoration by providing the appropriate conditions for increasing soil micro-organisms' activities have been further considered through the new biotechnologies applying such as soil micro-organisms stimulants. However, the quick and sustainable effectiveness of applying soil conservation strategies is the most important criteria in the selection of managerial practices. Hence, this study was planned to assess performance of a soil bacterial stimulant nutrient (named B4) as completely bio-amendment in reducing soil loss and runoff at laboratory and small plots conditions.
    Materials and methods
    In the study, the experimental plots were filled by collected soil of degraded and erosion-prone area of Marzanabad-Kandelus region based on the layering, grain size and bulk density of the native soil area. The solution with 15 g calcium acetate l-1 distilled water (dw), four g yeast extract l-1 dw, and five g dextrose l-1 dw was prepared as B4 stimulant nutrient. Then the B4 was spraied on plots. To this end, two treatments of B4 injection and control with three replications were considered. After 15 days, in the Rain and Erosion Simulation Laboratory of Tarbiat Modares University, the simulated rainfall was carried out with during of 100 min and intensity of 50 mm h-1 according to high-erosive rainfall of the native area. Then, the soil loss and runoff components were measured.
    Results
    Statistical comparison of results indicated that injection of B4 stimulant nutrient improved the soil loss and runoff components through stimulate proliferation of soil bacteria and its adhesion and productivity properties. The start time and time to peak of runoff at the control plots (without injection) were increased significantly (p<0.05) from 24.83 to 49.22 min and from 78.66 to 92.66 min at the stimulant nutrient plots, respectively. As well as, volume and peak of runoff, soil loss and sediment concentration at the stimulant nutrient plots were decreased significantly (p<0.05) and about 88, 92, 95 and 35%, respectively in compared to control. So that, the volume and peak of runoff, soil loss and sediment concentration at the stimulant nutrient treatment were measured about 275.66 and 18.66 mm, 0.49 g and 1.79 g l-1, respectively.
    Conclusion
    According to our results, the restoration and enhancement of biological soil crusts in low density-vegetation and degraded lands through stimulating and increasing population of soil micro-organisms induced by stimulant nutrient founded as an efficient, quick and bio-strategy to conserve soil and water resources. However, further researches are required to achieve reliable strategies by using other microbial stimulants and evaluating their durability under consecutive precipitation and time passing
    Keywords: Soil amendments, Soil, water conservation, Soil bio-amend, Soil biotechnology, Soil micro-organisms
  • Hamed Rezaei, leila esmaeelnejad*, Saeed Saadat, parisa malaki Pages 259-274

    Objective and
    background
    Plants such as rice need to provide their nutrient elements by using fertilizers for much more production in surface unit. For this purpose, it is essential to recognize macro-elements amount in soils and prepare their ideal maps. Soil CEC is a vital indicator of soil fertility quality and pollutant sequestration capacity as well as characteristics of N, P, K as macro-elements. This research was conducted with the aim of estimating and mapping the desired properties in order to obtain the results and maps that could be used in optimum management of fertilizer use and control of groundwater contaminants.
    Materials and methods
    The study area with an area of about 40,000 hectares is one of the central areas of Guilan province. 247 soil samples were collected from depth 0-30cm. The values of CEC, total nitrogen, phosphorus and potassium in soil samples and their descriptive statistics were determined. The normal distribution of data was analyzed using Kolmogrov-Smirnov test. Data that did not have normal distribution was converted to normal with appropriate transformations. Before the use of interpolation method, trend and anisotropy analysis were performed. Semi-variograms were calculated using ordinary Kriging and maps were plotted.
    Results and discussion
    The amount of K and P varied from 78 to 269.5 mgkg-1 and from 2.3 to 56 mgkg-1, respectively. The average contents of K and P were 192.03 and 16.51 mgkg-1, respectively. The amount of total N changed from 0.02% to 0.8%, which its average was 0.26%. Also, the content of CEC varied from 10.6 to 47.1 cmolckg-1 and its average was 26.72 cmolckg-1. The fitted model was based on semi-variograms of total nitrogen was exponential and those of phosphorus, potassium, and CEC were spherical. Determination coefficient (R2) of models had high value and the nugget effect/threshold is less than 25%. These characteristics showed that semi-variograms of properties had strong spatial structure. After specifying the semi-variograms, a map of their values was prepared using ordinary Kriging. Evaluation criteria values R2, RMSE and MAE derived for K 0.79, 27.84 and 0.106, P 0.73, 8.17 and 4.63, total nitrogen 0.72, 0.059 and 0.025 and CEC 0.76, 4.06 and 3.09. Criteria values R2, RMSE and MAE showed that accuracy of prepared maps was ideal. With attention to interpolation maps, spatial distribution of K was good in western, north-western, and central area of studied region. K deficiency was concentrated in southern and north-eastern areas. The amounts of P and total N were suitable in central and northern areas which their deficiencies were observed in southern area. With regard to soil nitrogen and P maps, usage of more than optimum limit of nitrate and phosphorus fertilizers causes ground waters pollution. Potash fertilizers application in land with high CEC results its fixation, too. Precise attention to CEC map and on-time fertilizer application can solve this problem. Therefore, accurate notice to different amounts of these parameters in maps, critical and optimum limits can well manage fertilizers application, prevents additional costs to farmer and pollution of ground water resources.
    Conclusion
    Since the investigation of N, P, K, and CEC is important for determination of soil fertility quality, so, the maps of spatial distribution of mentioned parameters were prepared via determination of experimental semi-variogram with strong spatial structure using kriging. The criteria of R2, RMSE and MAE showed that maps accuracy was acceptable. Spatial distribution of K was good in western, north-western, and central area of studied region. K deficiency was almost concentrated in southern and north-eastern areas. The contents of P and total N were suitable in central and northern areas which their deficiencies were observed in southern area
    Keywords: CEC, Kriging, NPK, Paddy soil, Guilan
  • Mehrnaz Haghdadi* Pages 275-290
     
    Background and objectives
    Numerous benefits that people obtain from ecosystems are called ecosystem services. This services have a wide range and one of the most valuable of them is water Yield. Water Yield means long-term average of annual rivers flow and recharge of aquifers by precipitation. In these years, due to different land use types and their potential in water yield, the evaluation of water yield at each land use type is important. The objective of this study is to assess and map the water yield at different land uses such as rangeland, agriculture, built up area, bare ground and Juniperus ecological niche to decide which management decisions are appropriate for the area and how much water is provided by each land use.
    Materials and methods
    this study is done in Delichai watershed, one of the northern sub watersheds of Hableroud river basin that located in Tehran province. The water yield model is based on the Budyko curve that determines the amount of water running off each pixel of land as the total precipitation less the fraction of the water that undergoes evapo-transpiration. the required data include maps of land use and land cover, annual precipitation, average annual potential evapotranspiration, soil depth, plant available water content, boundary of watersheds and sub-watersheds as well as a biophysical table reflecting the biophysical attributes that entered in InVEST 3.3.2 tool to map and estimate water yield ecosystem service.
    Results
    After entering the required data model as well as compare the initial results obtained with the actual data in the outlet, model calibrated with hydrogeological parameters Z, and the final results were obtained after calibration. According to the results, the amount of water runoff in whole Delichaee watershed is about 42 million cubic meters. Results in different land uses indicate that the maximum amount of runoff in land uses is in bare grounds with 2923.992 cubic meter per hectare and then, Rangeland and agriculture land uses with 1264.109 and 1062.725 cubic meter per hectare runoff respectively have the highest values. Also, the lowest amount of runoff is 511.287 cubic meter per hectare in Juniperus ecological niche.
    Conclusion
    Results of this study shows that Although InVEST model needs available and relatively simple data but it has high efficiency. And we can use it for mapping ecosystem services and decision making. Physiographic and climatic factors have a great impact on the amount of water in watershed and among these factors, elevation and precipitation are the most effective ones also we should not overlook the effect of vegetation. Therefore according to importance of water provision and problems in water supply for people who live in the region using this model or other models like it, we can estimate the relative runoff and the role of vegetation in reducing it.
    Keywords: Ecosystem services, land uses, InVEST model, Water yield
  • Nahid Rezaie, Fatemeh Razzaghi*, Ali Reza Sepaskhah, Seyyed Ali Akbar Moosavi Pages 291-305
     
    Introduction
    Salinity is one of the major environmental stresses negatively influence the agricultural production. The saline soils usually have poor soil structure due to lack of organic matter. Therefore, application of organic matter improves soil aggregate stability, increase soil porosity and enhance soil water holding capacity. Biochar is a carbon rich product, which is produced by burning crop residues and animal manure, under high temperature and limited oxygen conditions. Biochar, when used as a soil amendment, increase soil fertility and improve soil quality. Therefore, the aim of this study was to investigate the effect of different levels of irrigation water salinity and wheat straw biochar on some of soil chemical properties after wheat harvest.
    Materials and Methods
    A greenhouse experiment was conducted based on completely randomized design with four saline irrigation levels (0.5, 5, 7 and 9 dS m-1) and four levels of biochar (0, 25, 50 and 75 Mg ha-1) with three replications. The soil texture used in experiment was sandy loam with bulk density of 1.53 g cm-3, saturated paste extract electrical conductivity of 0.66 dS m-1 and volumetric soil water content of 21 and 8 % at field capacity and permanent wilting point, respectively. The biochar was produced from wheat straw at 500oC and under no oxygen conditions. After harvesting the wheat (Shiraz cv.), the chemical parameters of soil (such as sodium, calcium and potassium concentration, soil electrical conductivity in the saturation paste extract and sodium absorption ratio) were measured in the depths of 0-10 and 10-20 cm. Statistical analysis was performed using SAS software. The means were compared using Duncan’s multiple range test at the 5% level of probability.
    Results and Discussion
    In general, the results showed that the concentration of sodium, potassium and calcium, electrical conductivity and sodium absorption ratio with application of maximum level of biochar (75 Mg ha-1) increased by 1.1 and 143.8, 2.2, 2.1 and 0.8 times in comparison with no biochar application in the 0-10 cm soil depth. In the same soil depth (0-10 cm), the latter parameters with the application of the maximum level of water salinity (9 dS m-1) were enhanced by 14.8 and 1.6, 8.6, 2.1 and 5.4 times in comparison with 0.5 dS m-1 salinity. The concentration of measured ions, soil electrical conductivity and sodium absorption ratio were higher at 0-10 cm compared with those in 10-20 cm due to soil evaporation from soil surface and higher water holding capacity in top layer of soil due to biochar application. Moreover, increase in soil electrical conductivity in both layers by application of biochar was due to high saturated paste extract electrical conductivity of the used biochar (7.5 dS m-1) in comparison with the electrical conductivity of the soil (0.7 dS m-1) and also accumulation of ions in the soil, as water was not drained out of the pots.
    Conclusions
    Although, biochar increased soil salinity and other soil chemical properties due to its salinity, increase in biochar application higher than 25 Mg ha-1 reduced the negative effects of water salinity, to some extent. On the other hand, as potassium increased in the biochar treatments, biochar as k additive can be used in soil with potassium deficiency. Therefore, according to biochar ability as soil amendment, application of biochar (with low salinity) at lower levels of 25 Mg ha-1 is recommended, if it is economically justified.
    Keywords: Potassium, Sodium, Calcium, Electrical conductivity, Sodium adsorption ratio
  • khalil ghorbani*, Tohid Aligholinia, Negar Rasouli Majd Pages 307-320
     
    Background and Objectives
    Evapotranspiration is a main component of the water cycle and is important in agricultural water management. There are a whole host of factors that affect evapotranspiration, which makes it difficult to estimate accurately. Accordingly, several methods have been proposed for its estimation. Measurement of evapotranspiration using weighing lysimeter is the most accurate method. But due to expensive build of Weighing lysimeter, simplified empirical methods for calculating potential evapotranspiration are widely used and its results were compared to reference evapotranspiration (FAO-Penman-Monteith) method.
    Materials and Methods
    In this study a cross comparison of FAO-Penman-Monteith method and 20 Empirical Equations for Calculating Potential Evapotranspiration in a period of 10 years from 2007 to 2016, in Rasht, Sari and Gorgan synoptic stations in coastal zone of Caspian Sea, was made. These stations were selected for climatic variation from humid climates to Mediterranean climates. The Root mean squared error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE) and Percent error (PE) were used to measure accuracy of these methods.
    Results
    The results showed that daily evapotranspiration values obtained from Ravazzani method were very closer to FAO-Penman-Monteith method than those of the other models. So that results in terms of the measured errors involve RMSE, MAE and PE, which obtained 0.77, 0.54 (mm/day) and 21.6% for Rasht, 0.8, -0.39. (mm/day) and 9.4% for Sari and 0.99, -0.42 (mm/day) and 9.88% for Gorgan. Also, the results showed that the accuracy of Romanenko model was lower than other models. Overall, in all of the studied climates, the Ravazzani et al, Berti et al, Hargreaves- Sammani, Irmak et al and Valiantzas models had better performance than other models in estimating the reference evapotranspiration
    Conclusion
    The results of this study showed decrease in the accuracy of ET models compared to reference model of FAO-Penman-Monteith for moving from humid to Mediterranean climate. The mass transfer based models like Mahringer and Tabari showed relative undesirable efficiency in coastal zone. Therefore, it can be noticed that empirical equation can lead to variable efficiency in different climate.
    Conclusion
    The results of this study showed decrease in the accuracy of ET models compared to reference model of FAO-Penman-Monteith for moving from humid to Mediterranean climate. The mass transfer based models like Mahringer and Tabari showed relative undesirable efficiency in coastal zone. Therefore, it can be noticed that empirical equation can lead to variable efficiency in different climate.
    Keywords: Coastal Regions, Empirical methods, FAO-Penman-Monteith, Reference Evapotranspiration
    Keywords: Coastal Regions, Empirical methods, FAO-Penman-Monteith, Reference Evapotranspiration
  • Fereshteh Batoukhteh* Pages 321-330
     
    Background and Objectives
    Estimation of sediment values in sub-basins is an important Issue in watershed water management. Determination of the monthly and annual river flow volume and sediment from upstream are very important in the design and operation of dams. The possibility of using mathematic models has been provided by expansion of computer software technologies and knowledge about factors effecting erosion and sedimentation. The use of erosion and sedimentation models in the watershed studies has increased due to good fitness between the results of some models and the observed values. In order to evaluation of the SWAT capabilities in runoff and sediment simulation, this research was carried out in Geraty sub basin. The SWAT model is a comprehensive model that can be applied for assessment of various management strategies effect on runoff, sediment, chemical and nutrient material transport in the basin level.
    Materials and Methods
    Different data and maps were used for preparation of required basic files for delineating the basin into sub-basins and HRUs. These basic file include: Digital Elevation Model (DEM), soil map, and Land Use/Land Cover (LULC) map. The weather input data was including maximum and minimum daily air temperature, solar radiation, wind speed and relative humidity. SWAT-CUP software was used to sensitivity analysis, calibration and validation of the model parameters. The SUFI-2 algorithm was used for parameter optimization. In this study, the SWAT model was calibrated with the monthly observed discharge and sediment rates and physical parameters. Then, the model was assessed. The model was calibrated using monthly discharge data from Bidouaz Esfaraien station for the period 1986-2001 (16 years) and GhaleSefid station for the period 2004-2009 (6 years). Also, the model was validated using monthly discharge data from Bidouaz Esfaraien station for the period 2002-2005 (4 years) and GhaleSefid station for the period 2010-2011 (2 years). The sediment load data for the years 2011-2009 (3 years) were measured in GhaleSefid station.
    Results
    Results showed an acceptable accuracy of the model. MSE, R2 and NS parameters for monthly discharge in Bidouaz Esfaraien station was obtained 0.516, 0.87 and 0.64, respectively. In simulation of discharge in GhaleSefid station these statistic parameters were 0.55, 0.89 and 0.71, respectively. These statistic parameters in sediment simulation 0.42, 0.72 and 0.59, respectively. The results showed that the total annual runoff depth at Geraty basin is about 22.39 mm and total annual sediment is about 773 ton/year/km2. Considering the area of 747.109 km2 for this basin, the total volume of long-term annual runoff is estimated to 16.71 million cubic meters and also about 576983.31 tons of sediment will be drained out from the Geraty basin. The maximum sediment load and runoff occurs in April and May.
    Conclusion
    Analysis of the SWAT model results in sediment simulation shows that the model capability in sediment simulation is good. Regarding to high uncertainty in sediment prediction, the model was able to simulate the maximum amount of sediment in the calibration and validation phases successfully
    Keywords: Sediment, Runoff, SUFI2, SWAT 2012
  • Neda Aliahmadi*, ebrahim moradi, seyed mehdi hoseini Pages 331-338
     
    Background and objectives
    Water shortage in the Sistan region has become a water crisis in the region due to its full dependence on the Hirmand River and the droughts of the last two decades. On the other hand, the vast majority of people in the region have been affected by the agricultural sector, and the limited availability of water has pushed this sector into food supply with a production challenge. Due to the fluctuation and high risk of water supply in this region, because water resources in the Sistan area are limited and scarce, water demand management is of particular importance to address this problem. On the other hand, wheat production in Sistan region is one of the most important and strategic products that plays a major role in the agricultural economy of the region.
    Materials and Methods
    Therefore, in the present study, the cost function of the Sistan wheat demand function has been estimated from the translog cost function. The data needed to estimate the translog cost function, including quantities and input prices, and the production of 150 wheat labor, were collected using cross-sectional data of 2016-2017. The method used in this study is a seemingly unrelated duplicate regression (SURE).
    Results
    The results of the model estimation show that the price of labor and family and land use and land use have a positive effect on the share of water costs, while the price of water and the amount of production have a negative effect on the share of water costs and the intersection stretches It shows that the input of water has a strong succession with other inputs. The water has a substitute relationship with the inputs of the leased and family labor force, fertilizer, and sub-cultivation area, and it has the highest degree of succession with fertilizer.
    Findings
    All coefficients of the variables in the water cost share model, with the exception of the leased labor force, are meaningful. Due to the low coefficient of determination in the cross-sectional data, the coefficient of determination in the estimated model for wheat yield is %0.61 Represents the good fit of the model, which explains independent variables as well as dependent variables (total cost change). The Watson camera statistics show that there is no self-correlation phenomenon in the model. The absolute magnitude of the self-priced stretch of water demand for wheat is greater than one, which indicates that it is possible to control water demand by adopting pricing policies through influencing production inputs other than water
    Keywords: The translog production function, agricultural water demand, suction pull, price elasticity of demand