فهرست مطالب

تحقیقات کاربردی خاک - سال دهم شماره 1 (بهار 1401)

نشریه تحقیقات کاربردی خاک
سال دهم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/03
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مژگان جوکار، مجید حجازی مهریزی*، مهدی سرچشمه پور، همایون فرهمند صفحات 1-14
    استفاده از یک روش ارزان قیمت و دوستدار محیط زیست جهت کاهش خطرات زیست محیطی فلزات سنگین امری ضروری است. در این پژوهش تاثیر اسیدهای هیومیک و فولویک بر فراهمی مس و کادمیوم و جذب آن ها توسط کرچک زینتی بررسی شد. تیمارهای آزمایشی شامل دو سطح 5/0 و 1 درصد (وزنی) اسیدهای هیومیک و فولویک به همراه تیمار شاهد در پنج تکرار به یک خاک آلوده به مس و کادمیوم افزوده شدند. پس از گذشت 90 روز، برخی ویژگی های رویشی گیاه، غلظت مس و کادمیوم قابل دسترس خاک و غلظت  مس و کادمیوم ریشه و شاخساره اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که کاربرد اسید هیومیک در سطح 5/0 درصد باعث افزایش خصوصیات رویشی کرچک زینتی شد. در مقابل، افزودن سطح 1 درصد اسید هیومیک و سطح 5/0 و 1 درصد اسید فولویک ویژگی های رویشی گیاه کرچک را به طور معنی داری کاهش داد. کاربرد سطوح 5/0 و 1 درصد اسید هیومیک به ترتیب سبب افزایش 19 و 37 درصدی غلظت مس قابل دسترس خاک و افزایش 30 و 44 درصدی کادمیوم قابل دسترس خاک شد. در تیمارهای 5/0 و 1 درصد اسید فولویک، به ترتیب غلظت مس قابل دسترس خاک 35 و 39 درصد و کادمیوم قابل دسترس خاک 42 و 54 درصد بیش تر از تیمار شاهد بود. کاربرد اسید هیومیک و اسید فولویک سبب افزایش معنی دار غلظت مس و کادمیوم در شاخساره و ریشه کرچک زینتی در مقایسه با تیمار شاهد شد.  فاکتور انباشت زیستی و فاکتور انتقال در تمامی تیمارها کمتر از 1 به دست آمد و تنها کاربرد سطح 1 درصد اسید هیومیک و اسید فولویک سبب افزایش این دو فاکتور گردید. بر اساس نتایج فاکتور تجمع زیستی کرچک زینتی به عنوان یک گیاه انباشتگر محسوب نمی شود اما کاربرد اسید هیومیک و فولویک توانست کارایی کرچک زینتی در پالایش فلزات مس و کادمیوم از خاک را افزایش دهد.
    کلیدواژگان: گیاه پالایی، مواد هیومیکی، فاکتور انباشت زیستی، فلزات سنگین
  • مجید فرومدی*، علیرضا واعظی، جعفر نیکبخت صفحات 15-28

    فرآیند جدا شدن ذرات خاک به وسیله قطرات باران و انتقال آن ها بر اثر پاشمان و یا جریان سطحی، نقش اساسی در کاهش باروری خاک و آلودگی آب دارد. درجه شیب دامنه و نوع خاک می توانند از عوامل اساسی موثر بر فرایندهای فرسایش بین شیاری در مناطق نیمه خشک باشند؛ بنابراین مشخص شدن اینکه کدام بافت های خاک در چنین دامنه هایی، حساسیت بیشتری به فرایندهای فرسایش بین شیاری دارند، بسیار حایز اهمیت است. این پژوهش نیز به منظور بررسی تاثیر تندی شیب سطح بر شدت فرسایش بین شیاری در خاک های با بافت مختلف در منطقه نیمه خشک انجام گرفت. برای این منظور آزمایش در هشت خاک با بافت مختلف (رس سیلتی، رسی، شن لومی، شنی، لوم، لوم رس شنی، لوم رسی و لوم شنی) در سه درجه شیب (10، 20 و 30 درصد) تحت باران شبیه سازی شده با شدت ثابت 30 میلی متر بر ساعت در سه تکرار با مجموع 72 واحد آزمایشی اجرا شد. فرسایش بین شیاری در فاصله زمانی یک دقیقه از آغاز رواناب در هر یک از واحدهای آزمایشی اندازه گرفته شد. نتایج نشان داد که فرسایش بین شیاری در همه خاک ها تحت تاثیر بافت خاک (P<0.0001)، شیب سطح (P<0.0001) و برهم کنش میان آن دو (P<0.0001) است. خاک لوم، حساس ترین بافت خاک به فرسایش بین شیاری (76/10 گرم بر متر مربع بر ثانیه) و خاک شنی مقاوم ترین خاک از این نظر (75/0 گرم بر متر مربع بر ثانیه) بود. در خاک های با بافت ریز و متوسط که هدایت هیدرولیکی کم تری نسبت به خاک های درشت بافت داشتند، با وجود ساختمان نسبتا مناسب، فرسایش بین شیاری زیاد بود. این موضوع به دلیل تولید جریان سطحی زیاد و نیز وجود ذرات ریز قابل انتقال بیشتر مانند سیلت بود. با افزایش درصد شیب، مقدار فرسایش بین شیاری در همه بافت ها به طور معنی داری افزایش یافت، با این وجود تاثیر شیب سطح بر وقوع فرسایش بین شیاری در خاک های ریزبافت بارزتر از خاک های درشت بافت بود. این موضوع نشان می دهد که جلوگیری از فرسایش سطحی در خاک های ریزبافت به ویژه در دامنه های شیبدار در منطقه زنجان ضروری است.

    کلیدواژگان: جریان سطحی، ذرات فرسایش پذیر خاک، ضربه قطرات باران، غلظت جریان
  • زهرا دیانت مهارلویی*، مجید فکری صفحات 29-45
    آلودگی و انباشتگی فلزات سنگین در خاک یکی از مهمترین چالش های زیست محیطی می باشد که زندگی گیاهان، حیوانات و انسان ها را تهدید می نماید. یکی از روش های موثر در جهت کاهش اثرات زیان آور فلزات سنگین در خاک های آلوده افزودن بیوچار به عنوان یک ماده اصلاح کننده به خاک می باشد. در این پژوهش کارایی بیوچار پوست نرم بادام و پوست برنج (دمای گرماکافت 500 درجه سانتی گراد) همچنین بیوچار اصلاح شده آن ها با NaOH و HNO3 جهت به حداقل رساندن آلودگی خاک به مس مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار اجرا شد. به همین منظور دو تیمار بیوچار پوست نرم بادام و پوست برنج (اصلاح نشده و اصلاح شده با NaOH و HNO3) در سطوح شاهد (بدون بیوچار) و چهار درصد وزنی استفاده گردید. به خاک هر گلدان مس در سه سطح (صفر، 50 و 200 میلی گرم بر کیلوگرم) از منبع نمک سولفات مس (CuSO4.5H2O) اضافه شد. در این راستا مدل های سینتیک واجذب مس مورد ارزیابی قرار داده شدند. در دوره های زمانی مختلف از 30 دقیقه تا 48 ساعت به وسیله EDTA عصاره گیری انجام شد و غلظت مس موجود در نمونه ها تعیین گردید. نتایج نشان داد کاربرد بیوچارهای اصلاح شده در تمام زمان ها باعث کاهش معنی دار واجذب مس نسبت به تیمار شاهد گردید. بین بیوچار پوست نرم بادام و پوست برنج و همچنین ترکیبات اصلاح کننده بیوچارها اختلاف معنی داری از نظر آماری در سطح 5 درصد وجود داشت. بیوچار پوست برنج اصلاح شده نسبت به بیوچار پوست نرم بادام اصلاح شده موثرتر می باشد. بیوچار پوست برنج اصلاح شده با NaOH در مقایسه با بیوچار پوست نرم بادام اصلاح شده در غلظت 50 و 200 میلی گرم بر کیلوگرم در زمان 480 دقیقه، به ترتیب به مقدار 21 و 37 درصد کاهش نشان داد. معادله تابع توانی به دلیل ضریب تبیین بالا و خطای استاندارد پایین به عنوان بهترین معادله سینتیک واجذب مس معرفی شد.
    کلیدواژگان: پوست برنج، اسید نیتریک، هیدروکسید سدیم، پوست نرم بادام، معادله تابع توانی
  • نورعلی حقدوست*، وحید رضاوردی نژاد، مجید منتصری صفحات 46-53
    شناخت دامنه ای از رطوبت خاک که در آن رشد گیاه در ارتباط با پتانسیل آب، مقاومت خاک و دامنه رطوبتی با حداقل محدودیت (Least Limiting Water Range) مواجه می شود، اهمیت بالایی دارد. پژوهش حاضر جهت بررسی اثر مالچ پته آفتابگردان در سطوح مختلف بر مقاومت فروروی (Q) و LLWR در قالب طرح فاکتوریل بر پایه کاملا تصادفی اجرا شد. آزمایشات به منظور بهبود وضعیت دامنه رطوبتی خاک، در سه سطح مالچ پته آفتابگردان و پنج سطح رطوبتی در سه تکرار انجام شد. Q توسط ریزفروسنج اتوماتیک (Automatic Micro Penetrometer) آزمایشگاهی و با تنظیم عمق و سرعت فروروی مخروط دستگاه در خاک اندازه گیری شد. مقدار رطوبت خاک در مقاومت فروروی بحرانی، برای تیمار شاهد (بدون مالچ) و تیمارهای با مالچ پته آفتابگردان (10 و 20 تن در هکتار) به ترتیب در 4/28، 22 و1/19 درصد حجمی اتفاق افتاد. مقدار رطوبت بحرانی تیمار 10 و 20 تن مالچ در هکتار نسبت به تیمار شاهد به ترتیب 4/6 و 3/9 درصد کاهش یافت. این روند کاهشی به معنی بهبود شرایط برای جذب آب توسط گیاه است. مقدار رطوبت در  Qبحرانی از تیمار 20 تن مالچ در هکتار نسبت به تیمار 10 تن مالچ در هکتار 9/2 درصد کاهش یافت و با افزایش مقدار مالچ در هکتار، نتایج بهتری حاصل شد. مقدار LLWR برای تیمار شاهد و تیمار در سطوح مختلف مالچ 10 و20 تن در هکتار به ترتیب 11/5، 09/9 و 17/9 درصد حجمی محاسبه گردید. این روند افزایشی رطوبت در LLWR بیانگر عملکرد مثبت مالچ پته آفتابگردان می باشد.
    کلیدواژگان: مالچ پته آفتابگردان، مقاومت فروروی، دامنه رطوبتی با حداقل محدودیت (LLWR)
  • ابوالفضل بامری، مهسا خالقی* صفحات 54-68
    برآورد دقیق دما در اعماق مختلف خاک در اندرکنش زمین و جو بسیار مهم است. در این مطالعه کاربرد شش مدل مختلف یادگیری ماشین شامل شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، درخت تصمیم گیری (DT)، کیوبست (CB)، جنگل تصادفی (RF)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و رگرسیون خطی (LR) برای مدل سازی روزانه دمای خاک در شش عمق مختلف 5، 10، 20، 30، 50 و 100 سانتی متر در کرمان مورد بررسی قرار گرفت. مجموعه ای از داده های هواشناسی سهل الوصول شامل دمای حداکثر و حداقل، رطوبت نسبی، نقطه شبنم، تبخیر-تعرق و فشار جو به عنوان ورودی مدل ها استفاده شد. آنالیز درجه اهمیت و همبستگی برای متغیرهای ورودی بر اساس اطلاعات دوره آماری 18 ساله انجام شد. با توجه به نتایج، عملکرد هر شش مدل بر اساس معیارهای ارزیابی (86/0 <R2 ، RMSE < 8/2 درجه سانتیگراد و Bias < 14/0 درجه سانتیگراد) در همه اعماق قابل قبول بود. با این حال، RF، ANN و SVM کارایی بسیار بالایی در تخمین دمای خاک (97/0  <R2) از خود نشان دادند. همچنین مدل DT و پس از آن LR عملکرد ضعیف تری نسبت به بقیه داشتند. بررسی درجه اهمیت متغیرها نشان داد که از بین پارامترهای ورودی، دمای حداکثر و حداقل دارای بیشترین تاثیر در پیش بینی دمای خاک در همه مدل ها داشت. در نهایت می توان با اطمینان اذعان داشت که مدل های یادگیری ماشین نظیر جنگل تصادفی، شبکه عصبی مصنوعی و بردار پشتیبان قابلیت تخمین دمای خاک سطحی و عمقی در اقلیم خشک را در شرایط نبود تجهیزات اندازه گیری دارند.
    کلیدواژگان: جنگل تصادفی، داده های اقلیمی، شبیه سازی دمای خاک، مدل های داده محور
  • مهدی بروغنی* صفحات 69-81
    پدیده گرد و غبار یکی از پدیده های مخرب و رایج در نواحی خشک و بیابانی ایران و جهان است که آثار زیان باری بر  زندگی انسان و محیط زیست دارد. هدف از این پژوهش، بررسی آماری تعداد وقوع گرد و غبار برای بازه زمانی 1990 تا 2016 برای کل ایران می باشد. در این تحقیق تغییرات تعداد وقوع گرد و غبار در ماه های سال های مورد مطالعه (2016-1990) برای 30 ایستگاه کشور مورد تحلیل قرار گرفت و به بررسی همبستگی بین ایستگاه ها در چهار منطقه و کل کشور پرداخته شد. نتایج تعداد وقوع گرد و غبار در فصول مختلف در کشور حاکی از آن است که تابستان و زمستان به ترتیب بیشترین و کمترین رخداد گرد و غبار را در کشور دارد. هم چنین نتایج نشان دهنده آن است که ماه های جولای و دسامبر به ترتیب بیش ترین و کم ترین تعداد گرد و غبار را در بیشتر ایستگاه های کشور نسبت ماه های دیگر دارند. نتایج بررسی ها نشان داد که زابل و زنجان به ترتیب بیش ترین و کم ترین تعداد گرد و غبار را به ترتیب با 3666 و 130 رخداد در طول سال دارند. نتایج بیان کننده آن است بیشتر ایستگاه های کشور دارای همبستگی معنی داری از لحاظ وقوع گرد و غبار در سطح 95  و 99 درصد بودند که حاکی از آن است که تقریبا بیشتر کشور دارای شرایط مشابه از نظر توفان گرد و غبار می باشند. نتایج هم چنین حاکی از آن بود که ایستگاه هایی که از لحاظ جغرافیایی که نزدیک همدیگر بودند دارای ضریب همبستگی بالاتری بودند.
    کلیدواژگان: گرد و غبار، همبستگی، ایستگاه سینوپتیک، ایران
  • احسان غجه پور، اعظم جعفری*، وحیدرضا جلالی، مجید محمودآبادی صفحات 82-97
    مطالعه پراکنش مکانی ویژگی های خاک با هدف تهیه نقشه پهنه بندی آن در جهت مدیریت خاک و برنامه ریزی صحیح به منظور بهره برداری مناسب از منابع تجدید ناپذیر خاک، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تابع مفصل، از تکنیک های درون یابی جدیدی است که امروزه در علوم مختلفی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در پژوهش حاضر سعی شده است تغییرات مکانی برخی از ویژگی های خاک با استفاده از تابع مفصل مورد ارزیابی قرار گیرد و نتایج حاصل از آن با تکنیک های زمین آماری مختلف مقایسه گردد. بدین منظور 121 نمونه سطحی خاک به روش شبکه بندی منظم از یک منطقه 484 هکتاری از غرب شهرستان بافت استان کرمان جمع آوری شد و برخی از ویژگی های خاک شامل ماده آلی و بافت خاک اندازه گیری شد. برای درون یابی از چهار تابع مفصل ارشمیدسی شامل؛ توابع کلایتون، فرانک، گامبل و جو و تکنیک های زمین آماری شامل کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی، کریجینگ شاخص و کریجینگ منفصل یا گسسته و روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) استفاده شد. تحلیل نتایج با استفاده از شاخص های آماری RMSE،R2 ، MAE و MBE صورت گرفت. به منظور برازش تابع مفصل بر داده ها، ابتدا تابع توزیع متغیرهای مورد مطالعه تعیین گردید. نتایج نشان داد توزیع هر یک از متغیرهای مورد مطالعه با هم تفاوت دارد و توسط توابع توزیع متفاوتی تشریح می شود. همچنین با افزایش فاصله مقدار همبستگی برای همه متغیرهای مورد مطالعه کاهش پیدا می کند به طوریکه بعد از فاصله 2000 متری، هیچ همبستگی مکانی نشان نمی دهند. مقایسه روش تابع مفصل و تکنیک های زمین آماری براساس معیارهای ارزیابی نشان داد تابع مفصل در تخمین متغیرهای مورد مطالعه بهتر عمل کرده و مقادیر خطای حاصل از تخمین برای تابع مفصل کمتر محاسبه شد. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد با توجه به ماهیت چولگی داده های خاک تکنیک های تخمینگر توابع مفصل توانایی بیانی کامل از وابستگی احتمالاتی را دارند و می توانند در مطالعات مکانی مورد توجه قرار گیرند.
    کلیدواژگان: تابع مفصل، تکنیک های درون یابی، همبستگی مکانی، پیش بینی
  • پریسا مشایخی*، محسن دهقانی صفحات 98-110
    در سال های اخیر، استفاده از روش های حل عددی معکوس در حل مسایل حرکت آب در خاک مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش از نرم افزار HYDRUS- 2D/3D برای شبیه سازی نفوذ آب به خاک از طریق نفوذسنج استوانه های دوگانه، در بافت های مختلف و با استفاده از رویکرد حل معکوس استفاده شد. برای این منظور، داده های حاصل از آزمایش های نفوذپذیری به روش استوانه های دوگانه در 63 نقطه از مناطق مختلف استان اصفهان به عنوان ورودی مدل مورد استفاده قرار گرفت. خاک های مورد مطالعه در هفت کلاس بافتی شامل لوم شنی (SL)، لوم رس شنی (SCL)، لوم (L)، لوم سیلتی (SiL)، لوم رسی (CL)، لوم رس سیلتی (SiCL) و رس سیلتی (SiC) قرار گرفتند. بر اساس نتایج ارزیابی های آماری صورت گرفته، در همه بافت ها، همخوانی بسیار خوبی بین داده های نفوذ تجمعی اندازه گیری شده و شبیه سازی شده مشاهده شد. مقادیر ضریب تبیین (R2) برای بافت های SL، SCL، L، SiL، CL، SiCL و SiC به ترتیب معادل 998/0، 999/0، 992/0، 996/0، 983/0، 976/0 و 995/0 بود.  میزان خطای شبیه سازی با افزایش درصد رس در بافت خاک، افزایش پیدا کرد؛ به گونه ای که بیشترین خطای شبیه سازی در بافت SiC (045/0NRMSE=) و کمترین میزان خطای شبیه سازی در بافت SL (015/0NRMSE=) مشاهده شد که در حدود 67 درصد بهبود در فرآیند شبیه سازی بوده است. در کل داده های نفوذ شبیه سازی شده در آزمایش استوانه های دوگانه به کمک نرم افزار HYDRUS -2D/3D و رویکرد حل عددی معکوس  در همه بافت های مورد مطالعه، از دقت قابل قبولی و قابلیت اطمینان بالایی برخوردار بودند.
    کلیدواژگان: استوانه های دوگانه، حل عددی معکوس، نفوذ تجمعی
  • سیده ویدا حسینی، مسعود داوری*، ناصر خالق پناه صفحات 111-128
    در چند دهه اخیر، استفاده از داده های طیفی خاک به عنوان روشی سریع، کم هزینه و غیرمخرب در تخمین ویژگی های مبنایی خاک به مقدار زیادی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش امکان استفاده از توابع انتقالی طیفی (STFs) و خاکی (PTFs) در برآورد پارامتر های مدل های فرکتالی و تجربی منحنی نگه داشت آب در خاک (SWRC) بررسی شد. بدین منظور، تعداد 100 نمونه خاک سطحی جمع آوری و منحنی های بازتاب طیفی آن ها با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر زمینی در گستره 2500-350 نانومتر اندازه گیری شد. برخی ویژگی های فیزیکی خاک و پارامتر های حاصل از برازش مدل های فرکتالی و تجربی SWRC بر داده های اندازه گیری شده تعیین گردید. پس از انجام پیش پردازش های طیفی، با استفاده از روش رگرسیونی خطی چندگانه گام به گام و بهره گیری از داده های مبنایی و طیفی خاک، روابطی ریاضی به ترتیب تحت عنوان توابع انتقالی خاکی (PTFs) و طیفی (STFs) پی ریزی شد. با توجه به نتایج، تابع انتقالی پارامتریک (PTF) پی ریزی شده در برآورد بعد فرکتال توزیع اندازه ذرات خاک (Dpsd) از دقت بسیار بالایی برخوردار بود (R2 معادل 96/0)، حال آن که توابع پارامتریک اشتقاق یافته در برآورد سایر پارامتر های فرکتالی و هیدرولیکی مورد مطالعه شامل DSWRC-TW، DSWRC-B، λBC، nvG و bC دارای دقت پیش بینی متوسط بودند (R2 در محدوه ای از 40/0 تا 59/0). نتایج همچنین نشان داد که توابع انتقالی طیفی (STFs) پیشنهادی، در برآورد Dpsd دارای دقتی متوسط (RPD معادل 40/1) و در برآورد DSWRC-TW، DSWRC-B، λBC، nvG و bC دارای دقتی ضعیف (RPD در محدوه ای از 13/1 تا 37/1) می باشند. بطورکلی نتایج این پژوهش نشان داد، برغم دقت نسبتا کمتر توابع پارامتریک طیفی نسبت به توابع انتقالی خاک، استفاده از داده های طیفی خاک به دلیل برآورد همزمان چند پارامتر، هزینه، زمان و داده برداری صحرایی کمتر می تواند به عنوان روشی غیرمستقیم، سریع و نوین (بخصوص با توسعه پایگاه های اطلاعاتی خاکی و هچنین توسعه کتابخانه های طیفی) در برآورد پارامترهای مدل های فرکتالی و تجربی SWRC مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: بازتاب طیفی، تخمین، رگرسیون خطی چندگانه گام به گام، ویژگی های فیزیکی خاک
  • مهین خسروی، علی اصغر ذوالفقاری*، سید حسن کابلی، حیدر غفاری صفحات 129-143

    رواناب در اقلیم‎ نیمه‎خشک سبب ایجاد سیلاب‎های خطرناکی می شود. بنابراین تجزیه و تحلیل مکانی رواناب برای مدیریت بحران ضروری به نظر می‎رسد. مدل های هیدرولوژیکی ابزارهایی بوده که به منظور شبیه‎سازی فرآیندهای مرتبط با چرخه آب و پیش بینی رخدادهای آینده استفاده می‎شوند. در این بین، SWAT یکی از رایج ترین این مدل ها است که از مهمترین ورودی‎ها آن نقشه و اطلاعات خاک حوزه آبخیز می‎باشد. از طرف دیگر نقشه های خاک هم از لحاظ کیفی و کمی در بسیاری از حوزه های آبخیز در دسترس نیستند. هدف اصلی از این پژوهش تحلیل مکانی رواناب با استفاده از داده جهانی خاک بوسیله مدل هیدرولوژیکی SWAT در حوزه آبخیز دامغانرود در استان سمنان است. بدین منظور داده‎های اقلیمی در دوره زمانی سال‏های 2008 تا 2018 میلادی برای شبیه‎سازی رواناب استفاده شد. در این دوره زمانی داده های سال‏های 2010 تا 2014 برای واسنجی و سال‎های 2015 تا 2018 برای اعتبارسنجی مدل استفاده شد. تحلیل حساسیت، واسنجی، اعتبارسنجی و عدم قطعیت مدل در نرم افزار  SWAT-CUPبا استفاده از الگوریتم SUFI-2  انجام شد. ارزیابی مدل با استفاده از آماره‎های ضرایب تبیین (R2) و ناش ساتکلیف (NS) انجام شد. پارامترهای شماره منحنی، متوسط طول شیب، ضریب زبری کانال مانینگ، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک به عنوان پارامترهای حساس تعیین شدند. مقادیر آماره های R2 و NS برای مرحله واسنجی مدل به ترتیب، 48/0، 47/0 و برای مرحله اعتبارسنجی به ترتیب 46/0، 45/0 بدست آمد. نتایج نشان داد عملکرد مدل در شبیه‎سازی رواناب با داده جهانی خاک قابل قبول بوده است. تحلیل مکانی رواناب با استفاده از روش میانگین وزنی رواناب به ازای واحد سطح انجام گرفت. نتایج تحلیل مکانی رواناب براساس میانگین وزنی رواناب نشان داد که مهم‏ترین زیرحوضه در تولید رواناب زیرحوضه شماره 5 (دارای کمترین فاصله به نقطه خروجی) و کم اهمیت‎ترین آنها زیرحوضه های 1 و 11 (دارای بیشترین فاصله از نقطه خروجی) بودند. بنابراین نتایج نشان داد که پارامترهای موثر در اولویت‎بندی رواناب شامل موقعیت مکانی زیرحوضه‎ها و کاربری اراضی بودند. نتایج کلی تحقیق نشان داد که مدل SWAT درتحلیل مکانی رواناب حوزه آبخیز به دلیل تقسیم‎بندی حوضه به واحدهای همگن امکان شناسایی مناطق بحرانی تولید رواناب را دارد.

    کلیدواژگان: اولویت‎بندی زیرحوضه ها، تحلیل حساسیت، رواناب
|
  • Mojgan Jokar, Majid Hejaz *, Mehdi Sarcheshmehpoor, Homayoon Farahmand Pages 1-14
    It is essential to use of an inexpensive and eco-friendly method to reduce the environmental hazards of heavy metals. In this study, the effect of humic acid (HA) and fulvic acids (FA) on the availability of copper and cadmium and their uptake by ornamental castor oil was investigated in the greenhouse of Shahid Bahonar University of Kerman. Treatments including two levels of HA and FA (0.5 and 1 %) were added to a Cu-Cd polluted soil with five replications. A treatment received no organic acid as a control. After 90 days, some plant growth characteristics, available Cu and Cd and shoot, and root Cu, Cd concentration were measured. The results showed that application of 0.5% of humic acid to soil increased the growth characteristics of ornamental castor. In contrast, the addition of humic acid at the rate of 1% and fulvic acid at the rate of 0.5 and 1% significantly reduced plant growth characteristics. Soil application of 0.5 and 1% of humic acid increased available Cu by 19 and 37% and available Cd by 30 and 44%, respectively. Available Cu and Cd in soils treated with 0.5 and 1% of fulvic acid were 35 and 39%, and 42 and 54% higher than the control. Shoot and root Cu and Cd concentration were significantly increased in plants treated with 0.5 and 1% of humic and fulvic acids. Bioaccumulation and translocation factors were less than 1 in all treatments and increased in soil treated with 1 % of HA and FA. Based on these results, ornamental castor been could not be considered as a hyperaccumulator plants. However, humic and fulvic acids can increase the phytoremediation ability of ornamental castor for Cu and Cd removal.
    Keywords: phytoremediation, Humic Substances, Bioaccumulation factor, Heavy metals
  • Majid Foroumadi *, Ali Reza Vaezi, Jaefar Nikbakht Pages 15-28

    The process of soil particles splash by raindrops and their transport by splash or surface shallow flow is considered as interrill erosion, which can reduce soil fertility and cause surface water pollution. Slope gradient and soil type can be the main factors affecting interrill erosion processes in semi-arid regions; therefore, it is important to determine which soil textures in such slopes are more sensitive to interrill erosion processes. This research was conducted to investigate the effect of surface slope on interrill erosion in different soils. For this purpose, laboratory experiments were carried out on eight soils with different texture (silty clay, clay, sandy loam, sand, loam, sandy clay loam, clay loam, sandy loam) on tree slopes (10, 20 and 30%) under simulated rainfall (a constant intensity of 30 mm.h-1) with three replications (72 test units). The interrill erosion was measured at intervals of one minute from beginning of runoff in each experimental unit. The results showed that interrill erosion in all soils is affected by soil texture (P<0.0001), surface slope (P<0.0001) and their interaction (P<0.0001). Loam soil was the most susceptible to interrill erosion (10.76 g.m-2.s-1) and sandy soil was the most resistant soil (0.75 g.m-2.s-1). Surface slope had a significant effect on the amount of interrill erosion in all soils (P <0.000). Also, with increasing the slope percentage, the amount of interrill erosion in all textures increased significantly. This shows that it is necessary to prevent surface erosion in fine textured soils, especially on slopes in Zanjan region.

    Keywords: Surface flow, Erodible soil particles, Raindrops impact, Flow concentration
  • Zahra Dianat Maharluei *, Majed Fekri Pages 29-45
    Pollution and accumulation of heavy metals in the soil are the most important environmental challenges that threaten the lives of plants, animals and humans. One of the effective methods to reduce the harmful effects of heavy metals in contaminated soils is the application of biochar as a soil amendment. In this study, the efficiency of almond soft husk and rice husk biochars (temperature of 500 °C) as well as their modified biochars with NaOH and HNO3 were investigated to reduce soil contamination by copper. The experiment was performed in a factorial experiment in a completely randomized design with three replications. For this purpose, two biochar treatments of almond soft husk and rice husk (unmodified and modified with NaOH and HNO3) were used in two levels (without biochar as a control and 4% by weight). Copper was added in the soil of each pots in three levels (0, 50 and 200 mg kg-1) from the copper sulfate salt source (CuSO4.5H2O). In this regard, different kinetics desorption models of copper were evaluated. Copper concentrations in different time periods (from 30 minutes to 48 hours) were determined using EDTA method in the samples. The results showed that the application of modified biochars at different times caused a significant reduction in copper desorption compared to the control treatment. There was a statistically significant difference between almond soft husk and rice husk and also between different Modified biochar at 5% level. Modified rice husk is more effective than almond soft husk. Sodium hydroxide-modified rice husk biochar reduced copper by 21% and 37%, respectively, compared to almond soft husk modified biochar at 50 and 200 mg kg-1 in 480 minutes, respectively. The power function was introduced as the best Copper desorption kinetics equations due to its high values coefficient of determination (R2) and low values standard error of estimation (SE).
    Keywords: Rice husk, Nitric acid, Sodium hydroxide, Almond soft husk, Power function equation
  • Noorali Haghdoust *, Vahid Rezaverdinejad, Majid Montaseri Pages 46-53
    It is important to detect the range of soil moisture at which plant growth is associated with the water potential, soil resistance and least limiting water range (LLWR). The present study was conducted to investigate the effect of sunflower mulch at different levels on the subsurface resistance (Q) and on the LLWR in a completely randomized factorial design. Experiments were performed to improve the condition of soil moisture range at three levels of sunflower mulch and five levels of moisture with three replications. Q was measured by a laboratory automatic microprocessor by adjusting the depth and velocity of the device cone in the soil. The moisture content in Q critical for control treatment (without mulch) and treatment with sunflower mulch (10 and 20 tons per hectare) occurred in 28.4%, 22% and 19.1% by volume, respectively. The critical moisture content (Q) of 10 and 20 tons of mulch per hectare treatment decreased by 6.4 and 9.3%, respectively, compared to the control treatment. This decreasing trend means an improvement in the moisture content at critical Q (2 MPa). The moisture content in the Q critical of the 20-tons mulch per ha treatment has decreased by 2.9% compared to the 10-ton mulch treatment per hectare. This means that better results are obtained by increasing the amount of mulch per hectare. The LLWR for control treatment and 10 and 20 tons mulch per hectare was calculated to be 5.11, 9.09 and 9.17% by volume, respectively. This increasing of moisture content in LLWR indicates the positive performance of sunflower mulch.
    Keywords: Sunflower Mulch, penetration resistance, Least Limiting Water Range (LLWR)
  • Abolfazl Bameri, Mahsa Khaleghi * Pages 54-68
    Accurate estimation of temperature at various soil depths is crucial for land-atmosphere interactions. In this study, the application of six different machine learning models including artificial neural network (ANN), decision tree (DT), cubist (CB), random forest (RF), support vector machine (SVM) and linear regression (LR) for modeling of daily soil temperature was studied at six different depths of 5, 10, 20, 30, 50 and 100 cm in Kerman. A set of accessible meteorological data including maximum and minimum temperatures, relative humidity, dew point, evapotranspiration and atmospheric pressure were used as input to the models. The degree of importance and correlational analysis was performed for the input variables based on the data of the 18-year statistical period. According to the results, the performance of all six models based on evaluation criteria (R2 >0.86, RMSE <2.8 ◦c and Bias <0.14 ◦c) was acceptable at all depths. However, RF, ANN and SVM showed very high efficiency in estimating soil temperature (R2 <0.97). Also, the DT model and then the LR model performed lower than the others. Examination of the importance of variables showed that among the input parameters, maximum and minimum temperature had the greatest effect on predicting soil temperature in all models. Finally, it can be safely acknowledged that machine learning models such as random forest, artificial neural network and support vector machine have the ability to estimate surface and depth soil temperatures in arid climates in the absence of measuring equipment. A set of meteorological data including maximum and minimum temperature, relative humidity, dew point, evapotranspiration and atmospheric pressure were used as input to the models.
    Keywords: Random Forest, Climatic Data, Soil Temperature Simulation, Data-driven Models
  • Mahdi Boroughani * Pages 69-81
    Dust phenomenon is one of the destructive and common phenomena in arid and desert areas of Iran and the world that has harmful effects on human life and the environment. The purpose of this study is to statistically investigate the number of dust occurrences for the period 1990 to 2016 for the whole of Iran. In this study, the number changes of dust occurrences in months of the studied years (1990-2016) were analyzed at 30 stations in the country, and the correlation between stations at four regions and the whole country was investigated. The results of the occurrence number of dust in different seasons in the country indicated that the highest and lowest occurrence of dust in the country were in summer and winter, respectively. The highest and lowest dust levels were on July and December, respectively, in most stations in the country compared to other months. Also, the results showed that Zabol and Zanjan had the highest and lowest dust levels with 3666 and 130 events during the year, respectively. Most of the stations in the country had a significant correlation in terms of dust occurrence at the level of 95 and 99%, which indicates that almost most of the country have similar conditions in terms of dust storm. The results also showed that the stations that were geographically close to each other had a higher correlation coefficient.
    Keywords: Correlation, Dust, Iran, Synoptic Station
  • Ehsan Ghojehpour, Azam Jafari *, Vahid Reza Jalali, Majid Mahmoudabadi Pages 82-97
    The study of spatial distribution of soil properties for optimal soil management and proper utilization of non-renewable soil resources is of particular importance. The copula function is one of the new interpolation techniques that are widely used in various sciences such as hydrology. Thus, the aim of this study was to evaluate the spatial variation of some soil properties using the copula function and to compare with geostatistics techniques. Sampling by regular networking was done in a 484 ha area in the west of Baft city, Kerman province, and 121 surface soil samples were collected. After air drying and passing through a 2 mm sieve, the percentage of organic matter and clay were determined in soil samples. To interpolate, four functions of the Archimedean copula including the Clayton, Frank, Gumbel and Joe functions, and geostatistics techniques including simple kriging, ordinary kriging, universal kriging and disjunctive Kriging and the Inverse Distance Weighting (IDW) method were used. The results were analyzed using Root Mean Square Error (RMSE), determination coefficient (R2), mean absolute error (MAE), and Mean Bias error (MBE). In order to fit the copula function on the data, the distribution function of the studied variables was determined. The results showed that the distribution of each of the studied variables is different and is explained by different distribution functions. Also, with increasing distance, the value of correlation for all studied variables decreased so that after a distance of 2000 meters, they do not show any spatial correlation. Comparison of the Copula function and geostatistical techniques based on evaluation criteria showed that the Copula function had a better performance in estimating the studied variables and the estimation error for the Copula function were calculated less. In general, the results of this study showed that due to the skewed nature of soil data, Copula function have the ability to fully express the probabilistic dependence and can be considered in spatial studies.
    Keywords: Copula function, Interpolation techniques, Spatial correlation, Estimation
  • Parisa MASHAYEKHI *, Mohsen Dehghani Pages 98-110
    In recent years, inverse numerical solution methods have been considered by many researchers to address the problems of water movement in soil. In this study, HYDRUS-2D/3D software was used to simulate water infiltration through double-rings infiltrometers in soils with different textures using the inverse solution approach. For this purpose, the infiltration data obtained by double-rings method from 63 points of different regions in Isfahan were used as model input. The studied soils were classified into seven textural classes including Sandy Loam (SL), Sandy Clay Loam (SCL), Loam (L), Silty Loam (SiL), Clay Loam (CL), Silty Clay Loam (SiCL) and SiC (Silty Clay). Good agreement was observed between the measured and simulated cumulative infiltration data, in all soil textures. Coefficients of determination (R2) were 0.998, 0.999, 0.992, 0.996, 0.983, 0.976 and 995 for SL, SCL, L, SiL, CL, SiCL and SiC textures, respectively. Increasing the percentage of clay in the soil textures increased the simulation error. The highest simulation error was observed in SiC (NRMSE = 0.045) and the lowest simulation error was observed in SL (NRMSE = 0.015). In general, the simulated double-rings infiltration data using HYDRUS -2D / 3D software and the inverse numerical solution approach had acceptable accuracy and high reliability in all studied textures.
    Keywords: Cumulative infiltration, Double rings, Numerical inverse solution
  • Seyedeh Vida Hosseini, Masoud Davari *, Naser Khaleghpanah Pages 111-128
    Over the last decades, soil spectral data as a rapid, low-cost, and non-destructive method has been widely applied to estimate basic soil properties. In this study, the feasibility of using spectrotransfer functions (STFs) and pedotransfer functions (PTFs) was explored to estimate the parameters of fractal and experimental models of Soil Water Retention Curve (SWRC). For this purpose, a number of 100 soil samples were collected and their spectral reflectance over 350-2500 nm region were measured using a handheld spectroradiometer apparatus. Some soil physical properties and parameters obtained from fitting fractal and experimental models of SWRC to the measured data were determined. After spectral preprocessing, stepwise multiple linear regression was applied to derive PTFs and STFs using basic soil properties and soil spectral reflectance as input, respectively. According to the results, the parametric PTFs had high accuracy in estimating the fractal dimension of the soil particle size distribution (Dpsd) (R2 = 0.96), while the derived parametric functions had moderate predictive accuracy in estimating other studied fractal and hydraulic parameters including DSWRC-TW, DSWRC-B, λBC, nvG and bC (R2 = 0.40 – 0.59). The results also showed that the proposed spectral transfer functions (STFs) had moderately accuracy in estimating Dpsd (RPD = 1.40) and had poor accuracy in estimating DSWRC-TW, DSWRC-B, λBC, nvG and bC (RPD = 1.13 – 1.37). Overall, the results of this study showed that despite of the relatively lower accuracy of spectral parametric functions compared to pedotransfer functions, the use of soil spectral data due to simultaneous estimation of several parameters, lower cost, less time and field data (especially with development of soil information databases and spectral libraries), can be used as an indirect, rapid and novel method in estimating parameters of fractal and experimental models of SWRC.
    Keywords: Spectral Reflectance, Estimation, Stepwise Multiple Linear Regression, Soil physical properties
  • Mahin Khosravi, Aliasghar هolfaghari *, Seyed Hasan Kaboli, Heidar Ghafari Pages 129-143

    In semi-arid area the dangerous floods are usually generation by runoff. Therefore, spatial analysis of runoff is necessary for crisis management. Hydrological models are useful tools for simulation of water cycle-related processes and predict future events. Among the hydrological models, SWAT is one of the most popular of these models which the soil map and information are one the most important input data in SWAT model. On the other hand, the qualitative and quantitative soil maps are not available in most of the watershed in Iran. The main purpose of this study was to determine the spatial analysis of runoff generation using global soil data and using SWAT model in Damghanrood watershed in Semnan province. For this purpose, climatic data from 2008 to 2018 were used to simulate runoff. The data from 2010 to 2014 was used for model calibration and data from 2015 to 2018 was used for model validation. Sensitivity analysis, calibration, validation and model uncertainty were performed in SWAT-CUP software using SUFI-2 algorithm. The model was evaluated with coefficients of determination (R2) and Nash Sutcliffe (NS) statistics. The parameters of curve number, mean slope length, manning channel roughness coefficient and saturated soil hydraulic conductivity were determined as more sensitive parameters. The values of the R2 and NS statistics were 0.48, 0.47 for the model calibration stage and 0.46 and 0.45 for the validation stage, respectively. The results showed that the performance of the model in runoff simulation with global soil data was acceptable. Spatial analysis of runoff was performed using the average weight of runoff per unit area. The results of spatial analysis of runoff showed that the most important sub-basins in runoff generation was sub-basin number 5 and the least important sub-basins were number 1 and 11. Results indicated that sub-basin location and land use were most effective variables in runoff prioritization. SWAT model divide the watershed into the homogeneous units, therefore, it is possible to determine the critical areas of runoff generation.

    Keywords: Prioritization of sub-basins, sensitivity analysis, Runoff